Човешката дихателна система се състои от дихателните пътища (горни и долни) и белите дробове. Дихателната система е отговорна за газообмена между организма и околната среда. Как е изградена дихателната система и как работи?

Човешката дихателна систематрябва да позволява дишането - процесът на газообмен, а именно кислород и въглероден диоксид, между организма и околната среда. Всяка клетка в нашето тяло се нуждае от кислород, за да функционира правилно и да генерира енергия. Процесът на дишане е разделен на:

  • външно дишане - доставяне на кислород към клетките
  • вътрешно дишане - вътреклетъчно

Външното дишане възниква поради синхронизирането на дихателната система с нервните центрове и се разделя на редица процеси:

  • белодробна вентилация
  • дифузия на газ между алвеоларен въздух и кръв
  • транспортиране на газове през кръвта
  • дифузия на газ между кръвта и клетките

Структура на дихателната система

Дихателните пътища се състоят от:

  • горни дихателни пътища , тоест: носна кухина ( cavum nasz ) и гърло ( фаринкс)
  • долни дихателни пътища : ларинкс ( ларинкс ), трахея ( трахея ), бронхи ( бронхи ) - дясно и ляво, които допълнително се разделят на по-малки клони, а най-малките се превръщат в бронхиоли ( бронхиоли )

Последната част на дихателните пътища води до алвеолите ( alveoli pulmonales ). Вдишваният въздух, преминаващ през дихателните пътища, се почиства от прах, бактерии и други дребни примеси, овлажнява се и се затопля. От друга страна, структурата на бронхите, чрез комбиниране на хрущялни, еластични и гладкомускулни елементи, позволява регулиране на техния диаметър. Гърлото е мястото, където се пресичат дихателната и храносмилателната системи. Поради тази причина при преглъщане дишането спира и дихателните пътища се затварят през епиглотиса.

  • бели дробове- сдвоени органи, разположени в гръдния кош.

В анатомично и функционално отношение, белите дробове са разделени на лобули (левият бял дроб на два лоба, а десният на три), лобовете са разделени допълнително на сегменти, сегментите на лобули и лобулите на клъстери.

Те обграждат всеки бял дробдва слоя съединителна тъкан - париетална плевра ( pleura parietalis ) и белодробна плевра ( pleura pulmonalis ). Между тях е плевралната кухина ( cavum pleurae ), а течността в нея позволява на белия дроб, покрит с белодробна плевра, да се придържа към париеталната плевра, слята с вътрешната стена на гръдния кош. На мястото, където бронхите проникват в белите дробове, има белодробни кухини, в които, до бронхите, също артерии и белодробни вени.

Вентилация на белите дробове

Същността на вентилацията е да изтегля атмосферния въздух в алвеолите. Тъй като въздухът винаги тече от по-високо налягане към по-ниско налягане, правилните мускули участват във всяко вдишване и издишване, което позволява всмукването и движението на натиск на гръдния кош.

В края на издишването налягането в алвеолите е равно на атмосферното налягане, но докато се всмуква въздух, диафрагмата ( диафрагма ) и външните междуребрени мускули (musculi intercostales) contract externi ), това увеличава обема на гръдния кош и създава вакуум, който засмуква въздуха.

Когато нуждата от вентилация се увеличи, се активират допълнителни инспираторни мускули: стерноклеидомастовидните мускули ( musculi sternocleidomastoidei ), по-малките гръдни мускули ( musculi pectormusculi pector), предни назъбени мускули ( musculi serrati anteriores ), трапецовидни мускули ( musculi trapezii ), лостове на лопатката ( musculi levatores scapulae ), големи и малки успоредни мускули ( musculi rhomboidei maiores et minores ) и наклонени мускули ( musculi )

Следващата стъпка е да издишате. Започва, когато инспираторните мускули се отпуснат в пика на вдишването. Обикновено това е пасивен процес, тъй като силите, генерирани от разтегнатите еластични елементи в белодробната тъкан, са достатъчни за намаляване на обема на гръдния кош. Алвеоларното налягане се повишава над атмосферното и получената разлика в налягането отвежда въздуха навън.

Ситуацията е малко по-различна при силно издишване. Справяме се с него, когато ритъмът на дишане е бавен, когато издишването изисква преодоляване на повишено съпротивление при дишане, например при някои белодробни заболявания, но също и при звука, особено при пеене или свирене на духови инструменти. Стимулират се мотоневроните на експираторните мускули, които включват: междуребрените мускуливътрешните мускули ( musculi intercostales interni ) и мускулите на предната коремна стена, особено rectus abdominis мускули ( musculi recti abdominis ).

).

Дихателна честота

Дихателната честота е силно променлива и зависи от много различни фактори. Възрастен в покой трябва да диша 7-20 пъти в минута. Факторите, водещи до увеличаване на скоростта на дишане, професионално наречена тахипнея, включват упражнения, белодробни състояния и извънбелодробен респираторен дистрес. От друга страна, брадипнея, т.е. значително намаляване на броя на вдишванията, може да е резултат от неврологични заболявания или централни странични ефекти на наркотични лекарства. Децата се различават от възрастните в това отношение: колкото по-малко е малкото дете, толкова по-висока е физиологичната скорост на дишане.

Белодробни обеми и капацитет

  • TLC (общ капацитет на белите дробове) -общ капацитет на белите дробове- обем, който е в белите дробове след най-дълбокото вдишване
  • IC -капацитет на вдишване- изтеглен в белите дробове по време на най-дълбокото вдишване след спокойно издишване
  • IRV (инспираторен резервен обем) -инспираторен резервен обем- изтеглен в белите дробове по време на максималното вдъхновение в пика на свободното вдъхновение
  • TV (дихателен обем) -дихателен обем- вдишване и издишване свободно, докато вдишвате и издишвате
  • FRC -остатъчен функционален капацитет- остава в белите дробове след спокойно издишване
  • ERV (резервен обем на издишване) -резервен обем на издишване- отстранява се от белите дробове по време на максимално издишване след свободно вдишване
  • RV (остатъчен обем) -остатъчен обем- винаги остава в белите дробове по време на максимално издишване
  • VC (жизнен капацитет) -жизненен капацитет- отстранява се от белите дробове след максимално вдишване по време на максимално издишване
  • IVC (инспираторен жизнен капацитет) -инспираторен жизнен капацитет- изтеглен в белите дробове след най-дълбокото издишване при максимално вдишване; може да бъде малко по-голямо от VC, тъй като в момента на максимално издишване, последвано от максимално вдишване, алвеоларните проводници се затварят, преди въздухът, запълващ мехурчетата, да бъде отстранен

По време на свободно вдъхновение дихателният обем е 500 mL. Въпреки това, не целият обем достига до алвеолите. Около 150 ml запълват дихателните пътища, които нямат условия за газообмен между въздух и кръв, т.е. носната кухина, фаринкса, ларинкса, трахеята, бронхите и бронхиолите. Това се казва анатомично дихателно мъртво пространство. Останалите 350 mL се смесват сс въздух, който представлява функционалния остатъчен капацитет, той едновременно се нагрява и насища с водна пара. В алвеолите, отново, не целият въздух е газообразен. В капилярите на стените на някои от алвеолите кръвта не тече или не тече достатъчно, за да използва целия въздух за газообмен. Това е физиологичното респираторно мъртво пространство и е малко при здрави хора. За съжаление, може да се увеличи значително при болестни състояния.

Средната скорост на дишане по време на почивка е 16 в минута, а дихателният обем е 500 mL, умножавайки тези две стойности, получаваме белодробна вентилация. От това следва, че в минута се вдишват и издишват около 8 литра въздух. При бързи и дълбоки вдишвания стойността може да се увеличи значително, дори от дузина до двадесет пъти.

Всички тези сложни параметри: капацитети и обеми бяха въведени не само за да ни объркат, но имат важно приложение в диагностиката на белодробни заболявания. Има тест - спирометрия, който измерва: VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV и IRV. Той е от съществено значение за диагностицирането и наблюдението на заболявания като астма и ХОББ.

Газова дифузия между алвеоларен въздух и кръв

Основната структура, която изгражда белите дробове, са алвеолите. Има около 300-500 милиона от тях, всеки с диаметър от 0,15 до 0,6 mm, а общата им площ е от 50 до 90 m².

Стените на алвеолите са изградени от тънък, плосък, еднослоен епител. В допълнение към клетките, които изграждат епитела, фоликулите съдържат два други типа клетки: макрофаги (чревни клетки) и също фоликуларни клетки тип II, които произвеждат повърхностно активното вещество. Това е смес от протеини, фосфолипиди и въглехидрати, произведени от мастни киселини в кръвта. Повърхностно активното вещество, като намалява повърхностното напрежение, предотвратява слепването на алвеолите и намалява силите, необходими за разтягане на белите дробове. Отвън везикулите са покрити с мрежа от капиляри. Капилярите, попадащи в алвеолите, носят кръв, богата на въглероден диоксид, вода, но с малко количество кислород. Обратно, в алвеоларния въздух парциалното налягане на кислорода е високо, а това на въглеродния диоксид е ниско. Дифузията на газ следва градиент на налягането на газовите частици, така че капилярните еритроцити улавят кислорода от въздуха и се освобождават от въглеродния диоксид. Газовите молекули трябва да преминават през алвеоларната стена и стената на капилярите, и по-точно през: слой течност, покриващ алвеоларната повърхност, алвеоларен епител, базална мембрана и ендотелкапиляри.

Транспортиране на газове през кръвта

  • транспортиране на кислород

Кислородът първо се разтваря физически в плазмата, но след това дифундира през обвивката в еритроцитите, където се свързва с хемоглобина, за да образува оксихемоглобин (оксигениран хемоглобин). Хемоглобинът играе много важна роля в транспорта на кислород, тъй като всяка негова молекула се комбинира с 4 кислородни молекули, като по този начин увеличава способността на кръвта да транспортира кислород до 70 пъти. Количеството транспортиран кислород, разтворен в плазмата, е толкова малко, че е без значение за дишането. Благодарение на кръвоносната система, наситената с кислород кръв достига до всяка клетка на тялото.

  • транспорт на въглероден диоксид

Тъканният въглероден диоксид навлиза в капилярите и се транспортира до белите дробове:

  • добре. 6% физически разтворени в плазмата и в цитоплазмата на еритроцитите
  • добре. 6% се свързват със свободните аминогрупи на плазмените и хемоглобинови протеини (като карбамати)
  • мнозинство, т.е. приблизително 88% като HCO3- йони, свързани с бикарбонатната буферна система от плазма и еритроцити

Газова дифузия между кръвта и клетките

В тъканите газовите молекули отново проникват по градиента на еластичност: кислородът, освободен от хемоглобина, дифундира в тъканите, докато въглеродният диоксид дифундира в обратна посока - от клетките към плазмата. Поради разликите в нуждата от кислород на различните тъкани, има и разлики в кислородното напрежение. В тъканите с интензивен метаболизъм кислородното напрежение е ниско, така че те консумират повече кислород, докато дрениращата венозна кръв съдържа по-малко кислород и повече въглероден диоксид. Артериовенозната разлика в съдържанието на кислород е параметър, който определя степента на потребление на кислород от тъканите. Всяка тъкан се снабдява с артериална кръв със същото съдържание на кислород, докато венозната кръв може да съдържа повече или по-малко от него.

Вътрешно дишане

Дишането на клетъчно ниво е многоетапен биохимичен процес, който включва окисляване на органични съединения, които произвеждат биологично полезна енергия. Това е фундаментален процес, който продължава дори когато други метаболитни процеси са спрени (анаеробните алтернативни процеси са неефективни и с ограничено значение).

Ключовата роля играят митохондриите - клетъчни органели, които приемат кислородни молекули, дифундиращи вътре в клетката. Всички ензими от цикъла на Кребс (известен също като цикъл на трикарбоксилната киселина) са разположени на външната мембрана на митохондриите, докато ензимите на веригата са разположени върху вътрешната мембрана.

В цикъла на Кребс, захарта, протеините и метаболитите на мазнините се окисляват до въглероден диоксид и вода с освобождаване на свободни водородни атоми или свободни електрони. По-нататък в дихателната верига - последният етап на вътреклетъчното дишане - чрез прехвърляне на електрони и протони към последователни конвейери, се синтезират високоенергийни фосфорни съединения. Най-важният от тях е АТФ, тоест аденозин-5′-трифосфат, универсален носител на химическа енергия, използван в клетъчния метаболизъм. Той се консумира от множество ензими в процеси като биосинтеза, движение и клетъчно делене. Обработката на АТФ в живите организми е непрекъсната и се смята, че всеки ден човек преобразува количеството АТФ, сравнимо с телесното му тегло.

Регулиране на дишането

В медулата се намира дихателният център, който регулира честотата и дълбочината на дишането. Състои се от два центъра с противоположни функции, изградени от два вида неврони. И двете са разположени в рамките на ретикуларната формация. В солитарното ядро ​​и в предната част на задния-нееднозначния блуждаещ нерв се намира инспираторният център, който изпраща нервни импулси към гръбначния мозък, към моторните неврони на инспираторните мускули. От друга страна, в нееднозначното ядро ​​на блуждаещия нерв и в задната част на задното нееднозначно ядро ​​на блуждаещия нерв се намира центърът на издишване, който стимулира моторните неврони на експираторните мускули.

Невроните на центъра за вдъхновение изпращат взрив от нервни импулси няколко пъти в минута, които следват клона, спускащ се към моторните неврони в гръбначния мозък и в същото време клона на аксона, възходящ към невроните на ретикуларната образуване на моста. Има пневмотаксичен център, който инхибира инспираторния център за 1-2 секунди и след това инспираторният център отново стимулира. Благодарение на последователни периоди на стимулация и инхибиране на инспираторния център, се осигурява ритмичност на дишането. Центърът за вдъхновение се регулира от нервни импулси, възникващи в:

  • хеморецептори на цервикалния и аортния лоб, които реагират на повишаване на концентрацията на въглероден диоксид, концентрация на водородни йони или значително намаляване на концентрацията на кислород в артериалната кръв; импулсите от аортните съсиреци преминават през глософарингеалния и блуждаещия нерв. а ефектът е ускоряване и задълбочаване на вдишванията
  • интерорецептори на белодробната тъкан и гръдни проприорецептори;
  • Инфлационните механорецептори са разположени между бронхиалните гладки мускули, те се стимулират от разтягане на белодробната тъкан, което предизвиква издишване; след това намаляване на разтягането на белодробната тъкан при издишване, този път активира други механорецепторидефлационни, които задействат вдишването; Това явление се нарича рефлекси на Херинг-Бройер;
  • Инспираторната или експираторната настройка на гръдния кош дразни съответните проприорецептори и променя честотата и дълбочината на дишането: колкото по-дълбоко вдишвате, толкова по-дълбоко издишвате;
  • центрове на горните нива на мозъка: кора, лимбична система, център за терморегулация в хипоталамуса

Категория:

Дихателна система