Åndedrætssystemet: struktur og drift

Det menneskelige åndedrætssystem består af luftvejene (øvre og nedre) og lungerne. Åndedrætssystemet er ansvarlig for gasudveksling mellem organismen og miljøet. Hvordan er åndedrætssystemet bygget, og hvordan fungerer det?

Det menneskelige åndedrætssystem antages at muliggøre respiration - processen med gasudveksling, nemlig ilt og kuldioxid, mellem organismen og miljøet. Hver celle i vores krop har brug for ilt for at fungere korrekt og generere energi. Åndedrætsprocessen er opdelt i:

• ekstern åndedræt - bringer ilt til cellerne
• intern respiration - intracellulær

Ekstern respiration opstår på grund af synkroniseringen af ​​åndedrætssystemet med nervecentrene og er opdelt i en række processer:

• lungeventilation
• gasdiffusion mellem alveolær luft og blod
• transport af gasser gennem blodet
• gasdiffusion mellem blod og celler

For at se denne video skal du aktivere JavaScript og overveje at opgradere til en webbrowser, der understøtter HTML5-video

Åndedrætssystemets struktur

Luftvejene består af:

• øvre luftveje, dvs. næsehulen (vores hulrum) og hals (svælget)
• nedre luftveje: strubehoved (strubehoved), luftrør (luftrør), bronchus (bronkier) - højre og venstre, som yderligere er opdelt i mindre grene, og de mindste bliver til bronchioler (bronchioli)

Den sidste del af luftvejene fører til alveolerne (alveoli pulmonales). Den indåndede luft passerer gennem luftvejene og renses for støv, bakterier og andre små urenheder, fugtes og opvarmes. På den anden side muliggør strukturen af ​​bronkierne ved at kombinere brusk, elastiske og glatte muskelelementer regulering af deres diameter. Halsen er hvor åndedræts- og fordøjelsessystemerne krydser hinanden. Af denne grund stopper vejrtrækningen ved indtagelse, og luftvejen lukker gennem epiglottis.

• lunger - parrede organer placeret i brystet.

I anatomiske og funktionelle termer er lungerne opdelt i lapper (den venstre lunge i to lapper og den højre i tre), lapperne er yderligere opdelt i segmenter, segmenter i lobules og lobules i klynger.

Hver lunge er omgivet af to lag af bindevæv - parietal pleura (pleura parietalis) og lungepleura (pleura pulmonalis). Mellem dem er pleurahulen (cavum pleurae), og væsken i den tillader vedhæftning af lungen, der er dækket med lungepleura til parietal pleura fusioneret med brystets indre væg.På det sted, hvor bronkierne kommer ind i lungerne, er der lungehulrum, i hvilke bortset fra bronkierne også arterier og lungevener.
Derudover er skeletstribede muskler, blod og hjerte-kar-system og nervecentre involveret i den komplicerede vejrtrækningsproces.

Lungeventilation

Essensen af ​​ventilation er at trække atmosfærisk luft ind i alveolerne. Da luft altid strømmer fra højere tryk til lavere tryk, er de relevante muskelgrupper involveret i hver indånding og udånding, hvilket muliggør sugning og trykbevægelser i brystet.

Ved udåndingens afslutning er trykket i alveolerne lig med det atmosfæriske tryk, men når du trækker luft ind, trækker membranen sig sammen (diafragma) og eksterne interkostale muskler (musculi intercostales externi), takket være hvilket brystets volumen øges og skaber et vakuum, der suger luft ind.

Når efterspørgslen efter ventilation øges, aktiveres yderligere inspiratoriske muskler: sternocleidomastoid muskler (musculi sternocleidomastoidei) brystmuskler (musculi pectorales minores), forreste tandede muskler (musculi serrati anteriores), trapezius muskler (musculi trapezii), levator scapula muskler (musculi levatores scapulae), større og mindre parallelogram muskler (musculi rhomboidei maiores et minores) og skrå muskler (musculi fusioneret).

Det næste trin er at ånde ud. Det begynder, når de inspiratoriske muskler slapper af ved indåndingens top. Normalt er dette en passiv proces, da de kræfter, der genereres af de strakte elastiske elementer i lungevævet, er tilstrækkelige til at brystet falder i volumen. Alveolært tryk stiger over atmosfærisk, og den resulterende trykforskel fjerner luft udefra.

Situationen er lidt anderledes, når man udånder stærkt. Vi beskæftiger os med det, når vejrtrækningsrytmen er langsom, når udånding kræver overvundet øget respirationsmodstand, fx i nogle lungesygdomme, men også i fonatorisk aktivitet, især når du synger eller spiller på blæseinstrumenter. Motoneurons i ekspiratoriske muskler stimuleres, som inkluderer: interne interkostale muskler (musculi intercostales interni) og musklerne i den forreste abdominale væg, især rectus abdominals (musculi recti abdominis).

Åndedrætsfrekvens

Åndedrætsfrekvensen er meget variabel og afhænger af mange forskellige faktorer. En hvilende voksen skal trække vejret 7-20 gange i minuttet. Faktorer, der fører til en stigning i vejrtrækningshastigheden, teknisk kendt som takypnø, inkluderer træning, lungeforhold og ekstrapulmonale åndedrætsforstyrrelser. På den anden side kan bradypnø, dvs. et signifikant fald i antallet af vejrtrækninger, skyldes neurologiske sygdomme eller centrale bivirkninger af narkotiske lægemidler. Børn adskiller sig fra voksne i denne henseende: jo mindre barnet er, jo højere er den fysiologiske åndedrætsfrekvens.

Lungevolumen og kapacitet

• TLC (total lungekapacitet) - det volumen, der er i lungen efter den dybeste åndedræt
• IC - inspiratorisk kapacitet - trukket ind i lungerne under den dybeste indånding efter en rolig udånding
• IRV (inspiratorisk reservevolumen) - inspiratorisk reservevolumen - trukket ind i lungerne under den maksimale inhalation udført øverst på gratis inspiration
• TV (tidevandsvolumen) - tidevandsvolumen - indåndes og udåndes under frit indånding og udånding
• FRC - funktionel restkapacitet - forbliver i lungerne efter langsom udånding
• ERV (ekspiratorisk reservevolumen) - ekspiratorisk reservevolumen - fjernet fra lungerne under maksimal udånding efter fri indånding
• RV (restvolumen) - restvolumen - forbliver i lungerne altid under maksimal udånding
• VC (vital kapacitet) - vital kapacitet - fjernet fra lungerne efter maksimal inspiration ved maksimal udløb
• IVC (inspiratorisk vital kapacitet) - inhaleret vital kapacitet - trukket ind i lungerne efter den dybeste udånding ved maksimal indånding; kan være lidt større end VC, for på tidspunktet for maksimal udånding efterfulgt af maksimal indånding lukker de alveolære ledere inden luften, der fylder boblene, fjernes

Med gratis inspiration er tidevandsvolumen 500 ml. Imidlertid når ikke alt dette volumen alveolerne. Cirka 150 ml fylder luftvejene, som ikke har betingelserne for gasudveksling mellem luft og blod, dvs. næsehulen, halsen, strubehovedet, luftrøret, bronchi og bronchioles. Dette kaldes anatomisk respiratorisk dødrum. De resterende 350 ml blandes med luft, der udgør den resterende funktionelle kapacitet, samtidig opvarmet og mættet med vanddamp. I alveolerne er ikke al luft luft igen. I kapillærerne på væggene i nogle af folliklerne strømmer der ikke eller for lidt blod til at bruge al luften til gasudveksling. Dette er det fysiologiske åndedrætsrum og er lille hos raske mennesker. Desværre kan det øges betydeligt i sygdomstilstande.

Den gennemsnitlige respirationsfrekvens i hvile er 16 pr. Minut, og tidevandsvolumenet er 500 ml, multipliceret med disse to værdier får vi lungeventilation. Heraf følger, at ca. 8 liter luft indåndes og udåndes pr. Minut. Mens du udfører hurtige og dybe vejrtrækninger, kan værdien stige betydeligt, selv fra et dusin til tyve gange.

Alle disse komplicerede parametre: kapaciteter og volumener blev introduceret ikke kun for at forvirre os, men har en betydelig anvendelse i diagnosen lungesygdomme. Der er en test - spirometri, der måler: VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV og IRV. Det er vigtigt for diagnosticering og overvågning af sygdomme som astma og KOL.

Gasdiffusion mellem alveolær luft og blod

Alveoli er den grundlæggende struktur, der udgør lungerne. Der er omkring 300-500 millioner af dem, hver med en diameter på 0,15 til 0,6 mm, og deres samlede areal varierer fra 50 til 90 m².

Væggene i folliklerne er bygget af et tyndt, fladt enkeltlagsepitel. Ud over de celler, der udgør epitelet, indeholder folliklerne to andre typer celler: makrofager (tarmceller) og også type II follikulære celler, der producerer det overfladeaktive middel. Det er en blanding af proteiner, phospholipider og kulhydrater produceret af blodfedtsyrer. Det overfladeaktive middel forhindrer alveolerne i at klæbe sammen ved at reducere overfladespændingen og reducerer kræfterne, der er nødvendige for at strække lungerne. Udefra er boblerne dækket af et netværk af kapillærer. Kapillærer, der kommer ind i alveolerne, bærer blod rig på kuldioxid, vand, men med en lille mængde ilt. I alveolærluft er iltpartiet ilt højt, og kuldioxid er lavt. Gasdiffusion følger en gradient af gasmolekylært tryk, så kapillære erytrocytter fanger ilt fra luften og slipper af med kuldioxid. Gasmolekyler skal passere gennem den alveolære væg og kapillærvæggen, nemlig gennem: væskelaget, der dækker alveolær overflade, alveolært epitel, kældermembran og kapillært endotel.

Transport af gasser gennem blodet

• iltransport

Først opløses ilt fysisk i plasma, men derefter diffunderer det gennem kuvertet ind i de røde blodlegemer, hvor det binder til hæmoglobin til dannelse af oxyhemoglobin (iltet hæmoglobin). Hæmoglobin spiller en meget vigtig rolle i transporten af ​​ilt, fordi hvert af dets molekyler kombineres med 4 iltmolekyler, hvilket øger blodets evne til at transportere ilt op til 70 gange. Mængden af ​​ilt transporteret opløst i plasmaet er så lille, at det er irrelevant for respiration. Takket være kredsløbssystemet når blod, der er mættet med ilt, alle kroppens celler.

• transport af kuldioxid

Kuldioxid fra vævene kommer ind i kapillærerne og transporteres til lungerne:

• ca. 6% fysisk opløst i plasma og i erytrocytternes cytoplasma
• ca. 6% bundet til frie aminogrupper af plasmaproteiner og hæmoglobin (som carbamater)
• størstedelen, dvs. ca. 88%, som HCO3-ioner - bundet af bicarbonatbuffersystemet af plasma og erythrocytter

Gasdiffusion mellem blod og celler

Igen passerer gasmolekyler i vævene langs trykgradienten: Det frigjorte ilt fra hæmoglobin diffunderer ind i vævene, mens kuldioxid diffunderer i den modsatte retning - fra cellerne til plasmaet. På grund af forskellene i iltbehovet i forskellige væv er der også forskelle i iltspændingen. I væv med intens stofskifte er iltspændingen lav, så de bruger mere ilt, mens det drænende venøse blod indeholder mindre ilt og mere kuldioxid. Den arteriovenøse forskel i iltindhold er en parameter, der bestemmer graden af ​​iltforbrug af væv. Hvert væv forsynes med arterielt blod med det samme iltindhold, mens venøst ​​blod kan indeholde mere eller mindre af det.

Intern vejrtrækning

Åndedræt på celleniveau er en biokemisk proces i flere trin, der involverer oxidation af organiske forbindelser, hvor der produceres biologisk nyttig energi. Det er en grundlæggende proces, der opstår, selv når andre metaboliske processer stoppes (anaerobe alternative processer er ineffektive og af begrænset betydning).

Nøglerollen spilles af mitokondrier - cellulære organeller, der modtager iltmolekyler, der diffunderer inde i cellen. På den ydre membran af mitokondrierne er der alle enzymerne i Krebs-cyklussen (eller cyklen af ​​tricarboxylsyrer), mens der på den indre membran er enzymer i luftvejskæden.

I Krebs-cyklussen oxideres sukker-, protein- og fedtmetabolitter til kuldioxid og vand med frigivelse af frie brintatomer eller frie elektroner. Længere i åndedrætskæden - det sidste trin i intracellulær respiration - ved at overføre elektroner og protoner til successive bærere syntetiseres højenergifosforforbindelser. Den vigtigste af dem er ATP, dvs. adenosin-5'-triphosphat, en universel bærer af kemisk energi, der anvendes i cellemetabolisme. Det forbruges af adskillige enzymer i processer som biosyntese, bevægelse og celledeling. Behandling af ATP i levende organismer er kontinuerlig, og det anslås, at mennesket hver dag konverterer mængden af ​​ATP, der kan sammenlignes med sin kropsvægt.

Åndedrætsregulering

I den udvidede kerne er der et åndedrætscenter, der regulerer frekvensen og dybden af ​​vejrtrækningen. Den består af to centre med modsatte funktioner, bygget af to typer neuroner. Begge er placeret inden i retikulær formation. I den ensomme kerne og i den forreste del af den bageste-tvetydige vagusnerv er det inspiratoriske center, som sender nerveimpulser til rygmarven, til de motoriske neuroner i de inspiratoriske muskler. I modsætning hertil er der i den tvetydige kerne af vagusnerven og i den bageste del af den posterior-tvetydige vagusnerven udåndingscentret, som stimulerer de motoriske neuroner i de ekspiratoriske muskler.

Inspirationscentrets neuroner sender en volley af nerveimpulser flere gange i minuttet, som løber langs grenen ned til motorneuronerne i rygmarven og på samme tid som axongrenen stiger op til neuronerne i broens retikulære dannelse. Der er et pneumotaksisk center, der hæmmer det inspiratoriske center i 1-2 sekunder, og derefter stimulerer det inspiratoriske center igen. Takket være successive perioder med stimulering og inhibering af det inspiratoriske centrum sikres rytmisk indånding.
Inspirationscentret reguleres af nerveimpulser, der opstår i:

• cervikale og aorta glomerulus kemoreceptorer, som reagerer på en stigning i kuldioxidkoncentration, koncentration af hydrogenioner eller et signifikant fald i arteriel iltkoncentration; impulser fra aorta blodpropper bevæger sig gennem glansopharyngeal og vagus nerver. og effekten er at fremskynde og uddybe indåndingen
• interoreceptorer i lungevæv og proprioreceptorer i thorax;
• der er inflationsmekanoreceptorer mellem de glatte bronchiale muskler, de stimuleres ved strækning af lungevævet, hvilket udløser udånding; reducerer derefter strækningen af ​​lungevæv under udånding, aktiverer andre mekanoreceptorer, denne gang deflationære, der udløser inspiration; Dette fænomen kaldes Hering-Breuer-reflekser;
• Brystets inspiratoriske eller udåndingsposition irriterer de respektive proprioreceptorer og ændrer frekvensen og dybden af ​​vejrtrækningerne: jo dybere indåndingen er, desto dybere udånding efter den;
• centre for de øvre niveauer i hjernen: hjernebarken, det limbiske system, termoreguleringscentret i hypothalamus