Dišni sustav: građa i rad

Ljudski se dišni sustav sastoji od respiratornog trakta (gornjeg i donjeg) i pluća. Respiratorni sustav odgovoran je za izmjenu plinova između organizma i okoline. Kako je izgrađen dišni sustav i kako on funkcionira?

Ljudski dišni sustav trebao bi omogućiti disanje - proces izmjene plinova, naime kisika i ugljičnog dioksida, između tijela i okoline. Svaka stanica u našem tijelu treba kisik za pravilno funkcioniranje i stvaranje energije. Proces disanja podijeljen je na:

• vanjsko disanje - donošenje kisika u stanice
• unutarnje disanje - unutarćelijsko

Vanjsko disanje nastaje uslijed sinkronizacije dišnog sustava s živčanim centrima i podijeljeno je u niz procesa:

• ventilacija pluća
• difuzija plina između alveolarnog zraka i krvi
• transport plinova kroz krv
• difuzija plina između krvi i stanica

Da biste pogledali ovaj video, omogućite JavaScript i razmislite o nadogradnji na web preglednik koji podržava video

Građa dišnog sustava

Respiratorni trakt se sastoji od:

• gornji dišni put, tj. nosnu šupljinu (naš kavum) i grlo (ždrijelo)
• donji dišni trakt: grkljan (grkljan), dušnik (dušnik), bronh (bronhije) - desno i lijevo, koje se dalje dijele na manje grane, a najmanje postaju bronhiole (bronhioli)

Završni dio dišnih putova vodi do alveola (alveoli pulmonales). Udahnuti zrak prolazi kroz respiratorni trakt i čisti se od prašine, bakterija i drugih sitnih nečistoća, vlaži se i zagrijava. S druge strane, struktura bronha, kombinirajući hrskavicu, elastične i glatke mišićne elemente, omogućuje vam podešavanje njihovog promjera. Grlo je mjesto gdje se dišu i probavni sustav sijeku. Iz tog razloga, pri gutanju, disanje se zaustavlja i dišni se put zatvara kroz epiglotis.

• pluća - upareni organi smješteni u prsima.

U pogledu anatomskih i funkcionalnih aspekata, pluća su podijeljena u režnjeve (lijevo pluće u dva režnja, a desno u tri), režnjevi su dalje podijeljeni u segmente, segmenti u lobule, a lobuli u nakupine.

Svako je pluće okruženo s dva sloja vezivnog tkiva - parijetalna pleura (pleura parietalis) i plućna pleura (pleura pulmonalis). Između njih je pleuralna šupljina (cavum pleurae), a tekućina u njemu omogućuje prianjanje pluća prekrivenog plućnom pleurom na parijetalnu pleuru sraslu s unutarnjim zidom prsnog koša.Na mjestu ulaska bronha u pluća nalaze se plućne šupljine u koje, osim bronha, ulaze i arterije te plućne vene.
Uz to, koštano-prugasti mišići, krv i kardiovaskularni sustav te živčani centri uključeni su u komplicirani proces disanja.

Ventilacija pluća

Bit ventilacije je uvlačenje atmosferskog zraka u alveole. Budući da zrak uvijek teče od većeg tlaka do nižeg tlaka, odgovarajuće mišićne skupine sudjeluju u svakom udisaju i izdisaju, omogućujući usisavanje i pritisak u prsima.

Na kraju izdaha, tlak u alveolama jednak je atmosferskom tlaku, ali dok uvlačite zrak, dijafragma se skuplja (dijafragma) i vanjski interkostalni mišići (musculi intercostales externi), zahvaljujući kojoj se volumen prsa povećava i stvara vakuum koji usisava zrak.

Kada se poveća potreba za ventilacijom, aktiviraju se dodatni mišići za udisanje: sternokleidomastoidni mišići (musculi sternocleidomastoidei), prsni mišići (musculi pectorales minores), prednji nazubljeni mišići (musculi serrati anteriores), trapezni mišići (musculi trapezia), mišići lopatice levator (musculi levatores scapulae), veći i manji paralelogramski mišići (musculi rhomboidei maiores et minores) i kosi mišići (muskuli su se stopili).

Sljedeći korak je izdah. Počinje kada se nadahnuti mišići opuste na vrhuncu udisanja. Obično je ovo pasivan proces, jer su sile stvorene rasteznutim elastičnim elementima u plućnom tkivu dovoljne da se prsni koš smanji. Tlak u alveolama raste iznad atmosferskog tlaka i rezultirajuća razlika tlaka uklanja zrak prema van.

Situacija je nešto drugačija kod snažnog izdisaja. Riješimo s tim kad je ritam disanja spor, kada izdah zahtijeva prevladavanje povećanog otpora disanju, npr. Kod nekih plućnih bolesti, ali i u fonacijskoj aktivnosti, posebno tijekom pjevanja ili sviranja puhačkih instrumenata. Potiču se motoneuroni ekspiracijskih mišića, koji uključuju: unutarnje interkostalne mišiće (musculi intercostales interni) i mišići prednjeg trbušnog zida, posebno rektusni trbušni trbuh (musculi recti abdominis).

Stopa disanja

Brzina disanja je vrlo varijabilna i ovisi o mnogo različitih čimbenika. Odrasla osoba u mirovanju treba disati 7-20 puta u minuti. Čimbenici koji dovode do povećanja brzine disanja, tehnički poznat kao tahipneja, uključuju tjelovježbu, plućna stanja i izvanpulmonalne poremećaje disanja. S druge strane, bradipneja, tj. Značajno smanjenje broja udisaja, može biti posljedica neuroloških bolesti ili središnjih nuspojava opojnih droga. Djeca se u tom pogledu razlikuju od odraslih: što je dijete manje, to je veća fiziološka brzina disanja.

Količine i kapaciteti pluća

• TLC (ukupni kapacitet pluća) - volumen koji se nalazi u plućima nakon najdubljeg daha
• IC - kapacitet udisaja - uvučen u pluća tijekom najdubljeg udisaja nakon mirnog izdaha
• IRV (inspiratorni rezervni volumen) - inspiratorni rezervni volumen - uvučen u pluća tijekom maksimalnog udisanja na vrhu slobodne inspiracije
• TV (oseka oseke) - oseka oseke - udisaj i izdah uz slobodno udisanje i izdisanje
• FRC - funkcionalni rezidualni kapacitet - ostaje u plućima nakon polaganog izdisaja
• ERV (rezervni volumen za izdisaj) - rezervni volumen za izdisaj - uklanja se iz pluća tijekom maksimalnog izdaha nakon slobodnog udisanja
• RV (preostali volumen) - preostali volumen - uvijek ostaje u plućima tijekom maksimalnog izdisaja
• VC (vitalni kapacitet) - vitalni kapacitet - uklanja se iz pluća nakon maksimalnog udisanja u vrijeme maksimalnog izdisaja
• IVC (udisajni vitalni kapacitet) - udisani vitalni kapacitet - uvučen u pluća nakon najdubljeg izdisaja uz maksimalno udisanje; može biti malo viši od VC jer se pri maksimalnom izdisaju praćenom maksimalnim udisanjem alveolarni vodiči zatvaraju prije nego što se ukloni zrak koji ispunjava mjehuriće

Uz besplatnu inspiraciju, oseka oseke je 500 ml. Međutim, ne doseže sav taj volumen alveole. Otprilike 150 ml ispunjava respiratorni trakt, koji nema uvjete za izmjenu plinova između zraka i krvi, tj. Nosnu šupljinu, grlo, grkljan, dušnik, bronhije i bronhiole. Ovo se zove anatomski respiratorni mrtvi prostor. Preostalih 350 ml pomiješa se sa zrakom koji čini preostali funkcionalni kapacitet, istovremeno zagrijava i zasićuje vodenom parom. U alveolama, opet, nije sav zrak plinovit. U kapilarama zidova nekih folikula ne teče ili nema premalo krvi da bi sav zrak koristio za izmjenu plinova. Ovo je fiziološki respiratorni mrtvi prostor i mali je kod zdravih ljudi. Nažalost, može se značajno povećati u bolesnim stanjima.

Prosječna brzina disanja u mirovanju je 16 u minuti, a plimni volumen 500 ml, pomnoživši ove dvije vrijednosti, dobivamo plućnu ventilaciju. Iz ovoga proizlazi da se udiše i izdahne oko 8 litara zraka u minuti. Tijekom brzog i dubokog udisaja vrijednost se može znatno povećati, čak i od desetak do dvadeset puta.

Svi ovi složeni parametri: kapaciteti i zapremine uvedeni su ne samo da bi nas zbunili, već imaju značajnu primjenu u dijagnozi plućnih bolesti. Postoji test - spirometrija, koji mjeri: VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV i IRV. Bitan je za dijagnozu i praćenje bolesti kao što su astma i KOPB.

Difuzija plina između alveolarnog zraka i krvi

Alveole su osnovna struktura koja čini pluća. Ima ih oko 300-500 milijuna, svaki s promjerom od 0,15 do 0,6 mm, a ukupna površina im je od 50 do 90 m².

Zidovi folikula građeni su tankim, ravnim, jednoslojnim epitelom. Uz stanice koje tvore epitel, folikuli sadrže još dvije vrste stanica: makrofage (crijevne stanice) i također folikularne stanice tipa II koje proizvode površinski aktivno sredstvo. Smjesa je proteina, fosfolipida i ugljikohidrata proizvedenih iz masnih kiselina u krvi. Surfaktant, smanjenjem površinske napetosti, sprječava da se alveole slijepe i smanjuje sile potrebne za istezanje pluća. Izvana su mjehurići prekriveni mrežom kapilara. Kapilare koje ulaze u alveole nose krv bogatu ugljičnim dioksidom, vodom, ali s malom količinom kisika. Suprotno tome, u alveolarnom zraku parcijalni tlak kisika je visok, a ugljičnog dioksida nizak. Difuzija plina slijedi gradijent molekularnog tlaka plina, pa kapilarni eritrociti zarobljavaju kisik iz zraka i rješavaju se ugljičnog dioksida. Čestice plina moraju proći kroz zid alveole i zid kapilare, i to kroz: sloj tekućine koji pokriva površinu alveole, alveolarni epitel, bazalnu membranu i endotel kapilara.

Transport plinova kroz krv

• transport kisika

Prvo se kisik fizički otapa u plazmi, ali zatim kroz ovojnicu difundira u crvene krvne stanice, gdje se veže za hemoglobin da bi stvorio oksihemoglobin (oksigenirani hemoglobin). Hemoglobin igra vrlo važnu ulogu u transportu kisika, jer se svaka njegova molekula kombinira s 4 molekule kisika, povećavajući tako sposobnost krvi da transportira kisik i do 70 puta. Količina prenesenog kisika otopljenog u plazmi je toliko mala da nije važna za disanje. Zahvaljujući krvožilnom sustavu, krv zasićena kisikom dolazi do svake stanice tijela.

• transport ugljičnog dioksida

Ugljični dioksid iz tkiva ulazi u kapilare i transportira se u pluća:

• približno 6% fizički otopljeno u plazmi i u citoplazmi eritrocita
• približno 6% vezano za slobodne amino skupine proteina plazme i hemoglobina (u obliku karbamata)
• većina, tj. oko 88%, kao ioni HCO3 - vezani bikarbonatnim puferskim sustavom plazme i eritrocita

Difuzija plina između krvi i stanica

Još jednom, molekule plina u tkivima prolaze gradijentom tlaka: kisik koji se oslobađa iz hemoglobina difundira u tkiva, dok ugljični dioksid difundira u suprotnom smjeru - od stanica do plazme. Zbog razlika u potražnji kisika u različitim tkivima, postoje i razlike u napetosti kisika. U tkivima s intenzivnim metabolizmom napetost kisika je mala, pa oni troše više kisika, dok odvodna venska krv sadrži manje kisika i više ugljičnog dioksida. Arteriovenska razlika u sadržaju kisika parametar je koji određuje stupanj potrošnje kisika u tkivima. Svako tkivo opskrbljeno je arterijskom krvlju s istim udjelom kisika, dok ga venska krv može sadržavati više ili manje.

Unutarnje disanje

Disanje na staničnoj razini je višestupanjski biokemijski proces koji uključuje oksidaciju organskih spojeva u kojima se stvara biološki korisna energija. To je temeljni proces koji se događa čak i kad se zaustave drugi metabolički procesi (anaerobni alternativni procesi su neučinkoviti i ograničene važnosti).

Ključnu ulogu imaju mitohondriji - stanične organele, koje primaju molekule kisika koje se difuziraju unutar stanice. Na vanjskoj membrani mitohondrija nalaze se svi enzimi Krebsovog ciklusa (ili ciklusa trikarboksilnih kiselina), dok se na unutarnjoj membrani nalaze enzimi dišnog lanca.

U Krebsovom ciklusu metaboliti šećera, bjelančevina i masti oksidiraju se u ugljični dioksid i vodu oslobađajući slobodne atome vodika ili slobodne elektrone. Dalje u respiratornom lancu - posljednjoj fazi unutarćelijskog disanja - prijenosom elektrona i protona na uzastopne transportere, sintetiziraju se visokoenergetski fosforni spojevi. Najvažniji od njih je ATP, tj. Adenozin-5′-trifosfat, univerzalni nosač kemijske energije koji se koristi u metabolizmu stanica. Konzumiraju ga brojni enzimi u procesima poput biosinteze, kretanja i diobe stanica. Procesiranje ATP-a u živim organizmima kontinuirano je i procjenjuje se da svaki dan čovjek pretvara količinu ATP-a usporedivu sa svojom tjelesnom težinom.

Regulacija disanja

U produženoj jezgri nalazi se centar za disanje koji regulira učestalost i dubinu disanja. Sastoji se od dva centra s suprotnim funkcijama, koje grade dvije vrste neurona. Obje se nalaze unutar retikularne formacije. U osamljenoj jezgri i u prednjem dijelu stražnje-dvosmislenog vagusnog živca nalazi se inspiratorni centar, koji šalje živčane impulse u kralježničnu moždinu, u motorne neurone nadahnjujućih mišića. Suprotno tome, u dvosmislenoj jezgri vagusnog živca i u stražnjem dijelu stražnje-dvosmislenog vagusnog živca postoji centar za izdisaj koji stimulira motorne neurone mišića za izdisaj.

Neuroni centra za nadahnuće šalju salvu živčanih impulsa nekoliko puta u minuti, koji se spuštaju niz granu silazeći do motoričkih neurona u leđnoj moždini i istovremeno s granom aksona koja se penje do neurona retikularne formacije mosta. Postoji pneumotaksični centar koji inhibira centar za udisanje 1-2 sekunde, a zatim centar za udah ponovno stimulira. Zahvaljujući uzastopnim razdobljima stimulacije i inhibicije inspiratornog centra, osigurava se ritmičnost udisaja.
Inspiracijski centar reguliran je živčanim impulsima koji nastaju u:

• cervikalni i aortni glomerulus kemoreceptori, koji reagiraju na povećanje koncentracije ugljičnog dioksida, koncentracije vodikovih iona ili značajno smanjenje arterijske koncentracije kisika; impulsi iz nakupina aorte putuju kroz glosofaringealni i vagusni živac. a učinak je ubrzati i produbiti udisaje
• interoreceptori plućnog tkiva i prsni proprioreceptori;
• postoje inflacijski mehanoreceptori između glatkih mišića bronha, stimulirani su istezanjem plućnog tkiva, što pokreće izdah; zatim smanjujući rastezanje plućnog tkiva tijekom izdaha, aktivira druge mehanoreceptore, ovaj put deflatorne, koji pokreću inspiraciju; Taj se fenomen naziva Hering-Breuerovim refleksima;
• Položaj prsa na udisaju ili na izdisaju iritira odgovarajuće proprioreceptore i mijenja učestalost i dubinu udisaja: što je udisaj dublji, to je izdah dublji za njim;
• centri gornjih razina mozga: moždana kora, limbički sustav, centar termoregulacije u hipotalamusu