Budowa i fizjologia układu oddechowego człowieka
Układ oddechowy składa się z tak zwanych dróg doprowadzających i właściwych dróg oddechowych, czyli z powierzchni wymiany gazowej.
drogi oddechowe górne, do których należą:
jama nosowa,
drogi oddechowe dolne, w skład których wchodzą:
oskrzeliki,
Jama nosowa
Przegrodą nosową, którą jest chrząstka, jama nosowa została podzielona na dwie części. Zbudowana jest z małżowiny nosowej: górnej, środkowej i dolnej oraz z kości szczęki. Łączy się ona z wypełnionymi powietrzem - zatokami przynosowymi. Należą do nich: zatoki klinowe, szczękowe, sitowe oraz czołowe. W dolnej części jama nosowa łączy się z gardzielą. Czynność tej części układu oddechowego polega na wciąganiu powietrza. Właściwie spełnia funkcję oczyszczającą, ogrzewającą i nawilżającą w stosunku do powietrza, które przedostaje się do organizmu. Rzęskowy nabłonek zatrzymuje pyły, a zwężenie jamy nosowej w górnej części powoduje nawilżenie. Dodatkowo znajduje się w niej narząd węchu, który umożliwia rejestrację bodźców chemicznych w postaci zapachów. W momencie, gdy pojawiają się problemy z drożnością jamy nosowej, jej funkcje przejmuje jama ustna.
Gardziel
Odcinek układu oddechowego o ok. 13 - centymetrowej długości. Stanowi skrzyżowanie dróg oddechowych oraz dróg pokarmowych. Można w niej wyróżnić trzy części: górną - nosową, środkową - ustną oraz dolną - krtaniową.. Ponadto do gardzieli uchodzą trąbki słuchowe.
Krtań
Jest zarówno narządem oddechowym, jak i głosowym. Jest zbudowana z dziewięciu chrząstek, połączonych za pomocą mięśni i wiązadeł. Do chrząstek nieparzystych należą: pierścieniowata, tarczowata i nagłośniowa, a do parzystych nalewkowate, różkowate i klinowate. Najważniejsze chrząstki budujące krtań to:
tarczowata - jest chrząstką najważniejszą, na niej znajduje się wzniosłość zwana jabłkiem Adama,
Głośnia, stanowi najwęższą część krtani i właściwego narządu głosu, ponieważ w tej części krtani znajdują się kieszenie krtaniowe, z góry ograniczone fałdami, które mogą się zbliżać i oddalać. Podczas ich zbliżania powstaje szpara głosowa, przez którą powietrze z trudem się przeciska, i wtedy wydawany głos jest głosem wyższym. W momencie oddalania, kieszenie są rozległe i wtedy mówimy szeptem. Ponadto w kieszeniach krtani znajdują się struny głosowe. Powietrze powoduje drgania strun w momencie przeciskania się przez te właśnie kieszenie. Siła głosu zależy od prędkości powietrza przechodzącego przez narządy głosu.
Tchawica
Składa się z dwóch części: szyjnej i piersiowej. Zbudowana jest z chrząstek, które gwarantują drożność dróg oddechowych. Jest narządem wspólnym dla ich parzystych części. Gdyby tchawica uległa zmiażdżeniu zablokowałoby to wejście powietrza do narządów wymiany gazowej. Dlatego też zbudowana jest z chrząstek, które stanowią wzmocnieni. Chrząstki te oraz mięsnie gładkie tchawicy połączone są błoną łącznotkankową. Jej wnętrze stanowi błona śluzowa zawierająca tzw. nabłonek migawkowy. Rzęski spełniają funkcję oczyszczającą, a mianowicie usuwają z tchawicy różnego rodzaju zanieczyszczenia (wspomaga to czasami odruch kaszlu).
Oskrzela
Występują w ilości dwóch i stanowią rozgałęzienie tchawicy. Pomimo, że są narządem parzystym nie są jednakowej ani długości, ani grubości. Oskrzelo prawe jest krótsze i ciensze, a lewe - dłuższe i grubsze. Podobnie jak w przypadku tchawicy, nabłonek migawkowy stanowiący wnętrze oskrzeli "przepycha" różnego rodzaju zanieczyszczenia w kierunku tchawicy.
Oskrzeliki
Rozgałęziają się systemem dychotonicznym (rozwidlającym się) na coraz cieńsze. Każdy poprzedni na dwa następne. W miarę oddalania się od oskrzeli w swojej budowie anatomicznej tracą warstwę chrząstkową. Pomiędzy dwie błony: wewnętrzną i zewnętrzną wchodzi warstwa mięśni.
Oskrzelki
Są to zakończenia oskrzelików zbudowane z błony, którą stanowi jedna warstwa komórek.
Pęcherzyki płucne
To nic innego jak rozdęcia zakończające oskrzelki. Budowa morfologiczna pęcherzyka płucnego to: woreczek elastyczny, o bardzo cienkich ścianach, który otoczony jest naczyniami włosowatymi żylnymi i tętniczymi, tworzącymi wokół niego bardzo gęstą sieć. Nabłonek oddechowy znajdujący się we wnętrzu pęcherzyków płucnych zbudowany jest z komórek, które są cienkie i rozpłaszczone. Światła poszczególnych pęcherzyków płucnych, za pomocą otworków, łączą się ze sobą. Te połączenia przyczyniają się do lepszej wentylacji płuc. Ta część układu oddechowego jest właściwym miejscem wymiany gazowej.
Wentylacja układu pokarmowego
Do wentylacji układu pokarmowego służą mięśnie międzyżebrowe oraz u ssaków dodatkowo tzw. przepona (tłocznia brzuszna). W czasie wdechu i wydechu pracują odpowiednie grupy mięśni. Wdech polega na zasysaniu powietrza do dróg oddechowych. W przypadku, gdy stężenie tlenu w komórkach krwi rejestrowane jest, jako niskie następuje przyspieszenie oddechu, by przyspieszyć akcję dostarczania tlenu, potrzebnego do produkcji energii. Polega to na tym, że impuls drogą nerwową działa na mięśnie międzyżebrowe i w ten sposób daje sygnał do wdechu. Wdech spokojny jest aktem biernym, niespokojny - czynnym. Powietrze, które jest wypuszczane stanowi tzw. objętość zalegającą.
Regulacja wentylacji
Ośrodek oddechowy złożony z ośrodka wdechu i wydechy zlokalizowany jest w rdzeniu przedłużonym. Nikt z nas nie zastanawia się czy oddychać, czy nie, nie myśli o oddychaniu. Zwraca to uwagę na automatyczne wykonywanie tej czynności. Dzieje się tak dlatego, że impulsy nerwowe powstające w tym ośrodku, trafiają następnie do mięsni oddechowych. Przewodzą je neurony z grupy ruchowych. Automatyczne funkcjonowanie ośrodka oddechowego zależy od stężenia takich substancji jak: tlen, jony wodorowe, anion wodorowęglanowy, znajdujących się w krwi tętniczej. Do pobudzenia ośrodka wdechowego dochodzi na skutek albo zwiększonego stężenia dwutlenku węgla i jonów wodorowych, albo na skutek obniżonego stężenia tlenu.
Pojemność płuc
Jednorazowo pobiera się 500 ml powietrza tzw. objętość oddechową, z czego 350 ml trafia do pęcherzyków, reszta wypełnia przestrzeń martwą. Przy maksymalnym wdechu (do maksymalnego wypełnienia płuc) do 500 ml dopełnić można 250 ml, uczestniczą w tym dodatkowo: mięsnie ząbkowate przednie i mięsień czworoboczny.
Skład powietrza
Wdychanego:
azot: 78,4 %,
tlen: 20,3 %,
dwutlenek węgla: 0,04 %,
para wodna: 0,76 %,
pozostałe gazy: 0,5%,
Wydychanego:
azot: 74,3 %,
tlen: 15,3 %,
dwutlenek węgla: 4,2 %,
para wodna: 5,2% ,
pozostałe gazy: 1%.
Mechanika oddychania, pojemność życiowa płuc
Płuca - to narządy parzyste (płuco prawe i lewe) należące do układu oddechowego. W płucach odbywa się wymiana gazowa, czyli oddychanie.
Częstość oddychania u ludzi dorosłych zdrowych wynosi 16-18 razy na 1 minutę, 20-30 razy u dzieci, 30-35 u noworodka.
W mechanizmie oddychania rozróżnia się fazę czynną -wdech i fazę bierną - wydech.
Wdech- wywołany jest skurczem mięśni wdechowych tj. Przepony i mięśni międzyżebrowych. W czasie wdechu przepona obniża się, a mięśnie międzyżebrowe zewnętrzne unoszą klatkę piersiową ku górze i ku przodowi. To obniżenie ciśnienia w jamach opłucnych powoduje rozciągnięcie elastycznej tkanki płucnej i spadek ciśnienia w pęcherzykach płucnych. W tym czasie dla wyrównania ciśnienia powietrze atmosferyczne wdziera się o płuc przez drogi oddechowe.
Wydech-spowodowany jest rozkurzem mięśni oddechowych. Elastyczna klatka piersiowa opada pod wpływem własnego ciężaru, natomiast przepona unosi się ku górze, wskutek zmniejszenia się wymiarów klatki piersiowej i jam opłucnowych, powietrze z płuc zostaje wypchnięte za zewnątrz, a miąższ płuc, dzięki swej elastyczności powraca do poprzedniego stanu.
Całkowita pojemność płuc - to cała objętość powietrza zawartego w płucach. Dzieli się ją na:
a). pojemność wdechową, którą określa pojemność powietrza wciąganego do płuc w czasie najgłębszego wdechu, po spokojnym wydechu.
b). pojemność zalegającą czynnościową - pojemność powietrza pozostająca w płucach przy spokojnym wydechu.
POJEMNOŚĆ ŻYCIOWA PŁUC - człowiek dorosły wykonuje przeciętnie 18 oddechów na minutę pobierając i wydychając jednorazowo około 500cm3 powietrza - jest to powietrze oddechowe. Przy silnym wdechu można do płuc wciągnąć jeszcze około 1500cm3, jest to tzw. powietrze zapasowe, w sumie pojemność życiowa płuc wynosi 3500cm3. w płucach pozostaje zawsze powietrze zalegające (około 1000cm3) całkowita pojemność płuc równa jest pojemności życiowej plus powietrze zalegające czyli 4500cm3.
Płuca - to narządy parzyste (płuco prawe i lewe) należące do układu oddechowego. W płucach odbywa się wymiana gazowa, czyli oddychanie.
Częstość oddychania u ludzi dorosłych zdrowych wynosi 16-18 razy na 1 minutę, 20-30 razy u dzieci, 30-35 u noworodka.
W mechanizmie oddychania rozróżnia się fazę czynną -wdech i fazę bierną - wydech.
Wdech- wywołany jest skurczem mięśni wdechowych tj. Przepony i mięśni międzyżebrowych. W czasie wdechu przepona obniża się, a mięśnie międzyżebrowe zewnętrzne unoszą klatkę piersiową ku górze i ku przodowi. To obniżenie ciśnienia w jamach opłucnych powoduje rozciągnięcie elastycznej tkanki płucnej i spadek ciśnienia w pęcherzykach płucnych. W tym czasie dla wyrównania ciśnienia powietrze atmosferyczne wdziera się o płuc przez drogi oddechowe.
Wydech-spowodowany jest rozkurzem mięśni oddechowych. Elastyczna klatka piersiowa opada pod wpływem własnego ciężaru, natomiast przepona unosi się ku górze, wskutek zmniejszenia się wymiarów klatki piersiowej i jam opłucnowych, powietrze z płuc zostaje wypchnięte za zewnątrz, a miąższ płuc, dzięki swej elastyczności powraca do poprzedniego stanu.
Całkowita pojemność płuc - to cała objętość powietrza zawartego w płucach. Dzieli się ją na:
a). pojemność wdechową, którą określa pojemność powietrza wciąganego do płuc w czasie najgłębszego wdechu, po spokojnym wydechu.
b). pojemność zalegającą czynnościową - pojemność powietrza pozostająca w płucach przy spokojnym wydechu.
POJEMNOŚĆ ŻYCIOWA PŁUC - człowiek dorosły wykonuje przeciętnie 18 oddechów na minutę pobierając i wydychając jednorazowo około 500cm3 powietrza - jest to powietrze oddechowe. Przy silnym wdechu można do płuc wciągnąć jeszcze około 1500cm3, jest to tzw. powietrze zapasowe, w sumie pojemność życiowa płuc wynosi 3500cm3. w płucach pozostaje zawsze powietrze zalegające (około 1000cm3) całkowita pojemność płuc równa jest pojemności życiowej plus powietrze zalegające czyli 4500cm3
WYMIANA GAZOWA W PŁUCACH
Proces, w czasie, którego dochodzi do dyfuzji gazów i ich wymiany między organizmem i jego otoczeniem. W wyniku wymiany gazowej z organizmu jest usuwany dwutlenek węgla i wprowadzany tlen. Dyfuzja gazów odbywa się poprzez powierzchnię oddechową, którą jest powierzchnia całego układu oddechowego.
U człowieka wymiana gazowa przebiega w pęcherzykach płucnych, między ścianą pęcherzyka a oplatającymi ją naczyniami włosowatymi. Przez ścianę pęcherzyka i naczyń dyfundują gazy: tlen i dwutlenek węgla. Dyfuzja odbywa się z miejsc o większym stężeniu do miejsc o stężeniu mniejszym, zgodnie z gradientem stężeń. Cząsteczki tlenu dyfundują z pęcherzyków płucnych do krwi, w odwrotnym kierunku wędruje dwutlenek węgla.
TRANSPORT GAZÓW ODDECHOWYCH WE KRWI I ODDYCHANIE WEWNĘTRZNE
Rozpuszczalność tlenu jest bardzo mała i dlatego w drodze ewolucji musiały powstać mechanizmy zwiększające pojemność tlenową krwi. Fizycznie rozpuszczony w osoczu tlen stanowi 2-3% ilości transportowej. Tak znaczne zwiększenie sprawności krwi stało się możliwe po wykształceniu barwników oddechowych (hemoglobina, hemoerytryna, hemocyjanina). Jest to różnorodna grupa białek złożonych, które nietrwale wiążą tlen, znacznie zwiększając stopień wysycenia krwi tym gazem. Oddychanie wewnętrzne odbywa się zgodnie z gradientem ciśnień. Dopływająca do tkanek utlenowana krew zawiera dużo tlenku o ciśnieniu około 96mmHg i niewiele CO2 o ciśnieniu około 40mmHg. Komórki ciała zużywają w procesach oddychania komórkowego tlen i wytwarzają CO2. Prowadzi to do obniżenia ciśnienia tlenu w komórce do około 30mmHg i zwiększenia ciśnienia CO2 do około 46mmHg. Wyższe o ponad 60mmHg ciśnienie tlenu w krwi dopływającej w zupełności wystarczy do wtłoczenia tego gazu do komórek, natomiast niższe ciśnienie CO2 spowoduje dyfuzję tego gazu z komórek do krwi.
hiperwentylacji
Ideą hiperwentylacji jest obniżenie ciśnienia parcjalnego CO2, czyli głównego czynnika odpowiedzialnego za regulację procesu oddechowego. To ciśnienie parcjalne CO2 a nie ciśnienie parcjalne tlenu decyduje o potrzebie wzięcia wdechu. Dlatego przez głębokie oddychanie staramy się maksymalnie obniżyć ilość dwutlenku węgla w organizmie
Wymiana tlenu i dwutlenku węgla
Wszystkie komórki tkanki naszego organizmu potrzebują do życia stałego dopływu tlenu. Z każdym wdechem tlen wnika do płuc. Tutaj jest pobierany przez krew i przenoszony do komórek i tkanek całego ciała. Jednocześnie z tkanek zostaje usunięty dwutlenek węgla - produkt odpadowy przeniesiony wcześniej do płuc. Podczas wydechu dwutlenek węgla jest wydychany z płuc.
Nasze ciało stale pobiera tlen w celu uzyskiwania energii oraz wydala niepotrzebny dwutlenek węgla. Serce pompuje krew bogatą w tlen to tkanek całego ciała. Tkanki pobierają z krwi tlen i oddają dwutlenek węgla. Krew odtlenowana pompowana jest z powrotem do serca i do płuc, skąd dwutlenek węgla zostaje wydalony i pobierany jest tlen.
W płucach krew wymienia dwutlenek węgla na tlen. Wymiana ta odbywa się w milionach malutkich powietrznych woreczków, zwanych pęcherzykami płucnymi. Tlen przenika przez cieniutką ścianę pęcherzyka do krwi. Dwutlenek węgla przechodzi w przeciwnym kierunku, z krwi do pęcherzyka. Podczas wdechu tlen jest pobierany do płuc; podczas wydechu wydalany jest dwutlenek węgla. Sieć drobniutkich naczyń krwionośnych, zwanych włosowatymi, pokrywa każdy pęcherzyk.
Krew odtlenowana, pompowana przez serce, przepływa przez cieniutkie naczynia krwionośne, zwane naczyniami włosowatymi, otaczające pęcherzyki płucne. W tym czasie krew oddaje dwutlenek węgla i pobiera tlen. natlenowana krew płynie następnie do serca i dalej rozprowadzana jest po całym ciele. Cykl ten powtarzany jest ciągle, gdyż przy każdym wdechu i wydechu wydalany jest dwutlenek węgla oraz pobierany tlen.
W tkankach naszego organizmu krew wymienia tlen na dwutlenek węgla. Tlen poprzez ściany naczyń krwionośnych przenika do tkanek, które potrzebują go do wytwarzania energii. Zbędny produkt (dwutlenek węgla) wędruje w kierunku przeciwnym, z tkanek do krwi. Stąd zostaje przetransportowany do płuc, gdzie jest wydychany. Tlen bogata w tlen płynie z serca przez cieniutkie naczynia krwionośne (zwane naczyniami włosowatymi) i zaopatruje wszystkie komórki w tkankach. Tlen przechodzi z krwi do komórek, równocześnie z komórek do krwi przechodzi dwutlenek węgla. Krew odlenowana jest następnie pompowana przez serce do płuc, gdzie oddaje dwutlenek węgla i pobiera "nowy tlen".