Solunum sistemi: yapısı ve çalışması

İnsan solunum sistemi, solunum yolu (üst ve alt) ve akciğerlerden oluşur. Solunum sistemi, organizma ve çevre arasındaki gaz değişiminden sorumludur. Solunum sistemi nasıl kurulur ve nasıl çalışır?

İnsan solunum sisteminin, organizma ve çevre arasında gaz değişimi, yani oksijen ve karbondioksit süreci olan solunumu mümkün kıldığı varsayılmaktadır. Vücudumuzdaki her hücrenin düzgün çalışması ve enerji üretmesi için oksijene ihtiyacı vardır. Solunum süreci şunlara ayrılmıştır:

• dış solunum - hücrelere oksijen getirmek
• iç solunum - hücre içi

Dış solunum, solunum sisteminin sinir merkezleri ile senkronizasyonu nedeniyle oluşur ve bir dizi işleme ayrılır:

• akciğer ventilasyonu
• alveolar hava ve kan arasında gaz difüzyonu
• gazların kan yoluyla taşınması
• kan ve hücreler arasında gaz difüzyonu

Bu videoyu görüntülemek için lütfen JavaScript'i etkinleştirin ve videoyu destekleyen bir web tarayıcısına geçmeyi düşünün

Solunum sisteminin yapısı

Solunum yolu şunlardan oluşur:

• üst solunum yolu, yani burun boşluğu (bizim kavumumuz) ve boğaz (yutak)
• alt solunum yolu: gırtlak (gırtlak), trakea (trakea), bronş (bronşlar) - sağ ve sol, daha küçük dallara bölünür ve en küçüğü bronşiyollere dönüşür (bronşiyol)

Hava yollarının son kısmı alveollere (alveol pulmonales). Solunan hava solunum yolundan geçer ve toz, bakteri ve diğer küçük kirliliklerden arındırılır, nemlendirilir ve ısıtılır. Diğer yandan bronşların yapısı, kıkırdak, elastik ve düz kas elemanlarını birleştirerek çaplarının düzenlenmesine olanak sağlar. Boğaz, solunum ve sindirim sistemlerinin kesiştiği yerdir. Bu nedenle yutulduğunda solunum durur ve hava yolu epiglottan kapanır.

• akciğerler - göğüste bulunan eşleştirilmiş organlar.

Anatomik ve fonksiyonel açıdan, akciğerler loblara (sol akciğer iki lob ve sağdaki üçe bölünür), loblar ayrıca segmentlere, segmentler lobüllere ve lobüller kümelere ayrılır.

Her akciğer, iki kat bağ dokusu ile çevrilidir - paryetal plevra (plevra parietalisi) ve pulmoner plevra (plevra pulmonalis). Aralarında plevral boşluk (kavum plevra) ve içindeki sıvı, pulmoner plevra ile kaplı akciğerin, göğsün iç duvarı ile kaynaşmış paryetal plevraya yapışmasına izin verir.Bronşların akciğerlere girdiği yerde, bronşların yanı sıra arterler ve pulmoner venlerin de içine girdiği pulmoner boşluklar vardır.
Ek olarak, iskelet çizgili kaslar, kan ve kardiyovasküler sistem ve sinir merkezleri, karmaşık nefes alma sürecine dahil olur.

Akciğer havalandırması

Havalandırmanın özü, atmosferik havayı alveollere çekmektir. Hava her zaman yüksek basınçtan daha düşük basınca doğru aktığı için, her inhalasyona ve ekshalasyona uygun kas grupları katılarak göğsün emme ve basınç hareketlerini sağlar.

Ekshalasyonun sonunda, alveollerdeki basınç atmosferik basınca eşittir, ancak hava çektiğinizde diyafram kasılır (diyafram) ve dış interkostal kaslar (musculi intercostales externi), göğsün hacminin artması ve havayı emen bir vakum yaratması sayesinde.

Ventilasyon talebi arttığında, ek inspiratuar kaslar aktive edilir: sternokleidomastoid kaslar (musculi sternocleidomastoidei), pektoral kaslar (Musculi pektoral minores), ön dişli kaslar (musculi serrati anteriores), trapezius kasları (musculi trapezia), levator skapula kasları (musculi levatores kürek kemiği), giderek daha az paralelkenar kaslar (musculi rhomboidei maiores et minores) ve eğik kaslar (musculi birleşti).

Bir sonraki adım nefes vermektir. İnhalasyonun zirvesinde inspiratuar kaslar gevşediğinde başlar. Akciğer dokusunda gerilmiş elastik elemanların ürettiği kuvvetler göğsün hacminin azalması için yeterli olduğu için bu genellikle pasif bir süreçtir. Alveolar basınç atmosfer basıncının üzerine çıkar ve ortaya çıkan basınç farkı havayı dışarıya atar.

Güçlü bir şekilde nefes verirken durum biraz farklıdır. Solunum ritmi yavaş olduğunda, ekshalasyon artan solunum direncinin üstesinden gelmeyi gerektirdiğinde, örneğin bazı akciğer hastalıklarında, ama aynı zamanda fonasyon aktivitesinde, özellikle şarkı söylerken veya çalarken ilgileniriz. Ekspiratuar kasların motonöronları, aşağıdakileri içeren uyarılır: iç interkostal kaslar (musculi intercostales interni) ve karın ön duvarının kasları, özellikle rektus karın kasları (musculi recti abdominis).

Solunum hızı

Solunum hızı oldukça değişkendir ve birçok farklı faktöre bağlıdır. Dinlenen bir yetişkinin dakikada 7-20 kez nefes alması gerekir. Teknik olarak taşipne olarak bilinen solunum hızında artışa yol açan faktörler arasında egzersiz, akciğer koşulları ve akciğer dışı solunum sıkıntısı bulunur. Öte yandan nefes sayısında önemli bir azalma yani bradipne, nörolojik hastalıklardan veya narkotik ilaçların santral yan etkilerinden kaynaklanabilir. Çocuklar bu açıdan yetişkinlerden farklıdır: yürümeye başlayan çocuk ne kadar küçükse, fizyolojik solunum hızı o kadar yüksek olur.

Akciğer hacimleri ve kapasiteleri

• TLC (toplam akciğer kapasitesi) - en derin nefesten sonra akciğerdeki hacim
• IC - inspiratuar kapasite - sakin bir ekshalasyondan sonra en derin inhalasyon sırasında akciğerlere çekilir
• IRV (inspiratuar rezerv hacmi) - inspiratuar rezerv hacmi - serbest inspirasyonun tepesinde alınan maksimum nefes sırasında akciğerlere çekilir
• TV (tidal hacim) - tidal hacim - serbestçe nefes alırken ve nefes verirken solunur ve ekshale edilir
• FRC - fonksiyonel rezidüel kapasite - yavaş bir ekshalasyondan sonra akciğerlerde kalır
• ERV (ekspiratuar rezerv hacmi) - ekspiratuar rezerv hacmi - serbest inhalasyondan sonra maksimum ekshalasyon sırasında akciğerlerden çıkarılır
• RV (rezidüel hacim) - rezidüel hacim - maksimum ekshalasyon sırasında her zaman akciğerlerde kalır
• VC (hayati kapasite) - hayati kapasite - maksimum ekshalasyon anında maksimum inhalasyondan sonra akciğerlerden uzaklaştırılır
• IVC (inspiratuar vital kapasite) - solunan yaşamsal kapasite - maksimum inhalasyonla en derin ekshalasyondan sonra akciğerlere çekilir; VC'den biraz daha yüksek olabilir çünkü maksimal ekshalasyonda ve ardından maksimal inhalasyonda, alveolar iletkenler hava kabarcıklarını doldurmadan önce kapanır.

Ücretsiz inspirasyon ile tidal hacim 500 mL'dir. Ancak bu hacmin tamamı alveollere ulaşmaz. Yaklaşık 150 mL, hava ile kan arasında gaz alışverişi için koşullara sahip olmayan solunum yolunu, yani burun boşluğu, yutak, gırtlak, soluk borusu, bronşlar ve bronşiyolleri doldurur. Bu denir anatomik solunum ölü alanı. Kalan 350 mL, artık fonksiyonel kapasiteyi oluşturan hava ile karıştırılır, aynı anda ısıtılır ve su buharı ile doyurulur. Yine alveollerde havanın tamamı gaz halinde değildir. Bazı alveollerin duvarlarının kılcal damarlarında, gaz alışverişi için tüm havayı kullanmak için kan veya yetersiz kan akışı yoktur. Bu fizyolojik ölü solunum alanıdır ve sağlıklı insanlarda küçüktür. Ne yazık ki, hastalık durumlarında önemli ölçüde artabilir.

Dinlenme anında ortalama solunum hızı dakikada 16'dır ve tidal hacim 500 mL'dir, bu iki değeri çarparak pulmoner ventilasyon elde ederiz. Bundan, dakikada yaklaşık 8 litre havanın solunduğu ve solunduğu anlaşılmaktadır. Hızlı ve derin nefesler yaparken, değer bir düzineden yirmi katına bile önemli ölçüde artabilir.

Tüm bu karmaşık parametreler: kapasiteler ve hacimler sadece bizi şaşırtmak için değil, aynı zamanda akciğer hastalıklarının teşhisinde önemli bir uygulamaya sahip. VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV ve IRV'yi ölçen bir test - spirometri vardır. Astım ve KOAH gibi hastalıkların teşhisi ve izlenmesi için gereklidir.

Alveolar hava ile kan arasında gaz difüzyonu

Alveoller, akciğerleri oluşturan temel yapıdır. Her biri 0,15 ila 0,6 mm çapında ve toplam alanı 50 ila 90 m² arasında değişen yaklaşık 300-500 milyon tane var.

Foliküllerin duvarları ince, düz, tek katmanlı bir epitelden oluşur. Epitelyumu oluşturan hücrelere ek olarak, foliküller iki tür hücre içerir: makrofajlar (bağırsak hücreleri) ve ayrıca yüzey aktif maddeyi üreten tip II foliküler hücreler. Kan yağ asitlerinden üretilen protein, fosfolipid ve karbonhidrat karışımıdır. Yüzey aktif madde, yüzey gerilimini azaltarak alveollerin birbirine yapışmasını önler ve akciğerleri germek için gereken kuvvetleri azaltır. Dışarıdan, kabarcıklar bir kılcal ağ ile kaplıdır. Alveollere giren kılcal damarlar, karbondioksit açısından zengin, su, ancak az miktarda oksijen içeren kan taşır. Aksine, alveolar havada, kısmi oksijen basıncı yüksektir ve karbondioksitinki düşüktür. Gaz difüzyonu, bir gaz moleküler basınç gradyanını takip eder, bu nedenle kılcal eritrositler havadaki oksijeni hapseder ve karbondioksitten kurtulur. Gaz partikülleri alveolar duvardan ve kılcal duvardan ve daha kesin olarak alveolar yüzeyi örten sıvı tabakası, alveolar epitel, bazal membran ve kılcal endotelyumdan geçmelidir.

Gazların kan yoluyla taşınması

• oksijen taşınması

İlk olarak, oksijen plazmada fiziksel olarak çözünür, ancak daha sonra zarfın içinden kırmızı kan hücrelerine yayılır ve burada oksihemoglobin (oksijenli hemoglobin) oluşturmak için hemoglobin ile bağlanır. Hemoglobin, oksijen taşınmasında çok önemli bir rol oynar, çünkü moleküllerinin her biri 4 oksijen molekülü ile birleşir ve böylece kanın oksijen taşıma kabiliyetini 70 kata kadar artırır. Plazmada çözünmüş olarak taşınan oksijen miktarı o kadar küçüktür ki solunumla ilgisi yoktur. Dolaşım sistemi sayesinde oksijene doymuş kan vücudun her hücresine ulaşır.

• karbondioksit taşınması

Dokulardan karbondioksit kılcal damarlara girer ve akciğerlere taşınır:

• yaklaşık% 6 fiziksel olarak plazmada ve eritrosit sitoplazmasında çözünmüştür
• yaklaşık% 6'sı plazma proteinleri ve hemoglobinin serbest amino gruplarına (karbamatlar olarak) bağlanır
• çoğunluk, yani yaklaşık% 88, HCO3 iyonları olarak - plazma ve eritrositlerin bikarbonat tampon sistemi ile bağlanır

Kan ve hücreler arasında gaz difüzyonu

Dokulardaki gaz molekülleri bir kez daha basınç gradyanı boyunca geçer: hemoglobinden salınan oksijen dokulara yayılırken, karbondioksit hücrelerden plazmaya ters yönde yayılır. Farklı dokuların oksijen ihtiyacındaki farklılıklar nedeniyle oksijen tansiyonunda da farklılıklar vardır. Yoğun metabolizmaya sahip dokularda oksijen tansiyonu düşüktür, bu nedenle daha fazla oksijen tüketirken, akan venöz kan daha az oksijen ve daha fazla karbondioksit içerir. Oksijen içeriğindeki arteriyovenöz fark, dokular tarafından oksijen tüketiminin derecesini belirleyen bir parametredir. Her doku aynı oksijen içeriğine sahip arteryel kan ile sağlanırken, venöz kan az ya da çok içerebilir.

İç solunum

Hücresel düzeyde nefes alma, biyolojik olarak yararlı enerjinin üretildiği organik bileşiklerin oksidasyonunu içeren çok aşamalı bir biyokimyasal süreçtir. Diğer metabolik süreçler durdurulduğunda bile ortaya çıkan temel bir süreçtir (anaerobik alternatif süreçler verimsizdir ve sınırlı öneme sahiptir).

Kilit rol, hücre içinde yayılan oksijen moleküllerini alan hücresel organeller olan mitokondri tarafından oynanır. Mitokondrinin dış zarında Krebs Döngüsünün (veya trikarboksilik asit döngüsünün) tüm enzimleri bulunurken, iç zarda solunum zincirinin enzimleri vardır.

Krebs döngüsünde şeker, protein ve yağ metabolitleri, serbest hidrojen atomlarının veya serbest elektronların salınmasıyla karbondioksit ve suya oksitlenir. Ayrıca, hücre içi solunumun son aşaması olan solunum zincirinde, elektronları ve protonları ardışık taşıyıcılara aktararak, yüksek enerjili fosfor bileşikleri sentezlenir. Bunlardan en önemlisi, hücre metabolizmasında kullanılan evrensel bir kimyasal enerji taşıyıcısı olan ATP, yani adenozin-5′-trifosfattır. Biyosentez, hareket ve hücre bölünmesi gibi işlemlerde çok sayıda enzim tarafından tüketilir. Canlı organizmalarda ATP'nin işlenmesi süreklidir ve her gün insanın vücut ağırlığına kıyasla ATP miktarını dönüştürdüğü tahmin edilmektedir.

Solunum düzenlemesi

Genişletilmiş çekirdekte, nefesin sıklığını ve derinliğini düzenleyen bir solunum merkezi vardır. İki tür nöron tarafından oluşturulan zıt işlevlere sahip iki merkezden oluşur. Her ikisi de retiküler oluşum içinde bulunur. Soliter çekirdekte ve arka-belirsiz vagus sinirinin ön kısmında inspiratuar kasların motor nöronlarına omuriliğe sinir uyarıları gönderen inspiratuar merkezdir. Bunun aksine, vagus sinirinin belirsiz çekirdeğinde ve arka-belirsiz vagus sinirin arka kısmında, ekspiratuar kasların motor nöronlarını uyaran ekshalasyon merkezi vardır.

İnspirasyon merkezinin nöronları, omurilikteki motor nöronlara inen dal boyunca ve aynı zamanda köprünün retiküler oluşumunun nöronlarına yükselen akson dalıyla birlikte, dakikada birkaç kez bir dizi sinir impulsu gönderir. İnspiratuar merkezi 1-2 saniye inhibe eden ve ardından inspiratuar merkez tekrar uyaran bir pnömotaksik merkez vardır. İnspiratuar merkezin art arda uyarı ve inhibisyon dönemleri sayesinde nefeslerin ritmi sağlanır.
İnspiratuar merkez, aşağıdakilerden ortaya çıkan sinir uyarıları tarafından düzenlenir:

• karbondioksit konsantrasyonundaki, hidrojen iyonlarının konsantrasyonundaki bir artışa veya arteriyel oksijen konsantrasyonunda önemli bir azalmaya yanıt veren servikal ve aortik glomerulus kemoreseptörleri; Aort kümelerinden gelen uyarılar, glossofaringeal ve vagus sinirleri boyunca ilerler. ve etkisi inhalasyonları hızlandırmak ve derinleştirmek
• akciğer dokusu önleyiciler ve torasik proprioreseptörler;
• bronşiyal düz kaslar arasında şişirici mekanoreseptörler vardır, bunlar ekshalasyonu tetikleyen akciğer dokusunun gerilmesiyle uyarılır; daha sonra ekshalasyon sırasında akciğer dokusunun gerilmesinin azaltılması, diğer mekanoreseptörleri aktive eder, bu sefer deflasyona neden olur ve inspirasyonu tetikler; Bu fenomen Hering-Breuer refleksleri olarak adlandırılır;
• Göğsün inspiratuar veya ekspiratuar pozisyonu, ilgili proprioreseptörleri tahriş eder ve nefeslerin sıklığını ve derinliğini değiştirir: nefes ne kadar derinse, onu izleyen ekshalasyon o kadar derin olur;
• beynin üst seviyelerinin merkezleri: serebral korteks, limbik sistem, hipotalamustaki termoregülasyon merkezi