luftveiene | ||
---|---|---|
diagram av luftveiene | ||
Navn og klassifisering | ||
latin | [ TA ]: luftveiene | |
PÅ | A06.0.00.000 | |
TH | H3.05.00.0.00001 | |
fysiologisk informasjon | ||
Funksjon | Utveksling av gasser mellom kroppen og atmosfæren. | |
hovedstrukturer | ||
nesebor , svelg , strupehode , luftrør , lunger , mellomgulv . | ||
| ||
medisinsk melding | ||
Åndedrettsapparatet eller åndedrettssystemet er et sett med organer som virveldyr besitter (som inkluderer luftveiene og lungene ) for å utveksle gasser med miljøet. Gjennom luftveiene sirkulerer luften i retning av lungene, og i disse organene foregår gassutveksling . Dens struktur og funksjon er svært varierende avhengig av typen organisme og dens habitat. [ 1 ] [ 2 ]
Hovedorganet i luftveiene hos mennesker og pattedyr er lungen . I lungealveolene produseres gassutvekslingsprosessen ved passiv diffusjon , takket være hvilken blodet fanger atmosfærisk oksygen og eliminerer karbondioksid (CO 2 ), et avfallsprodukt fra metabolismen. [ 3 ] Menneskets luftveier består av neseborene , munnen , svelget , strupehodet , luftrøret og lungene . Lungene består av bronkier , bronkioler og lungealveoler . [ 4 ]
Respirasjonsmuskulaturen er mellomgulvet og interkostalmusklene . Ved inspirasjon trekker membranen seg sammen og synker, noe som får brysthulen til å utvide seg og luften kommer inn i lungene. [ 1 ] Ved ekspirasjon eller utånding slapper membranen av og stiger, brysthulen reduseres i størrelse og får luft til å gå ut av lungene til utsiden.
I tillegg til gassutveksling, spiller luftveiene en viktig rolle i å opprettholde balansen mellom syrer og baser i kroppen gjennom effektiv fjerning av karbondioksid fra blodet . [ 5 ]
Hos mennesker består luftveiene av luftveiene, lungene og åndedrettsmusklene som får luft til å bevege seg både inn og ut av kroppen. I lungealveolene utveksles oksygen- og karbondioksidmolekyler passivt, ved diffusjon mellom det gassformige miljøet og blodet. På denne måten gjør luftveiene det mulig å oksygenere og eliminere karbondioksid, som er et avfallsstoff fra cellulær metabolisme. Systemet fyller også funksjonen med å opprettholde balansen mellom syrer og baser i kroppen gjennom effektiv fjerning av karbondioksid fra blodet.
Menneskets luftveier består av følgende elementer:
Åndedrettssystemets funksjon er å flytte luftvolumer fra atmosfæren til lungene og omvendt. Dette er mulig takket være en prosess kjent som ventilasjon.
Ventilasjon er en syklisk prosess og består av to stadier: inspirasjon , som er luften som kommer inn i lungene, og ekspirasjon , som er utgangen. Inspirasjon er et aktivt fenomen, preget av en økning i brystvolum som forårsaker et negativt intrapulmonalt trykk og bestemmer bevegelsen av luft fra utsiden og inn i lungene. Sammentrekningen av de viktigste inspiratoriske musklene, mellomgulvet og eksterne interkosttaler, er ansvarlig for denne prosessen. Når det intrapulmonale trykket tilsvarer atmosfærisk trykk, stopper inspirasjonen og deretter, takket være den elastiske kraften til brystkassen, trekker den seg tilbake, genererer et positivt trykk som overstiger atmosfæretrykket og bestemmer luftutgangen fra lungene.
Under normale forhold er ekspirasjon en passiv prosess, når membranen slapper av, stiger den og går tilbake til utgangsposisjonen. Ved tvungen ekspirasjon trekker imidlertid rectus abdominis-muskelen seg sammen, noe som driver de abdominale innvollene oppover, og denne prosessen reduserer det intrathoracale volumet ytterligere og øker mengden luft som forskyves til utsiden. [ 7 ]
Ventilasjonen er svært nøye kontrollert for å gjøre det mulig å holde arterielle PaO 2- og PaCO 2 - nivåer innenfor snevre grenser til tross for vidt varierende krav til O 2 -opptak og CO 2 -fjerning. Åndedrettssystemet har et sett med sensorer som samler informasjon, som når den sentrale kontrolleren i hjernen, som koordinerer informasjonen og sender impulser til effektorens respirasjonsmuskler, som forårsaker ventilasjon.
Sensorer (innganger)Hovedsensorene i kontrollen av respirasjonen er kjemoreseptorene, disse reagerer på endringer i den kjemiske sammensetningen av blodet eller annen væske. De har blitt klassifisert anatomisk som sentrale og perifere. [ 8 ]
I lungene er det også sensoriske reseptorer som griper inn i kontrollen av luftveienes kaliber, bronkial sekresjon, så vel som i frigjøring av mediatorer av mastceller eller andre inflammatoriske celler, denne informasjonen når de høyere sentrene gjennom sensoriske fibre av vagusnerven. [ 9 ] [ 10 ]
Hjernesentral kontrollKontroll av ventilasjon er mulig takket være en kompleks sammenkobling av nevroner lokalisert på forskjellige steder i hjernen der ordrene kommer fra som når de forskjellige musklene som er ansvarlige for lungeventilasjon gjennom nervene. Den normale automatiske pusteprosessen er ufrivillig og stammer fra impulser som kommer fra hjernestammen, men det er mulig å ha en viss frivillig kontroll innenfor visse grenser, siden stimuli i hjernebarken kan prioriteres i forhold til hjernens stimuli. stamme, cerebral. [ 9 ]
De viktigste respirasjonssentrene i hjernen er lokalisert i medulla oblongata og etablerer automatisk det rytmiske pustemønsteret. En dorsal respiratorisk gruppe kan skilles ut som kan modifisere den grunnleggende rytmen i henhold til organismens behov og en ventral respiratorisk gruppe som inneholder nevroner som aktiveres når et høyt nivå av ventilasjon er nødvendig. Det er to andre nevronkjerner lokalisert i pons kalt Pneumotaxic Center og Apneustic Center som også påvirker frekvensen og dybden av inspirasjon. [ 11 ] [ 12 ]
Hjernebarken har en rolle i frivillig kontroll av ventilasjon, siden det er mulig å utføre frivillig hyperventilering eller hypoventilasjon i korte perioder. Andre deler av hjernen som det limbiske systemet og hypothalamus kan påvirke pustemønsteret, for eksempel ved følelsesmessige forstyrrelser.
Effektorer (utganger)Som aktuatorer av luftveiene er mellomgulvet, interkostale muskler, magemuskler og tilbehørsmuskler. I sammenheng med ventilasjonskontroll er det viktig at disse muskelgruppene jobber sammen på en koordinert måte. Det er bevis på at det hos noen nyfødte, spesielt premature spedbarn, er inkoordinering av respiratorisk muskelaktivitet, spesielt under søvn. For eksempel kan thoraxmusklene gjøre inspirasjonsarbeidet mens magemusklene gjør ekspirasjonsarbeidet.
Når lungealveolene er fylt med luft etter inspirasjonsprosessen, må oksygen diffundere inn i blodet, mens karbondioksid følger motsatt vei, det vil si at det går fra blodet til lungealveolene. Denne prosessen skjer av en enkel diffusjonsmekanisme motivert av en tilfeldig kryssing av molekylene som passerer fra der de er i en høyere konsentrasjon til der hvor konsentrasjonen er lavere. Fenomenet skyldes at molekylene er i kontinuerlig bevegelse og beveger seg i alle retninger og kolliderer og spretter mellom dem gjentatte ganger. Det er en fysisk lov ifølge at når en gass er i et lukket kammer og dens konsentrasjon er forskjellig i begge ender, har partiklene en tendens til å bevege seg fra der konsentrasjonen er høy til der den er lav, og til slutt når en likevektssituasjon. som enkel diffusjon. [ 11 ] I luftveiene skjer diffusjon i alveolene veldig raskt, og finner sted i de første 0,25 sekundene av de 0,75 sekundene av blodsirkulasjonstiden gjennom lungekapillærene.
Når oksygenet passerer inn i kapillærblodet i lungealveolene, må det fordeles over hele kroppen for å møte kravene til cellene , som trenger dette elementet som en prioritet. Partialtrykket av oksygen er høyere i lungealveolene enn i kapillærblodet, så prosessen med enkel diffusjon mellom de to mediene skjer. På den annen side er partialtrykket av oksygen lavere i cellene i vevet enn i blodet, så når det oksygenerte blodet når vevet i hele kroppen, frigjøres en del av oksygenet, som inkorporeres ved diffusjon. over membranen inn i cellen for å muliggjøre cellulær respirasjon som finner sted i mitokondriene . [ 13 ]
Blodets evne til å transportere oppløst oksygen direkte er svært lav, siden dette elementet er dårlig løselig i vann. Av denne grunn har kroppen utviklet et protein kalt hemoglobin som har evnen til å fange opp oksygen og transportere det med stor effektivitet. Hvis det ikke fantes hemoglobin, måtte hjertet pumpe rundt 80 liter blod i minuttet, noe som ville vært helt umulig. [ 14 ] Takket være hemoglobin er hjertevolum bare 5 liter blod per minutt, dette tallet er tilstrekkelig til å holde alle kroppens celler oksygenert i ro. Hvert hemoglobinmolekyl har kapasitet til å transportere fire oksygenmolekyler, en enkelt rød blodcelle har 250 millioner hemoglobinmolekyler og i en milliliter blod er det rundt 5 millioner røde blodceller. [ 13 ]
Hb = Hemoglobin, O = Oksygen.
Når høyden øker, synker atmosfærisk trykk. Derfor, i store høyder, kan fenomenet hypoksi oppstå siden kroppen må produsere et ekstra energiforbruk slik at samme mengde oksygen kommer inn i kroppen. Konsekvensene av hypoksi er:
For å oppnå disse parametrene er det nødvendig å trekke ut blod fra en arterie , vanligvis den radiale arterien , venøst blod som vanligvis brukes til å bestemme andre analytiske verdier, er ikke nyttig, siden det venøse blodet inneholder mye mindre oksygen. Når de målte parametrene sammenlignes med referanseverdiene, er det mulig å oppdage om det er noen helseproblemer som påvirker funksjonen til luftveiene. [ 15 ] [ 16 ]
Under normale forhold puster en person 15 ganger per minutt og med hver inspirasjon kommer 500 cc luft inn i lungene. Under ekspirasjon forlater den samme mengden som kom inn i lungen lungen. Derfor er lungeventilasjonen på ett minutt 15 x 500 = 7,5 liter, som er det som kalles minuttvolum. Imidlertid kan respirasjonsdybden og dens frekvens øke betraktelig under forhold med fysisk anstrengelse, slik at minuttvolumet kan nå opp til 200 liter per minutt, og multiplisere verdien i hvile mer enn 20 ganger. [ 11 ]
Den totale lungekapasiteten er gitt ved summen av de 4 volumene nevnt ovenfor.
Fire forskjellige trykk må vurderes for å forstå hvordan det menneskelige luftveiene fungerer. Disse trykket er ikke konstante, da de endres gjennom respirasjonssyklusen.
Nitrogen | 78,00 % |
Oksygen | 21,00 % |
argon og helium | 0,92 % |
Karbondioksid | 0,04 % |
Vanndamp | 0,04 % |
Nitrogen | 75 % |
Oksygen | 14 % |
Vanndamp | 6 % |
Karbondioksid | 5 % |
Noen luftveissykdommer er forårsaket av virus og bakterier. Hvis de ikke forebygges og behandles riktig, kan de være dødelige. Pediatriske lungesykdommer forårsaker 50 % av dødsfallene hos barn under 1 år og omtrent 20 % av alle sykehusinnleggelser hos barn under 15 år [ 17 ]
Levende vesener har utviklet flere gassutvekslingssystemer med miljøet de lever i: kutan , luftrør , gren og lunge . Ved hjelp av noen av disse systemene inkorporerer de oksygen fra det ytre miljøet og eliminerer karbondioksid og vanndamp . Mennesker og pattedyr har bare lungeånding, men noen organismer som amfibier bruker flere systemer samtidig og har kutan og lungeånding.
Protozoer er encellede organismer som ikke har luftveier, de fanger opp oksygen direkte fra miljøet ved diffusjon gjennom cellemembranen. Noen flercellede organismer som hydrer og maneter har heller ikke luftveier. [ 21 ]
Respirasjonen av insekter foregår gjennom et sett med hull åpne til utsiden plassert på begge sider av thorax og mage som kalles spirakler eller stigmas. Hver spirakel har en liten ventil som åpnes når dyret trenger å fange oksygen. Ledninger kalt luftrør går fra spiraklene , som har som funksjon å transportere luft til det indre av dyret. Luftrørene blir trakeoler og forgrener seg gradvis til små rør, som hver frakter oksygen til en liten gruppe celler. Noen ganger trekker dyret seg sammen eller utvider magen for å lette bevegelsen av gasser inn i kanalsystemet. [ 22 ]
Fisk puster gjennom gjeller som tar inn oksygen fra vannet (gjelleånding). Vannet med oppløst oksygen kommer inn gjennom munnen på fisken og går gjennom laterale svelgåpninger ut gjennom gjellespaltene, som er dekket av beskyttende plater kalt opercula som fungerer som et lokk og kan åpnes og lukkes. Blodårene i gjellene tar opp oksygen fra vannet som strømmer gjennom dem og driver ut karbondioksid. Systemet er svært effektivt og oppstår takket være en mekanisme som kalles motstrømsutvekslingssystemet, siden blodet sirkulerer i motsatt retning av vannstrømmen. [ 23 ]
Amfibier puster gjennom gjeller i deres første utviklingsstadium, når de er rumpetroll . I voksenlivet har de kutan og lungeånding samtidig. [ 24 ]
Reptiler viser lungeånding. Huden er tykk og hard så med få unntak har de ikke hudåndedrett som hos amfibier. Vannkrypdyr må periodisk komme til overflaten for å fange atmosfærisk oksygen. Noen havskilpadder har utviklet en overraskende tilpasning til livet i vann, på en slik måte at de er i stand til å holde seg aktive i 30 minutter under vann uten å komme til overflaten for å puste. Dette antas å være mulig på grunn av ulike fysiologiske tilpasninger, inkludert lav hjertefrekvens og hjernens evne til å fungere med reduserte oksygenkonsentrasjoner. [ 25 ]
Hver gruppe reptiler har vedtatt spesielle egenskaper i luftveiene. Mange slanger har bare én funksjonell lunge, ettersom den langstrakte formen på kroppen deres har ført til at den ene lungens lengde har økt og den andre har blitt atrofi. Hos skilpadder kan ikke thorax utvides på grunn av det stive skallet, så de bruker alternative mekanismer for å få luft inn i lungene under inspirasjon.
Fugler har lunger , men luftveiene deres har spesielle organer som ikke finnes hos pattedyr, luftsekkene . De fleste fugler har 8 luftsekker, en cervical, en clavicular, to cranial thoracal, to caudal thoracic og to abdominal. De fungerer som sekkebunner der luft samler seg, på en slik måte at den sirkulerer gjennom bronkiene i begge retninger uten at det samler seg restluft i noe rom i lungen. Et annet spesifikt trekk ved luftveiene til fugler er stemmeorganet som mottar navnet på syrinx og ligger ved bunnen av luftrøret. [ 26 ] [ 27 ]
Pustesystemet til pattedyr er lunge og deler svært like egenskaper hos alle arter, inkludert mennesket. Det er et system av kanaler som transporterer luft, men de griper ikke inn i gassutvekslingen som skjer i lungealveolene som ligger i enden av luftveiene. Alveolene danner en stor overflate for gassutveksling der det er svært lite skille mellom blod og luft. Inspirasjon skjer takket være sammentrekningen av mellomgulvet og interkostale muskler som utvider størrelsen på brystet og produserer et undertrykk som fungerer som en sugemekanisme, ekspirasjonen er passiv. Under trening skjer det tvangsinspirasjoner og ekspirasjoner som øker ventilasjonsvolumet betraktelig. Veggene i alveolene har et stoff som kalles pulmonal overflateaktivt middel sammensatt av fosfolipider som reduserer overflatespenningen , og forhindrer alveolær kollaps. [ 28 ]