Cilvēka elpošanas sistēma sastāv no elpošanas trakta (augšējā un apakšējā) un plaušām. Elpošanas sistēma ir atbildīga par gāzu apmaiņu starp organismu un vidi. Kā tiek veidota elpošanas sistēma un kā tā darbojas?
Paredzams, ka cilvēka elpošanas sistēma nodrošina elpošanu - gāzu, proti, skābekļa un oglekļa dioksīda, apmaiņas procesu starp organismu un vidi. Katrai mūsu ķermeņa šūnai ir nepieciešams skābeklis, lai tā pareizi darbotos un radītu enerģiju. Elpošanas process ir sadalīts:
- ārējā elpošana - skābekļa nonākšana šūnās
- iekšējā elpošana - intracelulāra
Ārējā elpošana notiek elpošanas sistēmas sinhronizācijas dēļ ar nervu centriem un tiek sadalīta vairākos procesos:
- plaušu ventilācija
- gāzu difūzija starp alveolāru gaisu un asinīm
- gāzu transportēšana caur asinīm
- gāzu difūzija starp asinīm un šūnām
Lai skatītu šo videoklipu, lūdzu, iespējojiet JavaScript un apsveriet jaunināšanu uz tīmekļa pārlūkprogrammu, kas atbalsta HTML5 video
Elpošanas sistēmas struktūra
Elpošanas trakts sastāv no:
- augšējo elpošanas ceļu, t.i., deguna dobums (mūsu dobums) un rīkles (rīkle)
- apakšējie elpceļi: balsene (balsene), traheja (traheja), bronhs (bronhos) - labais un kreisais, kas tālāk tiek sadalīti mazākos zaros, bet mazākie - bronhiolos (bronhioli)
Elpceļu pēdējā daļa ved uz alveolām (alveolas pulmonales). Ieelpotais gaiss iziet cauri elpošanas traktam un tiek attīrīts no putekļiem, baktērijām un citiem maziem piemaisījumiem, mitrināts un sasildīts. No otras puses, bronhu struktūra, apvienojot skrimšļus, elastīgos un gludos muskuļus, ļauj regulēt to diametru. Kakls ir vieta, kur krustojas elpošanas un gremošanas sistēmas. Šī iemesla dēļ norijot elpošana apstājas un elpceļi aizveras caur epiglottis.
- plaušas - pārī savienoti orgāni, kas atrodas krūtīs.
Runājot par anatomiskiem un funkcionāliem aspektiem, plaušas tiek sadalītas daivās (kreisā plaušas divās daivās, bet labās - trīs), daivas tālāk sadalītas segmentos, segmenti lobulos un lobules kopās.
Katru plaušu ieskauj divi saistaudu slāņi - parietālā pleura (pleiras parietalis) un plaušu pleiru (pleiras pulmonalis). Starp tiem ir pleiras dobums (dobuma pleiras), un tajā esošais šķidrums ļauj ar plaušu pleiru pārklāto plaušu saķeri ar parietālo pleiru, kas sapludināta ar krūškurvja iekšējo sienu.Vietā, kur bronhi nonāk plaušās, ir plaušu dobumi, kuros, izņemot bronhu, arī artērijas un plaušu vēnas.
Turklāt sarežģītajā elpošanas procesā tiek iesaistīti skeleta svītrainie muskuļi, asins un sirds un asinsvadu sistēma un nervu centri.
Plaušu ventilācija
Ventilācijas būtība ir atmosfēras gaisa ievilkšana alveolās. Tā kā gaiss vienmēr plūst no augstāka spiediena uz zemāku spiedienu, katrā ieelpošanā un izelpā piedalās atbilstošās muskuļu grupas, kas ļauj iesūknēt un spiedt krūtīs.
Izelpas beigās spiediens alveolos ir vienāds ar atmosfēras spiedienu, bet, ievilkot gaisu, diafragma saraujas (diafragma) un ārējie starpribu muskuļi (musculi intercostales externi), pateicoties kuram krūškurvja tilpums palielinās un rada vakuumu, kas iesūc gaisu.
Kad palielinās ventilācijas pieprasījums, tiek aktivizēti papildu ieelpošanas muskuļi: sternocleidomastoid muskuļi (musculi sternocleidomastoidei), krūšu muskuļi (musculi pectorales minores), priekšējie zobainie muskuļi (musculi serrati anteriores), trapeces muskuļi (muskulī trapecija), lāpstiņas levatora muskuļi (musculi levatores lāpstiņas), galvenie un mazie paralelograma muskuļi (musculi rhomboidei maiores et minores) un slīpi muskuļi (muskulī saplūda).
Nākamais solis ir izelpot. Tas sākas, kad ieelpošanas muskuļi atslābina inhalācijas maksimumā. Parasti tas ir pasīvs process, jo spēki, ko rada izstieptie elastīgie elementi plaušu audos, ir pietiekami, lai krūtīs samazinātu tilpumu. Spiediens alveolās paaugstinās virs atmosfēras spiediena, un no tā izrietošā spiediena starpība noņem gaisu uz ārpusi.
Stingri izelpojot, situācija ir nedaudz atšķirīga. Mēs ar to nodarbojamies, kad elpošanas ritms ir lēns, kad izelpai nepieciešams pārvarēt paaugstinātu elpošanas pretestību, piemēram, dažu plaušu slimību gadījumā, bet arī fonēšanas aktivitātes laikā, īpaši dziedājot vai spēlējot pūšamos instrumentus. Tiek stimulēti izelpas muskuļu motoneuroni, kas ietver: iekšējos starpribu muskuļus (musculi intercostales interni) un vēdera priekšējās sienas muskuļi, īpaši taisnās vēdera daļas (musculi recti abdominis).
Elpošanas ātrums
Elpošanas ātrums ir ļoti mainīgs un atkarīgs no daudziem dažādiem faktoriem. Pieaugušam atpūtai vajadzētu elpot 7-20 reizes minūtē. Faktori, kas izraisa elpošanas ātruma palielināšanos, kas tehniski pazīstams kā tahipneja, ietver fizisko slodzi, plaušu stāvokli un ārpus plaušu elpošanas traucējumus. No otras puses, bradipnoja, t.i., ievērojams elpu skaita samazinājums, var rasties no neiroloģiskām slimībām vai narkotisko vielu centrālajām blakusparādībām. Bērni šajā ziņā atšķiras no pieaugušajiem: jo mazāks ir toddler, jo augstāks ir fizioloģiskais elpošanas ātrums.
Plaušu apjomi un ietilpība
- TLC (kopējā plaušu ietilpība) - tilpums, kas atrodas plaušās pēc visdziļākās elpas
- IC - ieelpošanas spēja - ievilkta plaušās visdziļākās ieelpas laikā pēc mierīgas izelpas
- IRV (ieelpotā rezerves tilpums) - ieelpotā rezerves tilpums - ievilkts plaušās maksimālās inhalācijas laikā, kas tiek veikts brīvas iedvesmas augšpusē
- TV (plūdmaiņas apjoms) - plūdmaiņas tilpums - ieelpots un izelpots, brīvi ieelpojot un izelpojot
- FRC - funkcionālā atlikusī kapacitāte - paliek plaušās pēc lēnas izelpas
- ERV (izelpas rezerves tilpums) - izelpas rezerves tilpums - tiek noņemts no plaušām maksimālas izelpas laikā pēc brīvas ieelpošanas
- RV (atlikušais tilpums) - atlikušais tilpums - vienmēr paliek plaušās maksimālās izelpas laikā
- VC (vitālā kapacitāte) - vitālā kapacitāte - noņemta no plaušām pēc maksimālas ieelpošanas maksimālās izelpas laikā
- IVC (ieelpas vitālā kapacitāte) - ieelpotā vitālā kapacitāte - ievilkta plaušās pēc visdziļākās izelpas, maksimāli ieelpojot; var būt nedaudz augstāks par VC, jo pie maksimālas izelpas, kam seko maksimāla ieelpošana, alveolu vadītāji aizveras, pirms tiek noņemts burbuļu piepildītais gaiss
Ar bezmaksas iedvesmu plūdmaiņas tilpums ir 500 ml. Tomēr ne viss šis tilpums sasniedz alveolus. Aptuveni 150 ml piepilda elpošanas traktu, kurā nav apstākļu gāzu apmaiņai starp gaisu un asinīm, t.i., deguna dobumu, rīkli, balseni, traheju, bronhu un bronhiolu. To sauc anatomiskā elpošanas mirušā telpa. Atlikušos 350 ml sajauc ar gaisu, kas veido atlikušo funkcionālo spēju, vienlaikus karsējot un piesātinot ar ūdens tvaikiem. Arī alveolās ne viss gaiss ir gāzveida. Dažu folikulu sieniņu kapilāros neplūst vai ir pārāk maz asiņu, lai visu gaisu izmantotu gāzes apmaiņai. Šī ir fizioloģiskā elpošanas orgānu mirušā telpa, un veseliem cilvēkiem tā ir maza. Diemžēl slimības apstākļos tas var ievērojami palielināties.
Vidējais elpošanas ātrums miera stāvoklī ir 16 minūtē, un plūdmaiņas tilpums ir 500 ml, reizinot šīs divas vērtības, mēs iegūstam plaušu ventilāciju. No tā izriet, ka minūtē tiek ieelpoti un izelpoti apmēram 8 litri gaisa. Ātri un dziļi elpojot, vērtība var ievērojami palielināties, pat no ducis līdz divdesmit reizēm.
Visi šie sarežģītie parametri: jaudas un apjomi tika ieviesti ne tikai, lai mūs sajauktu, bet tiem ir ievērojams pielietojums plaušu slimību diagnostikā. Ir tests - spirometrija, kas mēra: VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV un IRV. Tas ir būtiski tādu slimību kā astma un HOPS diagnostikā un uzraudzībā.
Gāzes difūzija starp alveolāru gaisu un asinīm
Alveolas ir pamatstruktūra, kas veido plaušas. To ir apmēram 300-500 miljoni, katrs ar diametru no 0,15 līdz 0,6 mm, un to kopējā platība ir no 50 līdz 90 m².
Folikulu sienas ir veidotas ar plānu, plakanu, viena slāņa epitēliju. Papildus šūnām, kas veido epitēliju, folikulās ir vēl divi citu veidu šūnas: makrofāgi (zarnu šūnas) un arī II tipa folikulārās šūnas, kas ražo virsmaktīvo vielu. Tas ir olbaltumvielu, fosfolipīdu un ogļhidrātu maisījums, ko ražo no asins taukskābēm. Virsmaktīvā viela, samazinot virsmas spraigumu, novērš alveolu salipšanu un samazina spēkus, kas nepieciešami plaušu izstiepšanai. No ārpuses burbuļi ir pārklāti ar kapilāru tīklu. Kapilāri, nokļūstot alveolās, pārnēsā asinis, kas bagātas ar oglekļa dioksīdu, ūdeni, bet ar nelielu skābekļa daudzumu. Turpretī alveolārajā gaisā skābekļa parciālais spiediens ir augsts, bet oglekļa dioksīda - zems. Gāzes difūzija notiek pēc gāzes molekulārā spiediena gradienta, tāpēc kapilārie eritrocīti no gaisa aiztur skābekli un atbrīvojas no oglekļa dioksīda. Gāzes daļiņām jāiet cauri alveolārajai sienai un kapilāru sienai, proti, caur: šķidruma slānim, kas nosedz alveolāro virsmu, alveolāro epitēliju, bazālo membrānu un kapilāru endotēliju.
Gāzu transportēšana caur asinīm
- skābekļa transportēšana
Pirmkārt, skābeklis fiziski izšķīst plazmā, bet pēc tam tas caur aploksni izkliedējas sarkanajās asins šūnās, kur tas saistās ar hemoglobīnu, veidojot oksihemoglobīnu (skābekli saturošu hemoglobīnu). Hemoglobīnam ir ļoti svarīga loma skābekļa transportēšanā, jo katra tā molekula apvienojas ar 4 skābekļa molekulām, tādējādi palielinot asins spēju transportēt skābekli līdz pat 70 reizēm. Pārvadātā skābekļa daudzums, kas izšķīdināts plazmā, ir tik mazs, ka elpošanai nav nozīmes. Pateicoties asinsrites sistēmai, ar skābekli piesātinātas asinis nonāk katrā ķermeņa šūnā.
- oglekļa dioksīda transports
Oglekļa dioksīds no audiem nonāk kapilāros un tiek nogādāts plaušās:
- aptuveni 6% fiziski izšķīdina plazmā un eritrocītu citoplazmā
- aptuveni 6% saistās ar plazmas olbaltumvielu un hemoglobīna (kā karbamātu) brīvajām aminogrupām
- lielākā daļa, t.i., aptuveni 88%, kā HCO3 joni - saista plazmas un eritrocītu bikarbonāta bufera sistēma
Gāzu difūzija starp asinīm un šūnām
Atkal gāzu molekulas audos iet gar spiediena gradientu: no hemoglobīna izdalītais skābeklis difundē uz audiem, bet oglekļa dioksīds - pretējā virzienā - no šūnām līdz plazmai. Dažādu audu skābekļa patēriņa atšķirību dēļ ir arī skābekļa spriedzes atšķirības. Audos ar intensīvu metabolismu skābekļa spriedze ir zema, tāpēc tie patērē vairāk skābekļa, savukārt iztukšotās venozās asinis satur mazāk skābekļa un vairāk oglekļa dioksīda. Skābekļa satura arteriovenozā atšķirība ir parametrs, kas nosaka skābekļa patēriņa pakāpi audos. Katrs auds tiek piegādāts ar arteriālajām asinīm ar tādu pašu skābekļa saturu, savukārt venozās asinīs to var būt vairāk vai mazāk.
Iekšējā elpošana
Elpošana šūnu līmenī ir daudzpakāpju bioķīmiskais process, kas ietver organisko savienojumu oksidēšanu, kurā tiek ražota bioloģiski noderīga enerģija. Tas ir fundamentāls process, kas notiek pat tad, ja tiek apturēti citi vielmaiņas procesi (anaerobi alternatīvie procesi ir neefektīvi un ar ierobežotu nozīmi).
Galveno lomu spēlē mitohondriji - šūnu organoīdi, kas saņem skābekļa molekulas, kas difundē šūnas iekšienē. Uz mitohondriju ārējās membrānas atrodas visi Krebsa cikla (vai trikarboksilskābes cikla) fermenti, savukārt uz iekšējās membrānas - elpošanas ķēdes fermenti.
Krebsa ciklā cukuru, olbaltumvielu un tauku metabolīti tiek oksidēti līdz oglekļa dioksīdam un ūdenim, atbrīvojot brīvos ūdeņraža atomus vai brīvos elektronus. Tālāk elpošanas ķēdē - pēdējais intracelulārās elpošanas posms -, pārnesot elektronus un protonus uz secīgiem nesējiem, tiek sintezēti augstas enerģijas fosfora savienojumi. Vissvarīgākais no tiem ir ATP, t.i., adenozīn-5′-trifosfāts, universāls ķīmiskās enerģijas nesējs, ko izmanto šūnu metabolismā. To patērē daudzi fermenti tādos procesos kā biosintēze, kustība un šūnu dalīšanās. ATP apstrāde dzīvos organismos notiek nepārtraukti, un tiek lēsts, ka katru dienu cilvēks pārveido ATP daudzumu, kas ir salīdzināms ar viņa ķermeņa svaru.
Elpošanas regulēšana
Pagarinātajā kodolā ir elpošanas centrs, kas regulē elpošanas biežumu un dziļumu. Tas sastāv no diviem centriem ar pretējām funkcijām, kurus uzbūvējuši divu veidu neironi. Abi atrodas retikulārā veidojumā. Vientuļajā kodolā un aizmugurējā-neskaidrā klejotājas nerva priekšējā daļā ir iedvesmas centrs, kas nervu impulsus nosūta uz muguras smadzenēm, uz iedvesmas muskuļu motoriskajiem neironiem. Turpretī vagusa nerva divdomīgajā kodolā un aizmugurējā-divdomīgā klejotājnerva aizmugurējā daļā atrodas izelpas centrs, kas stimulē izelpas muskuļu motoros neironus.
Iedvesmas centra neironi vairākas reizes minūtē sūta nervu impulsu zalvi, kas iet pa zaru, nokāpjot līdz muguras smadzenēs esošajiem motoriskajiem neironiem, un vienlaikus ar aksona atzarojumu, kas paceļas uz tilta retikulārā veidošanās neironiem. Ir pneimotaksiskais centrs, kas 1-2 sekundes kavē ieelpas centru, un pēc tam atkal iedvesmo. Pateicoties secīgiem inspirācijas centra stimulēšanas un kavēšanas periodiem, tiek nodrošināta elpu ritmika.
Ieelpas centru regulē nervu impulsi, kas rodas:
- dzemdes kakla un aortas glomerulus ķīmijreceptori, kas reaģē uz oglekļa dioksīda koncentrācijas palielināšanos, ūdeņraža jonu koncentrāciju vai ievērojamu arteriālās skābekļa koncentrācijas samazināšanos; impulsi no aortas recekļiem pārvietojas caur glosofaringeālo un vagusa nerviem. un tā rezultāts ir paātrināt un padziļināt inhalācijas
- plaušu audu interoreceptori un krūšu kurvja proporeceptori;
- starp bronhu gludajiem muskuļiem ir inflācijas mehānoreceptori, tos stimulē plaušu audu izstiepšanās, kas izraisa izelpu; pēc tam samazinot plaušu audu stiepšanos izelpas laikā, tiek aktivizēti citi mehāniskie receptori, šoreiz deflācijas, kas izraisa iedvesmu; Šo fenomenu sauc par Heringa-Breuera refleksiem;
- Krūškurvja ieelpošanas vai izelpas stāvoklis kairina attiecīgos proporeceptorus un maina izelpu biežumu un dziļumu: jo dziļāk ieelpo, jo dziļāk izelpas seko tai;
- smadzeņu augšējo līmeņu centri: smadzeņu garoza, limbiskā sistēma, termoregulācijas centrs hipotalāmā
