A légzőrendszer felépítése és működése

Az emberi légzőrendszer a légzőrendszerből (felső és alsó) és a tüdőből áll. A légzőrendszer felelős a szervezet és a környezet közötti gázcseréért. Hogyan épül fel és hogyan működik a légzőrendszer?

Az emberi légzőrendszer állítólag lehetővé teszi a légzést - a gázcsere folyamatát, nevezetesen az oxigént és a szén-dioxidot a szervezet és a környezet között. Testünk minden sejtjének oxigénre van szüksége a megfelelő működéshez és az energia előállításához. A légzési folyamat a következőkre oszlik:

• külső légzés - oxigént juttat a sejtekbe
• belső légzés - intracelluláris

A külső légzés a légzőrendszer és az idegközpontokkal való szinkronizálás miatt következik be, és számos folyamatra oszlik:

• tüdőszellőzés
• gázdiffúzió az alveoláris levegő és a vér között
• gázok szállítása a véren keresztül
• gázdiffúzió a vér és a sejtek között

A videó megtekintéséhez engedélyezze a JavaScript használatát, és fontolja meg a HTML5 videót támogató webböngészőre történő frissítést

A légzőrendszer felépítése

A légzőrendszer a következőkből áll:

• a felső légutak, vagyis az orrüreg (a cavumunk) és a torok (garat)
• alsó légutak: gége (gége), légcső (légcső), hörgő (hörgők) - jobbra és balra, amelyek tovább osztódnak kisebb ágakra, a legkisebbekből pedig bronchiolák lesznek (bronchioli)

A légutak utolsó része az alveolusokhoz vezet (alveoli pulmonales). A légzőrendszeren átjutó belélegzett levegőt megtisztítják a portól, baktériumoktól és egyéb apró szennyeződéstől, hidratálják és felmelegítik. Másrészt a hörgők szerkezete a porc, az elasztikus és a simaizom elemek kombinációján keresztül lehetővé teszi az átmérőjük beállítását. A torok az, ahol a légzőrendszer és az emésztőrendszer keresztezi egymást. Emiatt lenyeléskor a légzés leáll, és a légutak bezáródnak az epiglottisban.

• tüdő - a mellkasban elhelyezkedő párosított szervek.

Az anatómiai és funkcionális szempontokat tekintve a tüdő lebenyekre oszlik (a bal tüdő két lebenyre, a jobb oldali pedig háromra), a lebenyeket további szegmensekre, szegmenseket lobulákra, a lebenyeket pedig klaszterekre.

Mindegyik tüdőt két kötőszövetréteg veszi körül - a parietalis pleura (pleura parietalis) és a tüdő mellhártyája (pleura pulmonalis). Közöttük a mellüreg (cavum pleurae), és a benne lévő folyadék lehetővé teszi a tüdő mellhártyájával borított tüdő tapadását a mellkas belső falával összeolvadt parietális mellhártyához.A hörgők tüdőbe jutásának helyén tüdőüregek találhatók, amelyekbe a hörgőkön kívül artériák és tüdővénák is tartoznak.
Ezenkívül a csontvázas harántcsíkolt izmok, a vér- és a szív- és érrendszer, valamint az idegközpontok részt vesznek a légzés bonyolult folyamatában.

Tüdő szellőzés

A szellőzés lényege, hogy a légköri levegőt beszívja az alveolusokba. Mivel a levegő mindig nagyobb nyomásról alacsonyabbra áramlik, a megfelelő izomcsoportok részt vesznek minden egyes belégzésben és kilégzésben, lehetővé téve a mellkas szívó- és nyomásmozgásait.

A kilégzés végén az alveolusokban lévő nyomás megegyezik a légköri nyomással, de a levegő beszívásakor a rekeszizom összehúzódik (rekeszizom) és a külső bordaközi izmok (musculi intercostales externi), amelynek köszönhetően a mellkas térfogata növekszik, és vákuumot hoz létre, amely beszívja a levegőt.

Amikor a szellőzés iránti igény növekszik, további belégző izmok aktiválódnak: a sternocleidomastoid izmok (musculi sternocleidomastoidei), mellizmok (musculi pectorales minores), elülső fogazott izmok (musculi serrati anteriores), trapézizmok (musculi trapézia), a válllemez leváló izmai (musculi levatores scapulae), a nagyobb és a kisebb paralelogrammás izmok (musculi rhomboidei maiores et minores) és ferde izmok (musculi összeolvadt).

A következő lépés a kilégzés. Akkor kezdődik, amikor a belégző izmok ellazulnak a belégzés csúcsán. Általában ez passzív folyamat, mivel a tüdőszövetben a kifeszített rugalmas elemek által generált erők elegendőek ahhoz, hogy a mellkas térfogata csökkenjen. Az alveoláris nyomás a légköri fölé emelkedik, és az ebből adódó nyomáskülönbség eltávolítja a levegőt a külső részre.

Erősen kilégzéskor kissé más a helyzet. Akkor foglalkozunk vele, ha a légzési ritmus lassú, amikor a kilégzés megköveteli a megnövekedett légzési ellenállás leküzdését, például egyes tüdőbetegségek esetén, de fonatórikus tevékenységben is, különösen ének vagy fúvós hangszeren játszva. Serkentik a kilégző izmok motoneuronjait, amelyek a következők: belső bordaközi izmok (musculi intercostales interni) és az elülső hasfal izmai, különösen a rectus abdominalisok (musculi recti abdominis).

Légzésszám

A légzésszám nagyon változó, és sok különböző tényezőtől függ. A pihenő felnőttnek percenként 7-20 alkalommal kell lélegeznie. A légzésszám növekedéséhez vezető tényezők, technikailag tachypnoe néven szerepelnek, többek között a testmozgás, a tüdőbetegségek és az extrapulmonáris légzési distressz. A bradypnoea, vagyis a lélegzések számának jelentős csökkenése azonban neurológiai betegségekből vagy a kábítószerek központi mellékhatásaiból származhat. A gyermekek ebben a tekintetben különböznek a felnőttektől: minél kisebb a kisgyermek, annál magasabb az élettani légzésszám.

A tüdőtérfogatok és kapacitások

• TLC (teljes tüdőkapacitás) - az a térfogat, amely a legmélyebb lélegzetvétel után a tüdőben van
• IC - belégzési kapacitás - nyugodt kilégzés után a legmélyebb belégzés során a tüdőbe húzódik
• IRV (belégzési tartaléktérfogat) - belégzési tartaléktérfogat - a szabad belégzés tetején végzett maximális belégzés során a tüdőbe húzva
• TV (árapálytérfogat) - árapálytérfogat - belélegezve és kilélegezve, szabadon belélegzés és kilégzés közben
• Az FRC - funkcionális maradék kapacitás - lassú kilégzés után a tüdőben marad
• ERV (kilégzési tartalék térfogat) - kilégzési tartalék térfogat - szabad belégzés után a maximális kilégzés során eltávolítják a tüdőből
• Az RV (maradék térfogat) - maradvány térfogat - a maximális kilégzés során mindig a tüdőben marad
• VC (létfontosságú kapacitás) - létfontosságú kapacitás - a maximális belégzés és a maximális lejárat után eltávolítják a tüdőből
• IVC (belégzési életképesség) - belélegzett életképesség - a legmélyebb kilégzés után a tüdőbe húzva, maximális belégzéssel; kissé magasabb lehet a VC-nél, mert a maximális kilégzés, majd a maximális belégzés esetén az alveolus vezetők bezáródnak, mielőtt a buborékokat kitöltő levegőt eltávolítják

Szabad inspiráció mellett az árapály térfogata 500 ml. Ez a kötet azonban nem minden éri el az alveolusokat. Körülbelül 150 ml tölti ki a légzőrendszert, amelynek nincsenek feltételei a levegő és a vér közötti gázcserének, vagyis az orrüreg, a torok, a gége, a légcső, a hörgők és a hörgők. Ezt nevezik anatómiai légzési holttér. A fennmaradó 350 ml-t a maradék funkcionális kapacitást biztosító levegővel keverjük, egyidejűleg melegítjük és vízgőzzel telítjük. Az alveolusokban megint nem minden levegő gáznemű. Egyes tüszők falainak kapillárisaiban nem folyik vagy túl kevés vér áramlik ahhoz, hogy az összes levegőt felhasználja a gázcseréhez. Ez a fiziológiai légzési holttér, és egészséges embereknél kicsi. Sajnos a betegség állapotában jelentősen növekedhet.

Az átlagos légzési sebesség nyugalmi állapotban percenként 16, az árapály térfogata 500 ml, ezt a két értéket megszorozva tüdőventilációt kapunk. Ebből az következik, hogy percenként körülbelül 8 liter levegőt szívnak be és kilélegeznek. Gyors és mély lélegzetvétel közben az érték jelentősen megnőhet, akár egy tucatról húszszorosára is.

Mindezek a bonyolult paraméterek: a kapacitásokat és a mennyiségeket nemcsak azért vezették be, hogy megzavarjanak minket, hanem fontos alkalmazási területük van a tüdőbetegségek diagnosztizálásában. Van egy teszt-spirometria, amely a következőket méri: VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV és IRV. Elengedhetetlen az olyan betegségek diagnosztizálásához és monitorozásához, mint az asztma és a COPD.

Gázdiffúzió az alveoláris levegő és a vér között

Az alveolusok a tüdőt alkotó alapszerkezet. Körülbelül 300-500 millióan vannak, mindegyik átmérője 0,15-0,6 mm, teljes területe 50-90 m².

A tüszők falát vékony, lapos, egyrétegű hám építi. A hámsejteket alkotó sejtek mellett a tüszők két másik sejttípust tartalmaznak: makrofágok (bélsejtek) és a felületaktív anyagot termelő II-es típusú follikuláris sejtek is. A vér zsírsavaiból előállított fehérjék, foszfolipidek és szénhidrátok keveréke. A felületi feszültség csökkentésével a felületaktív anyag megakadályozza az alveolusok összetapadását, és csökkenti a tüdő megnyújtásához szükséges erőket. Kívülről a buborékokat kapillárisok hálózata borítja. Az alveolusokba jutó kapillárisok szén-dioxidban, vízben gazdag, de kevés oxigént tartalmazó vért hordoznak. Ezzel szemben az alveoláris levegőben az oxigén parciális nyomása magas, a szén-dioxidé pedig alacsony. A gáz diffúziója a gáz molekuláris nyomásának gradiensét követi, így a kapilláris eritrociták csapdába ejtik a levegő oxigénjét és megszabadulnak a szén-dioxidtól. A gázrészecskéknek át kell haladniuk az alveoláris falon és a kapilláris falon, nevezetesen: az alveoláris felületet borító folyadékrétegen, az alveolaris epitheliumon, az alapmembránon és a kapilláris endotheliumon.

Gázok szállítása a véren keresztül

• oxigénszállítás

Először az oxigén fizikailag feloldódik a plazmában, majd a burkon keresztül diffundál a vörösvértestekbe, ahol a hemoglobinhoz kötődve oxihemoglobint (oxigénnel telített hemoglobint) képez. A hemoglobin nagyon fontos szerepet játszik az oxigén szállításában, mert mindegyik molekulája 4 oxigénmolekulával kombinálódik, így akár 70-szeresére növeli a vér oxigénszállító képességét. A szállított oxigén mennyisége a plazmában oldva annyira kicsi, hogy a légzés szempontjából nincs jelentősége. A keringési rendszernek köszönhetően az oxigénnel telített vér eljut a test minden sejtjébe.

• szén-dioxid szállítás

A szövetekből származó szén-dioxid bejut a kapillárisokba, és a tüdőbe szállítja:

• kb. 6% fizikailag feloldódik a plazmában és az eritrociták citoplazmájában
• kb. 6% kötődik a plazmafehérjék és a hemoglobin szabad aminocsoportjaihoz (karbamátként)
• a többség, azaz körülbelül 88% HCO3 ionként - a plazma és az eritrociták bikarbonát pufferrendszere által megkötött

Gáz diffúzió a vér és a sejtek között

A szövetekben lévő gázmolekulák ismét a nyomásgradiens mentén haladnak: a hemoglobinból felszabaduló oxigén diffundál a szövetekbe, míg a szén-dioxid ellentétes irányban - a sejtektől a plazmáig. A különböző szövetek oxigénigényének különbségei miatt vannak különbségek az oxigénfeszültségben is. Az intenzív anyagcserével rendelkező szövetekben az oxigénfeszültség alacsony, ezért több oxigént fogyasztanak, míg a lefolyó vénás vér kevesebb oxigént és több szén-dioxidot tartalmaz. Az oxigéntartalom arteriovenózus különbsége olyan paraméter, amely meghatározza a szövetek oxigénfogyasztásának mértékét. Minden szövet ugyanolyan oxigéntartalmú artériás vérrel van ellátva, míg a vénás vér többé-kevésbé tartalmazhat.

Belső légzés

A sejtszinten történő lélegeztetés egy többlépcsős biokémiai folyamat, amely szerves vegyületek oxidációjával jár, amelyek során biológiailag hasznos energia termelődik. Alapvető folyamat, amely akkor is bekövetkezik, ha más anyagcsere-folyamatokat leállítanak (az anaerob alternatív folyamatok nem hatékonyak és korlátozott jelentőségűek).

A kulcsszerepet a mitokondrium játssza - sejtes organellumok, amelyek a sejt belsejében diffundáló oxigénmolekulákat fogadnak be. A mitokondrium külső membránján a Krebs-ciklus (vagy a trikarbonsavak körforgása) összes enzimje található, míg a belső membránon a légzési lánc enzimjei találhatók.

A Krebs-ciklusban a cukor, a fehérje és a zsír metabolitjai szabad hidrogénatomok vagy szabad elektronok felszabadulásával szén-dioxiddá és vízzé oxidálódnak. A légzési láncban - az intracelluláris légzés utolsó szakaszában - az elektronok és protonok átvitele a következő szállítószalagokba nagy energiájú foszforvegyületeket szintetizál. Közülük a legfontosabb az ATP, azaz az adenozin-5′-trifoszfát, amely a sejtek anyagcseréjében használt kémiai energia univerzális hordozója. Számos enzim fogyasztja olyan folyamatokban, mint a bioszintézis, a mozgás és a sejtosztódás. Az ATP feldolgozása az élő organizmusokban folyamatos, és becslések szerint az ember minden nap átalakítja az ATP mennyiségét a testtömegéhez hasonlóan.

Légzésszabályozás

A kiterjesztett magban van egy légzőközpont, amely szabályozza a légzés gyakoriságát és mélységét. Két ellentétes funkciójú központból áll, amelyeket kétféle idegsejt épít. Mindkettő a retikuláris formáción belül helyezkedik el. A magányos magban és a hátsó-kétértelmű vagus ideg elülső részében található a belégzési központ, amely idegi impulzusokat küld a gerincvelőbe, a belégző izmok motoros neuronjaiba. Ezzel szemben a vagus ideg kétértelmű magjában és a hátsó-kétértelmű vagus ideg hátsó részében van egy kilégző központ, amely stimulálja a kilégző izmok motoros idegsejtjeit.

Az inspirációs központ idegsejtjei percenként többször idegimpulzusok röptét küldik, amelyek a gerincvelőben lévő motoros neuronokhoz ereszkedő ág mentén futnak, és az axonággal egy időben felemelkednek a híd retikuláris képződésének neuronjaiba. Van egy pneumotaxikus központ, amely 1-2 másodpercig gátolja a belégzési központot, majd ismét stimulálja a belégzési központot. A belégzési központ egymást követő ingerlési és gátlási periódusai miatt a légzés ritmusa biztosított.
A belégzési központot idegimpulzusok szabályozzák:

• nyaki és aorta glomerulus kemoreceptorok, amelyek reagálnak a szén-dioxid koncentrációjának növekedésére, a hidrogénionok koncentrációjára vagy az artériás oxigén koncentrációjának jelentős csökkenésére; az aortacsomók impulzusai a glossopharyngealis és a vagus idegeken keresztül haladnak. a hatás pedig az inhalációk felgyorsítását és elmélyítését eredményezi
• tüdőszöveti interoreceptorok és mellkasi proprioreceptorok;
• a hörgő simaizmai között felfúvódási mechanoreceptorok vannak, őket a tüdőszövet nyújtása stimulálja, ami kiváltja a kilégzést; majd csökkentve a tüdőszövet nyújtását a kilégzés során, aktivál más, ezúttal deflációs mechanoreceptorokat, amelyek inspirációt váltanak ki; Ezt a jelenséget Hering-Breuer reflexeknek nevezzük;
• A mellkas belégzési vagy kilégzési helyzete irritálja a megfelelő proprioreceptorokat, és módosítja a légzések gyakoriságát és mélységét: minél mélyebb a belégzés, annál mélyebb az ezt követő kilégzés;
• az agy felső szintjeinek központjai: az agykéreg, a limbikus rendszer, a hiporamusz termoregulációs központja