Ľudský dýchací systém pozostáva z dýchacích ciest (horných a dolných) a pľúc. Dýchací systém je zodpovedný za výmenu plynov medzi organizmom a prostredím. Ako vzniká dýchací systém a ako funguje?

Dýchací systém človekamá umožňovať dýchanie - proces výmeny plynov, a to kyslíka a oxidu uhličitého, medzi organizmom a prostredím. Každá bunka v našom tele potrebuje kyslík, aby mohla správne fungovať a vytvárať energiu. Proces dýchania sa delí na:

  • vonkajšie dýchanie - zásobovanie buniek kyslíkom
  • vnútorné dýchanie - vnútrobunkové

Vonkajšie dýchanie nastáva v dôsledku synchronizácie dýchacieho systému s nervovými centrami a je rozdelené do niekoľkých procesov:

  • ventilácia pľúc
  • difúzia plynu medzi alveolárnym vzduchom a krvou
  • transport plynov krvou
  • difúzia plynu medzi krvou a bunkami

Štruktúra dýchacieho systému

Dýchací trakt pozostáva z:

  • horné dýchacie cesty , teda: nosová dutina ( cavum nasz ) a hrdlo ( hltan)
  • dolné dýchacie cesty : hrtan ( hrtan ), priedušnica ( priedušnica ), priedušky ( bronchioli ) - pravá a ľavá, ktoré sa ďalej delia na menšie vetvy a tie najmenšie sa menia na bronchioli ( bronchioli )

Posledná časť dýchacích ciest vedie do alveol ( alveoli pulmonales ). Vdychovaný vzduch prechádzajúci dýchacími cestami sa čistí od prachu, baktérií a iných drobných nečistôt, zvlhčuje a ohrieva. Na druhej strane štruktúra priedušiek kombináciou prvkov chrupavky, elastických a hladkých svalov umožňuje reguláciu ich priemeru. Hrdlo je miesto, kde sa pretínajú dýchacie a tráviace systémy. Z tohto dôvodu sa pri prehĺtaní zastaví dýchanie a dýchacie cesty sa uzavrú cez epiglottis.

  • pľúca- párové orgány umiestnené v hrudníku

Z anatomického a funkčného hľadiska sú pľúca rozdelené na laloky (ľavé pľúca na dva laloky a pravé na tri), laloky sa ďalej delia na segmenty, segmenty na laloky a laloky na zhluky.

Obklopujú každé pľúcadve vrstvy spojivového tkaniva - parietálna pleura ( pleura parietalis ) a pľúcna pleura ( pleura pulmonalis ). Medzi nimi je pleurálna dutina ( cavum pleurae ) a tekutina v nej umožňuje pľúcam pokrytým pľúcnou pleurou priľnúť k parietálnej pleure zrastenej s vnútornou stenou hrudníka. V mieste, kde priedušky prenikajú do pľúc, sú pľúcne dutiny, do ktorých popri prieduškách aj tepny a pľúcne žily.

Pľúcna ventilácia

Podstatou ventilácie je nasávanie atmosférického vzduchu do alveol. Keďže vzduch vždy prúdi z vyššieho tlaku do nižšieho tlaku, do každého nádychu a výdychu sa zapájajú tie správne svaly, ktoré umožňujú sací a tlakový pohyb hrudníka.

Na konci výdychu sa tlak v alveolách rovná atmosférickému tlaku, ale pri nasávaní vzduchu bránica ( bránica ) a vonkajšie medzirebrové svaly (musculi intercostales) contract externi ), to zväčšuje objem hrudníka a vytvára podtlak, ktorý nasáva vzduch.

Keď sa zvýši požiadavka na ventiláciu, aktivujú sa ďalšie inspiračné svaly: sternocleidomastoidné svaly ( musculi sternocleidomastoidei ), menšie prsné svaly ( musculi pectorales minores), predné zubaté svaly ( musculi serrati anteriores ), trapézové svaly ( musculi trapezii ), páky lopatky ( musculi levatores scapulae ), veľké a malé paralelogramové svaly ( musculi rhomboidei maiores et minores ) a šikmé svaly ( musculi scaleni ) .

Ďalším krokom je výdych. Začína, keď sa inspiračné svaly na vrchole nádychu uvoľnia. Zvyčajne ide o pasívny proces, pretože sily generované natiahnutými elastickými prvkami v pľúcnom tkanive sú dostatočné na to, aby hrudník zmenšil svoj objem. Alveolárny tlak stúpa nad atmosférický tlak a výsledný tlakový rozdiel odvádza vzduch von.

Situácia je trochu iná pri silnom výdychu. Zaoberáme sa ňou pri spomalenom rytme dýchania, keď si výdych vyžaduje prekonávanie zvýšeného dýchacieho odporu, napríklad pri niektorých pľúcnych ochoreniach, ale aj pri fonačnej činnosti, najmä pri speve alebo hre na dychové nástroje. Stimulujú sa motoneuróny výdychových svalov, medzi ktoré patria: medzirebrové svalyvnútorné svaly ( musculi intercostales interni ) a svaly prednej brušnej steny, najmä priame brušné svaly ( musculi recti abdominis ).

Respiračná frekvencia

Frekvencia dýchania je veľmi variabilná a závisí od mnohých rôznych faktorov. Odpočívajúci dospelý by mal dýchať 7-20 krát za minútu. Medzi faktory vedúce k zvýšeniu rýchlosti dýchania, odborne nazývanej tachypnoe, patrí cvičenie, pľúcne stavy a mimopľúcne dýchacie ťažkosti. Na druhej strane bradypnoe, teda výrazné zníženie počtu nádychov a výdychov, môže byť výsledkom neurologických ochorení alebo centrálnych vedľajších účinkov narkotík. V tomto sa deti od dospelých líšia: čím menšie batoľa, tým vyššia je fyziologická frekvencia dýchania.

Objemy a kapacity pľúc

  • TLC (celková kapacita pľúc) -celková kapacita pľúc- objem, ktorý je v pľúcach po najhlbšom vdýchnutí
  • IC -inspiračná kapacita- vtiahnutá do pľúc pri najhlbšom nádychu po pokojnom výdychu
  • IRV (inspiračný rezervný objem) -inspiračný rezervný objem- vtiahnutý do pľúc počas maximálnej inšpirácie na vrchole voľnej inšpirácie
  • TV (dychový objem) -dychový objem- voľný nádych a výdych pri nádychu a výdychu
  • FRC -zvyšková funkčná kapacita- zostáva v pľúcach po pokojnom výdychu
  • ERV (exspiračný rezervný objem) -exspiračný rezervný objem- odstránené z pľúc počas maximálneho výdychu po voľnej inhalácii
  • RV (reziduálny objem) -zvyškový objem- vždy zostáva v pľúcach počas maximálneho výdychu
  • VC (vitálna kapacita) -vitálna kapacita- odstránená z pľúc po maximálnom nádychu počas maximálneho výdychu
  • IVC (inspiračná vitálna kapacita) -inspiračná vitálna kapacita- vtiahnutá do pľúc po najhlbšom výdychu pri maximálnom nádychu; môže byť o niečo väčšia ako VC, pretože v čase maximálneho výdychu nasledovaného maximálnou inhaláciou sa alveolárne vodiče zatvoria skôr, ako sa odstráni vzduch plniaci bubliny

Počas voľného nádychu je dychový objem 500 ml. Nie celý tento objem sa však dostane do alveol. Asi 150 ml naplní dýchacie cesty, ktoré nemajú podmienky na výmenu plynov medzi vzduchom a krvou, t.j. nosovú dutinu, hltan, hrtan, priedušnicu, priedušky a priedušnice. Toto sa volá anatomický dýchací mŕtvy priestor. Zvyšných 350 ml sa zmieša sso vzduchom, ktorý tvorí funkčnú zvyškovú kapacitu, sa súčasne ohrieva a sýti vodnou parou. V alveolách opäť nie je všetok vzduch plynný. V kapilárach stien niektorých alveolov krv neprúdi alebo neprúdi dostatočne na to, aby všetok vzduch využila na výmenu plynov. Toto je fyziologický dýchací mŕtvy priestor a u zdravých ľudí je malý. Bohužiaľ, pri chorobných stavoch sa môže výrazne zvýšiť.

Priemerná rýchlosť dýchania počas pokoja je 16 za minútu a dychový objem je 500 ml, vynásobením týchto dvoch hodnôt dostaneme pľúcnu ventiláciu. Z toho vyplýva, že za minútu sa vdýchne a vydýchne asi 8 litrov vzduchu. Počas rýchlych a hlbokých nádychov a výdychov sa hodnota môže výrazne zvýšiť, dokonca z tucta na dvadsaťkrát.

Všetky tieto komplikované parametre: kapacity a objemy boli zavedené nielen preto, aby nás zmiatli, ale majú dôležité uplatnenie v diagnostike pľúcnych ochorení. Existuje test - spirometria, ktorá meria: VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV a IRV. Je nevyhnutný pre diagnostiku a monitorovanie chorôb, ako je astma a CHOCHP.

Difúzia plynu medzi alveolárnym vzduchom a krvou

Základnou štruktúrou, ktorá tvorí pľúca, sú alveoly. Je ich asi 300 až 500 miliónov, každý s priemerom 0,15 až 0,6 mm a ich celková plocha je od 50 do 90 m².

Steny alveol tvoria tenký, plochý, jednovrstvový epitel. Okrem buniek, ktoré tvoria epitel, folikuly obsahujú dva ďalšie typy buniek: makrofágy (črevné bunky) a tiež folikulárne bunky typu II, ktoré produkujú povrchovo aktívnu látku. Ide o zmes bielkovín, fosfolipidov a sacharidov produkovaných z mastných kyselín v krvi. Povrchovo aktívna látka tým, že znižuje povrchové napätie, zabraňuje zlepeniu alveol a znižuje sily potrebné na napínanie pľúc. Z vonkajšej strany sú vezikuly pokryté sieťou kapilár. Kapiláry vstupujúce do alveol nesú krv bohatú na oxid uhličitý, vodu, ale s malým množstvom kyslíka. Naproti tomu v alveolárnom vzduchu je parciálny tlak kyslíka vysoký a parciálny tlak oxidu uhličitého nízky. Difúzia plynu sleduje gradient tlaku častíc plynu, takže kapilárne erytrocyty zachytávajú kyslík zo vzduchu a zbavujú sa oxidu uhličitého. Molekuly plynu musia prechádzať cez alveolárnu stenu a kapilárnu stenu, presnejšie cez: vrstvu tekutiny pokrývajúcej alveolárny povrch, alveolárny epitel, bazálnu membránu a endotelkapiláry.

Transport plynov krvou

  • transport kyslíka

Kyslík sa najskôr fyzicky rozpúšťa v plazme, ale potom difunduje cez obal do erytrocytov, kde sa viaže s hemoglobínom za vzniku oxyhemoglobínu (okysličený hemoglobín). Hemoglobín hrá veľmi dôležitú úlohu pri transporte kyslíka, pretože každá jeho molekula sa spája so 4 molekulami kyslíka, čím zvyšuje schopnosť krvi transportovať kyslík až 70-krát. Množstvo kyslíka transportovaného rozpusteného v plazme je také malé, že je irelevantné pre dýchanie. Vďaka obehovému systému sa krv nasýtená kyslíkom dostane do každej bunky tela.

  • doprava oxidu uhličitého

Tkanivový oxid uhličitý vstupuje do kapilár a je transportovaný do pľúc:

  • dobre. 6 % fyzikálne rozpustených v plazme a v cytoplazme erytrocytov
  • dobre. 6 % sa viaže na voľné aminoskupiny plazmatických a hemoglobínových proteínov (ako karbamáty)
  • väčšina, t.j. približne 88 % ako ióny HCO3- viazané systémom bikarbonátového pufra plazmy a erytrocytov

Difúzia plynov medzi krvou a bunkami

V tkanivách molekuly plynu opäť prenikajú pozdĺž gradientu elasticity: kyslík uvoľnený z hemoglobínu difunduje do tkanív, zatiaľ čo oxid uhličitý difunduje opačným smerom - z buniek do plazmy. V dôsledku rozdielov v potrebe kyslíka rôznych tkanív existujú aj rozdiely v napätí kyslíka. V tkanivách s intenzívnym metabolizmom je napätie kyslíka nízke, takže spotrebúvajú viac kyslíka, zatiaľ čo odvádzajúca venózna krv obsahuje menej kyslíka a viac oxidu uhličitého. Arteriovenózny rozdiel v obsahu kyslíka je parameter, ktorý určuje mieru spotreby kyslíka tkanivami. Každé tkanivo je zásobované arteriálnou krvou s rovnakým obsahom kyslíka, zatiaľ čo venózna krv ho môže obsahovať viac alebo menej.

Vnútorné dýchanie

Dýchanie na bunkovej úrovni je viacstupňový biochemický proces, ktorý zahŕňa oxidáciu organických zlúčenín, ktoré produkujú biologicky užitočnú energiu. Ide o základný proces, ktorý pokračuje, aj keď sú iné metabolické procesy zastavené (anaeróbne alternatívne procesy sú neefektívne a majú obmedzený význam).

Kľúčovú úlohu zohrávajú mitochondrie - bunkové organely, ktoré prijímajú molekuly kyslíka difundujúce vo vnútri bunky. Všetky enzýmy Krebsovho cyklu (známeho aj ako cyklus trikarboxylových kyselín) sú umiestnené na vonkajšej membráne mitochondrií, zatiaľ čo enzýmy reťazca sú umiestnené na vnútornej membráne.

V Krebsovom cykle sa metabolity cukru, bielkovín a tukov oxidujú na oxid uhličitý a vodu za uvoľnenia voľných atómov vodíka alebo voľných elektrónov. Ďalej v dýchacom reťazci - posledný stupeň intracelulárneho dýchania - prenosom elektrónov a protónov na po sebe idúce transportéry sa syntetizujú zlúčeniny fosforu s vysokou energiou. Najdôležitejším z nich je ATP, teda adenozín-5′-trifosfát, univerzálny nosič chemickej energie využívanej v bunkovom metabolizme. Je spotrebovaný mnohými enzýmami v procesoch, ako je biosyntéza, pohyb a delenie buniek. Spracovanie ATP v živých organizmoch je nepretržité a odhaduje sa, že každý deň človek premení množstvo ATP porovnateľné s jeho telesnou hmotnosťou.

Regulácia dýchania

V dreni je dýchacie centrum, ktoré reguluje frekvenciu a hĺbku dýchania. Pozostáva z dvoch centier s opačnými funkciami, vybudovaných dvoma typmi neurónov. Obidve sa nachádzajú v retikulárnej formácii. V samotnom jadre a v prednej časti zadného nejednoznačného blúdivého nervu je inspiračné centrum, ktoré vysiela nervové impulzy do miechy, do motorických neurónov inspiračných svalov. Na druhej strane v nejednoznačnom jadre blúdivého nervu a v zadnej časti zadného nejednoznačného jadra vagusového nervu sa nachádza výdychové centrum, ktoré stimuluje motorické neuróny výdychových svalov

Neuróny inšpiračného centra vysielajú niekoľkokrát za minútu výbuch nervových impulzov, ktoré nasledujú vetvu zostupujúcu k motorickým neurónom v mieche a súčasne vetvu axónu stúpajúcu k neurónom retikulárnej vytvorenie mosta. Existuje pneumotaxické centrum, ktoré inhibuje inspiračné centrum na 1-2 sekundy a potom inspiračné centrum opäť stimuluje. Vďaka postupným periódam stimulácie a inhibície inspiračného centra je zabezpečená rytmickosť dychov. Inspiračné centrum je regulované nervovými impulzmi vznikajúcimi v:

  • chemoreceptory krčných a aortálnych lalokov, ktoré reagujú na zvýšenie koncentrácie oxidu uhličitého, koncentráciu vodíkových iónov alebo výrazný pokles koncentrácie kyslíka v arteriálnej krvi; impulzy z aortálnych zrazenín prechádzajú cez glosofaryngeálny a vagusový nerv. a efektom je zrýchlenie a prehĺbenie nádychov
  • interoreceptory pľúcneho tkaniva a hrudné proprioreceptory;
  • Inflačné mechanoreceptory sa nachádzajú medzi hladkými svalmi priedušiek, sú stimulované napínaním pľúcneho tkaniva, ktoré spúšťa výdych; potom zmenšenie natiahnutia pľúcneho tkaniva pri výdychu, tentoraz aktivuje iné mechanoreceptorydeflačné, ktoré spúšťajú inhaláciu; Tento jav sa nazýva Hering-Breuerove reflexy;
  • Inspiračné alebo exspiračné nastavenie hrudníka dráždi príslušné proprioreceptory a upravuje frekvenciu a hĺbku dychu: čím hlbšie sa nadýchnete, tým hlbšie vydýchnete;
  • centrá horných úrovní mozgu: kôra, limbický systém, centrum termoregulácie v hypotalame

Kategórie:

Dýchací systém