Åndedrettssystemet: struktur og drift

Det menneskelige luftveiene består av luftveiene (øvre og nedre) og lungene. Åndedrettssystemet er ansvarlig for gassutveksling mellom organismen og miljøet. Hvordan er luftveiene bygget og hvordan fungerer det?

Det menneskelige åndedrettssystemet skal muliggjøre respirasjon - prosessen med gassutveksling, nemlig oksygen og karbondioksid, mellom organismen og miljøet. Hver celle i kroppen vår trenger oksygen for å fungere skikkelig og generere energi. Pusteprosessen er delt inn i:

• ekstern åndedrett - oksygentilførsel til celler
• indre respirasjon - intracellulær

Ekstern respirasjon oppstår på grunn av synkronisering av luftveiene med nervesentrene og er delt inn i en rekke prosesser:

$config[ads_text1] not found

• lungeventilasjon
• gassdiffusjon mellom alveolær luft og blod
• transport av gasser gjennom blodet
• gassdiffusjon mellom blod og celler

For å se denne videoen må du aktivere JavaScript, og vurdere å oppgradere til en nettleser som støtter -video

Strukturen i luftveiene

Luftveiene består av:

• øvre luftveier, dvs. nesehulen (vår hule) og hals (svelget)
• nedre luftveier: strupehode (strupehode), luftrør (luftrør), bronkier (bronkier) - høyre og venstre, som videre er delt inn i mindre grener, og de minste blir til bronkioler (bronkioli)

Den siste delen av luftveiene fører til alveolene (alveoli pulmonales). Den inhalerte luften som går gjennom luftveiene blir renset for støv, bakterier og andre små urenheter, fuktet og varmet. På den annen side lar strukturen til bronkiene, gjennom kombinasjonen av brusk, elastiske og glatte muskelelementer, deg justere diameteren. Halsen er der luftveiene og fordøyelsessystemet krysser hverandre. Av denne grunn, når du svelger, stopper pusten og luftveiene lukkes gjennom epiglottis.

• lunger - parrede organer plassert i brystet.

Når det gjelder anatomiske og funksjonelle aspekter, er lungene delt inn i lapper (venstre lunge i to lapper, og den høyre i tre), lobene er videre delt inn i segmenter, segmenter i lobules og lobules i klynger.

Hver lunge er omgitt av to lag med bindevev - parietal pleura (pleura parietalis) og lungesvikt (pleura pulmonalis). Mellom dem er pleurahulen (cavum pleurae), og væsken i den muliggjør vedheft av lungene som er dekket med lungefleura til parietal pleura smeltet med brystets indre vegg.På stedet der bronkiene kommer inn i lungene, er det lungehulrom, der, bortsett fra bronkiene, også arterier og lungeårer.
I tillegg er skjelettstrimmede muskler, blod- og kardiovaskulærsystemet og nervesentre involvert i den kompliserte pusteprosessen.

Lungeventilasjon

Essensen av ventilasjon er å trekke atmosfærisk luft inn i alveolene. Siden luft alltid strømmer fra høyere trykk til lavere trykk, er de aktuelle muskelgruppene involvert i hver innånding og utånding, slik at brystet kan suge og presse.

Ved slutten av utånding er trykket i alveolene lik atmosfæretrykket, men når du trekker inn luft, trekkes membranen sammen (diafragma) og ytre interkostal muskler (musculi intercostales externi), takket være at volumet på brystet øker og skaper et vakuum som suger inn luft.

$config[ads_text3] not found

Når behovet for ventilasjon øker, aktiveres ytterligere inspirasjonsmuskler: sternocleidomastoid muskler (musculi sternocleidomastoidei), brystmuskulatur (musculi pectorales minores), fremre tannede muskler (musculi serrati anteriores), trapezius muskler (musculi trapezia), levatormusklene i skulderbladet (musculi levatores scapulae), store og mindre parallellogram muskler (musculi rhomboidei maiores et minores) og skrå muskler (musculi slått sammen).

Det neste trinnet er å puste ut. Det begynner når inspirasjonsmusklene slapper av på toppen av inhalasjonen. Vanligvis er dette en passiv prosess, ettersom kreftene som genereres av de strukne elastiske elementene i lungevevet, er tilstrekkelige til at brystet reduseres i volum. Trykket i alveolene stiger over atmosfæretrykket, og den resulterende trykkforskjellen fjerner luft til utsiden.

Situasjonen er litt annerledes når man puster sterkt ut. Vi takler det når pusterytmen er treg, når utpusten krever å overvinne økt respirasjonsresistens, for eksempel i noen lungesykdommer, men også i fonatorisk aktivitet, spesielt når du synger eller spiller på blåseinstrumenter. Motoneurons i ekspirasjonsmuskulaturen stimuleres, som inkluderer: indre interkostal muskler (musculi intercostales interni) og musklene i den fremre bukveggen, spesielt rectus abdominals (musculi recti abdominis).

Respirasjonsfrekvens

Åndedrettsfrekvensen er svært variabel og avhenger av mange forskjellige faktorer. En hvilende voksen person skal puste 7-20 ganger i minuttet. Faktorer som fører til en økning i pustefrekvensen, teknisk kjent som takypné, inkluderer trening, lungeforhold og ekstrapulmonal respiratorisk nød. På den annen side kan bradypné, dvs. en betydelig reduksjon i antall pust, skyldes neurologiske sykdommer eller sentrale bivirkninger av narkotiske stoffer. Barn skiller seg fra voksne i denne forbindelse: jo mindre smårollingen er, desto høyere er den fysiologiske luftveiene.

Lungevolumer og kapasiteter

• TLC (total lungekapasitet) - volumet som er i lungen etter det dypeste pusten
• IC - inspirasjonskapasitet - trukket inn i lungene under den dypeste innåndingen etter en rolig utånding
• IRV (inspiratory reserve volume) - inspiratory reserve volume - trukket inn i lungene under maksimal innånding utført på toppen av gratis inspirasjon
• TV (tidevannsvolum) - tidevannsvolum - innåndet og utåndet mens det fritt inhalerer og puster ut
• FRC - funksjonell restkapasitet - forblir i lungene etter langsom utånding
• ERV (ekspiratory reserve volume) - ekspiratory reserve volume - fjernet fra lungene under maksimal utånding etter fri innånding
• RV (restvolum) - restvolumet - forblir i lungene alltid under maksimal utånding
• VC (vital kapasitet) - vital kapasitet - fjernet fra lungene etter maksimal innånding på tidspunktet for maksimal utånding
• IVC (inspiratorisk vital kapasitet) - inhalert vital kapasitet - trukket inn i lungene etter dypeste utånding ved maksimal innånding; kan være litt høyere enn VC fordi ved maksimal utånding etterfulgt av maksimal innånding, lukker de alveolære lederne før luften som fyller boblene fjernes

Med gratis inspirasjon er tidevannsvolumet 500 ml. Imidlertid når ikke alt dette volumet alveolene. Cirka 150 ml fyller luftveiene, som ikke har betingelsene for gassutveksling mellom luft og blod, dvs. nesehulen, halsen, strupehodet, luftrøret, bronkiene og bronkiolene. Dette kalles anatomisk luftveier dødt rom. De resterende 350 ml blandes med luft som utgjør den gjenværende funksjonelle kapasiteten, samtidig oppvarmet og mettet med vanndamp. I alveolene er igjen ikke all luft gassformig. I kapillærene til veggene til noen av folliklene strømmer det ikke eller for lite blod til å bruke all luften til gassutveksling. Dette er det fysiologiske luftveiene og er lite hos friske mennesker. Dessverre kan det øke betydelig i sykdomstilstander.

Den gjennomsnittlige respirasjonsfrekvensen i hvile er 16 per minutt, og tidevannsvolumet er 500 ml, multiplisert med disse to verdiene får vi lungeventilasjon. Av dette følger det at ca. 8 liter luft inhaleres og pustes ut per minutt. Mens du utfører raskt og dypt åndedrag, kan verdien øke betydelig, selv fra et dusin til tjue ganger.

Alle disse kompliserte parametrene: kapasiteter og volumer ble introdusert ikke bare for å forvirre oss, men har en viktig anvendelse i diagnosen lungesykdommer. Det er en test - spirometri som måler: VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV og IRV. Det er viktig for diagnose og overvåking av sykdommer som astma og KOLS.

Gassdiffusjon mellom alveolær luft og blod

Alveolene er den grunnleggende strukturen som utgjør lungene. Det er omtrent 300-500 millioner av dem, hver med en diameter på 0,15 til 0,6 mm, og deres totale areal varierer fra 50 til 90 m².

Veggene på folliklene er bygd av et tynt, flatt enkeltlagsepitel. I tillegg til cellene som utgjør epitelet, inneholder folliklene to andre typer celler: makrofager (tarmceller) og også type II follikulære celler som produserer overflateaktivt middel. Det er en blanding av proteiner, fosfolipider og karbohydrater produsert av blodfettsyrer. Det overflateaktive stoffet forhindrer alveolene i å klebe seg sammen ved å redusere overflatespenningen og reduserer kreftene som trengs for å strekke lungene. Fra utsiden er boblene dekket av et nettverk av kapillærer. Kapillærer som kommer inn i alveolene bærer blod rik på karbondioksid, vann, men med en liten mengde oksygen. I kontrast, i alveolær luft, er oksygenets delvise trykk høyt og det for karbondioksid er lavt. Gassdiffusjon følger en gradient av gassmolekylært trykk, så kapillære erytrocytter fanger oksygen fra luften og blir kvitt karbondioksid. Gasspartikler må passere gjennom den alveolære veggen og kapillærveggen, nemlig gjennom: væskelaget som dekker alveolær overflate, alveolært epitel, kjellermembran og kapillært endotel.

Transport av gasser gjennom blodet

• oksygentransport

Først oppløses oksygen fysisk i plasma, men diffunderer deretter gjennom konvolutten inn i de røde blodcellene, hvor det binder seg til hemoglobin for å danne oxyhemoglobin (oksygenert hemoglobin). Hemoglobin spiller en veldig viktig rolle i transport av oksygen, fordi hvert av dets molekyler kombineres med 4 oksygenmolekyler, og øker dermed blodets evne til å transportere oksygen opptil 70 ganger. Mengden oksygen som transporteres oppløst i plasmaet er så liten at det er irrelevant for respirasjon. Takket være sirkulasjonssystemet når blod mettet med oksygen alle celler i kroppen.

• karbondioksidtransport

Karbondioksid fra vevet kommer inn i kapillærene og transporteres til lungene:

• ca. 6% fysisk oppløst i plasma og i cytoplasmaet av erytrocytter
• ca. 6% bundet til frie aminogrupper av plasmaproteiner og hemoglobin (som karbamater)
• flertallet, dvs. ca 88%, som HCO3-ioner - bundet av bikarbonatbuffersystemet av plasma og erytrocytter

Gassdiffusjon mellom blod og celler

Nok en gang passerer gassmolekyler i vevet langs trykkgradienten: oksygenet som frigjøres fra hemoglobin diffunderer inn i vevet, mens karbondioksid diffunderer i motsatt retning - fra cellene til plasmaet. På grunn av forskjellene i oksygenbehov i forskjellige vev, er det også forskjeller i oksygenspenning. I vev med intensiv metabolisme er oksygenspenningen lav, slik at de bruker mer oksygen, mens det drenerende venøse blodet inneholder mindre oksygen og mer karbondioksid. Den arteriovenøse forskjellen i oksygeninnhold er en parameter som bestemmer graden av oksygenforbruk av vev. Hvert vev forsynes med arterielt blod med samme oksygeninnhold, mens venøst ​​blod kan inneholde mer eller mindre av det.

Intern pust

Puste på mobilnivå er en flertrinns biokjemisk prosess som involverer oksidasjon av organiske forbindelser der det produseres biologisk nyttig energi. Det er en grunnleggende prosess som oppstår selv når andre metabolske prosesser stoppes (anaerobe alternative prosesser er ineffektive og av begrenset betydning).

Nøkkelrollen spilles av mitokondrier - cellulære organeller, som mottar oksygenmolekyler som sprer seg inne i cellen. På den ytre membranen av mitokondriene er det alle enzymer i Krebs-syklusen (eller syklusen av trikarboksylsyrer), mens det på den indre membranen er enzymer i luftveiskjeden.

I Krebs-syklusen oksyderes sukker-, protein- og fettmetabolitter til karbondioksid og vann med frigjøring av gratis hydrogenatomer eller frie elektroner. Videre i respirasjonskjeden - den siste fasen av intracellulær respirasjon - ved å overføre elektroner og protoner til påfølgende transportører, syntetiseres høyenergiske fosforforbindelser. Den viktigste av dem er ATP, dvs. adenosin-5'-trifosfat, en universell bærer av kjemisk energi som brukes i cellemetabolisme. Det forbrukes av mange enzymer i prosesser som biosyntese, bevegelse og celledeling. Behandling av ATP i levende organismer er kontinuerlig, og det anslås at hver dag konverterer mennesket mengden ATP som er sammenlignbar med kroppsvekten.

Åndedrettsregulering

I den utvidede kjernen er det et pustesenter som regulerer frekvensen og dybden av pusten. Den består av to sentre med motsatte funksjoner, bygget av to typer neuroner. Begge er plassert i retikulær formasjon. I den ensomme kjernen og i den fremre delen av den bakre-tvetydige vagusnerven er inspirasjonssenteret, som sender nerveimpulser til ryggmargen, til motorneuronene i inspirasjonsmusklene. På den annen side, i den tvetydige kjernen til vagusnerven og i den bakre delen av den bakre-tvetydige vagusnerven, er det utåndingssenteret, som stimulerer motorneuronene i ekspirasjonsmuskulaturen.

Nevronene i inspirasjonssenteret sender en volley av nerveimpulser flere ganger i minuttet, som løper langs grenen og går ned til motorneuronene i ryggmargen og samtidig som axongrenen stiger opp til nevronene i retikulær dannelse av broen. Det er et pneumotaksisk senter som hemmer inspirasjonssenteret i 1-2 sekunder og deretter stimulerer inspirasjonssenteret igjen. Takket være suksessive perioder med stimulering og inhibering av inspirasjonssenteret, er pustens rytmiskhet sikret.
Inspirasjonssenteret reguleres av nerveimpulser som oppstår i:

• cervikale og aorta glomerulus kjemoreseptorer, som reagerer på en økning i karbondioksydkonsentrasjon, konsentrasjon av hydrogenioner eller en signifikant reduksjon i arteriell oksygenkonsentrasjon; impulser fra aortaklumpene beveger seg gjennom glossopharyngeal og vagus nerver. og effekten er å akselerere og utdype inhalasjonene
• lungevev interoreceptorer og thorax proprioreceptors;
• det er oppblåsingsmekaniseptorer mellom de glatte bronkialmusklene, de stimuleres ved å strekke lungevevet, som utløser utånding; reduserer deretter strekningen av lungevev under utånding, aktiverer andre mekaniske reseptorer, denne gangen deflasjonære, som utløser inspirasjon; Dette fenomenet kalles Hering-Breuer-reflekser;
• Brystets inspirasjons- eller utåndingsposisjon irriterer de respektive proprioreseptorene og endrer frekvensen og dybden av pustene: jo dypere innåndingen, desto dypere blir utpusten etter den;
• sentre for de øvre nivåene i hjernen: hjernebarken, det limbiske systemet, termoreguleringssenteret i hypothalamus