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

Det menneskelige åndedrætssystemformodes at muliggøre vejrtrækning - 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 respiration - tilførsel af ilt til celler
  • intern respiration - intracellulær

Ekstern vejrtrækning 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

Åndedrætssystemets struktur

Luftvejene består af:

  • øvre luftveje , det vil sige: næsehulen ( cavum nasz ) og svælget ( svælg)
  • nedre luftveje : strubehoved ( larynx ), luftrør ( luftrør ), bronkier ( bronchi ) - højre og venstre, som er yderligere opdelt i mindre grene, og de mindste bliver til bronchioli ( bronchioli )

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

  • lunger- parrede organer placeret i brystet.

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

De omgiver hver lungeto lag bindevæv - pleura parietal ( pleura parietalis ) og pulmonal pleura ( pleura pulmonalis ). Mellem dem er pleurahulen ( cavum pleurae ), og væsken i den gør det muligt for lungen, der er dækket af lungepleuraen, at klæbe til pleura parietal fusioneret med den indre væg af brystet. På det sted, hvor bronkierne trænger ind i lungerne, er der lungehuler, hvori ved siden af ​​bronkierne også arterier og lungevener.

Lungeventilation

Essensen af ​​ventilation er at trække atmosfærisk luft ind i alveolerne. Da luft altid strømmer fra højere tryk til lavere tryk, er de rigtige muskler involveret i hver indånding og udånding, hvilket muliggør suge- og trykbevægelse af brystet.

Ved slutningen af ​​udåndingen er trykket i alveolerne lig med det atmosfæriske tryk, men mens der trækkes luft ind, vil mellemgulvet ( diaphragma ) og de ydre interkostale muskler (musculi intercostales) contract externi ), dette øger volumen i brystet og skaber et vakuum, der suger luften ind.

Når behovet for ventilation øges, aktiveres yderligere inspiratoriske muskler: sternocleidomastoidmusklerne ( musculi sternocleidomastoidei ), mindre brystmuskler ( musculi pectorales minores), fortandede muskler ( musculi serrati anteriores ), trapezius-muskler ( musculi trapezii ), scapulas håndtag ( musculi levatores scapulae ), større og mindre parallelogrammuskler ( musculi rhomboidei maiores et minores ) og skrå muskler ( musculi scaleni )

Det næste skridt er at puste ud. Det begynder, når de inspiratoriske muskler slapper af på toppen af ​​inhalationen. Norm alt 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 tryk, og den resulterende trykforskel fjerner luft til det fri.

Situationen er lidt anderledes, når du udånder kraftigt. Vi beskæftiger os med det, når vejrtrækningsrytmen er langsom, når udåndingen kræver overvindelse af øget vejrtrækningsmodstand, fx ved nogle lungesygdomme, men også ved fonatorisk aktivitet, især når man synger eller spiller blæseinstrumenter. Ekspirationsmusklernes motoneuroner stimuleres, hvilket omfatter: de interkostale musklerindre muskler ( musculi intercostales interni ) og musklerne i den forreste abdominalvæg, især rectus abdominis-musklerne ( musculi recti abdominis ).

Åndedrætsfrekvens

Respirationsfrekvensen 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, professionelt kaldet takypnø, omfatter træning, lungesygdomme og ekstrapulmonal åndedrætsbesvær. På den anden side kan bradypnø, dvs. et signifikant fald i antallet af vejrtrækninger, skyldes neurologiske sygdomme eller centrale bivirkninger af narkotiske stoffer. Børn adskiller sig fra voksne i denne henseende: Jo mindre det lille barn er, jo højere er den fysiologiske respirationsfrekvens.

Lungevolumener og kapaciteter

  • TLC (total lungekapacitet) -total lungekapacitet- volumen, der er i lungerne efter den dybeste inhalation
  • 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 inspiration på toppen af ​​fri inspiration
  • TV (tidevandsvolumen) -tidevandsvolumen- ind- og udåndes frit under ind- og udånding
  • FRC -resterende funktionskapacitet- forbliver i lungerne efter rolig udånding
  • ERV (ekspiratorisk reservevolumen) -ekspiratorisk reservevolumen- fjernet fra lungerne under maksimal udånding efter fri indånding
  • RV (restvolumen) -restvolumen- forbliver altid i lungerne under maksimal udånding
  • VC (vital kapacitet) -vital kapacitet- fjernet fra lungerne efter maksimal indånding under maksimal udånding
  • IVC (inspiratorisk vital kapacitet) -inspiratorisk vital kapacitet- trukket ind i lungerne efter den dybeste udånding ved maksimal indånding; kan være lidt større end VC, fordi på tidspunktet for maksimal udånding efterfulgt af maksimal indånding, lukkes alveolelederne, før luften, der fylder boblerne, fjernes

Under fri inspiration er tidalvolumen 500 ml. Men ikke hele dette volumen når alveolerne. Cirka 150 ml fylder luftvejene, som ikke har betingelser for gasudveksling mellem luft og blod, det vil sige næsehulen, svælget, strubehovedet, luftrøret, bronkierne og bronkiolerne. Dette kaldes anatomisk respiratorisk dødrum. De resterende 350 ml blandes medmed luft, der udgør den funktionelle restkapacitet, opvarmes den samtidig og mættes med vanddamp. I alveolerne er ikke al luft igen gasformig. I kapillærerne i væggene i nogle af alveolerne strømmer blodet ikke eller strømmer ikke nok til at bruge al luften til gasudveksling. Dette er det fysiologiske luftvejsdøde rum og er lille hos raske mennesker. Desværre kan det stige betydeligt i sygdomstilstande.

Den gennemsnitlige respirationshastighed under hvile er 16 pr. minut, og tidalvolumenet er 500 ml, multiplicerer vi disse to værdier, får vi lungeventilation. Heraf følger, at der ind- og udåndes omkring 8 liter luft i minuttet. Under 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 vigtig anvendelse i diagnosticering af lungesygdomme. Der er en test - spirometri, der måler: VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV og IRV. Det er afgørende for diagnosticering og overvågning af sygdomme som astma og KOL.

Gasdiffusion mellem alveolær luft og blod

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

Alveolernes vægge er bygget af et tyndt, fladt enkeltlags epitel. 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 stof. Det er en blanding af proteiner, fosfolipider og kulhydrater fremstillet af fedtsyrer i blodet. Det overfladeaktive middel forhindrer, ved at reducere overfladespændingen, alveolerne i at klæbe sammen og reducerer de kræfter, der er nødvendige for at strække lungerne. Udefra er vesiklerne dækket af et netværk af kapillærer. Kapillærer, der kommer ind i alveolerne, bærer blod rigt på kuldioxid, vand, men med en lille mængde ilt. I modsætning hertil er parti altrykket af ilt højt i alveolær luft, og det af kuldioxid er lavt. Gasdiffusion følger en gradient af gaspartikeltryk, så kapillære erytrocytter fanger ilt fra luften og slipper af med kuldioxid. Gasmolekyler skal passere gennem alveolevæggen og kapillarvæggen, og mere præcist gennem: et lag af væske, der dækker alveoleoverfladen, alveoleepitel, basalmembran og endotelkapillærer.

Transport af gasser gennem blodet

  • ilttransport

Oxygen opløses først fysisk i plasma, men diffunderer derefter gennem kappen ind i erytrocytterne, hvor det binder sig med hæmoglobin og danner oxyhæmoglobin (oxygeneret 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 ​​transporteret ilt opløst i plasma er så lille, at det er irrelevant for respirationen. Takket være kredsløbssystemet når blod mættet med ilt hver eneste celle i kroppen

  • kuldioxidtransport

Vævskuldioxid trænger ind i kapillærerne og transporteres til lungerne:

  • ok. 6 % fysisk opløst i plasma og i cytoplasmaet af erytrocytter
  • ok. 6 % bundet til frie aminogrupper af plasma- og hæmoglobinproteiner (som carbamater)
  • majoritet, dvs. ca.

Gasdiffusion mellem blod og celler

I vævene trænger gasmolekyler igen igennem langs elasticitetsgradienten: ilten, der frigives 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 intensivt stofskifte er iltspændingen lav, så de forbruger 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 i væv. Hvert væv er forsynet med arterielt blod med samme iltindhold, mens venøst ​​blod kan indeholde mere eller mindre af det.

Indre vejrtrækning

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

Nøglerollen spilles af mitokondrier - cellulære organeller, som modtager iltmolekyler, der diffunderer inde i cellen. Alle enzymerne i Krebs-cyklussen (også kendt som tricarboxylsyrecyklussen) er placeret på den ydre membran af mitokondrierne, mens kædens enzymer er placeret på den indre membran.

I Krebs-cyklussen oxideres sukker-, protein- og fedtmetabolitter til kuldioxid og vand med frigivelse af frie brintatomer eller frie elektroner. Længere i respirationskæden - det sidste trin af intracellulær respiration - ved at overføre elektroner og protoner til successive transportører syntetiseres højenergi-phosphorforbindelser. Den vigtigste af dem er ATP, dvs. adenosin-5′-triphosphat, en universel bærer af kemisk energi, der bruges 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 omdanner mængden af ​​ATP, der kan sammenlignes med hans kropsvægt.

Åndedrætsregulering

I medulla er åndedrætscentret, som regulerer vejrtrækningens frekvens og dybde. Den består af to centre med modsatte funktioner, bygget af to typer neuroner. Begge er placeret inden for den retikulære formation. I den solitære kerne og i den forreste del af den posterior-tvetydige vagusnerve er det inspiratoriske center, som sender nerveimpulser til rygmarven, til de motoriske neuroner i de inspiratoriske muskler. På den anden side er der i den tvetydige kerne af vagusnerven og i den bagerste del af den posterior-tvetydige kerne af vagusnerven udåndingscentret, som stimulerer de motoriske neuroner i udåndingsmusklerne

Inspirationscentrets neuroner sender et udbrud af nerveimpulser flere gange i minuttet, som følger grenen, der falder ned til motorneuronerne i rygmarven og samtidig stiger aksongrenen op til neuronerne i retikulæren. dannelsen af ​​broen. Der er et pneumotaksisk center, der hæmmer inspirationscentret i 1-2 sekunder og derefter stimulerer inspirationscentret igen. På grund af successive perioder med stimulering og hæmning af det inspiratoriske center sikres rytmisk vejrtrækning. Inspirationscentret reguleres af nerveimpulser, der opstår i:

  • kemoreceptorer i cervikal- og aortalapperne, som reagerer på en stigning i kuldioxidkoncentrationen, koncentrationen af ​​hydrogenioner eller et signifikant fald i iltkoncentrationen i arterielt blod; impulser fra aortapropperne bevæger sig gennem glossopharyngeal- og vagusnerverne. og effekten er acceleration og uddybning af inhalationer
  • lungevævsinteroreceptorer og thoraxproprioreceptorer;
  • Inflationsmekanoreceptorer er placeret mellem bronkiernes glatte muskler, de stimuleres af strækning af lungevævet, hvilket udløser udånding; derefter at reducere strækningen af ​​lungevæv ved udånding, aktiverer andre mekanoreceptorer denne gangdeflationære dem, der udløser indåndingen; Dette fænomen kaldes Hering-Breuer-reflekserne;
  • Den inspiratoriske eller ekspiratoriske indstilling af brystet irriterer de respektive proprioreceptorer og ændrer frekvensen og dybden af ​​åndedrættet: jo dybere du inhalerer, jo dybere udånder du;
  • centre i de øvre niveauer af hjernen: cortex, limbisk system, termoreguleringscenter i hypothalamus

Kategori:

Åndedrætssystem