Det mänskliga andningssystemet består av luftvägarna (övre och nedre) och lungorna. Andningsorganen ansvarar för gasutbytet mellan organismen och miljön. Hur är andningssystemet uppbyggt och hur fungerar det?

Det mänskliga andningssystemetär tänkt att möjliggöra andning - processen för gasutbyte, nämligen syre och koldioxid, mellan organismen och miljön. Varje cell i vår kropp behöver syre för att fungera korrekt och generera energi. Andningsprocessen är uppdelad i:

  • yttre andning - tillför syre till celler
  • intern andning - intracellulär

Extern andning uppstår på grund av synkroniseringen av andningssystemet med nervcentra och är uppdelad i ett antal processer:

  • lungventilation
  • gasdiffusion mellan alveolär luft och blod
  • transport av gaser genom blodet
  • gasdiffusion mellan blod och celler

Andningssystemets struktur

Andningsvägarna består av:

  • övre luftvägarna , det vill säga: näshålan ( cavum nasz ) och halsen ( svalget)
  • nedre luftvägarna : struphuvud ( struphuvud ), luftstrupe ( luftstrupe ), bronkier ( bronkier ) - höger och vänster, som delas ytterligare i mindre grenar, och de minsta förvandlas till bronkioli ( bronkioli )

Den sista delen av luftvägen leder till alveolerna ( alveoli pulmonales ). Inandningsluften som passerar genom andningsvägarna renas från damm, bakterier och andra små föroreningar, återfuktas och värms upp. Å andra sidan tillåter strukturen av bronkerna, genom att kombinera brosk, elastiska och glatta muskelelement, reglering av deras diameter. Halsen är där luftvägarna och matsmältningssystemet skär varandra. Av denna anledning, vid sväljning, upphör andningen och luftvägarna sluter sig genom epiglottis.

  • lungor- parade organ i bröstet

I anatomiska och funktionella termer är lungorna indelade i lobuler (vänster lunga i två lober och den högra i tre), loberna är ytterligare uppdelade i segment, segment i lobuler och lobuler i kluster.

De omger varje lungatvå lager av bindväv - parietal pleura ( pleura parietalis ) och pulmonell pleura ( pleura pulmonalis ). Mellan dem finns pleurahålan ( cavum pleurae ), och vätskan i den gör att lungan täckt med lungsäcken kan fästa vid pleura parietal sammansmält med innerväggen av bröstet. På den plats där bronkerna tränger in i lungorna finns lunghålor, in i vilka, bredvid bronkierna, även artärer och lungvener.

Lungventilation

Kärnan i ventilation är att dra in atmosfärisk luft in i alveolerna. Eftersom luft alltid strömmar från högre tryck till lägre tryck, är de rätta musklerna involverade i varje inandning och utandning, vilket möjliggör sug- och tryckrörelser i bröstet.

I slutet av utandningen är trycket i alveolerna lika med atmosfärstrycket, men när luft dras in, diafragman ( diafragma ) och de yttre interkostala musklerna (musculi intercostales) kontrakt externi ), detta ökar volymen på bröstet och skapar ett vakuum som suger in luften.

När behovet av ventilation ökar, aktiveras ytterligare inandningsmuskler: sternocleidomastoidmusklerna ( musculi sternocleidomastoidei ), mindre bröstmuskler ( musculi pectorales minores), främre tandade muskler ( musculi serrati anteriores ), trapeziusmuskler ( musculi trapezii ), scapulas spakar ( musculi levatores scapulae ), stora och mindre parallellogrammuskler ( musculi rhomboidei maiores et minores ) och lutande muskler ( musculi scaleni )

Nästa steg är att andas ut. Det börjar när de inandningsmusklerna slappnar av vid toppen av inandningen. Vanligtvis är detta en passiv process, eftersom krafterna som genereras av de sträckta elastiska elementen i lungvävnaden är tillräckliga för att bröstkorgen ska minska i volym. Alveoltrycket stiger över atmosfärstrycket och den resulterande tryckskillnaden tar bort luften till utsidan

Situationen är något annorlunda när du andas ut kraftigt. Vi hanterar det när andningsrytmen är långsam, när utandningen kräver att man övervinner ökat andningsmotstånd, t ex vid vissa lungsjukdomar, men också vid fonatorisk aktivitet, speciellt när man sjunger eller spelar blåsinstrument. Motoneuronerna i utandningsmusklerna stimuleras, vilket inkluderar: de interkostala musklernainre muskler ( musculi intercostales interni ) och musklerna i den främre bukväggen, speciellt rectus abdominis-musklerna ( musculi recti abdominis ).

Andningsfrekvens

Andningsfrekvensen varierar mycket och beror på många olika faktorer. En vilande vuxen ska andas 7-20 gånger per minut. Faktorer som leder till en ökning av andningshastigheten, professionellt kallad takypné, inkluderar träning, lungtillstånd och extrapulmonell andningsbesvär. Å andra sidan kan bradypné, det vill säga en signifikant minskning av antalet andetag, bero på neurologiska sjukdomar eller centrala biverkningar av narkotiska läkemedel. Barn skiljer sig från vuxna i detta avseende: ju mindre barn är desto högre blir den fysiologiska andningsfrekvensen

Lungvolymer och kapaciteter

  • TLC (total lungkapacitet) -total lungkapacitet- volym som finns i lungorna efter den djupaste inandningen
  • IC -inandningskapacitet- drogs in i lungorna under den djupaste inandningen efter en lugn utandning
  • IRV (inspiratorisk reservvolym) -inspiratorisk reservvolym- dras in i lungorna under maximal inspiration vid toppen av fri inspiration
  • TV (tidvattenvolym) -tidalvolym- inandas och andas ut fritt vid inandning och utandning
  • FRC -återstående funktionskapacitet- finns kvar i lungorna efter lugn utandning
  • ERV (expiratorisk reservvolym) -expiratorisk reservvolym- avlägsnas från lungorna under maximal utandning efter fri inandning
  • RV (restvolym) -restvolym- finns alltid kvar i lungorna under maximal utandning
  • VC (vital kapacitet) -vital kapacitet- borttagen från lungorna efter maximal inandning under maximal utandning
  • IVC (inspiratorisk vitalkapacitet) -inspiratorisk vitalkapacitet- dras in i lungorna efter den djupaste utandningen vid maximal inandning; kan vara något större än VC eftersom vid tidpunkten för maximal utandning följt av maximal inandning stänger de alveolära ledarna innan luften som fyller bubblorna tas bort

Under fri inspiration är tidalvolymen 500 ml. Men inte hela denna volym når alveolerna. Cirka 150 ml fyller luftvägarna som inte har förutsättningar för gasutbyte mellan luft och blod, det vill säga näshålan, svalget, struphuvudet, luftstrupen, bronkierna och bronkiolerna. Det här kallas anatomiska andningsvägarnas döda utrymme. De återstående 350 ml blandas medmed luft som utgör den funktionella restkapaciteten värms den samtidigt upp och mättas med vattenånga. I alveolerna, återigen, är inte all luft gasformig. I kapillärerna på väggarna i några av alveolerna strömmar inte blodet eller strömmar inte tillräckligt för att använda all luft för gasutbyte. Detta är det fysiologiska andningsdöda utrymmet och är litet hos friska människor. Tyvärr kan den öka avsevärt i sjukdomstillstånd.

Den genomsnittliga andningsfrekvensen under vila är 16 per minut, och tidalvolymen är 500 ml, multiplicerar dessa två värden får vi lungventilation. Av detta följer att cirka 8 liter luft in- och utandas per minut. Under snabba och djupa andetag kan värdet öka avsevärt, även från ett dussin till tjugo gånger.

Alla dessa komplicerade parametrar: kapacitet och volymer infördes inte bara för att förvirra oss, utan har en viktig tillämpning vid diagnos av lungsjukdomar. Det finns ett test - spirometri som mäter: VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV och IRV. Det är viktigt för diagnos och övervakning av sjukdomar som astma och KOL.

Gasdiffusion mellan alveolär luft och blod

Den grundläggande strukturen som utgör lungorna är alveolerna. Det finns cirka 300-500 miljoner av dem, var och en med en diameter på 0,15 till 0,6 mm, och deras totala yta är från 50 till 90 m².

Alveolernas väggar är byggda av ett tunt, platt, enskiktigt epitel. Utöver cellerna som utgör epitelet innehåller folliklarna två andra typer av celler: makrofager (tarmceller) och även typ II follikulära celler som producerar det ytaktiva ämnet. Det är en blandning av proteiner, fosfolipider och kolhydrater som produceras av fettsyror i blodet. Det ytaktiva medlet, genom att minska ytspänningen, förhindrar alveolerna från att klibba ihop och minskar de krafter som behövs för att sträcka ut lungorna. Från utsidan är vesiklarna täckta med ett nätverk av kapillärer. Kapillärer som kommer in i alveolerna bär blod rikt på koldioxid, vatten, men med en liten mängd syre. Däremot är parti altrycket för syre högt i alveolär luft och lågt för koldioxid. Gasdiffusion följer en gradient av gaspartikeltrycket, så kapillära erytrocyter fångar syre från luften och gör sig av med koldioxid. Gasmolekyler måste passera genom alveolväggen och kapillärväggen, och närmare bestämt genom: ett lager av vätska som täcker alveolytan, alveolära epitelet, basalmembranet och endoteletkapillärer.

Transport av gaser genom blodet

  • syretransport

Syre löses först fysiskt i plasma, men diffunderar sedan genom höljet in i erytrocyterna, där det binder med hemoglobin för att bilda oxyhemoglobin (syresatt hemoglobin). Hemoglobin spelar en mycket viktig roll i transporten av syre, eftersom var och en av dess molekyler kombineras med 4 syremolekyler, vilket ökar blodets förmåga att transportera syre upp till 70 gånger. Mängden syre som transporteras löst i plasma är så liten att den är irrelevant för andningen. Tack vare cirkulationssystemet når blod som är mättat med syre varje cell i kroppen.

  • koldioxidtransport

Vävnadskoldioxid kommer in i kapillärerna och transporteras till lungorna:

  • ok. 6 % fysiskt löst i plasma och i cytoplasman hos erytrocyter
  • ok. 6 % bundna till fria aminogrupper av plasma- och hemoglobinproteiner (som karbamater)
  • majoritet, dvs. cirka 88 % som HCO3- joner bundna av bikarbonatbuffertsystemet i plasma och erytrocyter

Gasdiffusion mellan blod och celler

I vävnaderna tränger gasmolekyler återigen in längs elasticitetsgradienten: syret som frigörs från hemoglobin diffunderar in i vävnaderna, medan koldioxid diffunderar i motsatt riktning - från cellerna till plasman. På grund av skillnaderna i syrebehovet i olika vävnader finns det också skillnader i syrespänning. I vävnader med intensiv ämnesomsättning är syrespänningen låg, så de förbrukar mer syre, medan det dränerande venblodet innehåller mindre syre och mer koldioxid. Den arteriovenösa skillnaden i syreh alt är en parameter som bestämmer graden av syreförbrukning av vävnader. Varje vävnad förses med arteriellt blod med samma syreh alt, medan venöst blod kan innehålla mer eller mindre av det.

Inre andning

Andning på cellnivå är en biokemisk process i flera steg som involverar oxidation av organiska föreningar som producerar biologiskt användbar energi. Det är en grundläggande process som fortsätter även när andra metaboliska processer stoppas (anaeroba alternativa processer är ineffektiva och av begränsad betydelse).

Nyckelrollen spelas av mitokondrier - cellulära organeller, som tar emot syremolekyler som diffunderar in i cellen. Alla enzymer i Krebs-cykeln (även känd som trikarboxylsyracykeln) är belägna på det yttre membranet av mitokondrierna, medan enzymerna i kedjan finns på det inre membranet.

I Krebs-cykeln oxideras socker-, protein- och fettmetaboliter till koldioxid och vatten med frisättning av fria väteatomer eller fria elektroner. Längre in i andningskedjan - det sista steget av intracellulär andning - genom att överföra elektroner och protoner till på varandra följande transportörer syntetiseras högenergif.webposforföreningar. Den viktigaste av dem är ATP, dvs adenosin-5'-trifosfat, en universell bärare av kemisk energi som används i cellmetabolism. Det konsumeras av många enzymer i processer som biosyntes, rörelse och celldelning. Bearbetning av ATP i levande organismer är kontinuerlig och det uppskattas att människan varje dag omvandlar mängden ATP som är jämförbar med sin kroppsvikt.

Andningsreglering

I märgen finns andningscentrum som reglerar andningens frekvens och djup. Den består av två centra med motsatta funktioner, byggda av två typer av neuroner. Båda är belägna inom den retikulära formationen. I den solitära kärnan och i den främre delen av den bakre-tvetydiga vagusnerven finns det inandningscentrum, som skickar nervimpulser till ryggmärgen, till de motoriska nervcellerna i de inandningsmusklerna. Å andra sidan, i den tvetydiga kärnan av vagusnerven och i den bakre delen av den bakre-tvetydiga kärnan av vagusnerven, finns utandningscentret, som stimulerar de motoriska nervcellerna i utandningsmusklerna

Nervcellerna i inspirationscentret skickar en skur av nervimpulser flera gånger i minuten, som följer grenen som går ner till motorneuronerna i ryggmärgen och samtidigt axongrenen som stiger upp till nervcellerna i retikulära bildandet av bron. Det finns ett pneumotaxiskt centrum som hämmar inspirationscentret i 1-2 sekunder och sedan stimulerar inspirationscentret igen. På grund av successiva perioder av stimulering och hämning av inandningscentret säkerställs rytmiciteten i andetag. Inspirationscentret regleras av nervimpulser som uppstår i:

  • kemoreceptorer i livmoderhalsen och aortaloberna, som reagerar på en ökning av koldioxidkoncentrationen, koncentrationen av vätejoner eller en signifikant minskning av syrekoncentrationen i arteriellt blod; impulser från aortapropparna går genom glossopharyngeal och vagusnerverna. och effekten är accelerationen och fördjupningen av inandningar
  • lungvävnadsinteroreceptorer och thoraxproprioreceptorer;
  • Inflationsmekanoreceptorer är belägna mellan bronkiernas glatta muskulatur, de stimuleras av sträckning av lungvävnaden, vilket utlöser utandning; att sedan minska sträckningen av lungvävnaden vid utandning, aktiverar andra mekanoreceptorer denna gångdeflationära som utlöser inandningen; Detta fenomen kallas Hering-Breuer-reflexerna;
  • Inandnings- eller utandningsinställningen i bröstkorgen irriterar respektive proprioreceptorer och ändrar andningsfrekvensen och djupet av andningen: ju djupare du andas in, desto djupare andas du ut;
  • centra i de övre nivåerna av hjärnan: cortex, limbiska systemet, termoregleringscentrum i hypotalamus

Kategori:

Andningsorgan