Dýchací systém: struktura a funkce

Lidský dýchací systém se skládá z dýchacích cest (horních a dolních) a plic. Dýchací systém je zodpovědný za výměnu plynů mezi organismem a prostředím. Jak je dýchací systém postaven a jak funguje?

Lidský dýchací systém má umožňovat dýchání - proces výměny plynů, zejména kyslíku a oxidu uhličitého, mezi organismem a prostředím. Každá buňka v našem těle potřebuje kyslík, aby správně fungovala a generovala energii. Proces dýchání se dělí na:

• vnější dýchání - přivádění kyslíku do buněk
• vnitřní dýchání - intracelulární

Vnější dýchání nastává v důsledku synchronizace dýchacího systému s nervovými centry a je rozděleno do řady procesů:

$config[ads_text1] not found

• plicní ventilace
• difúze plynu mezi alveolárním vzduchem a krví
• transport plynů krví
• difúze plynu mezi krví a buňkami

Chcete-li zobrazit toto video, povolte JavaScript a zvažte upgrade na webový prohlížeč, který podporuje video

Struktura dýchacího systému

Dýchací trakt se skládá z:

• horní dýchací cesty, tj. nosní dutina (naše slepice) a hrdlo (hltan)
• dolní dýchací cesty: hrtan (hrtan), průdušnice (průdušnice), Průduška (průdušky) - vpravo a vlevo, které se dále dělí na menší větve, a z těch nejmenších se stávají bronchioly (bronchioli)

Poslední část dýchacích cest vede k plicním sklípkům (alveoli pulmonales). Vdechovaný vzduch prochází dýchacími cestami a je očištěn od prachu, bakterií a jiných drobných nečistot, zvlhčen a zahřát. Na druhé straně struktura průdušek kombinováním prvků chrupavky, pružných a hladkých svalů umožňuje regulaci jejich průměru. V krku se protíná dýchací a trávicí systém. Z tohoto důvodu se při polykání zastaví dýchání a dýchací cesty se uzavírají epiglottis.

• plíce - spárované orgány umístěné v hrudníku.

Z anatomického a funkčního hlediska jsou plíce rozděleny na laloky (levá plíce na dva laloky a pravá na tři), laloky jsou dále rozděleny na segmenty, segmenty na laloky a lalůčky do shluků.

Každá plíce je obklopena dvěma vrstvami pojivové tkáně - temenní pleurou (pleura parietalis) a plicní pleura (pleura pulmonalis). Mezi nimi je pleurální dutina (cavum pleurae) a tekutina v něm umožňuje adhezi plic pokrytých plicní pleurou k parietální pleuře fúzované s vnitřní stěnou hrudníku.V místě, kde průdušky vstupují do plic, jsou plicní dutiny, do nichž kromě průdušek také tepny a plicní žíly.
Kromě toho jsou do složitého procesu dýchání zapojeny kosterně pruhované svaly, krev a kardiovaskulární systém a nervová centra.

Plicní ventilace

Podstatou ventilace je nasávání atmosférického vzduchu do alveol. Vzhledem k tomu, že vzduch vždy proudí z vyššího tlaku na nižší tlak, podílejí se na každém nádechu a výdechu příslušné svalové skupiny, které umožňují sací a tlakové pohyby hrudníku.

Na konci výdechu se tlak v alveolách rovná atmosférickému tlaku, ale při nasávání vzduchu se membrána smršťuje (bránice) a vnější mezižeberní svaly (musculi intercostales externi), díky čemuž se zvyšuje objem hrudníku a vytváří vakuum, které nasává vzduch.

$config[ads_text3] not found

Když se zvyšuje potřeba ventilace, aktivují se další inspirační svaly: sternocleidomastoidní svaly (musculi sternocleidomastoidei), prsní svaly (musculi pectorales minores), přední zuby (musculi serrati anteriores), trapézové svaly (musculi trapezia), svaly lopatkové lopatky (musculi levatores scapulae), větší a menší svaly rovnoběžníku (musculi rhomboidei maiores et minores) a šikmé svaly (musculi sloučeny).

Dalším krokem je výdech. Začíná to, když se inspirační svaly uvolní na vrcholu inhalace. Obvykle se jedná o pasivní proces, protože síly generované napnutými elastickými prvky v plicní tkáni jsou dostatečné pro zmenšení objemu hrudníku. Tlak v alveolách stoupá nad atmosférický tlak a výsledný tlakový rozdíl odvádí vzduch ven.

Při silném výdechu je situace mírně odlišná. Řešíme to, když je dechový rytmus pomalý, když výdech vyžaduje překonání zvýšeného respiračního odporu, např. Při některých plicních onemocněních, ale také při sluchové činnosti, zejména při zpěvu nebo hře na dechové nástroje. Jsou stimulovány motoneurony výdechových svalů, které zahrnují: vnitřní mezižeberní svaly (musculi intercostales interni) a svaly přední břišní stěny, zejména břišní konečník (musculi recti abdominis).

Dechová frekvence

Dýchací frekvence je velmi variabilní a závisí na mnoha různých faktorech. Odpočívající dospělá osoba by měla dýchat 7–20krát za minutu. Faktory vedoucí ke zvýšení rychlosti dýchání, technicky známé jako tachypnoe, zahrnují cvičení, plicní podmínky a mimopulmonální poruchy dýchání. Na druhé straně bradypnoe, tj. Výrazné snížení počtu dechů, může být důsledkem neurologických onemocnění nebo centrálních vedlejších účinků narkotik. Děti se v tomto ohledu liší od dospělých: čím menší batole, tím vyšší je fyziologická frekvence dýchání.

Objemy plic a kapacity

• TLC (celková kapacita plic) - objem, který je v plicích po nejhlubším dechu
• IC - inspirační kapacita - vtáhla do plic při nejhlubším nádechu po klidném výdechu
• IRV (inspirační rezervní objem) - inspirační rezervní objem - vtáhnutý do plic během maximálního dechu v horní části volné inspirace
• TV (dechový objem) - dechový objem - vdechovaný a vydechovaný při volném vdechování a vydechování
• FRC - funkční zbytková kapacita - zůstává v plicích po pomalém výdechu
• ERV (expirační rezervní objem) - expirační rezervní objem - odstraněn z plic při maximálním výdechu po volné inhalaci
• RV (zbytkový objem) - zbytkový objem - zůstává v plicích vždy během maximálního výdechu
• VC (vital capacity) - vitální kapacita - odstraněna z plic po maximální inspiraci při maximální expiraci
• IVC (inspirační vitální kapacita) - vdechovaná vitální kapacita - vtáhla do plic po nejhlubším výdechu při maximálním nádechu; může být o něco větší než VC, protože při maximálním výdechu následovaném maximálním vdechnutím se alveolární vodiče uzavřou před odstraněním vzduchu, který bubliny odstraní

Při bezplatné inspiraci je dechový objem 500 ml. Ne celý tento objem však dosáhne plicních sklípků. Asi 150 ml plní dýchací cesty, které nemají podmínky pro výměnu plynů mezi vzduchem a krví, tj. Nosní dutina, hltan, hrtan, průdušnice, průdušky a průdušky. Tomu se říká anatomický respirační mrtvý prostor. Zbývajících 350 ml se smísí se vzduchem tvořícím zbytkovou funkční kapacitu, současně se zahřeje a nasytí vodní párou. V alveolách opět není veškerý vzduch plynný. V kapilárách stěn některých folikulů neprotéká žádná nebo příliš málo krve, aby bylo možné použít veškerý vzduch k výměně plynů. Jedná se o fyziologický respirační mrtvý prostor a u zdravých lidí je malý. Bohužel se může významně zvýšit v chorobných stavech.

Průměrná rychlost dýchání v klidu je 16 za minutu a dechový objem je 500 ml, vynásobením těchto dvou hodnot dostaneme plicní ventilaci. Z toho vyplývá, že přibližně 8 litrů vzduchu je inhalováno a vydechováno za minutu. Při provádění rychlých a hlubokých dechů může hodnota významně vzrůst, a to i tucet až dvacetkrát.

Všechny tyto komplikované parametry: kapacity a objemy byly zavedeny nejen proto, aby nás zmátly, ale mají významné uplatnění v diagnostice plicních onemocnění. Existuje test - spirometrie, která měří: VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV a IRV. Je nezbytný pro diagnostiku a sledování nemocí, jako je astma a CHOPN.

Difúze plynu mezi alveolárním vzduchem a krví

Alveoly jsou základní strukturou, která tvoří plíce. Je jich asi 300-500 milionů, každý o průměru 0,15 až 0,6 mm, a jejich celková plocha je od 50 do 90 m².

Stěny folikulů jsou tvořeny tenkým, plochým jednovrstvým epitelem. Kromě buněk, které tvoří epitel, obsahují folikuly dva další typy buněk: makrofágy (střevní buňky) a také folikulární buňky typu II, které produkují povrchově aktivní látku. Je to směs bílkovin, fosfolipidů a sacharidů produkovaných z mastných kyselin v krvi. Povrchově aktivní látka snížením povrchového napětí zabraňuje slepení alveol a snižuje síly potřebné k protažení plic. Z vnější strany jsou bubliny pokryty sítí kapilár. Kapiláry, které se dostávají do alveol, nesou krev bohatou na oxid uhličitý, vodu, ale s malým množstvím kyslíku. Naproti tomu v alveolárním vzduchu je parciální tlak kyslíku vysoký a parciální tlak oxidu uhličitého je nízký. Difúze plynu sleduje gradient molekulárního tlaku plynu, takže kapilární erytrocyty zachycují kyslík ze vzduchu a zbavují se oxidu uhličitého. Molekuly plynu musí procházet alveolární stěnou a kapilární stěnou, konkrétně skrz: vrstvu tekutiny pokrývající alveolární povrch, alveolární epitel, bazální membránu a kapilární endotel.

Transport plynů krví

• transport kyslíku

Nejprve se kyslík fyzicky rozpouští v plazmě, ale poté difunduje obálkou do červených krvinek, kde se váže na hemoglobin za vzniku oxyhemoglobinu (okysličeného hemoglobinu). Hemoglobin hraje při přenosu kyslíku velmi důležitou roli, protože každá z jeho molekul se kombinuje se 4 molekulami kyslíku, čímž zvyšuje schopnost krve přenášet kyslík až 70krát. Množství transportovaného kyslíku rozpuštěného v plazmě je tak malé, že je irelevantní pro dýchání. Díky oběhovému systému se krev nasycená kyslíkem dostane do každé buňky těla.

• transport oxidu uhličitého

Oxid uhličitý z tkání vstupuje do kapilár a je transportován do plic:

• přibližně 6% fyzicky rozpuštěno v plazmě a v cytoplazmě erytrocytů
• přibližně 6% vázáno na volné aminoskupiny plazmatických bílkovin a hemoglobinu (jako karbamáty)
• většina, tj. přibližně 88%, jako ionty HCO3 - vázané hydrogenuhličitanovým pufrovacím systémem plazmy a erytrocytů

Difúze plynu mezi krví a buňkami

Molekuly plynu v tkáních opět procházejí podél tlakového gradientu: kyslík uvolněný z hemoglobinu difunduje do tkání, zatímco oxid uhličitý difunduje v opačném směru - z buněk do plazmy. Kvůli rozdílům v poptávce kyslíku různých tkání existují také rozdíly v napětí kyslíku. V tkáních s intenzivním metabolizmem je napětí kyslíku nízké, takže spotřebovávají více kyslíku, zatímco odvádějící venózní krev obsahuje méně kyslíku a více oxidu uhličitého. Arteriovenózní rozdíl v obsahu kyslíku je parametr, který určuje stupeň spotřeby kyslíku tkáněmi. Každá tkáň je zásobována arteriální krví se stejným obsahem kyslíku, zatímco žilní krev ji může obsahovat více či méně.

Vnitřní dýchání

Dýchání na buněčné úrovni je vícestupňový biochemický proces, který zahrnuje oxidaci organických sloučenin, při nichž se vyrábí biologicky užitečná energie. Jedná se o základní proces, který nastává, i když jsou zastaveny další metabolické procesy (anaerobní alternativní procesy jsou neúčinné a mají omezený význam).

Klíčovou roli hrají mitochondrie - buněčné organely, které přijímají molekuly kyslíku difundující uvnitř buňky. Na vnější membráně mitochondrií jsou všechny enzymy Krebsova cyklu (nebo cyklu trikarboxylových kyselin), zatímco na vnitřní membráně jsou enzymy dýchacího řetězce.

V Krebsově cyklu se metabolity cukrů, bílkovin a tuků oxidují na oxid uhličitý a vodu uvolňováním volných atomů vodíku nebo volných elektronů. Dále v dýchacím řetězci - poslední fázi intracelulárního dýchání - přenosem elektronů a protonů na následující nosiče se syntetizují sloučeniny fosforu s vysokou energií. Nejdůležitější z nich je ATP, tj. Adenosin-5'-trifosfát, univerzální nosič chemické energie používaný v buněčném metabolismu. Je spotřebováván mnoha enzymy v procesech, jako je biosyntéza, pohyb a dělení buněk. Zpracování ATP v živých organismech je kontinuální a odhaduje se, že každý den člověk převádí množství ATP srovnatelné s jeho tělesnou hmotností.

Regulace dýchání

V rozšířeném jádru je dýchací centrum, které reguluje frekvenci a hloubku dýchání. Skládá se ze dvou center s opačnými funkcemi, vybudovaných dvěma typy neuronů. Oba jsou umístěny v retikulární formaci. V solitárním jádru a v přední části zadně neurčitého vagového nervu je inspirační centrum, které vysílá nervové impulsy do míchy, do motorických neuronů inspiračních svalů. Naproti tomu ve dvojznačném jádru vagového nervu a v zadní části zadně dvojznačného vagového nervu je výdechové centrum, které stimuluje motorické neurony výdechových svalů.

Neurony inspiračního centra vysílají několikrát za minutu salvu nervových impulsů, které probíhají podél větve sestupně k motorickým neuronům v míše a současně jako větev axonu stoupající k neuronům retikulární formace můstku. Existuje pneumotaxické centrum, které inhibuje inspirační centrum na 1-2 sekundy a poté stimuluje inspirační centrum znovu. Díky postupným obdobím stimulace a inhibice inspiračního centra je zajištěna rytmičnost dechů.
Inspirační centrum je regulováno nervovými impulsy vznikajícími v:

• chemoreceptory cervikálního a aortálního glomerulu, které reagují na zvýšení koncentrace oxidu uhličitého, koncentrace vodíkových iontů nebo významné snížení koncentrace arteriálního kyslíku; impulsy z aortálních shluků cestují přes glossofaryngeální a vagové nervy. a výsledkem je zrychlení a prohloubení inhalací
• interoreceptory plicní tkáně a hrudní proprioreceptory;
• mezi bronchiálním hladkým svalem jsou inflační mechanoreceptory, jsou stimulovány roztahováním plicní tkáně, které spouští výdech; poté redukuje úsek plicní tkáně během výdechu, aktivuje další mechanoreceptory, tentokrát deflační, které spouští inspiraci; Tento jev se nazývá Hering-Breuerovy reflexy;
• Inspirační nebo výdechová poloha hrudníku dráždí příslušné proprioreceptory a upravuje frekvenci a hloubku dechů: čím hlouběji se nadechnete, tím hlouběji následuje výdech;
• centra horních úrovní mozku: mozková kůra, limbický systém, termoregulační centrum v hypotalamu