Az emberi légzőrendszer a légutakból (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 légzőrendszerállítólag lehetővé teszi a légzést - a gázcsere folyamatát, nevezetesen az oxigén és a szén-dioxid cseréjét a szervezet és a környezet között. Testünk minden sejtjének oxigénre van szüksége ahhoz, hogy megfelelően működjön és energiát termeljen. A légzési folyamat a következőkre oszlik:

  • külső légzés - a sejtek oxigénellátása
  • belső légzés - intracelluláris

A külső légzés a légzőrendszer és az idegközpontok szinkronizálása miatt következik be, és számos folyamatra oszlik:

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

A légzőrendszer felépítése

A légutak a következőkből állnak:

  • felső légutak , azaz: orrüreg ( cavum nasz ) és torok ( garat)
  • alsó légutak : gége ( gége ), légcső ( légcső ), hörgők ( hörgők ) - jobb és bal, amelyek tovább oszlanak kisebb ágakra, és a legkisebbek bronchiolisokká alakulnak ( bronchioli )

A légút utolsó része az alveolusokhoz vezet ( alveoli pulmonales ). A légutakon áthaladó belélegzett levegőt megtisztítják a portól, baktériumoktól és egyéb apró szennyeződésektől, nedvesítik és felmelegítik. Másrészt a hörgők szerkezete a porc, rugalmas és simaizom elemek kombinálásával lehetővé teszi átmérőjük szabályozását. A torok az a hely, ahol a légzőrendszer és az emésztőrendszer metszi egymást. Emiatt lenyeléskor a légzés leáll, és a légutak az epiglottiszon keresztül bezáródnak.

  • tüdő- a mellkasban elhelyezkedő páros szervek

Anatómiai és funkcionális szempontból a tüdő lebenyekre oszlik (a bal tüdő két lebenyre, a jobb pedig háromra), a lebenyek szegmensekre, a szegmensek lebenyekre, a lebenyek pedig klaszterekre oszlanak.

Minden tüdőt körülvesznekkét réteg kötőszövet - parietális mellhártya ( pleura parietalis ) és pulmonalis pleura ( pleura pulmonalis ). Közöttük van a mellhártya ürege ( cavum pleurae ), és a benne lévő folyadék lehetővé teszi, hogy a pulmonalis pleurával borított tüdő a mellkas belső falával összenőtt parietális mellhártyához tapadjon. Azon a helyen, ahol a hörgők behatolnak a tüdőbe, tüdőüregek vannak, amelyekbe a hörgők mellett artériák és tüdővénák is bejutnak.

Tüdőszellőztetés

A szellőztetés lényege a légköri levegő beszívása az alveolusokba. Mivel a levegő mindig magasabb nyomásról alacsonyabb nyomásra áramlik, a megfelelő izmok minden be- és kilégzésben részt vesznek, lehetővé téve a mellkas szívó- és nyomásmozgását.

A kilégzés végén az alveolusokban a nyomás megegyezik a légköri nyomással, de a levegő beszívása közben a rekeszizom ( rekeszizom ) és a külső bordaközi izmok (musculi intercostales) externi összehúzódik ), ez növeli a mellkas térfogatát és vákuumot hoz létre, amely beszívja a levegőt.

Amikor a szellőztetés iránti igény megnő, további belégzési izmok aktiválódnak: a sternocleidomastoideus izmok ( musculi sternocleidomastoidei ), kisebb mellizmok ( musculi minores pectorales), elülső fogazott izmok ( musculi serrati anteriores ), trapézizmok ( musculi trapezii ), lapocka karjai ( musculi levatores scapulae ), nagy és kisebb paralelogramma izmok ( musculi rhomboidei maiores et minores ) és ferde izmok ( musculi scaleni )

A következő lépés a kilégzés. Akkor kezdődik, amikor a belégzési izmok ellazulnak a belégzés csúcsán. Ez általában passzív folyamat, mivel a tüdőszövetben a megfeszített rugalmas elemek által keltett erők elegendőek ahhoz, hogy a mellkas térfogata csökkenjen. Az alveoláris nyomás a légköri nyomás fölé emelkedik, és a keletkező nyomáskülönbség a levegőt kivezeti a szabadba.

Erős kilégzéskor kissé más a helyzet. Akkor foglalkozunk vele, amikor a légzési ritmus lassú, amikor a kilégzés megnövekedett légzési ellenállás leküzdését igényli, pl. egyes tüdőbetegségeknél, de fonótevékenységben is, különösen éneklés vagy fúvós hangszeren. A kilégzési izmok motoneuronjait stimulálják, amelyek magukban foglalják: a bordaközti izmokatbelső izmok ( musculi intercostales interni ) és az elülső hasfal izmai, különösen az egyenes hasi izmok ( musculi recti abdominis ).

Légzési frekvencia

A légzésszám erősen változó, és sok különböző tényezőtől függ. Egy pihenő felnőttnek percenként 7-20-szor kell levegőt vennie. A légzési sebesség növekedéséhez vezető tényezők, amelyeket szakmailag tachypneának neveznek, a testmozgás, a tüdőbetegségek és az extrapulmonális légzési nehézség. Másrészt a bradypnoe, azaz a légvételek számának jelentős csökkenése neurológiai betegségekből vagy a kábítószerek központi mellékhatásából eredhet. A gyerekek ebben a tekintetben különböznek a felnőttektől: minél kisebb a kisgyermek, annál magasabb a fiziológiás légzésszáma.

Tüdőtérfogat és -kapacitás

  • TLC (teljes tüdőkapacitás) -teljes tüdőkapacitás- a tüdőben lévő térfogat a legmélyebb belélegzés után
  • IC -belégzési kapacitás- nyugodt kilégzés után a tüdőbe húzódik a legmélyebb belégzéskor
  • IRV (belégzési tartaléktérfogat) -belégzési tartaléktérfogat- a tüdőbe húzva a maximális belégzés során a szabad belégzés csúcsán
  • TV (apály-térfogat) -dagálytérfogat- szabad be- és kilégzés be- és kilégzés közben
  • FRC -maradék funkcionális kapacitás- nyugodt kilégzés után a tüdőben marad
  • ERV (kilégzési tartaléktérfogat) -kilégzési tartaléktérfogat- szabad belégzés után maximális kilégzéskor eltávolítjuk a tüdőből
  • RV (maradék térfogat) -maradék térfogat- mindig a tüdőben marad a maximális kilégzés során
  • VC (életkapacitás) -vitálkapacitás- a maximális kilégzés során maximális belégzés után eltávolítjuk a tüdőből
  • IVC (belégzési vitálkapacitás) -belégzési vitálkapacitás- a tüdőbe szívódik a legmélyebb kilégzés után maximális belégzéskor; valamivel nagyobb lehet, mint a VC, mert a maximális kilégzés, majd a maximális belégzés idején az alveoláris vezetők bezáródnak, mielőtt a buborékokat megtöltő levegő eltávolítódik

A szabad belégzés során a légzési térfogat 500 ml. Ennek a térfogatnak azonban nem minden jut el az alveolusokhoz. Körülbelül 150 ml tölti ki a légutakat, amelyeknek nincsenek feltételei a levegő és a vér közötti gázcserének, vagyis az orrüreg, a garat, a gége, a légcső, a hörgők és a hörgőcsövek. Ezt nevezik anatómiai légzési holttér. A maradék 350 ml-t összekeverjüka funkcionális maradékkapacitást alkotó levegővel egyszerre melegszik fel és telíti vízgőzzel. Az alveolusokban ismét nem minden levegő gáz halmazállapotú. Egyes alveolusok falának kapillárisaiban a vér nem, vagy nem áramlik eléggé ahhoz, hogy az összes levegőt gázcserére használja fel. Ez a fiziológiás légúti holttér, és egészséges emberekben kicsi. Sajnos betegségben jelentősen megnőhet.

Az átlagos légzésszám nyugalomban 16 percenként, a légzési térfogat pedig 500 ml, ezt a két értéket megszorozva pulmonális lélegeztetést kapunk. Ebből az következik, hogy percenként körülbelül 8 liter levegőt be- és kilélegzik. Gyors és mély lélegzetvételek során az érték jelentősen megnőhet, akár egy tucatról hússzorosára is.

Mindezek a bonyolult paraméterek: a kapacitások és a térfogatok nemcsak azért kerültek bevezetésre, hogy megzavarjanak minket, hanem fontos alkalmazásuk van a tüdőbetegségek diagnosztizálásában. Van egy teszt - spirometria, amely méri: VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV és IRV. Elengedhetetlen az olyan betegségek diagnosztizálásához és nyomon követéséhez, mint az asztma és a COPD.

Gázdiffúzió az alveoláris levegő és a vér között

A tüdőt alkotó alapvető szerkezet az alveolusok. Körülbelül 300-500 millió van belőlük, egyenként 0,15-0,6 mm átmérőjűek, összterületük 50-90 m².

Az alveolusok falát vékony, lapos, egyrétegű hám építi fel. Az epitéliumot alkotó sejteken kívül a tüszők két másik sejttípust is tartalmaznak: makrofágokat (bélsejtek), valamint II-es típusú tüszősejteket, amelyek a felületaktív anyagot termelik. Fehérjék, foszfolipidek és szénhidrátok keveréke, amelyet a vérben lévő zsírsavakból állítanak elő. A felületaktív anyag a felületi feszültség csökkentésével megakadályozza az alveolusok összetapadását, és csökkenti a tüdő nyújtásához szükséges erőket. Kívülről a hólyagokat kapillárisok hálózata borítja. Az alveolusokba kerülő kapillárisok szén-dioxidban, vízben gazdag, de kis mennyiségű oxigént tartalmazó vért szállítanak. Ezzel szemben az alveoláris levegőben az oxigén parciális nyomása magas, a szén-dioxidé pedig alacsony. A gázdiffúzió a gázrészecskék nyomásának gradiensét követi, így a kapilláris eritrociták felfogják az oxigént a levegőből, és megszabadulnak a szén-dioxidtól. A gázmolekuláknak át kell jutniuk az alveoláris falon és a kapilláris falon, pontosabban: az alveoláris felületet borító folyadékrétegen, az alveoláris epitéliumon, az alapmembránon és az endotéliumonkapillárisok

Gázok szállítása a véren keresztül

  • oxigénszállítás

Az oxigén először fizikailag feloldódik a plazmában, majd a burkon keresztül a vörösvértestekbe diffundál, ahol a hemoglobinhoz kötődve oxihemoglobint (oxigénezett hemoglobint) képez. A hemoglobin nagyon fontos szerepet játszik az oxigénszállításban, mert minden molekulája 4 oxigénmolekulával egyesül, így akár 70-szeresére növeli a vér oxigénszállító képességét. A plazmában oldott szállított oxigén mennyisége olyan kicsi, hogy a légzés szempontjából lényegtelen. A keringési rendszernek köszönhetően az oxigénnel telített vér eléri a test minden sejtjét.

  • szén-dioxid szállítás

A szövetből származó szén-dioxid a kapillárisokba kerül, és a tüdőbe kerül:

  • rendben. 6% fizikailag oldva a plazmában és az eritrociták citoplazmájában
  • rendben. 6% kötődik a plazma- és hemoglobinfehérjék szabad aminocsoportjaihoz (karbamátok formájában)
  • többsége, azaz kb. 88%-a HCO3-ionként kötődik a plazma és eritrociták bikarbonát pufferrendszeréhez

Gázdiffúzió a vér és a sejtek között

A szövetekben a gázmolekulák ismét a rugalmassági gradiens mentén hatolnak be: a hemoglobinból felszabaduló oxigén a szövetekbe, míg a szén-dioxid az ellenkező irányba – a sejtekből a plazmába – diffundál. A különböző szövetek oxigénigényének különbségei miatt az oxigénfeszültségben is különbségek vannak. Az intenzív anyagcserével rendelkező szövetekben alacsony az oxigénfeszültség, így azok több oxigént fogyasztanak, míg a kiürülő vénás vér kevesebb oxigént és több szén-dioxidot tartalmaz. Az oxigéntartalom arteriovénás különbsége egy olyan paraméter, amely meghatározza a szövetek oxigénfogyasztásának mértékét. Minden szövet azonos oxigéntartalmú artériás vérrel van ellátva, míg a vénás vér többet vagy kevesebbet tartalmazhat belőle.

Belső légzés

A sejtszintű légzés egy többlépcsős biokémiai folyamat, amely a biológiailag hasznos energiát termelő szerves vegyületek oxidációjával jár. Ez egy alapvető folyamat, amely akkor is folytatódik, ha más anyagcsere folyamatok leállnak (az anaerob alternatív folyamatok nem hatékonyak és korlátozott jelentőségűek).

A kulcsszerepet a mitokondriumok - sejtszervecskék - játsszák, amelyek a sejt belsejében difundáló oxigénmolekulákat kapnak. A Krebs-ciklus (más néven trikarbonsav-ciklus) összes enzime a mitokondriumok külső membránján, míg a lánc enzimei a belső membránon találhatók.

A Krebs-ciklusban a cukor, fehérje és zsír metabolitjai szén-dioxiddá és vízzé oxidálódnak szabad hidrogénatomok vagy szabad elektronok felszabadulásával. A légzési láncban - az intracelluláris légzés utolsó szakaszában - az elektronok és protonok egymást követő szállítószalagokra történő átvitelével nagy energiájú foszforvegyületek szintetizálódnak. Közülük a legfontosabb az ATP, azaz az adenozin-5′-trifoszfát, a sejtanyagcserében használt kémiai energia univerzális hordozója. Számos enzim fogyasztja olyan folyamatok során, mint a bioszintézis, a mozgás és a sejtosztódás. Az ATP feldolgozása az élő szervezetekben folyamatos, és a becslések szerint az ember minden nap testtömegéhez mérhető mennyiségű ATP-t alakít át.

Légzésszabályozás

A velőben található a légzési központ, amely szabályozza a légzés gyakoriságát és mélységét. Két ellentétes funkciójú központból áll, amelyeket kétféle neuron épít fel. Mindkettő a retikuláris formációban található. A szoliter magban és a hátsó-kétértelmű vagus ideg elülső részében található a belégzési központ, amely idegimpulzusokat küld a gerincvelőbe, a belégzési izmok motoros neuronjaiba. Másrészt a vagus ideg kétértelmű magjában és a vagus ideg hátsó-kétértelmű magjának hátsó részében található a kilégzési központ, amely stimulálja a kilégzési izmok motoros neuronjait.

Az inspirációs központ idegsejtjei percenként többször is idegimpulzus-kitörést küldenek, amely a gerincvelőben lévő motoros neuronokhoz leszálló ágat és ezzel egyidejűleg a retikuláris idegsejtjeihez felszálló axonágat követi. a híd kialakulása. Van egy pneumotaxiás központ, amely 1-2 másodpercig gátolja a belégzési központot, majd a belégzési központ ismét stimulál. A belégzési központ egymást követő ingerlésének és gátlásának köszönhetően a légzés ritmikusa biztosított. A belégzési központot idegimpulzusok szabályozzák, amelyek a következőkben keletkeznek:

  • a nyaki és aorta lebenyek kemoreceptorai, amelyek reagálnak a szén-dioxid-koncentráció növekedésére, a hidrogénionok koncentrációjára vagy az artériás vér oxigénkoncentrációjának jelentős csökkenésére; az aorta rögökből származó impulzusok a glossopharyngealis és a vagus idegeken haladnak keresztül. és a hatás a belégzés gyorsulása és elmélyítése
  • tüdőszöveti interoreceptorok és mellkasi proprioreceptorok;
  • Az inflációs mechanoreceptorok a hörgők simaizomzata között helyezkednek el, a tüdőszövet nyújtásával stimulálják őket, ami beindítja a kilégzést; majd csökkenti a tüdőszövet nyúlását kilégzéskor, ezúttal más mechanoreceptorokat aktiváldeflációs, amelyek kiváltják a belégzést; Ezt a jelenséget Hering-Breuer reflexeknek nevezik;
  • A mellkas belégzési vagy kilégzési beállítása irritálja a megfelelő proprioreceptorokat, és módosítja a légzés gyakoriságát és mélységét: minél mélyebben lélegzik be, annál mélyebben lélegzik ki;
  • az agy felső szintjének központjai: kéreg, limbikus rendszer, termoregulációs központ a hipotalamuszban

Kategória:

Légzőrendszer