Човеков респираторни систем састоји се од респираторног тракта (горњег и доњег) и плућа. Респираторни систем је одговоран за размену гасова између организма и околине. Како је изграђен респираторни систем и како он функционише?
Људски респираторни систем треба да омогући дисање - процес размене гасова, односно кисеоника и угљен-диоксида, између тела и околине. Свакој ћелији у нашем телу потребан је кисеоник да би правилно функционисала и генерисала енергију. Процес дисања је подељен на:
- спољно дисање - снабдевање ћелија кисеоником
- унутрашње дисање - унутарћелијско
Спољно дисање настаје услед синхронизације респираторног система са нервним центрима и подељено је на низ процеса:
- вентилација плућа
- дифузија гасова између алвеоларног ваздуха и крви
- транспорт гасова кроз крв
- дифузија гасова између крви и ћелија
Да бисте погледали овај видео, омогућите ЈаваСцрипт и размислите о надоградњи на веб прегледач који подржава ХТМЛ5 видео
Структура респираторног система
Респираторни тракт чине:
- горњи респираторни тракт, тј. носну шупљину (наш кавум) и грло (ждрела)
- доњи респираторни тракт: гркљан (гркљан), душник (душник), бронхус (бронхија) - десно и лево, које се даље деле на мање гране, а најмање претварају у бронхиоле (бронхиоли)
Завршни део дисајних путева води до алвеола (алвеоли пулмоналес). Удисани ваздух који пролази кроз респираторни тракт се чисти од прашине, бактерија и других ситних нечистоћа, влажи и загрева. С друге стране, структура бронхија кроз комбинацију хрскавице, еластичних и глатких мишића омогућава вам подешавање њиховог пречника. Грло је место где се пресецају респираторни и дигестивни систем. Из тог разлога, при гутању, дисање се зауставља и дисајни пут се затвара кроз епиглотис.
- плућа - упарени органи смештени у грудном кошу.
У анатомском и функционалном смислу, плућа су подељена на режњеве (лево плуће на два режња, а десно на три), режњеви су даље подељени на сегменте, сегменти на лобуле и лобули на кластере.
Свако плуће је окружено са два слоја везивног ткива - паријетална плеура (плеура париеталис) и плућна плеура (плеура пулмоналис). Између њих је плеурална шупљина (цавум плеурае), а течност у њему омогућава адхезију плућа прекривеног плућном плеуром за паријеталну плеуру сраслу са унутрашњим зидом грудног коша.На месту уласка бронхија у плућа налазе се плућне шупљине, у које се, осим бронхија, налазе и артерије и плућне вене.
Поред тога, скелетно-пругасти мишићи, крв и кардиоваскуларни систем и нервни центри укључени су у компликовани процес дисања.
Вентилација плућа
Суштина вентилације је увлачење атмосферског ваздуха у алвеоле. Будући да ваздух увек тече од већег притиска до нижег, одговарајуће мишићне групе учествују у сваком удисању и издисању, омогућавајући усисавање и покрете притиска у грудима.
На крају издисаја, притисак у алвеолама је једнак атмосферском притиску, али док увлачите ваздух, дијафрагма се скупља (дијафрагма) и спољни интеркостални мишићи (мусцули интерцосталес ектерни), захваљујући којој се запремина сандука повећава и ствара вакуум који усисава ваздух.
Када се повећа потреба за вентилацијом, активирају се додатни инспираторни мишићи: стерноклеидомастоидни мишићи (мусцули стерноцлеидомастоидеи), грудни мишићи (мусцули пецторалес минорес), предњи зупчасти мишићи (мусцули серрати антериорес), трапезни мишићи (мусцули трапезиа), мишићи подизача лопатице (мусцули леваторес сцапулае), већи и мањи паралелограмски мишићи (мусцули рхомбоидеи маиорес ет минорес) и коси мишићи (мускули спојени).
Следећи корак је издах. Почиње када се надахнути мишићи опусте на врхунцу удисања. Обично је ово пасиван процес, јер су силе генерисане испруженим еластичним елементима у плућном ткиву довољне да грудни кош смањи запремину. Алвеоларни притисак расте изнад атмосферског и настала разлика у притиску уклања ваздух споља.
Ситуација је мало другачија када се издахне снажно. Суочавамо се с тим када је ритам дисања спор, када издах захтева савладавање повећаног отпора дисања, нпр. Код неких плућних болести, али и у фонацијској активности, посебно током певања или свирања дувачких инструмената. Стимулишу се мотонеурони експираторних мишића, који укључују: унутрашње интеркосталне мишиће (мусцули интерцосталес интерни) и мишићи предњег трбушног зида, посебно ректусни абдомини (мусцули рецти абдоминис).
Стопа дисања
Брзина дисања је веома променљива и зависи од много различитих фактора. Одрасла особа у мировању треба да дише 7-20 пута у минути. Фактори који доводе до повећања брзине дисања, професионално назване тахипнеја, укључују вежбање, проблеме са плућима и ванплућни респираторни дистрес. С друге стране, брадипнеја, тј. Значајно смањење броја удисаја, може бити последица неуролошких болести или централних нежељених ефеката опојних дрога. Деца се у овом погледу разликују од одраслих: што је дете мање, то је већа физиолошка брзина дисања.
Запремине и капацитети плућа
- ТЛЦ (укупни капацитет плућа) - запремина која се налази у плућима након најдубљег даха
- ИЦ - капацитет удисаја - увучен у плућа током најдубљег удисања након мирног издисаја
- ИРВ (инспираторни резервни волумен) - инспираторни резервни волумен - увучен у плућа током максималног удисања на врху слободне инспирације
- ТВ (плимни волумен) - плимни волумен - удисај и издах уз слободно удисање и издисање
- ФРЦ - функционални резидуални капацитет - остаје у плућима након лаганог издисаја
- ЕРВ (експираторни резервни волумен) - експираторни резервни волумен - уклања се из плућа током максималног издаха након слободног удисања
- РВ (резидуална запремина) - заостала запремина - остаје у плућима увек током максималног издисаја
- ВЦ (витални капацитет) - витални капацитет - уклања се из плућа након максималног удисања у време максималног издисаја
- ИВЦ (витални капацитет удисаја) - удисани витални капацитет - увучен у плућа након најдубљег издисаја при максималном удисању; може бити мало већи од ВЦ јер се при максималном издисају праћеном максималним удисањем алвеоларни проводници затварају пре него што се уклони ваздух који испуњава мехуриће
Уз бесплатну инспирацију, осека осеке је 500 мл. Међутим, не досеже сав овај волумен алвеоле. Отприлике 150 мл испуњава респираторни тракт, који нема услове за размену гасова између ваздуха и крви, тј. Носну шупљину, грло, гркљан, душник, бронхије и бронхиоле. Ово се зове анатомски респираторни мртви простор. Преосталих 350 мл помеша се са ваздухом који чини преостали функционални капацитет, истовремено загреваним и засићеним воденом паром. У алвеолама, опет, није сав ваздух гасовит. У капиларама зидова неких алвеола нема крви или нема довољног протока крви да сав ваздух користи за размену гасова. Ово је физиолошки мртви простор за дисање и мали је код здравих људи. Нажалост, може се знатно повећати у болесним стањима.
Просечна брзина дисања у мировању је 16 у минути, а осека осеке је 500 мл, помноживши ове две вредности, добијамо плућну вентилацију. Из овога следи да се удише и издахне приближно 8 литара ваздуха у минути. Током брзих и дубоких удисаја, вредност се може знатно повећати, чак и од десетак до двадесет пута.
Сви ови компликовани параметри: капацитети и запремине уведени су не само да би нас збунили, већ имају значајну примену у дијагнози плућних болести. Постоји тест - спирометрија, који мери: ВЦ, ФЕВ1, ФЕВ1 / ВЦ, ФВЦ, ИЦ, ТВ, ЕРВ и ИРВ. Од суштинске је важности за дијагнозу и праћење болести као што су астма и ХОБП.
Дифузија гасова између алвеоларног ваздуха и крви
Алвеоле су основна структура која чини плућа. Има их око 300-500 милиона, сваки са пречником од 0,15 до 0,6 мм, а њихова укупна површина се креће од 50 до 90 м².
Зидови фоликула грађени су танким, равним, једнослојним епителом. Поред ћелија које чине епител, фоликули садрже још две врсте ћелија: макрофаге (ћелије црева) и такође фоликуларне ћелије типа ИИ које производе сурфактант. То је мешавина протеина, фосфолипида и угљених хидрата произведених из масних киселина у крви. Сурфактант, смањењем површинског напона, спречава лепљење алвеола и смањује силе потребне за истезање плућа. Споља, мехурићи су прекривени мрежом капилара. Капиларе које улазе у алвеоле носе крв богату угљен-диоксидом, водом, али са малом количином кисеоника. Супротно томе, у алвеоларном ваздуху парцијални притисак кисеоника је висок, а угљендиоксида низак. Дифузија гаса прати градијент молекуларног притиска гаса, па капиларни еритроцити заробљавају кисеоник из ваздуха и ослобађају се угљен-диоксида. Честице гаса морају проћи кроз зид алвеоле и зид капилара, тачније кроз: слој течности који покрива површину алвеоле, алвеоларни епител, базалну мембрану и ендотел капилара.
Транспорт гасова кроз крв
- транспорт кисеоника
Прво се кисеоник физички раствара у плазми, али се затим кроз омотач дифундира у црвене крвне ћелије, где се везује за хемоглобин и формира оксихемоглобин (оксигенирани хемоглобин). Хемоглобин игра веома важну улогу у транспорту кисеоника, јер се сваки његов молекул комбинује са 4 молекула кисеоника, повећавајући тако способност крви да транспортује кисеоник и до 70 пута. Количина кисеоника који се транспортује растворен у плазми је толико мала да није битна за дисање. Захваљујући циркулаторном систему, крв засићена кисеоником долази до сваке ћелије тела.
- транспорт угљен-диоксида
Угљен-диоксид из ткива улази у капиларе и транспортује се у плућа:
- приближно 6% физички растворено у плазми и у цитоплазми еритроцита
- приближно 6% везано за слободне амино групе протеина плазме и хемоглобина (у облику карбамата)
- већина, тј. око 88%, као ХЦО3 јони - везани бикарбонатним пуферским системом плазме и еритроцита
Дифузија гаса између крви и ћелија
Још једном, молекули гаса у ткивима пролазе дуж градијента притиска: кисеоник који се ослобађа из хемоглобина дифундира у ткива, док угљен-диоксид дифундира у супротном смеру - од ћелија до плазме. Због разлика у потражњи за кисеоником различитих ткива, постоје и разлике у напетости кисеоника. У ткивима са интензивним метаболизмом напетост кисеоника је мала, па они троше више кисеоника, док одводна венска крв садржи мање кисеоника и више угљен-диоксида. Артериовенска разлика у садржају кисеоника је параметар који одређује степен потрошње кисеоника у ткивима. Свако ткиво је снабдевено артеријском крвљу са истим садржајем кисеоника, док венска крв може садржати више или мање.
Унутрашње дисање
Дисање на ћелијском нивоу је вишестепени биохемијски процес који укључује оксидацију органских једињења у којима се производи биолошки корисна енергија. То је основни процес који се дешава чак и када се зауставе други метаболички процеси (анаеробни алтернативни процеси су неефикасни и од ограниченог значаја).
Кључну улогу играју митохондрији - ћелијске органеле, које примају молекуле кисеоника који се дифундирају унутар ћелије. На спољној мембрани митохондрија налазе се сви ензими Кребсовог циклуса (или циклуса трикарбоксилних киселина), док се на унутрашњој мембрани налазе ензими респираторног ланца.
У Кребсовом циклусу, метаболити шећера, протеина и масти се оксидују у угљен-диоксид и воду ослобађајући слободне атоме водоника или слободне електроне. Даље у респираторном ланцу - последња фаза унутарћелијског дисања - преношењем електрона и протона на узастопне носаче, синтетишу се високоенергетска једињења фосфора. Најважнији од њих је АТП, односно аденозин-5′-трифосфат, универзални носач хемијске енергије који се користи у ћелијском метаболизму. Конзумирају га бројни ензими у процесима као што су биосинтеза, кретање и деоба ћелија. Обрада АТП у живим организмима је континуирана и процењује се да човек свакодневно претвара количину АТП упоредиву са својом телесном тежином.
Регулација дисања
У продуженом језгру налази се центар за дисање који регулише фреквенцију и дубину дисања. Састоји се од два центра са супротним функцијама, изграђена од две врсте неурона. Обе се налазе унутар ретикуларне формације. У усамљеном језгру и у предњем делу задњег-двосмисленог вагусног нерва налази се инспираторни центар, који шаље нервне импулсе у кичмену мождину, у моторне неуроне инспираторних мишића. Насупрот томе, у двосмисленом језгру вагусног нерва и у задњем делу задњег-двосмисленог вагусног нерва налази се центар за издисање који стимулише моторне неуроне експираторних мишића.
Неурони центра за инспирацију шаљу салву нервних импулса неколико пута у минуту, који се протежу дуж гране која се спушта до моторних неурона у кичменој мождини и истовремено са граном аксона која се пење ка неуронима ретикуларне формације моста. Постоји пнеумотаксични центар који инхибира центар за удисање 1-2 секунде, а затим центар за удисање поново стимулише. Захваљујући узастопним периодима стимулације и инхибиције инспираторног центра, осигурава се ритмичност удисаја.
Инспираторни центар је регулисан нервним импулсима који настају у:
- цервикални и аортни гломерулус хеморецептори, који реагују на повећање концентрације угљен-диоксида, концентрације водоничних јона или значајно смањење концентрације артеријског кисеоника; импулси из аортних угрушака путују кроз глософарингеални и вагусни нерв. а ефекат је убрзање и продубљивање удисаја
- интерорецептори плућног ткива и торакални проприорецептори;
- постоје механички рецептори за надувавање између глатких мишића бронхија, стимулишу се истезањем плућног ткива, што покреће издисање; затим смањујући истезање плућног ткива током издисаја, активира друге механорецепторе, овог пута дефлаторне, који покрећу инспирацију; Ова појава назива се Херинг-Бреуеровим рефлексима;
- Положај груди на удисају или на издисају иритира одговарајуће проприорецепторе и мења учесталост и дубину удисаја: што је удисај дубљи, то је издах дубљи за њим;
- центри горњих нивоа мозга: мождани кортекс, лимбични систем, центар терморегулације у хипоталамусу
