Ihmisen hengityselimet koostuvat hengitysteistä (ylemmistä ja alemmista) ja keuhkoista. Hengityselimet vastaavat organismin ja ympäristön välisestä kaasunvaihdosta. Kuinka hengityselimet rakennetaan ja miten se toimii?
Ihmisen hengityselinten on tarkoitus mahdollistaa hengitys - kaasunvaihtoprosessi eli happi ja hiilidioksidi kehon ja ympäristön välillä. Kehomme jokainen solu tarvitsee happea toimiakseen kunnolla ja tuottamaan energiaa. Hengitysprosessi on jaettu:
- ulkoinen hengitys - hapen tuominen soluihin
- sisäinen hengitys - solunsisäinen
Ulkoinen hengitys tapahtuu hengityselinten synkronoinnin vuoksi hermokeskusten kanssa ja on jaettu useisiin prosesseihin:
- keuhkojen ilmanvaihto
- kaasun diffuusio alveolaarisen ilman ja veren välillä
- kaasujen kulkeutuminen veren läpi
- kaasun diffuusio veren ja solujen välillä
Jos haluat nähdä tämän videon, ota JavaScript käyttöön ja harkitse päivittämistä verkkoselaimeen, joka tukee HTML5-videoita
Hengityselinten rakenne
Hengitystiet koostuvat:
- ylempien hengitysteiden eli nenäontelon (meidän cavum) ja kurkun (nielu)
- alemmat hengitystiet: kurkunpään (kurkunpään), henkitorvi (henkitorvi), keuhkoputki (keuhkoputket) - oikea ja vasen, jotka jaetaan edelleen pienemmiksi oksiksi, ja pienimmät muuttuvat keuhkoputkeiksi (keuhkoputkitulehdus)
Hengitysteiden viimeinen osa johtaa alveoleihin (alveoli pulmonales). Hengitysteiden läpi kulkeva hengitetty ilma puhdistetaan pölystä, bakteereista ja muista pienistä epäpuhtauksista, kosteutetaan ja lämmitetään. Toisaalta keuhkoputkien rakenne ruston, elastisten ja sileiden lihaselementtien yhdistelmän avulla antaa sinun säätää niiden halkaisijaa. Kurkku on hengitys- ja ruuansulatusjärjestelmän leikkauspiste. Tästä syystä nielemisen yhteydessä hengitys loppuu ja hengitystiet sulkeutuvat epiglottiksen läpi.
- keuhkot - pariksi muodostetut elimet rinnassa.
Anatomisten ja toiminnallisten näkökohtien osalta keuhkot on jaettu lohkoihin (vasen keuhko kahteen lohkoon ja oikea kolmeksi), lohkot jaetaan edelleen segmentteihin, segmentit lohkoihin ja lohkot klustereiksi.
Jokaista keuhkoa ympäröi kaksi sidekudoksen kerrosta - parietaalinen pleura (pleura parietalis) ja keuhkopussin keuhkopussin (pleura pulmonalis). Niiden välissä on keuhkopussin ontelo (cavum pleurae), ja siinä oleva neste sallii keuhkopussin peittämän keuhkon tarttumisen parietaaliseen pleuraan, joka on sulautunut rinnan sisäseinään.Kohdassa, jossa keuhkoputket pääsevät keuhkoihin, on keuhkoonteloita, joihin keuhkoputkien lisäksi myös valtimot ja keuhkolaskimot.
Lisäksi monimutkaisessa hengitysprosessissa ovat mukana luuston poikkijuovaiset lihakset, veri ja sydän- ja verisuonijärjestelmä sekä hermokeskukset.
Keuhkotuuletus
Ilmanvaihdon ydin on vetää ilmakehän ilma alveoleihin. Koska ilma virtaa aina korkeammasta paineesta alempaan paineeseen, sopivat lihasryhmät osallistuvat jokaiseen sisään- ja uloshengitykseen, mikä mahdollistaa rinnan imu- ja paineliikkeet.
Hengityksen lopussa alveolien paine on yhtä suuri kuin ilmakehän paine, mutta kun vedät ilmaa, kalvo supistuu (kalvo) ja ulkoiset rintalihakset (musculi intercostales externi), jonka ansiosta rinnan tilavuus kasvaa ja luo tyhjiön, joka imee ilmaa.
Kun ilmanvaihdon tarve kasvaa, aktivoidaan muita sisäänhengityslihaksia: sternocleidomastoid-lihakset (musculi sternocleidomastoidei), rintalihakset (musculi pectorales minores), etuhammastetut lihakset (musculi serrati anteriores), trapetsilihakset (musculi trapezia), olkapään levator-lihakset (musculi levatores scapulae), suuret ja pienet rinnakkaislihakset (musculi rhomboidei maiores et minores) ja vinot lihakset (musculi sulautui).
Seuraava vaihe on hengittää. Se alkaa, kun sisäänhengityslihakset rentoutuvat inhalaation huipulla. Yleensä tämä on passiivinen prosessi, koska venytettyjen elastisten elementtien keuhkokudoksessa tuottamat voimat ovat riittävät rinnan pienentämään tilavuutta. Alveolien paine nousee yli ilmakehän paineen ja tuloksena oleva paine-ero poistaa ilman ulkopuolelle.
Tilanne on hieman erilainen hengitettäessä voimakkaasti. Käsittelemme sitä, kun hengitysrytmi on hidas, kun uloshengitys vaatii lisääntyneen hengitysvastuksen voittamisen, esim. Joissakin keuhkosairauksissa, mutta myös äänitteellisessä toiminnassa, varsinkin kun lauletaan tai soitetaan puhaltimia. Uloshengityslihasten motoneuroneja stimuloidaan, joihin kuuluvat: sisäiset rintalihakset (musculi intercostales interni) ja vatsan etuseinän lihakset, erityisesti rectus abdominals (musculi recti abdominis).
Hengitystaajuus
Hengitystaajuus on erittäin vaihteleva ja riippuu monista eri tekijöistä. Levossa olevan aikuisen tulisi hengittää 7-20 kertaa minuutissa. Hengitysnopeuden lisääntymiseen johtavia tekijöitä, jotka teknisesti tunnetaan nimellä takypnea, ovat liikunta, keuhkosairaudet ja ekstrapulmonaarinen hengitysvaikeus. Toisaalta bradypnoe, ts. Hengitysten määrän merkittävä väheneminen, voi johtua neurologisista sairauksista tai huumeiden keskeisistä sivuvaikutuksista. Lapset eroavat tässä suhteessa aikuisista: mitä pienempi lapsi on, sitä korkeampi fysiologinen hengitysnopeus on.
Keuhkojen tilavuudet ja kapasiteetit
- TLC (kokonaiskeuhkokapasiteetti) - tilavuus, joka on keuhkoissa syvimmän hengityksen jälkeen
- IC - sisäänhengityskyky - vedetään keuhkoihin syvimmän sisäänhengityksen aikana rauhallisen uloshengityksen jälkeen
- IRV (sisäänhengityksen varantotilavuus) - sisäänhengityksen varantotilavuus - vedetään keuhkoihin maksimaalisen sisäänhengityksen aikana vapaan sisäänhengityksen yläosassa
- TV (vuorovesi) - hengitysmäärä - hengitettynä ja uloshengitettynä vapaana sisään- ja uloshengityksen aikana
- FRC - toiminnallinen jäännöskapasiteetti - pysyy keuhkoissa hitaan uloshengityksen jälkeen
- ERV (uloshengitysreservitilavuus) - uloshengityksen varamäärä - poistetaan keuhkoista maksimaalisen uloshengityksen aikana vapaan sisäänhengityksen jälkeen
- RV (jäännösmäärä) - jäännösmäärä - pysyy aina keuhkoissa maksimaalisen uloshengityksen aikana
- VC (elintilavuus) - elintärkeä kapasiteetti - poistetaan keuhkoista maksimaalisen sisäänhengityksen jälkeen maksimaalisen hengityksen jälkeen
- IVC (sisäänhengitettävä elintilavuus) - hengitettävä elintilavuus - vedetään keuhkoihin syvimmän uloshengityksen jälkeen suurimmalla sisäänhengityksellä; voi olla hieman korkeampi kuin VC, koska maksimaalisessa uloshengityksessä, jota seuraa maksimaalinen sisäänhengitys, alveolaarijohtimet sulkeutuvat ennen kuin kuplia täyttävä ilma poistetaan
Ilmaisella inspiraatiolla vuorovesi on 500 ml. Kaikki tämä tilavuus ei kuitenkaan saavuta alveoleja. Noin 150 ml täyttää hengitysteiden, joilla ei ole olosuhteita kaasunvaihtoon ilman ja veren välillä, eli nenäontelossa, kurkussa, kurkunpään, henkitorven, keuhkoputkien ja keuhkoputkien välillä. Tätä kutsutaan anatominen hengitysteiden kuollut tila. Loput 350 ml sekoitetaan ilman kanssa, joka muodostaa jäännösfunktionaalisen kapasiteetin, samanaikaisesti kuumennettuna ja kyllästetyllä vesihöyryllä. Alveoleissa taas kaikki ilma ei ole kaasumaista. Joidenkin follikkelien seinämien kapillaareissa ei virtaa tai ole liian vähän verta, jotta kaikki ilma voitaisiin käyttää kaasunvaihtoon. Tämä on fysiologinen hengitysteiden kuollut tila ja se on pieni terveillä ihmisillä. Valitettavasti se voi lisääntyä merkittävästi tautitiloissa.
Keskimääräinen hengitysnopeus levossa on 16 minuutissa ja vuorovesi on 500 ml, kertomalla nämä kaksi arvoa, saadaan keuhkotuuletus. Tästä seuraa, että noin 8 litraa ilmaa hengitetään sisään ja ulos ulos minuutissa. Nopean ja syvän hengityksen aikana arvo voi nousta merkittävästi, jopa kymmenestä kaksikertaiseen.
Kaikki nämä monimutkaiset parametrit: kapasiteetit ja volyymit otettiin käyttöön paitsi hämmentääkseen meitä, myös tärkeällä sovelluksella keuhkosairauksien diagnosoinnissa. On olemassa testi - spirometria, joka mittaa: VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV ja IRV. Se on välttämätöntä astman ja keuhkoahtaumataudin kaltaisten sairauksien diagnosoinnissa ja seurannassa.
Kaasun diffuusio alveolaarisen ilman ja veren välillä
Alveolit ovat keuhkojen muodostava perusrakenne. Niitä on noin 300-500 miljoonaa, kukin halkaisijaltaan 0,15-0,6 mm, ja niiden kokonaispinta-ala on 50-90 m².
Follikkelien seinät on rakennettu ohuella, tasaisella, yksikerroksisella epiteelillä. Epiteelin muodostavien solujen lisäksi follikkelit sisältävät kahta muuta solutyyppiä: makrofagit (suolistosolut) ja myös tyypin II follikkelisolut, jotka tuottavat pinta-aktiivista ainetta. Se on proteiinien, fosfolipidien ja hiilihydraattien seos, joka on tuotettu veren rasvahapoista. Pinta-aktiivinen aine vähentää pintajännitystä ja estää alveolien tarttumisen yhteen ja vähentää keuhkojen venyttämiseen tarvittavia voimia. Ulkopuolelta kuplat peitetään kapillaarien verkostolla. Alveoleihin pääsevät kapillaarit kuljettavat verta, jossa on runsaasti hiilidioksidia, vettä, mutta vähän happea. Sitä vastoin alveolaarisessa ilmassa hapen osapaine on korkea ja hiilidioksidin matala. Kaasun diffuusio seuraa kaasun molekyylipaineen gradienttia, joten kapillaariset erytrosyytit vangitsevat ilman happea ja pääsevät eroon hiilidioksidista. Kaasupartikkeleiden on kuljettava alveolaariseinän ja kapillaariseinän läpi, nimittäin: alveolaaripinnan peittävän nestekerroksen, alveolaarisen epiteelin, tyvikalvon ja kapillaari-endoteelin läpi.
Kaasujen kuljetus veren läpi
- hapen kuljetus
Ensinnäkin happi liukenee fyysisesti plasmaan, mutta sitten diffundoituu vaipan läpi punasoluihin, missä se sitoutuu hemoglobiiniin muodostaen oksyhemoglobiinin (hapetettu hemoglobiini). Hemoglobiinilla on erittäin tärkeä rooli hapen kuljetuksessa, koska kukin sen molekyyleistä yhdistyy neljän happimolekyylin kanssa, mikä lisää veren kykyä kuljettaa happea jopa 70 kertaa. Plasmassa liuenneen kuljetetun hapen määrä on niin pieni, että sillä ei ole merkitystä hengitykselle. Verenkiertoelimistön ansiosta happea kyllästetty veri saavuttaa kehon kaikki solut.
- hiilidioksidin kuljetus
Kudoksista peräisin oleva hiilidioksidi pääsee kapillaareihin ja kulkeutuu keuhkoihin:
- noin 6% fysikaalisesti liuennut plasmaan ja punasolujen sytoplasmaan
- noin 6% sitoutunut plasman proteiinien ja hemoglobiinin (karbamaateina) vapaisiin aminoryhmiin
- suurin osa eli noin 88% HCO3-ioneina - sitoutuneena plasman ja punasolujen bikarbonaattipuskurijärjestelmään
Kaasun diffuusio veren ja solujen välillä
Jälleen kerran kudoksissa olevat kaasumolekyylit kulkevat pitkin painogradienttia: hemoglobiinista vapautunut happi diffundoituu kudoksiin, kun taas hiilidioksidi diffundoituu päinvastaisessa suunnassa - soluista plasmaan. Eri kudosten happitarpeiden erojen vuoksi on myös eroja happijännityksessä. Kudoksissa, joissa aineenvaihdunta on voimakasta, happijännitys on pieni, joten ne kuluttavat enemmän happea, kun taas valuva laskimoveri sisältää vähemmän happea ja enemmän hiilidioksidia. Arteriovenoosinen happipitoisuuden ero on parametri, joka määrittää kudosten hapenkulutuksen asteen. Jokainen kudos toimitetaan valtimoverellä, jolla on sama happipitoisuus, kun taas laskimoveressä voi olla enemmän tai vähemmän sitä.
Sisäinen hengitys
Hengitys solutasolla on monivaiheinen biokemiallinen prosessi, johon liittyy orgaanisten yhdisteiden hapettumista, joissa tuotetaan biologisesti hyödyllistä energiaa. Se on perustavanlaatuinen prosessi, joka tapahtuu myös silloin, kun muut aineenvaihduntaprosessit pysäytetään (vaihtoehtoiset anaerobiset prosessit ovat tehottomia ja rajallisia).
Keskeinen rooli on mitokondrioilla - soluorganelleilla, jotka vastaanottavat solun sisällä diffundoituvia happimolekyylejä. Mitokondrioiden ulkokalvolla on kaikki Krebs-syklin (tai trikarboksyylihapposyklin) entsyymit, kun taas sisemmässä kalvossa on hengitysketjun entsyymejä.
Krebs-syklissä sokeri, proteiini ja rasva-metaboliitit hapetetaan hiilidioksidiksi ja vedeksi vapauttamalla vetyatomeja tai vapaita elektroneja. Edelleen hengitysketjussa - solunsisäisen hengityksen viimeinen vaihe - siirtämällä elektroneja ja protoneja peräkkäisiin kantajiin syntetisoidaan korkean energian fosforiyhdisteitä. Tärkein niistä on ATP, ts. Adenosiini-5'-trifosfaatti, yleinen kemiallisen energian kantaja, jota käytetään solujen aineenvaihdunnassa. Sitä kuluttavat lukuisat entsyymit esimerkiksi biosynteesissä, liikkumisessa ja solujen jakautumisessa. ATP: n prosessointi elävissä organismeissa on jatkuvaa, ja on arvioitu, että joka päivä ihminen muuntaa ATP: n määrän verrattuna hänen painoonsa.
Hengityksen säätö
Pidennetyssä ytimessä on hengityskeskus, joka säätelee hengityksen tiheyttä ja syvyyttä. Se koostuu kahdesta keskuksesta, joilla on vastakkaiset toiminnot ja jotka rakentavat kahden tyyppiset neuronit. Molemmat sijaitsevat retikulaarimuodostumassa. Yksinäisessä ytimessä ja taka-epäselvän vagus-hermon etuosassa on sisäänhengityskeskus, joka lähettää hermoimpulsseja selkäytimeen, sisäänhengityslihasten motorisiin hermosoluihin. Sen sijaan vagus-hermon epäselvässä ytimessä ja taka-epäselvän vagus-hermon takaosassa on uloshengityskeskus, joka stimuloi ulkoisten lihasten motorisia hermosoluja.
Hengityskeskuksen hermosolut lähettävät useita kertoja minuutissa hermoimpulssien volley, joka kulkee pitkin haaraa, joka laskeutuu selkäytimen motorisiin hermosoluihin ja samaan aikaan kuin aksonin haara nousee sillan verkkomuodostuman hermosoluihin. On pneumotaksinen keskus, joka estää sisäänhengityskeskuksen 1-2 sekunnin ajan ja stimuloi sitten sisäänhengityskeskusta uudelleen. Hengitysteiden peräkkäisten stimulaatio- ja estojaksojen ansiosta hengitysten rytmisyys varmistetaan.
Hengityskeskusta säätelevät hermoimpulssit, jotka syntyvät:
- kohdunkaulan ja aortan glomerulus-kemoreseptorit, jotka reagoivat hiilidioksidipitoisuuden nousuun, vetyionien konsentraatioon tai valtimoiden happipitoisuuden merkittävään vähenemiseen; aortan möhkäleiden impulssit kulkevat kielen ja nielun hermojen läpi. ja vaikutuksena on nopeuttaa ja syventää inhalaatioita
- keuhkokudoksen reseptorit ja rintakehän proprioreceptorit;
- keuhkoputkien sileiden lihasten välillä on inflaatiomekanisoreseptoreita, niitä stimuloi keuhkokudoksen venytys, joka laukaisee uloshengityksen; sitten pienentämällä keuhkokudoksen venytystä uloshengityksen aikana, aktivoituvat muut mekaaniset reseptorit, tällä kertaa deflaatiot, jotka laukaisevat inspiraation; Tätä ilmiötä kutsutaan Hering-Breuer-reflekseiksi;
- Rintakehän sisäänhengitys- tai uloshengitysasento ärsyttää vastaavia proprioreseptoreita ja muuttaa hengitysten taajuutta ja syvyyttä: mitä syvemmälle sisäänhengität, sitä syvemmälle sitä seuraa uloshengitys;
- aivojen ylemmän tason keskukset: aivokuori, limbinen järjestelmä, hypotalamuksen lämpösääntelykeskus
