Sistemul respirator uman este format din tractul respirator (superior și inferior) și plămâni. Sistemul respirator este responsabil de schimbul de gaze dintre organism și mediu. Cum este construit sistemul respirator și cum funcționează?

Sistemul respirator umanse presupune că permite respirația - procesul de schimb de gaze, și anume oxigen și dioxid de carbon, între organism și mediu. Fiecare celulă din corpul nostru are nevoie de oxigen pentru a funcționa corect și a genera energie. Procesul de respirație este împărțit în:

  • respirație externă - furnizarea de oxigen celulelor
  • respirație internă - intracelular

Respirația externă apare datorită sincronizării sistemului respirator cu centrii nervoși și este împărțită într-o serie de procese:

  • ventilație pulmonară
  • difuzie de gaz între aerul alveolar și sânge
  • transport de gaze prin sânge
  • difuzie de gaz între sânge și celule

Structura sistemului respirator

Căile respiratorii constă din:

  • tractul respirator superior , adică: cavitatea nazală ( cavum nasz ) și gâtul ( faringe)
  • tractul respirator inferior : laringe ( laringe ), trahee ( trahee ), bronhii ( bronhii ) - dreapta și stânga, care sunt împărțite în continuare în ramuri mai mici, iar cele mai mici se transformă în bronhiole ( bronhiole )

Partea finală a căilor respiratorii duce la alveole ( alveole pulmonare ). Aerul inhalat care trece prin căile respiratorii este curățat de praf, bacterii și alte impurități mici, hidratat și încălzit. Pe de altă parte, structura bronhiilor, prin combinarea cartilajului, elasticului și a elementelor musculare netede, permite reglarea diametrului acestora. Gâtul este locul în care sistemele respirator și digestiv se intersectează. Din acest motiv, la înghițire, respirația se oprește și căile respiratorii se închid prin epiglotă.

  • plămâni- organe pereche situate în piept.

În termeni anatomici și funcționali, plămânii sunt împărțiți în lobi (plămânul stâng în doi lobi, iar cel drept în trei), lobii sunt împărțiți în continuare în segmente, segmentele în lobuli și lobulii în grupuri.

Înconjoară fiecare plămândouă straturi de țesut conjunctiv - pleura parietală ( pleura parietalis ) și pleura pulmonară ( pleura pulmonară ). Între ele se află cavitatea pleurală ( cavum pleurae ), iar lichidul din ea permite plămânului acoperit cu pleura pulmonară să adere la pleura parietală fuzionată cu peretele interior al toracelui. În locul în care bronhiile pătrund în plămâni, există cavități pulmonare, în care, alături de bronhii, se află și artere și vene pulmonare.

Ventilație pulmonară

Esența ventilației este atragerea aerului atmosferic în alveole. Deoarece aerul curge întotdeauna de la o presiune mai mare la o presiune mai mică, mușchii drepti sunt implicați în fiecare inhalare și expirare, permițând mișcarea de aspirație și presiune a pieptului.

La sfârșitul expirației, presiunea din alveole este egală cu presiunea atmosferică, dar în timp ce aspiră aer, diafragma ( diafragma ) și mușchii intercostali externi (musculi intercostales) contract externi ), aceasta mărește volumul toracelui și creează un vid care aspiră aerul.

Când cererea de ventilație crește, se activează mușchii inspiratori suplimentari: mușchii sternocleidomastoidieni ( musculi sternocleidomastoidei ), mușchii pectorali mai mici ( musculi pectorales minores), mușchii dinți anteriori ( musculi serrati anteriores ), mușchii trapezi ( musculi trapezi ), pârghii scapulei ( musculi levatores scapulae ), mușchii paralelogrami majori și minori ( musculi rhomboidei maiores et minores ) și mușchii înclinați ( musculi scaleni ) .

Următorul pas este expirarea. Începe atunci când mușchii inspiratori se relaxează la vârful inhalării. De obicei, acesta este un proces pasiv, deoarece forțele generate de elementele elastice întinse în țesutul pulmonar sunt suficiente pentru ca toracele să scadă în volum. Presiunea alveolară crește peste presiunea atmosferică, iar diferența de presiune rezultată elimină aerul în exterior.

Situația este ușor diferită atunci când expirați puternic. Ne ocupăm de ea atunci când ritmul de respirație este lent, când expirația necesită depășirea rezistenței crescute la respirație, de exemplu în unele boli pulmonare, dar și în activitatea fonatorie, mai ales când cântă sau cântă la instrumente de suflat. Sunt stimulati motoneuronii muschilor expiratori care includ: muschii intercostalimușchii interni ( musculi intercostales interni ) și mușchii peretelui abdominal anterior, în special mușchii drepti abdominali ( musculi recti abdominis ).

Frecvența respiratorie

Frecvența respiratorie este foarte variabilă și depinde de mulți factori diferiți. Un adult care se odihnește ar trebui să respire de 7-20 de ori pe minut. Factorii care conduc la o creștere a ratei de respirație, numită profesional tahipnee, includ exercițiile fizice, afecțiunile pulmonare și detresa respiratorie extrapulmonară. Pe de altă parte, bradipneea, adică o scădere semnificativă a numărului de respirații, poate rezulta din boli neurologice sau efecte secundare centrale ale drogurilor narcotice. Copiii diferă de adulți în această privință: cu cât copilul este mai mic, cu atât frecvența respiratorie fiziologică este mai mare.

Volumuri și capacități pulmonare

  • TLC (capacitate pulmonară totală) -capacitate pulmonară totală- volumul care se află în plămâni după cea mai profundă inhalare
  • IC -capacitate inspiratorie- tras în plămâni în timpul celei mai profunde inspirații după o expirație calmă
  • IRV (volum de rezervă inspiratorie) -volum de rezervă inspiratorie- tras în plămâni în timpul inspirației maxime la vârful inspirației libere
  • TV (volum curent) -volum curent- inhalat și expirat liber în timp ce inhalați și expirați
  • FRC -capacitate funcțională reziduală- rămâne în plămâni după expirarea calmă
  • ERV (volum de rezervă expirator) -volum de rezervă expirator- îndepărtat din plămâni în timpul expirației maxime după inhalarea liberă
  • RV (volum rezidual) -volum rezidual- rămâne întotdeauna în plămâni în timpul expirației maxime
  • VC (capacitate vitală) -capacitate vitală- îndepărtat din plămâni după inhalarea maximă în timpul expirației maxime
  • IVC (capacitate vitală inspiratorie) -capacitate vitală inspiratorie- atras în plămâni după cea mai profundă expirație la inhalare maximă; poate fi puțin mai mare decât VC, deoarece în momentul expirării maxime urmate de inhalare maximă, conductorii alveolari se închid înainte ca aerul care umple bulele să fie îndepărtat

În timpul inspirației libere, volumul curent este de 500 ml. Cu toate acestea, nu tot acest volum ajunge la alveole. Aproximativ 150 ml umple tractul respirator, care nu are condiții pentru schimbul de gaze între aer și sânge, adică cavitatea nazală, faringele, laringele, traheea, bronhiile și bronhiolele. Aceasta se numește spatiu mort anatomic respirator. Restul de 350 ml se amestecă cucu aerul constituind capacitatea reziduala functionala, acesta este simultan incalzit si saturat cu vapori de apa. În alveole, din nou, nu tot aerul este gazos. În capilarele pereților unora dintre alveole, sângele nu curge sau nu curge suficient pentru a folosi tot aerul pentru schimbul de gaze. Acesta este spațiul mort respirator fiziologic și este mic la oamenii sănătoși. Din păcate, poate crește semnificativ în stările de boală.

Frecvența medie de respirație în timpul repausului este de 16 pe minut, iar volumul curent este de 500 ml, înmulțind aceste două valori, obținem ventilația pulmonară. Din aceasta rezultă că aproximativ 8 litri de aer sunt inhalați și expirați pe minut. În timpul respirațiilor rapide și profunde, valoarea poate crește semnificativ, chiar și de la o duzină la douăzeci de ori.

Toți acești parametri complicati: capacități și volume au fost introduși nu doar pentru a ne deruta, dar au o aplicație importantă în diagnosticul bolilor pulmonare. Există un test - spirometrie care măsoară: VC, FEV1, FEV1/VC, FVC, IC, TV, ERV și IRV. Este esențială pentru diagnosticarea și monitorizarea bolilor precum astmul și BPOC.

Difuzia gazelor între aerul alveolar și sânge

Structura de bază care alcătuiește plămânii este alveolele. Există aproximativ 300-500 de milioane dintre ele, fiecare cu un diametru de 0,15 până la 0,6 mm, iar suprafața lor totală este de la 50 la 90 m².

Pereții alveolelor sunt formați de un epiteliu subțire, plat, cu un singur strat. Pe lângă celulele care alcătuiesc epiteliul, foliculii conțin alte două tipuri de celule: macrofage (celule intestinale) și, de asemenea, celule foliculare de tip II care produc surfactantul. Este un amestec de proteine, fosfolipide și carbohidrați produs din acizii grași din sânge. Surfactantul, prin reducerea tensiunii superficiale, previne lipirea alveolelor și reduce forțele necesare pentru a întinde plămânii. Din exterior veziculele sunt acoperite cu o rețea de capilare. Capilarele care intră în alveole transportă sânge bogat în dioxid de carbon, apă, dar cu o cantitate mică de oxigen. În schimb, în ​​aerul alveolar, presiunea parțială a oxigenului este mare, iar cea a dioxidului de carbon este scăzută. Difuzia gazului urmează un gradient de presiune a particulelor de gaz, astfel încât eritrocitele capilare captează oxigenul din aer și scapă de dioxidul de carbon. Moleculele de gaz trebuie să treacă prin peretele alveolar și prin peretele capilar, și mai precis prin: un strat de lichid care acoperă suprafața alveolară, epiteliul alveolar, membrana bazală și endoteliulcapilare.

Transportul gazelor prin sânge

  • transport de oxigen

Oxigenul se dizolvă mai întâi fizic în plasmă, dar apoi difuzează prin înveliș în eritrocite, unde se leagă de hemoglobină pentru a forma oxihemoglobină (hemoglobina oxigenată). Hemoglobina joacă un rol foarte important în transportul oxigenului, deoarece fiecare dintre moleculele sale se combină cu 4 molecule de oxigen, crescând astfel capacitatea sângelui de a transporta oxigenul de până la 70 de ori. Cantitatea de oxigen transportată dizolvată în plasmă este atât de mică încât este irelevantă pentru respirație. Datorită sistemului circulator, sângele saturat cu oxigen ajunge la fiecare celulă a corpului.

  • transport de dioxid de carbon

Dioxidul de carbon din țesut pătrunde în capilare și este transportat la plămâni:

  • ok. 6% dizolvat fizic în plasmă și în citoplasma eritrocitelor
  • ok. 6% se leagă de grupele amino libere ale proteinelor plasmatice și ale hemoglobinei (sub formă de carbamati)
  • majoritate, adică aproximativ 88% ca ioni HCO3- legați de sistemul tampon de bicarbonat al plasmei și eritrocitelor

Difuzia gazelor între sânge și celule

În țesuturi, moleculele de gaz pătrund din nou de-a lungul gradientului de elasticitate: oxigenul eliberat din hemoglobină difuzează în țesuturi, în timp ce dioxidul de carbon difuzează în direcția opusă - de la celule la plasmă. Datorită diferențelor în cererea de oxigen a diferitelor țesuturi, există și diferențe în tensiunea de oxigen. În țesuturile cu metabolism intens, tensiunea oxigenului este scăzută, astfel încât acestea consumă mai mult oxigen, în timp ce sângele venos care drenează conține mai puțin oxigen și mai mult dioxid de carbon. Diferența arteriovenoasă a conținutului de oxigen este un parametru care determină gradul de consum de oxigen de către țesuturi. Fiecare țesut este alimentat cu sânge arterial cu același conținut de oxigen, în timp ce sângele venos poate conține mai mult sau mai puțin din acesta.

Respirația interioară

Respirația la nivel celular este un proces biochimic în mai multe etape care implică oxidarea compușilor organici care produc energie utilă din punct de vedere biologic. Este un proces fundamental care continuă chiar și atunci când alte procese metabolice sunt oprite (procesele alternative anaerobe sunt ineficiente și de importanță limitată).

Rolul cheie este jucat de mitocondrii - organele celulare, care primesc molecule de oxigen care se difuzează în interiorul celulei. Toate enzimele ciclului Krebs (cunoscut și ca ciclul acidului tricarboxilic) sunt situate pe membrana exterioară a mitocondriilor, în timp ce enzimele lanțului sunt situate pe membrana interioară.

În ciclul Krebs, zahărul, proteinele și metaboliții grăsimilor sunt oxidați în dioxid de carbon și apă cu eliberarea de atomi de hidrogen liberi sau electroni liberi. Mai departe în lanțul respirator - ultima etapă a respirației intracelulare - prin transferul de electroni și protoni către transportoare succesive, se sintetizează compuși de fosfor de mare energie. Cel mai important dintre ele este ATP, adică adenozin-5′-trifosfat, un purtător universal de energie chimică utilizat în metabolismul celular. Este consumat de numeroase enzime în procese precum biosinteza, mișcarea și diviziunea celulară. Procesarea ATP în organismele vii este continuă și se estimează că în fiecare zi omul transformă cantitatea de ATP comparabilă cu greutatea corporală.

Reglarea respirației

În medular se află centrul de respirație care reglează frecvența și profunzimea respirației. Este format din doi centri cu funcții opuse, construite de două tipuri de neuroni. Ambele sunt localizate în formațiunea reticulară. În nucleul solitar și în partea anterioară a nervului vag posterior-ambiguu se află centrul inspirator, care trimite impulsuri nervoase către măduva spinării, către neuronii motori ai mușchilor inspiratori. Pe de altă parte, în nucleul ambiguu al nervului vag și în partea posterioară a nucleului posterior-ambiguu al nervului vag, se află centrul expirației, care stimulează neuronii motori ai mușchilor expiratori

Neuronii centrului de inspirație trimit o explozie de impulsuri nervoase de câteva ori pe minut, care urmăresc ramura care coboară spre neuronii motori din măduva spinării și în același timp ramura axonală ascendentă spre neuronii reticularului. formarea podului. Există un centru pneumotaxic care inhibă centrul de inspirație pentru 1-2 secunde și apoi centrul inspirator stimulează din nou. Datorita perioadelor succesive de stimulare si inhibitie a centrului inspirator se asigura ritmicitatea respiratiilor. Centrul inspirator este reglat de impulsurile nervoase care apar în:

  • chemoreceptori ai lobilor cervicali și aortici, care reacționează la o creștere a concentrației de dioxid de carbon, a concentrației de ioni de hidrogen sau la o scădere semnificativă a concentrației de oxigen în sângele arterial; impulsurile de la cheagurile aortice se deplasează prin nervii glosofaringieni și vagi. iar efectul este accelerarea și adâncirea inhalațiilor
  • interoreceptori ai țesutului pulmonar și proprioreceptori toracici;
  • Mecanoreceptorii de inflație sunt localizați între mușchii netezi bronșici, sunt stimulați prin întinderea țesutului pulmonar, care declanșează expirația; apoi reducând întinderea țesutului pulmonar la expirație, activează de data aceasta alți mecanoreceptoricele deflaționiste care declanșează inhalarea; Acest fenomen se numește reflexe Hering-Breuer;
  • Reglarea inspiratorie sau expiratorie a toracelui irită proprioreceptorii respectivi și modifică frecvența și profunzimea respirației: cu cât inspiri mai adânc, cu atât expiri mai adânc;
  • de centre ale nivelurilor superioare ale creierului: cortex, sistem limbic, centru de termoreglare din hipotalamus

Categorie:

Sistemul respirator