Lidský dýchací systém se skládá z dýchacích cest (horní a dolní) a plic. Dýchací systém je zodpovědný za výměnu plynů mezi organismem a prostředím. Jak se buduje dýchací systém a jak funguje?

Dýchací systém člověkamá umožňovat dýchání - proces výměny plynů, zejména kyslíku a oxidu uhličitého, mezi organismem a prostředím. Každá buňka v našem těle potřebuje kyslík, aby správně fungovala a generovala energii. Proces dýchání se dělí na:

  • vnější dýchání - zásobování buněk kyslíkem
  • vnitřní dýchání - intracelulární

Vnější dýchání nastává díky synchronizaci dýchacího systému s nervovými centry a je rozděleno do řady procesů:

  • plicní ventilace
  • difúze plynu mezi alveolárním vzduchem a krví
  • transport plynů krví
  • difúze plynu mezi krví a buňkami

Struktura dýchacího systému

Dýchací trakt se skládá z:

  • horní cesty dýchací , tedy: nosní dutina ( cavum nasz ) a hrdla ( hltan)
  • dolní dýchací cesty : hrtan ( larynx ), průdušnice ( průdušnice ), průdušky ( bronchioli ) - pravá a levá, které se dále dělí na menší větve a ty nejmenší přecházejí v bronchioli ( bronchioli )

Poslední část dýchacích cest vede do alveol ( alveoli pulmonales ). Vdechovaný vzduch procházející dýchacími cestami je očištěn od prachu, bakterií a jiných drobných nečistot, zvlhčován a ohříván. Na druhé straně struktura průdušek umožňuje spojením prvků chrupavky, elastických a hladkých svalů regulovat jejich průměr. Krk je místo, kde se protínají dýchací a trávicí systém. Z tohoto důvodu se při polykání zastaví dýchání a dýchací cesty se uzavřou přes epiglottis.

  • plíce- párové orgány umístěné v hrudníku

Z anatomického a funkčního hlediska se plíce dělí na laloky (levá plíce na dva laloky a pravá na tři), laloky se dále dělí na segmenty, segmenty na laloky a laloky na shluky.

Obklopují každou plícidvě vrstvy pojivové tkáně - parietální pleura ( pleura parietalis ) a plicní pleura ( pleura pulmonalis ). Mezi nimi je pleurální dutina ( cavum pleurae ) a tekutina v ní umožňuje přilnutí plíce pokryté plicní pleurou k parietální pleuře srostlé s vnitřní stěnou hrudníku. V místě průniku průdušek do plic jsou plicní dutiny, do kterých vedle průdušek také tepny a plicní žíly.

Ventilace plic

Podstatou ventilace je nasávání atmosférického vzduchu do alveol. Vzhledem k tomu, že vzduch vždy proudí z vyššího tlaku do nižšího, do každého nádechu a výdechu se zapojují správné svaly, které umožňují sací a tlakový pohyb hrudníku.

Na konci výdechu se tlak v alveolech rovná atmosférickému tlaku, ale při nasávání vzduchu bránice ( diaphragma ) a zevní mezižeberní svaly (musculi intercostales) kontrakt externi ), tím se zvětší objem hrudníku a vytvoří se podtlak, který nasává vzduch.

Když se požadavky na ventilaci zvyšují, aktivují se další inspirační svaly: sternocleidomastoidní svaly ( musculi sternocleidomastoidei ), menší prsní svaly ( musculi pectorales minores), přední ozubené svaly ( musculi serrati anteriores ), trapézové svaly ( musculi trapezii ), páky lopatky ( musculi levatores scapulae ), hlavní a vedlejší svaly paralelogramu ( musculi rhomboidei maiores et minores ) a šikmé svaly ( musculi scaleni ) .

Dalším krokem je výdech. Začíná, když se inspirační svaly na vrcholu nádechu uvolní. Obvykle se jedná o pasivní proces, protože síly generované nataženými elastickými prvky v plicní tkáni jsou dostatečné pro zmenšení objemu hrudníku. Alveolární tlak stoupá nad atmosférický tlak a výsledný tlakový rozdíl odvádí vzduch ven.

Situace je mírně odlišná při silném výdechu. Zabýváme se jí při pomalém dechovém rytmu, kdy výdech vyžaduje překonání zvýšeného dechového odporu, např. u některých plicních onemocnění, ale i při fonační činnosti, zejména při zpěvu nebo hře na dechové nástroje. Stimulují se motoneurony výdechových svalů, mezi které patří: mezižeberní svalyvnitřní svaly ( musculi intercostales interni ) a svaly přední břišní stěny, zejména přímé břišní svaly ( musculi recti abdominis ).

Respirační frekvence

Dechová frekvence je velmi variabilní a závisí na mnoha různých faktorech. Odpočívající dospělý by měl dýchat 7-20krát za minutu. Mezi faktory vedoucí ke zvýšení rychlosti dýchání, odborně nazývané tachypnoe, patří cvičení, plicní stavy a mimoplicní respirační tíseň. Na druhé straně bradypnoe, tedy výrazné snížení počtu dechů, může být důsledkem neurologických onemocnění nebo centrálních vedlejších účinků omamných látek. Děti se v tomto ohledu od dospělých liší: čím menší batole, tím vyšší fyziologická dechová frekvence.

Objemy a kapacity plic

  • TLC (celková kapacita plic) -celková kapacita plic- objem, který je v plicích po nejhlubším nádechu
  • IC -inspirační kapacita- vtaženo do plic při nejhlubším nádechu po klidném výdechu
  • IRV (inspirační rezervní objem) -inspirační rezervní objem- vtaženo do plic během maximální inspirace na vrcholu volné inspirace
  • TV (dechový objem) -dechový objem- volný nádech a výdech při nádechu a výdechu
  • FRC -zbytková funkční kapacita- zůstává v plicích po klidném výdechu
  • ERV (exspirační rezervní objem) -exspirační rezervní objem- odstraněno z plic během maximálního výdechu po volném nádechu
  • RV (zbytkový objem) -zbytkový objem- vždy zůstává v plicích během maximálního výdechu
  • VC (vitální kapacita) -vitální kapacita- odstraněno z plic po maximálním nádechu během maximálního výdechu
  • IVC (inspirační vitální kapacita) -inspirační vitální kapacita- vtažena do plic po nejhlubším výdechu při maximálním nádechu; může být o něco větší než VC, protože v době maximálního výdechu následovaného maximálním nádechem se alveolární vodiče uzavřou, než je odstraněn vzduch vyplňující bubliny

Během volné inspirace je dechový objem 500 ml. Ne všechen tento objem se však dostane do alveol. Asi 150 ml naplní dýchací cesty, které nemají podmínky pro výměnu plynů mezi vzduchem a krví, tedy dutinu nosní, hltan, hrtan, průdušnici, průdušky a průdušky. Tomu se říká anatomický dýchací mrtvý prostor. Zbývajících 350 ml se smíchá sse vzduchem tvořícím funkční zbytkovou kapacitu se současně zahřívá a nasycuje vodní párou. V alveolech opět není všechen vzduch plynný. V kapilárách stěn některého z alveolů krev neproudí nebo neproudí natolik, aby veškerý vzduch využila k výměně plynů. Toto je fyziologický respirační mrtvý prostor a je malý u zdravých lidí. Bohužel se může výrazně zvýšit u chorobných stavů.

Průměrná frekvence dýchání v klidu je 16 za minutu a dechový objem je 500 ml, vynásobením těchto dvou hodnot dostaneme plicní ventilaci. Z toho vyplývá, že za minutu se vdechne a vydechne asi 8 litrů vzduchu. Během rychlých a hlubokých nádechů se hodnota může výrazně zvýšit, dokonce z tuctu na dvacetkrát.

Všechny tyto komplikované parametry: kapacity a objemy byly zavedeny nejen proto, aby nás mátly, ale mají důležité uplatnění v diagnostice plicních onemocnění. Existuje test - spirometrie, která měří: VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV a IRV. Je nezbytný pro diagnostiku a sledování onemocnění, jako je astma a CHOPN.

Difúze plynu mezi alveolárním vzduchem a krví

Základní strukturou, která tvoří plíce, jsou alveoly. Je jich asi 300-500 milionů, každý o průměru 0,15 až 0,6 mm a jejich celková plocha je od 50 do 90 m².

Stěny alveolů jsou tvořeny tenkým, plochým, jednovrstvým epitelem. Kromě buněk, které tvoří epitel, folikuly obsahují dva další typy buněk: makrofágy (buňky střeva) a také folikulární buňky typu II, které produkují surfaktant. Jde o směs bílkovin, fosfolipidů a sacharidů produkovaných z mastných kyselin v krvi. Surfaktant tím, že snižuje povrchové napětí, zabraňuje slepování alveolů a snižuje síly potřebné k protažení plic. Z vnější strany jsou vezikuly pokryty sítí kapilár. Kapiláry vstupující do alveolů nesou krev bohatou na oxid uhličitý, vodu, ale s malým množstvím kyslíku. Naproti tomu v alveolárním vzduchu je parciální tlak kyslíku vysoký a parciální tlak oxidu uhličitého nízký. Difúze plynu sleduje gradient tlaku plynných částic, takže kapilární erytrocyty zachycují kyslík ze vzduchu a zbavují se oxidu uhličitého. Molekuly plynu musí projít alveolární stěnou a kapilární stěnou, přesněji řečeno: vrstvou tekutiny pokrývající alveolární povrch, alveolární epitel, bazální membránu a endotelkapiláry.

Transport plynů krví

  • transport kyslíku

Kyslík se nejprve fyzicky rozpustí v plazmě, ale pak difunduje přes obal do erytrocytů, kde se váže s hemoglobinem za vzniku oxyhemoglobinu (oxygenovaný hemoglobin). Hemoglobin hraje velmi důležitou roli v transportu kyslíku, protože každá jeho molekula se spojuje se 4 molekulami kyslíku a tím až 70x zvyšuje schopnost krve transportovat kyslík. Množství kyslíku transportovaného rozpuštěného v plazmě je tak malé, že je pro dýchání irelevantní. Díky oběhovému systému se krev nasycená kyslíkem dostane do každé buňky těla.

  • doprava oxidu uhličitého

Tkáňový oxid uhličitý vstupuje do kapilár a je transportován do plic:

  • dobře. 6 % fyzikálně rozpuštěno v plazmě a v cytoplazmě erytrocytů
  • dobře. 6 % se váže na volné aminoskupiny plazmatických a hemoglobinových proteinů (jako karbamáty)
  • většina, tj. cca 88 % jako ionty HCO3- vázané systémem bikarbonátového pufru plazmy a erytrocytů

Difúze plynu mezi krví a buňkami

Ve tkáních molekuly plynu opět pronikají podél gradientu elasticity: kyslík uvolněný z hemoglobinu difunduje do tkání, zatímco oxid uhličitý difunduje opačným směrem – z buněk do plazmy. Vzhledem k rozdílům v potřebě kyslíku různých tkání existují také rozdíly v napětí kyslíku. V tkáních s intenzivním metabolismem je napětí kyslíku nízké, takže spotřebují více kyslíku, zatímco odtékající žilní krev obsahuje méně kyslíku a více oxidu uhličitého. Arteriovenózní rozdíl v obsahu kyslíku je parametrem, který určuje míru spotřeby kyslíku tkáněmi. Každá tkáň je zásobena arteriální krví se stejným obsahem kyslíku, zatímco venózní krev ho může obsahovat více či méně.

Vnitřní dýchání

Dýchání na buněčné úrovni je vícestupňový biochemický proces, který zahrnuje oxidaci organických sloučenin, které produkují biologicky užitečnou energii. Jde o základní proces, který pokračuje, i když jsou jiné metabolické procesy zastaveny (anaerobní alternativní procesy jsou neúčinné a mají omezený význam).

Klíčovou roli hrají mitochondrie - buněčné organely, které přijímají molekuly kyslíku difundující uvnitř buňky. Všechny enzymy Krebsova cyklu (také známého jako cyklus trikarboxylových kyselin) jsou umístěny na vnější membráně mitochondrií, zatímco enzymy řetězce jsou umístěny na vnitřní membráně.

V Krebsově cyklu se metabolity cukru, bílkovin a tuku oxidují na oxid uhličitý a vodu za uvolnění volných atomů vodíku nebo volných elektronů. Dále v dýchacím řetězci - posledním stádiu intracelulárního dýchání - přenosem elektronů a protonů na po sobě jdoucí transportéry se syntetizují vysokoenergetické sloučeniny fosforu. Nejdůležitější z nich je ATP, tedy adenosin-5′-trifosfát, univerzální nosič chemické energie využívané v buněčném metabolismu. Je spotřebován četnými enzymy v procesech, jako je biosyntéza, pohyb a buněčné dělení. Zpracování ATP v živých organismech je nepřetržité a odhaduje se, že každý den člověk přemění množství ATP srovnatelné s jeho tělesnou hmotností.

Regulace dýchání

V dřeni je dýchací centrum, které reguluje frekvenci a hloubku dýchání. Skládá se ze dvou center s opačnými funkcemi, budovaných dvěma typy neuronů. Oba se nacházejí v retikulární formaci. V osamoceném jádře a v přední části n. vagus posterior-ambigus je inspirační centrum, které vysílá nervové impulsy do míchy, do motorických neuronů inspiračních svalů. Na druhé straně v nejednoznačném jádru n. vagus a v zadní části zadního nejednoznačného jádra n. vagus se nachází výdechové centrum, které stimuluje motorické neurony výdechových svalů

Neurony inspiračního centra vysílají několikrát za minutu výbuch nervových impulsů, které následují větev sestupující k motorickým neuronům v míše a zároveň větev axonu vzestupně k neuronům retikulární vytvoření mostu. Existuje pneumotaxické centrum, které inhibuje inspirační centrum na 1-2 sekundy a poté inspirační centrum znovu stimuluje. Díky po sobě jdoucím periodám stimulace a inhibice inspiračního centra je zajištěna rytmika dechu. Inspirační centrum je regulováno nervovými impulsy vznikajícími v:

  • chemoreceptory cervikálního a aortálního laloku, které reagují na zvýšení koncentrace oxidu uhličitého, koncentraci vodíkových iontů nebo výrazné snížení koncentrace kyslíku v arteriální krvi; impulsy z aortálních sraženin procházejí glosofaryngeálními a vagusovými nervy. a efektem je zrychlení a prohloubení nádechů
  • interoreceptory plicní tkáně a hrudní proprioreceptory;
  • Mechanoreceptory inflace jsou umístěny mezi hladkými svaly průdušek, jsou stimulovány protažením plicní tkáně, která spouští výdech; poté snížením roztažení plicní tkáně při výdechu aktivuje tentokrát další mechanoreceptorydeflační, které spouštějí inhalaci; Tento jev se nazývá Hering-Breuerovy reflexy;
  • Inspirační nebo exspirační nastavení hrudníku dráždí příslušné proprioreceptory a upravuje frekvenci a hloubku dechu: čím hlouběji se nadechnete, tím hlouběji vydechnete;
  • centra horních úrovní mozku: kůra, limbický systém, centrum termoregulace v hypotalamu

Kategorie:

Dýchací systém