Układ oddechowy
Budowa i funkcja układu oddechowego u człowieka
Układ oddechowy - to układ odpowiadający za wymianę gazową. Zbudowany jest z jamy nosowej, gardła, krtani, tchawicy, oskrzeli i płuc. W czasie wdechu tlen wraz z powietrzem dostaje się do płuc, skąd przedostaje się do krwioobiegu i przenoszony jest do każdej tkanki i komórki ciała. Tam w procesie oddychania tlenowego związki organiczne (głównie glukoza) są biologicznie utleniane do CO2 i wody z wytworzeniem wysokoenergetycznych wiązań ATP. Dwutlenek węgla wraca z krwią do płuc gdzie jest uwalniany i wydychany na zewnątrz organizmu.
Funkcje układu oddechowego
pobranie tlenu z otoczenia
oczyszczenie, ogrzanie, nawilżanie wdychanego powietrza
transport powietrza do narządu oddechowego, gdzie następuje wymiana gazowa
dostarczenie tlenu do tkanek oraz dwutlenku węgla z tkanek do narządu oddechowego (tę funkcję przejmuje układ krwionośny)
wydalenie produktów końcowych z organizmu przez drogi oddechowe. ( CO2 i H2O-para wodna )
Budowa i funkcja układu oddechowego u człowieka
Jama nosowa - jej funkcją jest ogrzanie oraz oczyszczenie powietrza z kurzu i innych zanieczyszczeń. Wysłana jest błoną śluzową i nabłonkiem wielorzędowym migawkowym. Funkcją nabłonka jest zwilżanie powietrza, oczyszczanie z zanieczyszczeń i ogrzewanie. W błonie śluzowej znajdują się komórki kubkowe i gruczoły cewkowo - pęcherzykowe wydzielające śluz. W okolicy węchowej znajduje się nabłonek węchowy zawierający komórki zmysłu powonienia..
Budowa i funkcja układu oddechowego u człowieka
Krtań - ogranicza wejście do tchawicy. Krtań jest głównym narządem głosowym. Ma kształt rury o chrzestnym rusztowaniu. Wysłana jest błoną śluzową i zaopatrzona w mięśnie. Chrzęstny szkielet krtani składa się z: chrząstki tarczowej, chrząstki pierścieniowatej, nagłośniowej i z parzystych chrząstek nalewkowatych i tarczowych miedzy, którymi znajdują się wiązadła głosowe. Wiązadła te wchodzą w skład strun głosowych a ich wolny brzeg, czyli fałdy głosowe ogranicza nagłośnia. Szerokość szpary głośni oraz jej kształt, a także długość strun głosowych i ich napięcie reguluje aparat składający się z chrząstek, wiązadeł i mięśni.
Szpara głośni przy oddychaniu (milczeniu) otwiera się, przy fonacji jest zamknięta. W czasie połykania nagłośnia zamyka wejście do krtani, odcinając tym samym drogę oddechową od gardła (drogi pokarmowej).
Powstanie głosu uwarunkowane jest każdorazowo drganiem więzadeł głosowych na skutek dochodzących do nich impulsów nerwowych. Drgania te polegają na rytmicznych, bardzo szybkich ruchach oddalania i zbliżania się więzadeł do siebie, przecinają słup powietrza nagromadzonego pod zwartymi więzadłami głosowymi i dają początek fali głosowej czyli głosu.
Tchawica ma długość około 10 - 12 centymetrów. Rozpoczyna się poniżej chrząstki piersiowej krtani i kończy charakterystycznym rozdwojeniem
Zbudowana jest z ok. 20 okrężnych, podkowiastych chrząstek, ułożonych jedna nad drugą, tkwiących w mocnej łączno-tkankowej błonie włóknistej. Z tyłu ściana tchawicy jest mniej zwarta i ma charakter błoniasty. W ścianie tchawicy znajdują się pasma okrężnych włókien mięśniowych wpływających na stan napięcia ściany.
Tchawica
Od środka tchawica wyścielona jest typowym dla układu oddechowego nabłonkiem wielorzędowym migawkowym, którego migawki poruszają się w kierunku krtani, oraz z licznymi gruczołami produkującymi śluz i płyn surowiczy, które - tak jak w jamie nosowej i krtani - tworzą najbardziej wewnętrzną warstwę pochłaniającą zanieczyszczenia i nawilżającą napływające w czasie wdechu powietrze.
Migawki poruszają się z szybkością 3-10 razy na sekundę. Wytwarzany śluz przesuwa się z dużą szybkością. Mechanizm migawkowy jest bardzo wydajny. Dzięki niemu powietrze w tchawicy (i dalej - w oskrzelach) bardzo intensywnie oczyszcza się.
OSKRZELA
Oskrzela są rozgałęzieniami tchawicy, która dzieli się na dwa oskrzela główne: prawe i lewe. Oskrzele prawe jest krótsze i biegnie bardziej stromo w stronę lewego oskrzela. Oskrzele lewe tworzy z tchawica kąt większy niż 90º a poza tym jest znacznie dłuższe od oskrzela prawego. Oskrzela główne dzieli się na oskrzela płatowe: górne, środkowe i dolne oskrzele dolne zaś jest podzielone na dwa oskrzela płatowe: górne i dolne. Każde oskrzele płatowe dzieli się na oskrzela segmentalne. Wyścielone są błoną śluzową pokryta nabłonkiem migawkowym. W ścianie oskrzeli znajdują się ułożone podkowiasto chrząstki.
Budowa i funkcja układu oddechowego u człowieka- Płuca
Płuca są parzystym narządem, w którym zachodzi wymiana gazowa. Proces ten jednak nie odbywa się w każdej części płuc. Wyróżnia się w nich bowiem tzw. składnik oskrzelowy, służący do przewodzenia powietrza, oraz składnik pęcherzykowy, w którym ma miejsce ostatnia faza oddychania zewnętrznego (przedtkankowego), czyli wymiana gazowa.
Płuca wypełniają całą klatkę piersiową, oprócz jej centralnej części - śródpiersia, w którym znajduje się serce, duże naczynia krwionośne, tchawica, przełyk, tarczyca. Otoczone są opłucną, podwójną (dwublaszkową) błoną surowiczą przestrzenią opłucnową wewnątrz, oddzielającą płuca od klatki piersiowej. W jamie opłucnowej znajduje się niewielka ilość płynu surowiczego
Płuca, ze względu na swoją funkcję, są w szczególny sposób unaczynione. Dociera do nich krew tętnicza, ale pozbawiona tlenu, pompowana przez prawą komorę serca. Do płuc dociera w ciągu jednej minuty tyle samo krwi, ile dochodzi do wszystkich pozostałych narządów krwi tłoczonej przez lewą komorę. Jest to możliwe tylko dlatego, że naczynia tętnicze płuc mają słabo rozwiniętą warstwę mięśniową i są bardzo podatne na rozciąganie; mają ogromną pojemność
Pęcherzyki płucne mają kształt kulisty, czasem - w wyniku ucisku sąsiadów - półkulisty lub wielościenny. Utworzone są z komórek nabłonkowych otoczonych cienkim zrębem łącznotkankowym, w którym znajduje się sieć naczyń włosowatych. Ściana pęcherzyka płucnego wraz ze ścianą naczynia włosowatego tworzą tzw. barierę włośniczkowo-pęcherzykową, przez którą tlen dyfunduje (przenika) do krwi, podczas gdy z krwi do światła pęcherzyków przedostaje się dwutlenek węgla
Budowa i funkcja układu oddechowego u człowieka- Płuca
Pneumocyt - komórka nabłonka oddechowego w pęcherzykach płucnych. Wyróżniamy trzy rodzaje pneumocytów:
Typu I - płaskie komórki, przez nie zachodzi dyfuzja gazów pomiędzy światłem pęcherzyków płucnych a krwią naczyń włosowatych
Typu II - komórki posiadające cechy komórek wydzielniczych rozproszone pomiędzy pneumocytami typu I, zawierają ciałka blaszkowate wydzielające składniki surfaktantu- czynnik zmniejszajacy napięcie powierzchniowe, nie dopuszcza do sklejenia się pęcherzyków płucnych podczas głebokich wdechów, wytwarza się w końcowych fazach życia płodowego
Typu III - nieliczne komórki zawierające pęcherzyki wydzielnicze, towarzyszą im zakończenia nerwowe.
Wdech i wydech
Siłą napędową jest różnica ciśnień, jaka wytwarza się podczas wdechu pomiędzy pęcherzykami płucnymi a jamą ustną. Wskutek rozszerzenia klatki piersiowej ciśnienie w jej wnętrzu staje się „ujemne”, tzn. niższe niż panujące w danym momencie w atmosferze. Wytworzenie podciśnienia jest możliwe dlatego, że klatka piersiowa w czasie wdechu rozszerza się szybciej niż płuca. Zachodzi zjawiska ssania powietrza do drzewa oskrzelowego. Płuca jednak „podążają” za klatką piersiową dzięki niewielkiej ilości płynu w jamie opłucnowej utworzonej przez blaszki opłucnej, choć ich pęcherzykowa struktura, zwłaszcza niemal kulisty kształt pęcherzyków, jest powodem działania napięcia powierzchniowego naturalnie zmierzającego do zmniejszania, a nie zwiększania objętości.
Głównym mięśniem wdechowym jest przepona oddzielająca klatkę piersiową od jamy brzusznej. Inne mięśnie oddechowe mają mniejsze znaczenie i są uruchamiane dopiero w czasie większego wysiłku. Wdech jest czynną fazą oddychania zewnętrznego. Wydech ma charakter bierny. Pierwotnie poszerzona klatka piersiowa i płuca powracają do swoich rozmiarów dzięki zjawisku odkształcenia sprężystego. W spoczynku człowiek oddycha z częstością 12-14 wdechów na minutę. Z każdym wdechem wprowadza do płuc ok. 500 ml powietrza. Oznacza to, że w ciągu minuty wprowadza do płuc 6 litrów powietrza.
Pojemność płuc
Płuca mają ogromną rezerwę. Podczas najbardziej natężonego wdechu można do nich wprowadzić ok. 2500-3000 ml powietrza. Tak się zdarza podczas bardzo natężonej pracy fizycznej.
Pojemność życiowa płuc (mierzona od położenia maksymalnego wydechu do położenia maksymalnego wdechu) zdrowego młodego mężczyzny wynosi ok. 4500-5000 ml. U kobiet jest ona nieco mniejsza. W płucach stale, niezależnie od fazy oddychania (wdechu lub wydechu) zalega ok. 1500 ml powietrza. Oznacza to, że całkowita pojemność płuc wynosi ok. 6000 ml.
Istnienie zalegającego powietrza w płucach zapewnia stabilność składu gazowego w pęcherzykach płucnych i sprawia, iż dyfuzja (przenikanie) gazów dla każdego z nich z osobna zawsze ma ten sam kierunek: tlenu - z pęcherzyków do krwi, dwutlenku węgla zaś - z krwi do pęcherzyków i na zewnątrz.
W czasie wdechu część powietrza wprowadzonego do dróg oddechowych nie dociera do pęcherzyków płucnych, wypełniając drogi oddechowe. Jest to tzw. przestrzeń martwa, której objętość wynosi ok. 150 ml. Efektywnej wymianie gazowej poddane jest w spoczynku 350 ml powietrza.
Kontrola procesu oddychania
Ilość tlenu potrzebna organizmowi do prawidłowego funkcjonowania jest zmienna i zależy między innymi od podejmowanego wysiłku fizycznego. W czasie pracy mięśnie i inne tkanki mogą zużywać nawet 5 razy więcej tlenu niż normalnie. Oczywiste jest, że wówczas konieczne jest automatyczne przyspieszenie oddychania.
Ośrodek oddechowy
Regulacja oddychania, czyli częstotliwość i głębokość oddechów odbywa się za pośrednictwem ośrodka oddechowego w rdzeniu przedłużonym. W składa tego ośrodka wchodzą dwa rodzaje neuronów tworzące dwa ośrodki o przeciwnej funkcji. Są to neurony wdechowe tworzące ośrodek wdechu (znajdują się w jądrze samotnym i w części przedniej jądra tylno-dwuznacznego nerwu błędnego) oraz ośrodek wydechu (w jądrze dwuznacznym nerwu błędnego i w części tylnej jądra tylno-dwuznacznego błędnego)
Ośrodek wdechu wysyła impulsy nerwowe do rdzenia kręgowego, do neuronów ruchowych unerwiających mięśnie wdechowe, ośrodek wydechu pobudza zaś neurony ruchowe unerwiające mięśnie wydechowe.
Kontrola procesu oddychania
Ośrodek pneumotaksyczny hamuje zwrotnie ośrodek wdechu na 1-2 sekundy po czym neurony ośrodka wdechu ponownie pobudzają się i wysyłają salwę impulsów do rdzenia kręgowego. Rytmiczność oddechów związana jest z występującymi po sobie kolejno okresami pobudzania i hamowania ośrodka wdechu
Modulacja aktywności ośrodka wdechu
Pobudzenie powstające w ośrodku wdechu jest modulowane, a więc oddechy przyspieszają się i są pogłębiane lub zwalniają się i spłycają na skutek:
Impulsów wysyłanych przez receptory i odbieranych przez neurony wdechowe
Zmiany wartości pH w bezpośrednim sąsiedztwie neuronów wdechowych, czyli po podrażnieniu chemodetektorów
Impulsy nerwowe modulujące aktywność neuronów ośrodka wdechu biegną od:
Chemoreceptorów kłębuszków szyjnych i kłębków aortowych
Interoreceptorów w tkance płucnej oraz proprioreceptorów klatki piersiowej
Ośrodków znajdujących się w wyższych piętrach mózgowia: z kory mózgu, układu limbicznego i ośrodka termoregulacji w podwzgórzu
Chemoreceptory
Zasadniczym modulatorem aktywności ośrodka wdechu są impulsy aferentne biegnące od chemoreceptorów kłębuszków szyjnych i kłębków aortowych. Bodźcem drażniącym chemoreceptory jest nieznaczne zwiększenie ciśnienia parcjalnego CO2 i koncentracji jonów wodorowych lub znaczne zmniejszenie ciśnienia parcjalnego tlenu we krwi tętniczej
Interoreceptory i proprioreceptory
Rozciągnięcie tkanki płucnej pobudza mechanoreceptory- znajdujące się pomiędzy mięśniami gładkimi oskrzeli i wyzwala wydech. Przeciwnie - zmniejszenie stopnia rozciągnięcia płuc w czasie wydechu pobudza inne mechanoreceptory i wyzwala wdech.
Wdechowe lub wydechowe ustawienie klatki piersiowej drażni odpowiednie proprioreceptory i wpływa modulująco na częstość i głębokość oddechów. Im głębszy jest wdech, tym głębszy , tym głębszy wydech po nim następuje.
Kaszel
Kaszel jest jednym z podstawowych mechanizmów obronnych układu oddechowego
Przyczyną kaszlu może być drażnienie receptorów kaszlowych przez zewnętrzne czynniki fizyczne i chemiczne oraz przez czynniki endogenne, a zwłaszcza zalegającą wydzielinę w drogach oddechowych, której nie może usunąć fizjologiczny mechanizm transportu śluzowo-rzęskowego. Wtedy kaszel należy rozpatrywać jako mechanizm uzupełniający lub zastępujący czynność ewakuacyjną nabłonka rzęskowego dróg oddechowych.
Kaszel wilgotny, świadczy o zaleganiu wydzieliny w dolnych drogach oddechowych.
Kaszel suchy, nieproduktywny występuje zwykle w ostrym okresie chorób górnych dróg oddechowych, ale jest zawsze objawem ostrego zapalenia oskrzeli i zapalenia płuc. Suchy, szczekający kaszel, zwykle połączony ze świstem oddechowym, występuje w stanach chorobowych związanych ze zwężeniem dużych dróg oddechowych (krtani i tchawicy). Kaszel przewlekły, narastający może świadczyć o wrodzonym podłożu zwężenia lub postępującym ucisku na drogi oddechowe. Kaszel może być spowodowany ekspozycją na alergeny, zimne powietrze lub związany z wysiłkiem fizycznym i zwraca uwagę na nadreaktywność oskrzeli, częstą w przebiegu astmy
Kichanie (reakcja odruchowa)
Zazwyczaj kichnięcie wywołane jest podrażnieniem błony nosowej w wyniku przeziębienia, reakcji na kuch lub inny alergen. Jednak za gwałtowne kichanie odpowiadać może jaskrawe światło, ludzie gwałtownie kichają wystawieni na jego działanie, oczy łzawią obficiej, łzy spływają do jamy nosowej wywołując kichnie. Podczas kichnięcia powietrze wyrzucane jest z dróg oddechowych z prędkością 170 km/h
Ziewanie
odruch polegający na wykonaniu głębokiego wdechu i wydechu związany ze zmęczeniem, brakiem pobudzenia lub potrzebą snu, jednak występuje także podczas niedotlenienia oraz przy wybudzaniu się. Ludzkie ziewanie jest silnym przekazem niewerbalnym, może posiadać różne znaczenia w zależności od sytuacji, w jakiej wystąpi. Przyczyny ziewania nie są dokładnie poznane. Jedna z teorii głosi, że ziewanie poprawia przepływ krwi i chłodzi mózg.
ODDYCHANIE WEWNĘTRZNE
Przemiana pośrednia w komórkach
Cząsteczki tlenu dyfundujące do wnętrza komórki wychwytywane są przez mitochondria. W obrębie błony zewnętrznej mitochondriów znajdują się wszystkie enzymy cyklu Krebsa, na błonie wewnętrznej. zaś enzymy łańcucha oddechowego.
Komórki czerpią energię z ATP do biosyntezy związków, do aktywnego transportu wewnątrzkomórkowego przez błony komórkowe przeciw gradientowi stężeń oraz do ruchu całej komórki.
ODDYCHANIE WEWNĘTRZNE
Oddychanie tlenowe wewnątrzkomórkowe jest wieloetapowym procesem, którego istotą jest spalanie glukozy do dwutlenku węgla i wody. procesowi temu towarzyszy wydzielanie energii. Na proces oddychania wewnątrzkomórkowego składają się trzy etapy:
a. glikoliza - zachodząca w cytoplazmie komórki i polegająca na przekształceniu glukozy do kwasu pirogronowego,
b.cykl Krebsa (cykl cytrynianowy) - przebiega w mitochondriach, podczas reakcji składających się na cykl Krebsa zachodzi dwukrotna dekarboksylacja z wydzieleniem cząsteczek dwutlenku węgla oraz czterokrotna dehydrogenacja w wyniku której wydzielane są trzy cząsteczki NADH2 oraz jedna FADH2,
c. łańcuch oddechowy - zachodzi na grzebieniach mitochondrialnych, składa się na niego kilka ogniw, przeprowadzających procesy utleniania i redukcji, umożliwiające przeniesienie wodoru (powstającego w dwóch poprzednich etapach) na tlen atmosferyczny.
Substraty dla reakcji oddychania:
glukoza: spalenie jednego grama dostarcza organizmowi 17,2 kcal,
tłuszcze (po uprzednie beta-oksydacji): spalenie jednego grama dostarcza organizmowi 38 kcal,
białka: spalenie jednego grama dostarcza organizmowi 17,3 kcal.