Особенности строения дыхательной системы человека: Строение дыхательной системы — ЗдоровьеИнфо

Урок «Изучение системы органов дыхания человека с помощью интерактивных средств персонального компьютера».

Основные термины и понятия по биологии.

Носовая полость, носоглотка, гортань, трахея, бронхи, легкие, голосовые связки, голосовая щель, бронхиолы, альвеолы, легочная плевра (висцеральная), пристеночная плевра (париетальная), плевральная полость, газообмен, жизненная емкость легких, дыхательный центр, искусственное дыхание, пылевая инфекция, капельная инфекция, бронхит, пневмония, астма, туберкулез.

Основные термины и понятия по информатике.

Мультимедийные технологии, интерактивность, презентация, демонстрация, web-сайт, программа - браузер.

Задачи урока:

• Расширить знания о значении дыхания в обмене веществ, в освобождении необходимой организму энергии;
• С помощью возможностей ПК раскрыть строение воздухоносных путей и легких;
• Продолжить развитие умений работать с информацией, выделять главное, устанавливать причинно-следственные связи между строением и функциями на примере органов дыхания, проводить самонаблюдение;
• Закрепить умение ввода текстовой информации в табличной форме в процессоре Microsoft Word;
• Получить представление о возможностях мультимедийных технологий.

Оборудование: таблица “Органы дыхания”, модель гортани, персональные компьютеры, видеоролик “Строение и функции органов дыхания”, программа “Anatomic”, компьютерный тест в виде Web-страницы, pps-слайды; листы самоконтроля и лисы самонаблюдения.

Ход урока

I. Задачи темы (учащиеся просматривают с помощью pps-слайда (Приложение 1) на рабочих столах своих компьютеров).

II. Вводный тест (Приложение 2) – проверка исходного уровня знаний по теме.

Объяснение учителя о структуре Web-страницы и особенностях работы с нею. Каждая рабочая группа в течение ограниченного времени проходит web-тест, поученную оценку выставляют в лист самоконтроля.

III. Изучение нового материала.

1. ПРОБЛЕМА. Без пищи и воды человек может жить несколько дней, а без воздуха не может прожить даже 10 минут. Объясните:

А) почему без воздуха, без дыхания человек жить не может;
Б) в чем заключается функция органов дыхания?

Выскажите свои предположения.

Актуализация знаний из курса химии (окисление, экзотермические реакции).

Дыхание – синоним жизни.

“Dum spiro – spero” — “Пока дышу – надеюсь”, говорили древние римляне.

А какое же строение имеет дыхательная система человека?

Объяснение понятия “Интерактивность”, “Интерактивные возможности компьютера”.

2. Изучите предложенный интерактивный курс, данные внесите в таблицу (работа учащихся с компьютером, изучение программы).

Учащиеся поэтапно изучают программу “Anatomic” (Приложение 3), выслушивают объяснение учителя, записывают информацию в свои рабочие тетради.

Образец таблицы.

№	Органы	Функции	Особенности строения
1	Носовая полость. Носоглотка.	Увлажнение, согревание, обеззараживание воздуха. Практический вывод – дышать через нос!	Слизистая оболочка, реснитчатый эпителий.
2	Гортань.	Проведение воздуха в трахею, защита дыхательных путей от попадания пищи, образование звуков.	Система хрящей, голосовые связки.
3	Трахея.	Проведение воздуха, увлажнение, очищение.	Хрящевые полукольца, слизистая оболочка с реснитчатым эпителием.
4	Бронхи.	Проведение воздуха, увлажнение, очищение.	Хрящевые кольца, слизистая оболочка.
5	Легкие.	Органы дыхания, газообмен.	Легочные пузырьки.

Обсуждение результатов работы.

В процессе обсуждения учащиеся выполняют самонаблюдение по листу самонаблюдения.

Лист самонаблюдения
“Дыхательная система”

1. Сделайте глотательное движение. Что происходит в это время с дыханием? Объясните причину взаимосвязи дыхательных движений и глотания, используя знания о строении органов дыхания.

2. Нащупайте щитовидный хрящ и, не поднимая руки, сделайте глотательное движение. Что происходит? Объясните результаты.

Практический вывод – нельзя разговаривать во время еды.

3. Какие органы участвуют в образовании звуков речи?

Произнесите слоги ле, ли, ни. А теперь во время произнесения звуков зажмите нос.

Практический вывод – ротовая и носовая полость – резонаторы.

IV. Закрепление.

Составление таблицы на соответствие.

Задание. Соотнесите органы дыхания с их функциями.

Тема “Органы дыхания” (текущий контроль)

Задание: Соотнесите органы дыхания с их функциями (Приложение 4).

Наберите текст в соответствующих ячейках.

Перемещение по ячейкам таблицы – клавиша - стрелка

Выставьте свою оценку.

Оценивание: 7 правильных ответов – “5”, 6-5 – “4”, 4 – “3”, 3-1 – “2”

V. Подведение итогов.

Что нового вы узнали?

Практические выводы. Самооценка.

Оцените свою работу на уроке.

Задание на дом.

КАРТА САМОКОНТРОЛЯ

Выставление оценок за урок.

Литература:

1. Фрагмент мультимедийной программы Visual anatomy for children (Copyright BASI 1995).

Функции, факты, органы и анатомия

Обзор

Что такое дыхательная система?

Дыхательная система — это сеть органов и тканей, которые помогают вам дышать. Он включает ваши дыхательные пути, легкие и кровеносные сосуды. Мышцы, питающие ваши легкие, также являются частью дыхательной системы.Эти части работают вместе, перемещая кислород по телу и очищая отработанные газы, такие как углекислый газ.

Функция

Что делает дыхательная система?

Дыхательная система выполняет множество функций. Помимо помощи в вдохе (вдохе) и выдохе (выдохе), он:

• Позволяет говорить и нюхать.
• Доводит воздух до температуры тела и увлажняет его до необходимого вашему телу уровня влажности.
• Доставляет кислород клеткам вашего тела.
• Удаляет отработанные газы, включая углекислый газ, из организма при выдохе.
• Защищает дыхательные пути от вредных веществ и раздражителей.

Анатомия

Какие части дыхательной системы?

Дыхательная система состоит из множества различных частей, которые работают вместе, чтобы помочь вам дышать.Каждая группа частей состоит из множества отдельных компонентов.

Дыхательные пути доставляют воздух в легкие. Ваши дыхательные пути — сложная система, в которую входят:

• Рот и нос: Отверстия, через которые воздух извне попадает в дыхательную систему.
• Пазухи: Полые области между костями в голове, которые помогают регулировать температуру и влажность вдыхаемого воздуха.
• Глотка (горло): Трубка, по которой воздух доставляется изо рта и носа в трахею (дыхательное горло).
• Трахея: Канал, соединяющий горло и легкие.
• Бронхиальные трубки: Трубки в нижней части дыхательного горла, которые соединяются с каждым легким.
• Легкие: Два органа, которые удаляют кислород из воздуха и передают его в кровь.

Из легких кровь доставляет кислород ко всем вашим органам и другим тканям.

Мышцы и кости помогают перемещать вдыхаемый воздух в легкие и выходить из них. Некоторые из костей и мышц дыхательной системы включают:

• Диафрагма: Мышца, которая помогает легким втягивать воздух и выталкивать его наружу
• Ребра: Кости, которые окружают и защищают ваши легкие и сердце

Когда вы выдыхаете, ваша кровь выносит углекислый газ и другие отходы из организма. Другие компоненты, которые работают с легкими и кровеносными сосудами, включают:

• Альвеолы: Крошечные воздушные мешочки в легких, где происходит обмен кислорода и углекислого газа.
• Bronchioles: Небольшие ветви бронхов, ведущих к альвеолам.
• Капилляры: Кровеносные сосуды в стенках альвеол, по которым перемещаются кислород и углекислый газ.
• Доли легкого: Разделы легких — три доли правого легкого и две доли левого легкого.
• Плевра: Тонкие мешочки, окружающие каждую долю легкого и отделяющие легкие от грудной стенки.

Некоторые из других компонентов вашей дыхательной системы включают:

• Реснички: Крошечные волоски, которые движутся волнообразно, чтобы отфильтровать пыль и другие раздражители из дыхательных путей.
• Надгортанник: Тканевый лоскут на входе в трахею, который закрывается при глотании, чтобы не допустить попадания пищи и жидкости в дыхательные пути.
• Гортань (голосовой ящик): Полый орган, позволяющий говорить и издавать звуки, когда воздух входит и выходит.

Состояния и расстройства

Какие условия влияют на дыхательную систему?

Многие состояния могут влиять на органы и ткани, составляющие дыхательную систему.Некоторые развиваются из-за раздражителей, которые вы вдыхаете из воздуха, включая вирусы или бактерии, вызывающие инфекцию. Другие возникают в результате болезни или старения.

Состояния, которые могут вызвать воспаление (отек, раздражение и боль) или иным образом повлиять на дыхательную систему, включают:

• Аллергия: Вдыхание белков, таких как пыль, плесень и пыльца, может вызвать респираторную аллергию у некоторых людей. Эти белки могут вызывать воспаление дыхательных путей.
• Asthma: Хроническое (длительное) заболевание, астма вызывает воспаление дыхательных путей, которое может затруднить дыхание.
• Инфекция: Инфекции могут вызвать пневмонию (воспаление легких) или бронхит (воспаление бронхов). Общие респираторные инфекции включают грипп (грипп) или простуду.
• Болезнь: Респираторные заболевания включают рак легких и хроническую обструктивную болезнь легких (ХОБЛ). Эти заболевания могут нарушить способность дыхательной системы доставлять кислород по всему телу и отфильтровывать отходящие газы.
• Старение: Объем легких уменьшается с возрастом.
• Повреждение: Повреждение дыхательной системы может вызвать проблемы с дыханием.

Забота

Как сохранить здоровье дыхательной системы?

Способность выводить слизь из легких и дыхательных путей важна для здоровья дыхательных путей.

Для поддержания здоровья дыхательной системы вам необходимо:

• Избегайте загрязнителей, которые могут повредить дыхательные пути, включая пассивное курение, химические вещества и радон (радиоактивный газ, который может вызвать рак). Наденьте маску, если по какой-либо причине вы подверглись воздействию паров, пыли или других загрязняющих веществ.
• Не курите самостоятельно. Не курите.
• Придерживайтесь здоровой диеты с большим количеством фруктов и овощей и пейте воду, чтобы избежать обезвоживания
• Регулярно выполняйте физические упражнения, чтобы поддерживать здоровье легких.
• Профилактика инфекций, часто мыть руки и ежегодно делая прививку от гриппа.

Часто задаваемые вопросы

• Когда мне следует позвонить поставщику медицинских услуг по поводу проблемы с дыхательной системой?

Обратитесь к своему врачу, если у вас проблемы с дыханием или боли. Ваш врач будет прослушивать вашу грудную клетку, легкие и сердцебиение и искать признаки респираторной проблемы, такой как инфекция.

Чтобы убедиться, что ваша дыхательная система работает должным образом, ваш лечащий врач может использовать визуализационные тесты, такие как компьютерная томография или МРТ. Эти тесты позволяют вашему врачу увидеть отек или закупорку в легких и других частях дыхательной системы. Ваш врач может также порекомендовать функциональные легочные тесты, которые будут включать спирометрию. Спирометр — это устройство, которое может определить, сколько воздуха вы вдыхаете и выдыхаете.

Обращайтесь к врачу для регулярных осмотров, чтобы предотвратить серьезные респираторные заболевания и заболевания легких. Ранняя диагностика этих проблем может помочь предотвратить их серьезное развитие.

22.1 Органы и структуры дыхательной системы — анатомия и физиология

Основные органы дыхательной системы функционируют в первую очередь для обеспечения кислородом тканей тела для клеточного дыхания, удаления углекислого газа из отходов и поддержания кислотно-щелочного баланса. Части дыхательной системы также используются для выполнения не жизненно важных функций, таких как распознавание запахов, производство речи и напряжение, например, во время родов или кашля (рис. 22.1.1).

Функционально дыхательную систему можно разделить на проводящую зону и респираторную зону. Проводящая зона , дыхательной системы включает органы и структуры, непосредственно не участвующие в газообмене. Газообмен происходит в зоне дыхания .

Основными функциями проводящей зоны являются обеспечение маршрута для входящего и выходящего воздуха, удаление мусора и болезнетворных микроорганизмов из входящего воздуха, а также нагревание и увлажнение входящего воздуха.Некоторые структуры в проводящей зоне выполняют и другие функции. Например, эпителий носовых ходов важен для восприятия запахов, а бронхиальный эпителий, выстилающий легкие, может метаболизировать некоторые канцерогены, переносимые по воздуху.

Нос и прилегающие к нему структуры

Основной вход и выход из дыхательной системы — через нос. Обсуждая нос, полезно разделить его на две основные части: внешний нос и полость носа или внутренний нос.

Внешний вид носа состоит из поверхностных и скелетных структур, которые создают внешний вид носа и вносят свой вклад в его многочисленные функции (рисунок 22.1.2). Корень — это область носа, расположенная между бровями. Переносная перемычка — это часть носа, которая соединяет корень с остальной частью носа. dorsum nasi — длина носа. вершина — кончик носа. По обе стороны от верхушки ноздри образованы крылышками (сингулярное = ала). ala представляет собой хрящевую структуру, которая образует боковую сторону каждого naris (множественное число = ноздри) или отверстия ноздри. желобок — вогнутая поверхность, которая соединяет верхушку носа с верхней губой.

Под тонкой кожей носа находятся его скелетные элементы (см. Рисунок 22.1.2, нижний рисунок).В то время как корень и переносица состоят из кости, выступающая часть носа состоит из хряща. В результате при взгляде на череп отсутствует нос. Носовая кость — одна из пары костей, лежащих под корнем и переносицей. Носовая кость сочленяется сверху с лобной костью и латерально с верхнечелюстными костями. Перегородочный хрящ — это гибкий гиалиновый хрящ, соединенный с носовой костью, образующий спинную часть носа. Хрящ крыльев носа состоит из вершины носа; он окружает нарис.

Носовые ходы открываются в полость носа, которая разделена носовой перегородкой на левую и правую части (рис. 22.1.3). Носовая перегородка образована спереди частью перегородочного хряща (гибкая часть, которую можно коснуться пальцами), а сзади перпендикулярной пластиной решетчатой ​​кости (черепная кость, расположенная сразу после носовых костей) и тонкие сошковые кости (название которых связано с формой плуга). Каждая боковая стенка носовой полости имеет три костных выступа, называемых верхней, средней и нижней носовыми раковинами.Нижняя раковина — это отдельные кости, а верхняя и средняя раковины — части решетчатой ​​кости. Раковины служат для увеличения площади поверхности носовой полости и нарушения потока воздуха, когда он попадает в нос, заставляя воздух подпрыгивать вдоль эпителия, где он очищается и нагревается. Раковины и проходы также сохраняют воду и предотвращают обезвоживание носового эпителия, задерживая воду во время выдоха. Дно носовой полости состоит из неба.Твердое небо в передней части носовой полости состоит из кости. Мягкое небо в задней части носовой полости состоит из мышечной ткани. Воздух выходит из носовых полостей через внутренние ноздри и попадает в глотку.

Несколько костей, которые помогают формировать стенки носовой полости, имеют воздухосодержащие пространства, называемые придаточными пазухами носа, которые служат для нагрева и увлажнения поступающего воздуха. Пазухи выстланы слизистой оболочкой. Каждый околоносовой пазухи назван в честь связанной с ней кости: лобной пазухи, верхнечелюстной пазухи, клиновидной пазухи и решетчатой ​​пазухи.Пазухи выделяют слизь и облегчают вес черепа.

Носовые ходы и передняя часть носовых полостей выстланы слизистыми оболочками, содержащими сальные железы и волосяные фолликулы, которые служат для предотвращения прохождения крупных загрязнений, таких как грязь, через носовую полость. Обонятельный эпителий, используемый для обнаружения запахов, находится глубже в полости носа.

Раковины, носовые ходы и придаточные пазухи выстланы респираторным эпителием , состоящим из псевдостратифицированного мерцательного столбчатого эпителия (Рисунок 22.1.4). Эпителий содержит бокаловидные клетки, одни из специализированных столбчатых эпителиальных клеток, которые производят слизь для улавливания мусора. Реснички респираторного эпителия помогают удалять слизь и мусор из полости носа постоянными толчковыми движениями, перемещая материалы по направлению к глотке, чтобы их проглотить. Интересно, что холодный воздух замедляет движение ресничек, что приводит к накоплению слизи, которая, в свою очередь, может вызвать насморк в холодную погоду. Этот влажный эпителий нагревает и увлажняет поступающий воздух.Капилляры, расположенные непосредственно под эпителием носа, нагревают воздух конвекцией. Серозные и слизистые клетки также секретируют фермент лизоцим и белки, называемые дефенсинами, которые обладают антибактериальными свойствами. Иммунные клетки, патрулирующие соединительную ткань глубоко в респираторном эпителии, обеспечивают дополнительную защиту.

Глотка

Глотка представляет собой трубку, образованную скелетными мышцами и выстланную слизистой оболочкой, которая проходит через слизистую оболочку носовых полостей (см. Рисунок 22.1.3). Глотка делится на три основных области: носоглотку, ротоглотку и гортань (рисунок 22.1.5).

Носоглотка образует раковину носовой полости и служит только дыхательным путем. В верхней части носоглотки находятся глоточные миндалины. Глоточная миндалина , также называемая аденоидом, представляет собой совокупность лимфоидной ретикулярной ткани, похожую на лимфатический узел, расположенный в верхней части носоглотки. Функция глоточной миндалины до конца не изучена, но она содержит богатый запас лимфоцитов и покрыта мерцательным эпителием, который улавливает и уничтожает вторгшиеся патогены, попадающие при вдыхании.Глоточные миндалины у детей большие, но, что интересно, с возрастом регрессируют и могут даже исчезнуть. Язычок — это небольшая выпуклая каплевидная структура, расположенная на вершине мягкого неба. И язычок, и мягкое небо во время глотания движутся подобно маятнику, качаясь вверх, чтобы закрыть носоглотку, чтобы предотвратить попадание проглоченных веществ в полость носа. Кроме того, слуховые (евстахиевы) трубы, которые соединяются с каждой полостью среднего уха, открываются в носоглотку. В связи с этим простуда часто приводит к ушным инфекциям.

Ротоглотка — это проход как для воздуха, так и для пищи. Ротоглотка окаймлена сверху носоглоткой, а спереди ротовой полостью. Зев — это отверстие на стыке ротовой полости и ротоглотки. Когда носоглотка становится ротоглоткой, эпителий изменяется с псевдостратифицированного мерцательного столбчатого эпителия на многослойный плоский эпителий. Ротоглотка содержит два различных набора миндалин: небные и язычные миндалины.Нёбная миндалина — одна из пары структур, расположенных латерально в ротоглотке в области зева. Лингвальная миндалина расположена у основания языка. Подобно глоточной миндалине, небные и язычные миндалины состоят из лимфоидной ткани и улавливают и уничтожают патогены, попадающие в организм через ротовую или носовую полости.

Гортань находится ниже ротоглотки и позади гортани. Он продолжает путь проглоченного материала и воздуха до его нижнего конца, где пищеварительная и дыхательная системы расходятся.Многослойный плоский эпителий ротоглотки переходит в гортань. Спереди гортань открывается в гортань, а сзади — в пищевод.

Гортань

Гортань представляет собой хрящевую структуру, расположенную ниже гортани, которая соединяет глотку с трахеей и помогает регулировать объем воздуха, входящего и выходящего из легких (рис. 22.1.6). Структура гортани образована несколькими кусочками хряща.Три крупных хряща — щитовидный хрящ (передний), надгортанник (верхний) и перстневидный хрящ (нижний) — образуют основную структуру гортани. Щитовидный хрящ — самый большой кусок хряща, из которого состоит гортань. Щитовидный хрящ состоит из выступа гортани или «кадыка», который обычно более заметен у мужчин. Толстый перстневидный хрящ образует кольцо с широкой задней областью и более тонкой передней областью. Три парных хряща меньшего размера — черпаловидный, роговой и клиновидный — прикрепляются к надгортаннику, голосовым связкам и мышцам, которые помогают двигать голосовые связки для воспроизведения речи.

Надгортанник , прикрепленный к щитовидному хрящу, представляет собой очень гибкий кусок эластичного хряща, закрывающий отверстие трахеи (см. Рисунок 22.1.3). В «закрытом» положении незакрепленный конец надгортанника упирается в голосовую щель.Голосовая щель состоит из вестибулярных складок, настоящих голосовых связок и пространства между этими складками (рис. 22.1.7). Вестибулярная складка , или ложная голосовая связка, является одним из пары складчатых участков слизистой оболочки. Настоящая голосовая связка — это одна из белых перепончатых складок, прикрепленных мышцами к щитовидной железе и черпаловидным хрящам гортани на их внешних краях. Внутренние края настоящих голосовых связок свободны, что позволяет производить звук при колебаниях. Размер перепончатых складок настоящих голосовых связок различается у разных людей, что позволяет воспроизводить голоса с разным диапазоном высоты тона.Складки у самцов, как правило, больше, чем у самок, что создает более глубокий голос. Акт глотания заставляет глотку и гортань подниматься вверх, позволяя глотке расширяться, а надгортанник опускается вниз, закрывая отверстие для трахеи. Эти движения увеличивают площадь прохождения пищи, предотвращая попадание пищи и напитков в трахею.

Продолжая гортань, верхняя часть гортани выстлана многослойным плоским эпителием, переходящим в псевдостратифицированный мерцательный столбчатый эпителий, содержащий бокаловидные клетки. Подобно носовой полости и носоглотке, этот специализированный эпителий вырабатывает слизь для улавливания мусора и патогенов, когда они попадают в трахею. Реснички отбивают слизь вверх по направлению к гортани, где ее можно проглотить по пищеводу.

Трахея

Трахея (дыхательное горло) простирается от гортани к легким (Рисунок 22.1.8 а ). Трахея образована из 16-20 уложенных друг на друга С-образных кусочков гиалинового хряща, соединенных плотной соединительной тканью. Трахеальная мышца и эластичная соединительная ткань вместе образуют фиброэластичную мембрану , гибкую мембрану, которая закрывает заднюю поверхность трахеи, соединяя С-образные хрящи. Фиброэластичная мембрана позволяет трахее слегка растягиваться и расширяться во время вдоха и выдоха, тогда как хрящевые кольца обеспечивают структурную поддержку и предотвращают схлопывание трахеи.Кроме того, мышца трахеи может сокращаться, чтобы направлять воздух через трахею во время выдоха. Трахея выстлана псевдостратифицированным мерцательным столбчатым эпителием, который переходит в гортань. Пищевод сзади граничит с трахеей.

Бронхиальное дерево

Трахея разветвляется на правую и левую главные бронхов на киле. Эти бронхи также выстланы псевдостратифицированным мерцательным столбчатым эпителием, содержащим слизистые бокаловидные клетки (рис. 22.1.8 b ). Киль — это приподнятая структура, содержащая специализированную нервную ткань, которая вызывает сильный кашель, если присутствует инородное тело, такое как пища.Хрящевые кольца, похожие на кольца трахеи, поддерживают структуру бронхов и предотвращают их коллапс. Первичные бронхи входят в легкие в воротах, вогнутой области, где кровеносные сосуды, лимфатические сосуды и нервы также входят в легкие. Бронхи продолжают разветвляться в бронхиальное дерево. Бронхиальное дерево (или респираторное дерево) — собирательный термин, используемый для этих разветвленных бронхов. Основная функция бронхов, как и других структур проводящей зоны, заключается в обеспечении прохода воздуха для входа и выхода из каждого легкого.Кроме того, слизистая оболочка задерживает мусор и болезнетворные микроорганизмы.

А бронхиола ответвляется от третичных бронхов. Бронхиолы, которые имеют диаметр около 1 мм, продолжают ветвиться, пока не становятся крошечными конечными бронхиолами, которые приводят к структурам газообмена. В каждом легком более 1000 терминальных бронхиол. Мышечные стенки бронхиол не содержат хрящей, как в бронхах. Эта мышечная стенка может изменять размер трубки, увеличивая или уменьшая поток воздуха через трубку.

В отличие от проводящей зоны, респираторная зона включает структуры, которые непосредственно участвуют в газообмене. Дыхательная зона начинается там, где концевые бронхиолы соединяются с респираторной бронхиолой , наименьшим типом бронхиол (рис. 22.1.9), которая затем ведет к альвеолярному протоку, открывающемуся в группу альвеол.

Альвеолы ​​

Альвеолярный проток представляет собой трубку, состоящую из гладких мышц и соединительной ткани, которая открывается в группу альвеол. Альвеола — один из множества маленьких мешочков, похожих на виноград, которые прикрепляются к альвеолярным протокам.

Альвеолярный мешок представляет собой группу из множества отдельных альвеол, которые отвечают за газообмен. Альвеола имеет диаметр примерно 200 мкм с эластичными стенками, которые позволяют альвеолам растягиваться во время всасывания воздуха, что значительно увеличивает площадь поверхности, доступную для газообмена. Альвеолы ​​связаны со своими соседями альвеолярными порами , которые помогают поддерживать одинаковое давление воздуха во всех альвеолах и легком (рис. 22.1.10).

Альвеолярная стенка состоит из трех основных типов клеток: альвеолярных клеток I типа, альвеолярных клеток II типа и альвеолярных макрофагов.Альвеолярная клетка типа I представляет собой плоскоклеточную эпителиальную клетку альвеол, которые составляют до 97 процентов площади альвеолярной поверхности. Эти ячейки имеют толщину около 25 нм и очень проницаемы для газов. Альвеолярная клетка типа II вкрапленна между клетками типа I и секретирует легочное сурфактант , вещество, состоящее из фосфолипидов и белков, которое снижает поверхностное натяжение альвеол. Вокруг альвеолярной стенки перемещается альвеолярный макрофаг , фагоцитарная клетка иммунной системы, которая удаляет мусор и патогены, достигшие альвеол.

Простой плоский эпителий, образованный альвеолярными клетками I типа, прикреплен к тонкой эластичной базальной мембране. Этот эпителий очень тонкий и граничит с эндотелиальной мембраной капилляров. Взятые вместе, альвеолы ​​и капиллярные мембраны образуют дыхательную мембрану толщиной примерно 0,5 мм. Дыхательная мембрана позволяет газам проходить через простую диффузию, позволяя кислороду поглощаться кровью для транспортировки и выделять CO ₂ в воздух альвеол.

Заболевания… Дыхательной системы: Астма

Астма — распространенное заболевание, поражающее легкие как у взрослых, так и у детей. Приблизительно 8,2 процента взрослых (18,7 миллиона) и 9,4 процента детей (7 миллионов) в Соединенных Штатах страдают астмой. Кроме того, астма — самая частая причина госпитализации детей.

Астма — хроническое заболевание, характеризующееся воспалением и отеком дыхательных путей, а также бронхоспазмами (то есть сужением бронхиол), которые могут препятствовать попаданию воздуха в легкие.Кроме того, может происходить чрезмерная секреция слизи, которая дополнительно способствует закупорке дыхательных путей (рисунок 22.1.11). Клетки иммунной системы, такие как эозинофилы и мононуклеарные клетки, также могут участвовать в инфильтрации стенок бронхов и бронхиол.

Бронхоспазмы возникают периодически и приводят к «приступу астмы». Приступ может быть спровоцирован факторами окружающей среды, такими как пыль, пыльца, шерсть домашних животных или перхоть, перемены погоды, плесень, табачный дым и респираторные инфекции, или физическими упражнениями и стрессом.

Симптомы приступа астмы включают кашель, одышку, хрипы и стеснение в груди. Симптомы тяжелого приступа астмы, требующего немедленной медицинской помощи, включают затрудненное дыхание, которое приводит к посинению (синюшности) губ или лица, замешательству, сонливости, учащенному пульсу, потоотделению и сильному беспокойству.Серьезность состояния, частота приступов и выявленные триггеры влияют на тип лекарства, которое может потребоваться человеку. Для людей с более тяжелой астмой используются более длительные методы лечения. Краткосрочные, быстродействующие препараты, которые используются для лечения приступа астмы, обычно вводятся через ингалятор. Маленьким детям или лицам, испытывающим трудности с использованием ингалятора, лекарства от астмы можно вводить через небулайзер.

Во многих случаях основная причина состояния неизвестна.Однако недавние исследования показали, что определенные вирусы, такие как риновирус С человека (HRVC) и бактерии Mycoplasma pneumoniae и Chlamydia pneumoniae , зараженные в младенчестве или раннем детстве, могут способствовать развитию многих случаев астмы. .

Внешний веб-сайт

Посетите этот сайт, чтобы узнать больше о том, что происходит во время приступа астмы. Какие три изменения происходят в дыхательных путях во время приступа астмы?

| Интерактивное руководство по анатомии

Нажмите, чтобы просмотреть большое изображение

Анатомия дыхательной системы

Нос и носовая полость

Нос и полость носа образуют главное внешнее отверстие для дыхательной системы и являются первой частью дыхательных путей тела — дыхательными путями, через которые движется воздух. Нос — это структура лица, состоящая из хрящей, костей, мышц и кожи, которая поддерживает и защищает переднюю часть носовой полости. Носовая полость — это полое пространство внутри носа и черепа, , которое выстлано волосками и слизистой оболочкой. Функция носовой полости — нагревать, увлажнять и фильтровать воздух, поступающий в организм, прежде чем он достигнет легких. Волосы и слизь, выстилающие носовую полость, помогают задерживать пыль, плесень, пыльцу и другие загрязнения окружающей среды до того, как они достигнут внутренних частей тела.Воздух, выходящий из тела через нос, возвращает влагу и тепло в носовую полость, а затем выдыхается в окружающую среду.

Устье

Рот, также известный как полость рта , является вторичным наружным отверстием для дыхательных путей. Обычно нормальное дыхание происходит через носовую полость, но полость рта может использоваться для дополнения или замены функций носовой полости, когда это необходимо. Поскольку путь воздуха, поступающего в тело изо рта, короче, чем путь воздуха, поступающего из носа, рот не согревает и не увлажняет воздух, поступающий в легкие, а нос выполняет эту функцию.Во рту также отсутствуют волосы и липкая слизь, которые фильтруют воздух, проходящий через носовую полость. Одно из преимуществ дыхания через рот заключается в том, что его меньшее расстояние и больший диаметр позволяют большему количеству воздуха быстро проникать в тело.

Глотка

Глотка, также известная как горло, представляет собой мышечную воронку, которая простирается от заднего конца носовой полости до верхнего конца пищевода и гортани. Глотка делится на 3 области: носоглотку, ротоглотку и гортань.Носоглотка — это верхняя область глотки, расположенная в задней части носовой полости. Вдыхаемый воздух из носовой полости попадает в носоглотку и спускается через ротоглотку, расположенную в задней части ротовой полости. Воздух, вдыхаемый через ротовую полость, попадает в глотку на уровне ротоглотки . Затем вдыхаемый воздух опускается в гортань , , откуда направляется надгортанником в отверстие гортани. надгортанник представляет собой лоскут из эластичного хряща, который действует как переключатель между трахеей и пищеводом.Поскольку глотка также используется для проглатывания пищи, надгортанник обеспечивает попадание воздуха в трахею, закрывая отверстие в пищеводе. В процессе глотания надгортанник перемещается, чтобы покрыть трахею, чтобы пища попала в пищевод и предотвратить удушье.

Гортань

Гортань , также известная как голосовой ящик, представляет собой короткий отрезок дыхательного пути, соединяющий гортань и трахею. Гортань расположена в передней части шеи, чуть ниже подъязычной кости и выше трахеи.Несколько структур хряща составляют гортань и придают ей ее структуру. Надгортанник является одним из хрящевых участков гортани и служит прикрытием гортани во время глотания. Ниже надгортанника находится щитовидный хрящ , который часто называют адамово яблоко, поскольку он чаще всего увеличивается и виден у взрослых мужчин. Щитовидная железа держит открытым передний конец гортани и защищает голосовые связки. Ниже щитовидного хряща находится перстневидный хрящ в форме кольца, который держит гортань открытой и поддерживает ее задний конец.Помимо хряща, гортань содержит особые структуры, известные как голосовые связки, которые позволяют телу воспроизводить звуки речи и пения. Голосовые складки — это складки слизистой оболочки, которые вибрируют, издавая голосовые звуки. Напряжение и скорость вибрации голосовых связок можно изменить, чтобы изменить высоту звука, которую они производят.

Трахея

Трахея, или трахея, представляет собой трубку длиной 5 дюймов, состоящую из С-образных колец гиалинового хряща, выстланных псевдостратифицированным мерцательным столбчатым эпителием.Трахея соединяет гортань с бронхами и позволяет воздуху проходить через шею в грудную клетку. Кольца хряща, составляющие трахею, позволяют ей постоянно оставаться открытой для воздуха. Открытый конец хрящевых колец обращен кзади к пищеводу, позволяя пищеводу расширяться в пространство, занимаемое трахеей, для размещения масс пищи, движущихся по пищеводу.

Основная функция трахеи — обеспечивать свободный проход воздуха для входа и выхода воздуха из легких.Кроме того, эпителий, выстилающий трахею, вырабатывает слизь, которая улавливает пыль и другие загрязнения и не дает ей попасть в легкие. Реснички на поверхности эпителиальных клеток перемещают слизь вверх по направлению к глотке, где она может проглатываться и перевариваться в желудочно-кишечном тракте.

Бронхи и бронхиолы

На нижнем конце трахеи дыхательные пути разделяются на левую и правую ветви, известные как главные бронхи. Левый и правый бронхи входят в каждое легкое, а затем разветвляются на более мелкие вторичные бронхи.Вторичные бронхи переносят воздух в доли легких — 2 в левом и 3 в правом легком. Вторичные бронхи, в свою очередь, разделяются на множество более мелких третичных бронхов в каждой доле. третичных бронхов разделены на множество более мелких бронхиол, которые распространяются по легким. Каждая бронхиола далее разделяется на множество более мелких ветвей диаметром менее миллиметра, называемых терминальными бронхиолами. Наконец, миллионы крошечных конечных бронхиол проводят воздух к альвеолам легких.

Когда дыхательные пути разделяются на древовидные ветви бронхов и бронхиол, структура стенок дыхательных путей начинает изменяться. Первичные бронхи содержат множество хрящевых колец С-образной формы, которые прочно удерживают дыхательные пути открытыми и придают бронхам форму поперечного сечения, подобную сплющенному кругу или букве D. По мере того, как бронхи разветвляются на вторичные и третичные бронхи, хрящ становится более широким. в стенках обнаруживается больше гладких мышц и белка эластина. Бронхиолы отличаются от строения бронхов тем, что совсем не содержат хрящей.Наличие гладких мышц и эластина позволяет более мелким бронхам и бронхиолам быть более гибкими и сократительными.

Основная функция бронхов и бронхиол — переносить воздух из трахеи в легкие. Гладкая мышечная ткань в их стенках помогает регулировать поток воздуха в легкие. Когда телу требуется больший объем воздуха, например, во время упражнений, гладкие мышцы расслабляются, расширяя бронхи и бронхиолы. Расширенные дыхательные пути обеспечивают меньшее сопротивление потоку воздуха и позволяют большему количеству воздуха проходить в легкие и из них.Гладкие мышечные волокна способны сокращаться во время отдыха, чтобы предотвратить гипервентиляцию. Бронхи и бронхиолы также используют слизь и реснички своей эпителиальной выстилки для улавливания и удаления пыли и других загрязняющих веществ из легких.

Легкие

Легкие — это пара больших губчатых органов, расположенных в грудной клетке латеральнее сердца и выше диафрагмы. Каждое легкое окружено плевральной мембраной, которая дает легкому пространство для расширения, а также пространство отрицательного давления по отношению к внешней части тела.Отрицательное давление позволяет легким пассивно наполняться воздухом при расслаблении. Левое и правое легкие немного отличаются по размеру и форме из-за того, что сердце указывает на левую сторону тела. Таким образом, левое легкое немного меньше правого и состоит из 2 долей, а правое легкое — из 3 долей.

Внутренняя часть легких состоит из губчатых тканей, содержащих множество капилляров и около 30 миллионов крошечных мешочков, известных как альвеол . Альвеолы ​​- это чашевидные структуры, расположенные на конце терминальных бронхиол и окруженные капиллярами.Альвеолы ​​выстланы тонким простым плоским эпителием, который позволяет воздуху, поступающему в альвеолы, обмениваться газами с кровью, проходящей через капилляры.

Мышцы дыхания

Окружающие легкие группы мышц, способные заставлять воздух вдыхать или выдыхать из легких. Основная дыхательная мышца человеческого тела — это диафрагма, тонкий слой скелетных мышц, образующий дно грудной клетки. Когда диафрагма сжимается, она продвигается вниз на несколько дюймов в брюшную полость, расширяя пространство в грудной полости и втягивая воздух в легкие.Расслабление диафрагмы позволяет воздуху выходить из легких во время выдоха.

Между ребрами расположено множество мелких межреберных мышц , которые помогают диафрагме расширять и сжимать легкие. Эти мышцы делятся на 2 группы: внутренние межреберные мышцы и внешние межреберные мышцы. Внутренние межреберные мышцы — это более глубокий набор мышц, которые вдавливают ребра, чтобы сжать грудную полость и заставить воздух выдыхаться из легких.Наружные межреберные кости расположены над внутренними межреберями и служат для подъема ребер, увеличения объема грудной полости и обеспечения вдыхания воздуха в легкие.

Физиология дыхательной системы

Легочная вентиляция

Легочная вентиляция — это процесс перемещения воздуха в легкие и из легких для облегчения газообмена. Дыхательная система использует как систему отрицательного давления, так и сокращение мышц для обеспечения легочной вентиляции.Система отрицательного давления дыхательной системы включает создание отрицательного градиента давления между альвеолами и внешней атмосферой. Плевральная мембрана изолирует легкие и поддерживает в них давление, немного ниже атмосферного, когда легкие находятся в состоянии покоя. Это приводит к тому, что воздух следует градиенту давления и пассивно заполняет легкие в состоянии покоя. Когда легкие наполняются воздухом, давление в них повышается до тех пор, пока не станет равным атмосферному.В этот момент можно вдохнуть больше воздуха за счет сокращения диафрагмы и внешних межреберных мышц, увеличивая объем грудной клетки и снова снижая давление в легких ниже атмосферного.

Для выдоха воздуха диафрагма и внешние межреберные мышцы расслабляются, в то время как внутренние межреберные мышцы сокращаются, чтобы уменьшить объем грудной клетки и повысить давление в грудной полости. Теперь градиент давления меняется на противоположный, что приводит к выдоху воздуха до тех пор, пока давление внутри легких и снаружи тела не станет равным.В этот момент эластичная природа легких заставляет их возвращаться в исходный объем, восстанавливая отрицательный градиент давления, присутствующий во время вдоха.

Внешнее дыхание

Внешнее дыхание — это обмен газов между воздухом, заполняющим альвеолы, и кровью в капиллярах, окружающих стенки альвеол. Воздух, поступающий в легкие из атмосферы, имеет более высокое парциальное давление кислорода и более низкое парциальное давление углекислого газа, чем кровь в капиллярах.Разница в парциальных давлениях заставляет газы пассивно диффундировать в соответствии с их градиентами давления от высокого до низкого давления через простую выстилку плоского эпителия альвеол. Чистым результатом внешнего дыхания является перемещение кислорода из воздуха в кровь и перемещение углекислого газа из крови в воздух. Затем кислород может транспортироваться к тканям тела, в то время как углекислый газ выделяется в атмосферу во время выдоха.

Внутреннее дыхание

Внутреннее дыхание — это обмен газов между кровью в капиллярах и тканями тела.Капиллярная кровь имеет более высокое парциальное давление кислорода и более низкое парциальное давление углекислого газа, чем ткани, через которые она проходит. Разница в парциальных давлениях приводит к диффузии газов по градиентам их давления от высокого до низкого давления через эндотелиевую выстилку капилляров. Конечным результатом внутреннего дыхания является диффузия кислорода в ткани и диффузия углекислого газа в кровь.

Транспортировка газов

Два основных дыхательных газа, кислород и углекислый газ, переносятся через тело с кровью.Плазма крови обладает способностью переносить растворенный кислород и углекислый газ, но большинство газов, переносимых кровью, связаны с переносчиками молекул. Гемоглобин — важная транспортная молекула, обнаруженная в красных кровяных тельцах, которая переносит почти 99% кислорода в крови. Гемоглобин также может переносить небольшое количество углекислого газа из тканей обратно в легкие. Однако подавляющее большинство углекислого газа переносится в плазме в виде бикарбонат-иона. Когда парциальное давление диоксида углерода в тканях высокое, фермент карбоангидраза катализирует реакцию между диоксидом углерода и водой с образованием угольной кислоты.Угольная кислота затем диссоциирует на ион водорода и ион бикарбоната. Когда парциальное давление углекислого газа в легких низкое, реакции меняются, и углекислый газ выделяется в легкие для выдоха.

Гомеостатический контроль дыхания

В нормальных условиях покоя тело поддерживает спокойную частоту и глубину дыхания, называемую эвпноэ. Эвпноэ сохраняется до тех пор, пока потребность организма в кислороде и производстве углекислого газа не возрастет из-за больших нагрузок.Вегетативные хеморецепторы в организме контролируют парциальное давление кислорода и углекислого газа в крови и посылают сигналы в дыхательный центр ствола мозга. Затем дыхательный центр регулирует частоту и глубину дыхания, чтобы вернуть кровь к нормальному уровню парциального давления газа.

Проблемы со здоровьем, влияющие на дыхательную систему

Когда что-то нарушает нашу способность обменивать углекислый газ на кислород, это, очевидно, серьезная проблема. Многие проблемы со здоровьем могут вызывать респираторные проблемы, от аллергии и астмы до пневмонии и рака легких.Причины этих проблем столь же разнообразны — среди них инфекция (бактериальная или вирусная), воздействие окружающей среды (например, загрязнение или сигаретный дым), генетическая наследственность или сочетание факторов. Иногда начало настолько постепенное, что мы не обращаемся за медицинской помощью, пока состояние не улучшится. Иногда, как в случае с генетическим заболеванием, называемым дефицитом антитрипсина альфа-1 (A1AD), симптомы проявляются постепенно и часто недооцениваются или неправильно диагностируются. Тестирование здоровья ДНК может выявить генетический риск A1AD.

5 Функции дыхательной системы

Путем дыхания, вдоха и выдоха дыхательная система способствует обмену газов между воздухом и кровью, а также между кровью и клетками тела. Дыхательная система также помогает нам обонять и издавать звуки. Ниже приведены пять ключевых функций дыхательной системы.

1. Вдох и выдох — это легочная вентиляция — это дыхание

Дыхательная система помогает при дыхании, также называемом легочной вентиляцией.При легочной вентиляции воздух вдыхается через носовую и ротовую полости (нос и рот). Он перемещается через глотку, гортань и трахею в легкие. Затем воздух выдыхается и возвращается по тому же пути. Изменения объема и давления воздуха в легких запускают легочную вентиляцию. Во время нормального вдоха диафрагма и внешние межреберные мышцы сокращаются, а грудная клетка поднимается. По мере увеличения объема легких давление воздуха падает, и воздух врывается внутрь. Во время нормального выдоха мышцы расслабляются.Легкие становятся меньше, давление воздуха повышается, и воздух удаляется.

2. Внешнее дыхание обменивает газы между легкими и кровотоком

Внутри легких кислород обменивается на углекислый газ в результате процесса, называемого внешним дыханием. Этот респираторный процесс происходит в сотнях миллионов микроскопических мешочков, называемых альвеолами и . Кислород из вдыхаемого воздуха диффундирует из альвеол в окружающие их легочные капилляры.Он связывается с молекулами гемоглобина в красных кровяных тельцах и перекачивается через кровоток. Между тем, углекислый газ из дезоксигенированной крови диффундирует из капилляров в альвеолы ​​и выводится через выдох.

3. Внутреннее дыхание обменивает газы между кровотоком и тканями тела

Кровоток доставляет кислород к клеткам и удаляет углекислый газ через внутреннее дыхание, еще одну ключевую функцию дыхательной системы. В этом респираторном процессе красные кровяные тельца переносят кислород, поглощенный из легких, по всему телу через сосудистую сеть.Когда насыщенная кислородом кровь достигает узких капилляров, красные кровяные тельца выделяют кислород. Он проникает через стенки капилляров в ткани тела. Между тем углекислый газ диффундирует из тканей в красные кровяные тельца и плазму. Деоксигенированная кровь переносит углекислый газ обратно в легкие для высвобождения.

СТРУКТУРА ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ, СВЯЗАННОЙ С ФУНКЦИЕЙ

Дыхательная система. 2010: 11–28.

Иногда старший преподаватель физиологии и заместитель директора учебного отделения биологии, Эдинбургский университет, Эдинбург, Великобритания

Анестезиолог-консультант, Королевская больница Эдинбурга, Эдинбург, Великобритания

С января 2020 года компания Elsevier создала ресурсный центр COVID-19 с бесплатной информацией на английском и китайском языках о новом коронавирусе COVID-19. Ресурсный центр COVID-19 размещен на сайте публичных новостей и информации компании Elsevier Connect. Elsevier настоящим разрешает сделать все свои исследования, связанные с COVID-19, которые доступны в ресурсном центре COVID-19, включая этот исследовательский контент, немедленно доступными в PubMed Central и других финансируемых государством репозиториях, таких как база данных COVID ВОЗ с правами на неограниченное исследование, повторное использование и анализ в любой форме и любыми средствами с указанием первоисточника.Эти разрешения предоставляются Elsevier бесплатно до тех пор, пока ресурсный центр COVID-19 остается активным.

Цели главы

Изучив эту главу, вы сможете:

• 1.

  Описывать структуры верхних дыхательных путей, которые помогают им защищать дыхательную систему от агентов окружающей среды, вызывающих заболевания легких.

• 2.

  Различают структуру проводящих и дыхательных путей и связывают эти структуры с этиологией рестриктивного и обструктивного заболевания легких.

• 3.

  Обозначьте структуру бронхиального дерева и то, как оно нарушается при болезни.

• 4.

  Опишите гистологию областей легкого и свяжите ее с функцией и патологией.

• 5.

  Объясните особенности малого круга кровообращения и легочной гипертензии.

• 6.

  Обозначьте афферентную и эфферентную иннервацию легких.

• 7.

  Опишите грубую структуру грудной клетки и грудных внутренних органов, то, как они вызывают дыхание и как оно нарушается пневмотораксом.

• 8.

  Объясните эмбриологическое происхождение дыхательной системы и врожденные аномалии, которые могут возникнуть.

• 9.

  Перечислите метаболические и недыхательные функции дыхательной системы.

Введение

Подобно тому, как каждая часть дыхательной системы выполняет свою определенную функцию, каждая часть имеет свои особые патологии.Респираторные структуры нарушаются из-за болезни, и часто повторяемый афоризм «структура связана с функцией» никогда не более применим, чем в респираторной системе при здоровье и болезни. Изучение его структуры значительно облегчает понимание того, как работает дыхательная система.

Сначала мы опишем дыхательные пути легких, а затем ткани, которые их окружают.

Верхние дыхательные пути

Шея — это часть между лицом и туловищем.Передняя часть состоит из хрящей, через которую происходит речь и дыхание; он известен как дыхательное горло.

Аристотель, Historia animolium. 4 век до н.э.

Хрящ (хрящ), описанный Аристотелем, важен для предотвращения коллапса верхних дыхательных путей, что, в свою очередь, жизненно важно для функции легких, потому что, хотя газообмен при дыхании происходит глубоко внутри легких, те части дыхательной системы за пределами грудной клетки, которые называются верхними дыхательными путями, позволяют и влияют на процесс и имеют такое клиническое значение, что их необходимо учитывать.

Структуры верхних дыхательных путей отчетливо видны на парамедиальном сагиттальном срезе головы и шеи ( ).

Парамедиальная МРТ головы и шеи. Рот закрыт, и испытуемый дышит через нос.

Рот и нос — насморк, простуда и синдром обструктивного апноэ во сне

Вряд ли кто-либо из наших читателей избежал неприятной затруднения дыхания, связанной с простудой. Основной дискомфорт при этом состоянии возникает в результате воспаления носа (ринита) и, если он более серьезен, придаточных пазух носа.Примерно в 50% случаев этот риносинусит первоначально вызывается риновирусами, в 25% — вирусами короны, а в остальных случаях — другими вирусами. Преходящее сужение сосудов слизистой оболочки (см. Ниже) сопровождается расширением сосудов, отеком и выделением слизи. При вторичной бактериальной инфекции секреты становятся вязкими, содержат гнойные клетки и бактерии и способствуют затруднению дыхания.

Риносинусит также может иметь аллергическую этиологию или идиопатический (т. Е. Внутренний, без внешней причины).Считается, что идиопатический ринит является результатом дисбаланса активности симпатических и парасимпатических нервов, обслуживающих кровеносные сосуды слизистой оболочки, и при этом типе ринита антихолинергические препараты часто облегчают симптомы.

Аллергический ринит может быть сезонным в ответ на такие аллергены, как пыльца, или многолетним, когда основной причиной является аллерген Der pl в фекалиях клеща домашней пыли Dermatophagoides pteronyssinus .

Клещ просто невидим невооруженным глазом и живет на чешуях слиняющей кожи, особенно в постельных принадлежностях человека.Аллерген этого существа также вызывает астму, но ринит, который он вызывает, демонстрирует фильтрующее действие верхних дыхательных путей, задерживая его в носу.

Гораздо более зловещим и опасным для жизни, чем ринит, является обструктивное апноэ во сне (OSA; апноэ = отсутствие дыхания ). Это не следует путать с центральным апноэ во сне, когда пациент перестает делать дыхательных усилий во время сна. При ОАС попытки пациента дышать физически затруднены анатомо-физиологическими особенностями верхних дыхательных путей.

Субъект дышит через нос, потому что губы сомкнуты, а язык прижат к нёбу. Когда вы дышите через рот — например, когда вы задуваете свечу или сосете через соломинку, — мягкое небо выгибается вверх, образуя уплотнение против гребня Пассаванта в верхней части глотки. Эта форма обструкции дыхательных путей — нормальное явление. Аналогичным образом, при нормальных обстоятельствах, у людей, находящихся в сознании, подъязычная мышца языка имеет высокий тонус покоя, и это удерживает язык вперед, не давая ему блокировать дыхательные пути.Во время сна, особенно у тех, кто страдает опасным состоянием обструктивного апноэ во сне, язык упирается в заднюю стенку глотки и затрудняет дыхание. Мышечный тонус самого глотки снижается, особенно во время быстрого сна (быстрое движение глаз), а при СОАС глотка разрушается под отрицательным давлением вдоха. Блокирование дыхательных путей языком также почти неизбежно происходит во время общей анестезии и требует немедленного внимания анестезиолога.

Большинство, но не все здоровые люди дышат через нос, если не занимаются физическими упражнениями. Сопротивление дыханию через нос примерно вдвое больше сопротивления рта и почти вдвое меньше общего сопротивления дыхательных путей. Этот недостаток компенсируется преимуществом, получаемым за счет кондиционирования и фильтрации воздуха в носу, которые нагревают, увлажняют и фильтруют воздух до того, как он вступит в контакт с чувствительными респираторными областями легких. Новорожденным детям очень трудно дышать через рот: они почти всегда дышат через нос и очень расстраиваются, когда их нос заблокирован.Их преимущественно носовое дыхание может быть связано с их способностью одновременно сосать и дышать. С другой стороны, многие виды животных, такие как кролики, могут есть и дышать одновременно, имея боковые пищевые каналы по обе стороны от гортани (см. Ниже), которые обходят дыхательные пути. У морских млекопитающих, таких как киты, воздушный и пищевой каналы полностью разделены, причем дыхательные пути заканчиваются на затылке.

У людей нос простирается от ноздрей (наружных ноздрей) до хоан (внутренних ноздрей), которые впадают в носовую часть глотки.Каждая ноздря сужается, образуя носовой клапан, и на этом уровне общая площадь поперечного сечения дыхательных путей уже (3 мм ² ), чем где-либо еще в системе. Это сужение создает большую часть высокого сопротивления потоку воздуха в носу (см. Главу 5), и в сочетании с резким поворотом, который должен совершать вдыхаемый воздух, когда он входит в широкий (140 мм ² ) просвет полости носа. нос, вызывает турбулентность. Стенки носовой полости представляют собой твердую кость, выступающую в дыхательные пути от боковых стенок, как носовые раковины и .Они имеют большую площадь поверхности (150 см ² ), покрытую эректильной тканью слизистой оболочки сосудов, важной для «кондиционирования воздуха» носа. Эта ткань слизистой оболочки может значительно набухать при таких состояниях, как ринит (описанный выше), и именно здесь назальные деконгестанты, такие как оксиметазолин, агонист α-адренорецепторов на гладких мышцах сосудов, очищают заложенный нос, вызывая закупорку гладких мышц сосудов. заключить контракт.

Случай 2.1

Структура дыхательной системы: 1

Обструктивное апноэ сна

Г-ну Синклеру 50 лет.Для своего роста он довольно полноват: рост 168 см, вес 102 кг. Он также довольно много пьет и курит.

Последние 2 года миссис Синклер ночевала в другой комнате, чем мистер Синклер, из-за его очень громкого храпа и беспокойства по ночам. В последнее время Синклер в течение дня чувствует себя все более и более усталым. Некоторое время он регулярно засыпает, когда приходит с работы домой. За последний месяц или около того ему становится все труднее концентрироваться на работе, и однажды он был пойман менеджером спящим за своим столом, и ему грозят дисциплинарные взыскания.В конце концов миссис Синклер убедила своего мужа посетить своего врача.

Врач г-на Синклера направил его к специалисту по медицине сна. Врач предположил, что у него может быть синдром обструктивного апноэ во сне (СОАС). Он объяснил, что во время периодов глубокого сна дыхательные пути Синклера блокировались. Во время эпизода непроходимости сон г-на Синклера становится легче, пока препятствие не будет преодолено. Эти эпизоды обструкции и прерывания сна ответственны за дневную сонливость мистера Синклера.Врач продолжил предположение, что г-на Синклера можно лечить с помощью носового устройства постоянного положительного давления в дыхательных путях.

В этом разделе мы рассмотрим:

• 1.

  Что вызывает обструктивное апноэ во сне?

• 2.

  Каковы признаки, симптомы и лечение обструктивного апноэ во сне?

Нормальный физиологический отек слизистой оболочки и, как следствие, ограничение воздушного потока происходит асимметрично в течение определенного периода времени, так что один носовой ход сужен больше, чем другой.Таким образом, оба носовых прохода сужены неравномерно, с большим сужением и, следовательно, потоком воздуха, чередующимся между ноздрями в течение нескольких часов. Это колебание воздушного потока может помочь поддерживать нос при кондиционировании воздуха, позволяя одному каналу отдыхать, в то время как другой выполняет большую часть работы.

Основная функция верхних дыхательных путей — кондиционирование воздуха для вдоха. Для этого необязательно дышать через нос, а рот достаточно хорошо согревает и увлажняет вдыхаемый воздух, прежде чем он достигнет гортани.Однако рот не приспособлен для этой цели, и неприятные последствия его использования хорошо известны каждому, кто дышал ртом из-за того, что простуда заблокировала их носовые дыхательные пути.

Гортань — интубация дыхательных путей

Частой причиной случайной обструкции дыхательных путей является вдыхание пищи в трахею. Обычно, чтобы предотвратить это во время глотания, гортань, коробчатая структура на верхнем конце трахеи, приподнимается (перемещается к голове) прикрепленными к ней мышцами, и надгортанник сгибается назад, образуя очень эффективный уплотнение, как «люк» над входом в гортань.Поскольку «люк» может открываться только наружу, повышенное давление в глотке делает уплотнение надгортанника на гортани более плотным, и оно может выдерживать значительное внутреннее давление до 100 кПа.

Если эта система предотвращения попадания твердых веществ в дыхательные пути не работает, сильные кашлевые рефлексы могут быть спровоцированы нервами в слизистой оболочке гортани и трахеи.

Гортань (см.) На самом деле представляет собой довольно сложную коробку, состоящую из хрящевых пластин. Его можно закрыть, соединив две мышечные завесы, составляющие голосовых складок, поперек просвета гортани.Эффективный кашель зависит от закрытия и быстрого открытия этих «занавесок», которые в менее экстремальных обстоятельствах используются для воспроизведения и изменения звуков, из которых состоит речь. Голосовые связки могут быть сведены вместе настолько сильно, что они герметичны, чтобы противостоять самым большим попыткам дышать, которые может сделать объект. Это явно «плохо» и может произойти случайно, когда анестезиолог пытается ввести эндотрахеальную трубку в трахею пациента. Это опасное закрытие гортани называется ларингоспазмом .На рисунке показано, что анестезиолог увидит при приближении к гортани. .

Голосовые связки, которые может увидеть анестезиолог, собирающийся интубировать пациента.

Бронхоскопия

Часто бывает полезно проверить дыхательные пути ниже гортани. Сначала трахея (часть которой внегрудная), а затем внутригрудные дыхательные пути. Инструмент, используемый для этого, называется бронхоскопом и может быть жесткого типа «открытая трубка», через которую проверяются дыхательные пути, или гибкого фиброоптического инструмента ( ), который, помимо обеспечения обзора дыхательных путей изнутри через волоконно-оптическую систему, содержит каналы, через которые могут проходить различные инструменты для отбора проб и хирургические инструменты.Каждый тип бронхоскопа имеет свои преимущества, но 95% бронхоскопических процедур, проводимых в наши дни, являются фиброоптическими. Биопсийные щипцы, щетки и иглы, баллонные катетеры и лазерные волокна теперь можно пропустить через гибкие бронхоскопы для проведения процедур после первоначального осмотра даже очень маленьких внутригрудных дыхательных путей.

Бронхоскопы. Показаны как фиброоптические гибкие (A и C), так и жесткие (B и D) типы. Подавляющее большинство расследований в наши дни проводится гибким типом.Чтобы ввести жесткий бронхоскоп, голова пациента должна быть поднята и повернута, как показано.

Внутригрудные дыхательные пути

Трахея представляет собой единственную трубку, ведущую из внегрудной среды шеи, где она закрепляется на одном конце в гортани, во внутригрудную среду, содержащую легкие. Это первый из проводящих дыхательных путей, легких. Проводящие дыхательные пути, как следует из их названия, проводят воздух в дыхательные пути , , где происходит обмен газа, составляющий дыхание.Структура этих проводящих дыхательных путей отличается от структуры респираторной области, главным образом наличием хрящей и гладких мышц в их относительно толстых стенках. Этот хрящ особенно заметен в трахее, где он образует неполные кольца в форме подковы, причем два свободных конца обращены назад и закрыты слоем гладкой мускулатуры (трахеи) с прилегающим к нему пищеводом.

Дыхательные пути легких часто называют бронхиальным деревом , и слепки, в которых дыхательные пути заполнены пластиковым материалом, а затем растворенные ткани, зимой выглядят как лиственное дерево.Ветви этого «древа» могут быть представлены в схематической форме как «поколения» генеалогического древа ( ). У некоторых пациентов с бронхитом секреты иногда заполняют небольшие дыхательные пути, затвердевают и отхаркиваются в виде небольших «слепков» части этого «дерева».

Наименование дыхательных путей. Конечно, структура дыхательных путей постепенно меняется от одного типа к другому. Один конкретный тип дыхательных путей может попадать в легкие на разных расстояниях.

Трахея является первой и самой большой из примерно 23 поколений дыхательных путей.Дыхательные пути каждого поколения возникают из предыдущего посредством системы нерегулярных дихотомических ветвлений дыхательных путей. Дихотомический, потому что каждый «материнский» дыхательный путь дает начало двум «дочерним» дыхательным путям, и нерегулярный, потому что дочери, хотя и меньше матери, не обязательно одинакового размера. Именование этих поколений проиллюстрировано, из чего может быть неочевидно, что количество дыхательных путей (N) в поколении (Z) (считая одну трахею как поколение 0) составляет:

Эффект дихотомического ветвления отдельные дыхательные пути на общей площади поперечного сечения (сумма площадей поперечного сечения всех дыхательных путей на этом уровне) замечательны и показаны на .Обратите внимание, что «Общая площадь поперечного сечения» измеряется в логарифмической шкале, и поэтому это значение увеличивается намного больше, чем показано на рисунке.

Общая площадь поперечного сечения дыхательных путей человека. Общая площадь поперечного сечения на любом уровне бронхиального дерева — это сумма площадей поперечного сечения всех дыхательных путей на этом уровне.

Функциональные последствия этого увеличения значительны, потому что оно приводит к быстрому падению скорости воздуха по мере его продвижения в легкие. Этот эффект более подробно обсуждается в главе 5.Размеры некоторых дыхательных путей, составляющих бронхиальное дерево, приведены в .

Таблица 2.1

Размеры некоторых дыхательных путей трахеобронхиального дерева человека. Обратите внимание на огромное увеличение поперечного сечения и процентного общего объема за последние несколько поколений

По мере того, как вы углубляетесь в легкие, переходные и респираторные поколения дыхательных путей несут все больше и больше альвеол с до . альвеолярные мешки полностью состоят из них. Альвеолы ​​не похожи на грозди винограда или воздушные шары, стилистически представленные во многих учебниках, а скорее на рябые полости с отверстиями (поры Кона) между множеством соседних альвеол и с макрофагами, блуждающими по их поверхности, готовыми поглотить и переварить посторонние предметы. частицы (см. ).

Сканирующая электронная микрофотография альвеолы. А, альвеола; C ₁ , C ₂ , C ₃ , капилляры; E — эндотелиальная клетка; Р ₁ , пневмоциты I типа; P ₂ пневмоцит II типа; L, пластинчатые тела.

Конструкция стенки дыхательных путей. Классификация дыхательных путей будет зависеть от характеристик структуры, показанной здесь. (А) Бронх; (B) бронхиола; (C) альвеола. Эритроциты, эритроциты; К — поры Кона; EP, эпителиальное ядро; EN, эндотелиальное ядро.

Альвеолярный макрофаг. Эти фагоцитарные клетки, образованные из моноцитов, образующихся в костном мозге, содержат ферменты, разрушающие микроорганизмы. Эти ферменты могут вызывать эмфизему у пациентов с дефицитом защитного белка α ₁ -антитрипсина. М — макрофаг; С — септальный капилляр; Р ₁ , пневмоцит 1 типа; AP, альвеолярная пора; БМ — базальная мембрана; Ly, лизосомы; L, липидные капли.

Свидетельством удивительной силы эволюции является то, что компьютерные модели, которые могут анализировать систему разветвления трубок, говорят нам, что углы разветвления и изменения диаметра дыхательных путей в легких человека как раз подходят для максимального увеличения альвеолярной поверхности в минимальный объем.

Сводка 1

• • Дыхательные пути делятся на верхние над гортани и нижние на нижние.
• • Основная функция носа — «кондиционировать» воздух с точки зрения температуры и влажности.
• • Гортань защищает нижние дыхательные пути от посторонних предметов.
• • Нижние дыхательные пути можно разделить сначала на проводящие, а затем на дыхательные пути.
• • Нижние дыхательные пути образуют бронхиальное древо 23 поколений.
• • Количество дыхательных путей увеличивается намного быстрее, чем уменьшается их диаметр.
• • Это означает, что общая площадь поперечного сечения увеличивается очень быстро.
• • Воздух, поступающий в легкие, замедляется почти до полной остановки.

Гистологическая структура дыхательных путей

Микроскопическая структура стенки дыхательных путей изменяется по мере того, как вы углубляетесь в легкие. Три «снимка» структуры стенки дыхательных путей показаны на но, конечно, структура постепенно меняется от поколения к поколению.

Проводящие дыхательные пути состоят из трех общих слоев, пропорции которых различаются в зависимости от типа дыхательных путей:

• • Внутренняя поверхность слизистой оболочки состоит из мерцательного эпителия и подлежащих секретирующих слизь бокаловидных клеток.Активность ресничек и секреция глоблетных клеток составляют мукоцилиарный эскалатор (см. «Кондиционирование воздуха» ниже), который важен для удаления вдыхаемых частиц из легких.
• • Снаружи слизистой оболочки находится слой гладких мышц , в котором волокна находятся в непрерывных пучках. Эта гладкая мышца находится в уменьшающемся количестве от самых крупных дыхательных путей до входов в альвеолы.
• • Внешний слой состоит из соединительной ткани , которая в больших бронхах содержит поддерживающий хрящ.Когда дыхательные пути проникают в легкие, они сначала теряют хрящевую поддержку, и гладкие мышцы занимают больший процент стенки дыхательных путей. Затем мерцательный эпителий приобретает плоскоклеточный тип, в конечном итоге образуя респираторную область легкого.

Бронхит и индекс Рейда

Схема, представляющая структуру бронхов, проиллюстрированная и описанная выше, модифицирована при хроническом бронхите таким образом, чтобы обеспечить гистопатологический количественный диагноз заболевания.Индекс Рейда позволяет измерить долю бронхиальных желез в общей толщине стенки ( ). В нормальных легких слизистые железы занимают менее 40% общей толщины стенки. При хроническом бронхите эта пропорция изменяется из-за гиперплазии желез. Характерной чертой хронического бронхита является увеличение продукции этих желез.

Индекс Рейда. Процент толщины бронхиальной стенки, занятой тканью железы, известен как индекс Рейда и используется как показатель хронического бронхита.

Дыхательная область

Дыхательная область легких демонстрирует прекрасную степень адаптации. Они выполняют функции дыхательной поверхности, выдерживая воздействие загрязненной атмосферы и механические травмы, связанные с растяжением и последующим расслаблением примерно 12 раз в минуту в течение всей вашей жизни в результате дыхательных движений.

Одной из характеристик респираторной поверхности любого животного является то, что она должна быть тонкой, обеспечивая минимальное разделение между внешней средой (воздухом или водой) и кровью.Это прекрасно демонстрируется в легких, которые являются единственным местом в нашем теле, где кровеносные капилляры вступают в прямой контакт с окружающим воздухом в результате слияния эпителиальных клеток типа I и (которые составляют около 95% всего организма). выстилка дыхательной зоны;) с эндотелием легочных капилляров. Это сплавление приводит к ультратонкому слою, идеально подходящему для диффузии газа, но не очень хорошему для поддержки. Эволюция привела к тому, что это истончение происходит только на одной стороне легочных капилляров, тогда как клетки на другой стороне остаются отдельными и более прочными, поддерживая капилляр на своем месте ( ).

Альвеолярно-капиллярная мембрана. На этой электронной микрофотографии показано, как альвеолярные и капиллярные клетки на одной стороне альвеолярной перегородки сливаются, образуя ультратонкий слой, который создает небольшой барьер для диффузии. Другая сторона перегородки толще и обеспечивает физическую поддержку. RBC, красные кровяные тельца.

Соединения между эндотелиальными клетками капилляров являются «неплотными» и обеспечивают легкий поток воды и растворенных веществ между плазмой и межклеточным пространством.Однако соединения между эпителиальными клетками являются достаточно «плотными», чтобы предотвратить попадание больших молекул, таких как белок, в альвеолы, что может привести к отеку легких. Макрофаги могут легко протолкнуться через эпителиальные соединения, чтобы выполнять свою деятельность по очистке воздушной части альвеол.

Округлые клетки типа II , гораздо менее многочисленные, чем тип I и обнаруживаемые на стыках альвеолярных перегородок, являются стволовыми клетками, из которых формируются эпителиальные клетки типа II.Они также важны для образования сурфактанта в легких (см. Главу 3).

Кровеносные сосуды

Легочное кровообращение оказывает только шестую часть сопротивления кровотоку, которое оказывает большой круг кровообращения. Таким образом, это система низкого давления , и это отражается на тонких стенках ее артерий. Эти артерии проходят по дыхательным путям через легкие в соединительнотканных оболочках. Легочные артериолы также сильно отличаются от системных артериол, поскольку в их стенках очень мало гладких мышц.Это отсутствие гладкой мускулатуры в артериолах и, конечно же, в капиллярах и венулах, побуждает многих ученых рассматривать микроциркуляцию легких в целом, а не рассматривать капилляры как частный случай, которые извиваются вдоль нескольких альвеолярных стенок, один за другим. другой, не доходя до венул. Венулы соединяются, образуя вены, которые, в отличие от артерий, не проходят по дыхательным путям, а проходят свой собственный путь вдоль перегородок, разделяющих сегменты легкого. Дыхательные пути и легочные кровеносные сосуды вниз до конечных бронхиол получают питание от бронхиального кровообращения , которое, как часть большого круга кровообращения, отличается от легочного кровообращения легких.Часть бронхиального кровообращения возвращается в системную венозную систему обычным образом, но часть стекает в легочные вены, «загрязняя» их насыщенную кислородом кровь деоксигенированной кровью. Эта ситуация представляет собой «шунт » (см. Главу 7, стр. 97, главу 7, стр. 97).

Легочная гипертензия

Гипертония (высокое кровяное давление) может возникать как в малом круге кровообращения, так и в большом круге кровообращения. Среднее артериальное давление в легких обычно составляет около 15 мм рт. Ст. .Это означает, что ограниченная гладкая мускулатура легочной системы обычно вполне достаточна для контроля кровотока. Легочная гипертензия может возникать по внелегочным причинам, таким как митральный стеноз или левожелудочковая недостаточность, которые мешают сердцу откачивать кровь, возвращающуюся из легких. Врожденные дефекты, которые позволяют крови проходить из левой (находящейся под высоким давлением) стороны сердца в малый круг кровообращения, также вызывают легочную гипертензию.

Наиболее частой причиной легочной гипертензии являются изменения самих легочных сосудов.Они могут блокироваться эмболами, циркулирующим жиром, околоплодными водами или раковыми клетками. Они могут быть уничтожены разрушением структуры капиллярных лож из-за эмфиземы или спровоцированы сокращением гладкой мускулатуры в их стенках из-за низкого давления кислорода, вызванного большой высотой или такими заболеваниями, как бронхит и эмфизема.

Клинические признаки легочной гипертензии в основном являются результатом повышенного давления, вызывающего отек в легком и создающего перекачивающую нагрузку на правое сердце, с которой оно еще не успело справиться.Пациент жалуется на боли в груди, одышку и утомляемость. Тоны сердца изменены, и ЭКГ демонстрирует гипертрофию правого желудочка.

Лимфатические сосуды

Периваскулярные пространства альвеолярной стенки дренируются лимфатическими сосудами. Лимфатическая система легких начинается с крошечных слепых сосудов чуть выше альвеол. Они соединяются, образуя лимфатические сосуды, близкие к кровеносным сосудам и дыхательным путям. Они являются важным элементом контроля жидкостного баланса в легких и могут содержать значительное количество лимфы, особенно во время отека легких, когда они создают характерную «тень бабочки» на рентгеновском снимке грудной клетки ( ).

Рентгеновский снимок «тени бабочки» при отеке легких.

Как и в других тканях, лимфатическая система играет ключевую роль в иммунной защите легких. Эти реакции больше рассматриваются в учебнике иммунологии, но в общих чертах их можно классифицировать как:

• • гиперчувствительность немедленного типа
• • антителозависимая цитотоксичность
• • иммунные комплексные реакции
• • клеточно-опосредованные иммунные реакции.

Многие иммунные расстройства имеют характеристики астмы, тогда как те, которые вызывают интерстициальное заболевание легких, характеризуются ограничительными паттернами (см. Главу 4).

Нервы

Иннервация дыхательных путей легких отделена от того, что вызывает дыхание (см. Ниже), и состоит из афферентной и эфферентной частей. Наиболее сильные эфферентные (двигательные) эффекты оказываются на бронхомоторный тонус. В этом случае наибольшее значение имеет парасимпатический эфферент , который поступает в гладкие мышцы бронхов через преганглионарные волокна, которые проходят через яремные и затем узловые ганглии блуждающих нервов. Поскольку это парасимпатический отток, волокна синапса в ганглиях на бронхах перед отправкой коротких постганглионарных волокон к гладкой мускулатуре бронхов, где они высвобождают ацетилхолин, вызывая сужение бронхов ( ).

Иннервация диафрагмы, межреберных мышц и легких. Показаны эфферентные (двигательные) системы. Афферентная (сенсорная) система находится в основном в блуждающих нервах.

Симпатическая нервная система , которая представлена ​​анатомически, еще не доказала свою функциональную значимость. Система NANC (неадренергическая нехолинергическая), которая работает в блуждающем нерве, выделяет различные вещества, которые сокращают и расслабляют гладкие мышцы бронхов, в зависимости от обстоятельств.

Афферентные нервы от рецепторов около альвеол (J-рецепторы), в гладких мышцах дыхательных путей (рецепторы растяжения) и свободные нервные окончания между эпителиальными клетками дыхательных путей (быстро адаптирующиеся, раздражающие, рецепторы) передают информацию о ощущениях и сенсорных рефлексах от легкие в мозг, где он влияет на характер дыхания (см. главу 11) и бронхомоторный тонус.

Легочное кровообращение иннервируется симпатическими и парасимпатическими нервами, но, в отличие от ситуации в дыхательных путях, симпатическое питание имеет большее функциональное значение, чем парасимпатическое, и даже в этом случае оно оказывает значительное влияние только в условиях, требующих « борьбы или бегства ». ‘.

Ограниченное значение всех этих нервных систем демонстрируется успехом трансплантированных легких, которые фактически денервированы!

Резюме 2

• • Проводящие дыхательные пути имеют относительно толстые стенки слизистой оболочки, гладких мышц и хрящей.
• • Слизистая оболочка покрыта ресничками и образует «эскалатор», по которому пыль из легких попадает в рот.
• • Дыхательные пути образуют типичную респираторную поверхность, тонкую, влажную и сосудистую.
• • Кровеносные сосуды, нервы и лимфатические сосуды проходят параллельно дыхательным путям.
• • Бронхиальное кровообращение питает ткани легких.
• • Малый круг кровообращения участвует в газообмене.
• • Малый круг кровообращения — это система низкого давления.
• • Парасимпатические нервы являются наиболее важными в функциональном отношении, вызывая сокращение гладких мышц дыхательных путей.

Общая структура дыхательной системы

Как и в случае с другими органами, общее название функциональной ткани легких — паренхима . Подавляющее большинство объема того, что мы видим как легкие, когда грудная клетка открыта, на самом деле представляет собой альвеолярную ткань, окружающую воздушное пространство (см.).Эти воздушные пространства делают легкие настолько невещественными и легкими, что они являются единственным органом, который плавает в воде, отсюда и среднеанглийское название легких: lights .

Каждое легкое анатомически разделено на долей , состоящих из сегментов , которые подразделяются на долей ( ).

Анатомия легких. Каждое легкое разделено на доли, состоящие из сегментов, разделенных на доли фиброзной тканью.

Легкие расположены по обе стороны от средостения , которое включает трахею, сердце, основные кровеносные сосуды, нервы и пищевод.Трахея делится на правый и левый главные бронхи в области киля , которая находится рядом с дугой аорты и разделением легочной артерии на ее левую и правую ветви. Главные бронхи, легочные артерии и вены проникают в каждое легкое на уровне хила . Доли легких покрыты, за исключением их «корней» на медиальной поверхности, тонким слоем ткани, называемым висцеральной плеврой . Средостение и грудная стенка выстланы париетальной плеврой .Это помогает некоторым студентам визуализировать расположение плевры, представляя пластиковый пакет, полный легких, внутри второго пластикового пакета, причем два пакета представляют собой висцеральную и париетальную плевры соответственно ( ).

Схема плевры. Важно помнить, что между плеврами нет настоящего «пространства», а всего лишь несколько миллилитров скользкой жидкости.

Плевры выделяют несколько миллилитров вязкой жидкости, которая смазывает их, когда они трутся друг о друга во время дыхания, эта жидкость составляет «пространство» между плеврами, но важно помнить, что это крошечное пространство жидкое , а не воздух заполненный.У большинства животных есть плевральная полость, хотя она и не обязательна для жизни. Говорят, что у слонов его нет, и хирурги иногда прикрепляют легкие к грудной стенке у пациентов с разрывом легких, тем самым стирая пространство.

Плеврит

Воспаление плевры называется плевритом и может быть «сухим», когда нет заметного выпота, или связано с выпотом, который может иметь различный состав. Боль при сухом плеврите возникает из-за того, что сырые плюры перемещаются друг по другу, и пациент жалуется на резкую локализованную боль, связанную с вдохом или кашлем.Иногда сухой плеврит сопровождает пневмонию или карциному. Вытекание жидкости в плевральную полость является результатом различных условий и может иметь достаточный объем для коллапса легких. Если эти выделения содержат мало белка, их называют транссудатами; если они содержат много белка, их называют экссудатами.

Диафрагма и грудная клетка

Основание примерно цилиндрической емкости, которая является грудной клеткой, образовано диафрагмой . Это мышечный лист, окружающий большое центральное сухожилие ( ).

Диафрагма в корональном сечении. Этот рисунок показывает, насколько далеко в грудной клетке выпячивается диафрагма. Это позволяет ему действовать как поршень в шприце, поскольку его мышечные волокна укорачиваются под действием двусторонних диафрагмальных нервов.

Диафрагма расположена удивительно высоко в грудной клетке, центральное сухожилие находится примерно на уровне восьмого грудного позвонка. Мышечные волокна, прикрепленные к сухожилию, спускаются наискось и берут начало от мечевидного отростка (см. Выше), нижних краев грудной клетки и верхних поясничных позвонков.Иннервация диафрагмы осуществляется правым и левым диафрагмальным нервом , каждый из которых обслуживает свою половину диафрагмы. Диафрагмальные нервы берут начало от сегментов C3 – C5 шейного отдела спинного мозга («C3, 4 и 5 поддерживают диафрагму»), причем основной вклад вносит C4. Оба нерва проходят через грудную клетку, контактируя со средостением, проникают в диафрагму и иннервируют ее с нижней ее поверхности (см.).

Стенки грудной клетки состоят из грудной клетки ( ), которая состоит из грудины, спереди, с которой ребра 1–6 соединяются под углом около 45 ° реберными хрящами.В позвоночнике ребра соединяются реберно-позвоночными суставами, которые могут включать более одного позвонка. Ребра 7–10 соединены реберным хрящом с ребрами выше, а ребра 11 и 12 свободно «плавают» на их переднем конце.

Случай 2.1

Структура дыхательной системы: 2

Причины OSA

Для того, чтобы поток газа изо рта в альвеолы ​​проходил эффективно, дыхательные пути, составляющие дыхательную систему, должны быть открытые и патентные.Трахея и более крупные дыхательные пути открыты частичными хрящевыми кольцами внутри их стенок. Более мелкие дыхательные пути и альвеолы ​​открыты за счет напряжения окружающей их легочной ткани. Дыхательные пути над гортани открываются за счет действий мышц, расширяющих дыхательные пути, включая подъязычный язычок и небно-глоточную мышцу. Если бы не действие этих мышц, верхние дыхательные пути разрушились бы, особенно в положении лежа на спине. Во время сна тонус скелетных мышц по всему телу снижается, и это в равной степени относится к мышцам, которые поддерживают проходимость верхних дыхательных путей.Поэтому сужение верхних дыхательных путей во время сна является нормальным явлением.

У пациентов с ОАС сужение дыхательных путей более выражено, чем обычно, и приводит к периодам обструкции дыхательных путей. Это происходит по ряду причин, но самая важная из них — ожирение. Считается, что у пациентов с ожирением давление, оказываемое жиром на шее, приводит к разрушению дыхательных путей. Когда тонус подбородочно-язычного и небно-глоточного суставов снижается, например, во время сна, это может привести к обструкции дыхательных путей.

Дыхательные пути могут оставаться заблокированными всего несколько секунд или может пройти больше минуты, прежде чем пациент сделает следующий вдох. В это время у пациента может развиться гипоксия, и он начнет прилагать энергичные усилия, чтобы попытаться дышать, преодолевая закупорку дыхательных путей. Кроме того, он будет все больше просыпаться от сна. В конце концов, его мышцы, расширяющие дыхательные пути, восстанавливаются в тонусе, и обструкция дыхательных путей уменьшается. (Пациенты обычно не просыпаются.) После снятия обструкции возобновляется вентиляция и сон пациента углубляется.Это приводит к снижению тонуса мышц, расширяющих дыхательные пути, и цикл начинает повторяться.

Хотя ожирение, вероятно, является наиболее важным фактором, приводящим к ОАС, существуют и другие предрасполагающие факторы. К ним относятся анатомические изменения, предрасполагающие к сужению дыхательных путей, такие как увеличенные миндалины, опухоли дыхательных путей и аномалии нижней челюсти. Седативные препараты, в том числе алкоголь, также могут предрасполагать к апноэ во сне, вероятно, из-за нарушения режима сна и снижения мышечного тонуса.Небольшое количество случаев СОАС можно объяснить нарушениями нервно-мышечной функции.

Грудная клетка. Эта «клетка» намного более гибкая, чем иногда предполагают подготовленные образцы или модели. Между ребрами тянутся межреберные мышцы.

Между ребрами расположены три слоя межреберных мышц :

• 1.

  Наружные межреберные мышцы, идущие вперед и вниз

• 2.

  Внутренние межреберные мышцы, перпендикулярны наружу, следовательно, идет вниз и кзади

• 3.

  Внутренние межреберные волокна, волокна которых проходят в том же направлении, что и внутренние.

Эти мышцы иннервируются межреберными нервами от передних первичных ветвей сегментов T1 – T11 спинного мозга.

Многие мышцы, которые не играют основной роли в дыхании, берут свое начало в грудной клетке. Например, они двигают головой, шеей и верхними конечностями. Эти мышцы могут быть задействованы для облегчения дыхания и поэтому называются вспомогательными дыхательными мышцами .Большинство этих мышц помогают вдоху, и только сгибатели позвоночника и мышцы передней брюшной стенки помогают выдоху. Тем не менее, из-за механического преимущества дополнительных выдыхательных мышц над инспираторными мышцами, мы можем выдыхать сильнее, чем можем вдохнуть.

Как осуществляется дыхание

Любой, кто набирал жидкость шприцем, продемонстрировал, как имеет место вдохновение. Прежде чем мы углубимся в детали того, как эти два процесса похожи, нам необходимо установить два очень важных факта:

• 1.

  В легких нет мышц, которые участвуют в дыхании: небольшое количество мышц, которые они содержат, контролирует диаметр дыхательных путей.

• 2.

  Воздух будет течь только из области высокого давления в область низкого давления. На вдохе давление в эластичных альвеолах снижается за счет их растяжения за счет уменьшения давления вокруг них за счет расширения грудной клетки. Таким образом, воздух всасывается в легкие. Во время выдоха давление в легких увеличивается за счет уменьшения размера грудной клетки, тем самым сжимая газ в легких.

Снижение давления вокруг легких, вызывающее вдох, в основном является результатом активности диафрагмальных нервов, заставляющих диафрагму сжиматься и опускаться в грудной клетке, как поршень в шприце. Это втягивает воздух в грудь. При спокойном дыхании вдох — это единственная активная часть дыхания; выдох в значительной степени пассивен и является результатом упругой отдачи легких, втягивающей их и диафрагму обратно в положение покоя — что-то вроде сдувающегося воздушного шара, когда его шейка отпускается.

Центральное сухожилие диафрагмы перемещается на 1-2 см при дыхании в состоянии покоя, но может перемещаться примерно на 10 см при энергичном дыхании. Движение диафрагмы обычно составляет около 75% объема дыхания, но не является существенным для жизни: если диафрагма парализована, другие дыхательные мышцы могут в значительной степени действовать. При спокойном дыхании только некоторые (и не всегда одни и те же) волокна диафрагмальных мышц сокращаются с каждым вдохом. Это может объяснить, почему мы редко страдаем усталостью диафрагмы.

Если мы уподобим диафрагму поршню шприца, ребра можно уподобить его стенкам. Однако действие межреберных мышц на ребра (в основном со второго по десятое) может изменить диаметр грудной клетки и, таким образом, активно втягивать воздух в легкие и выводить его из легких. Во многом это связано с тем, что ребра расположены под углом, отклоняющимся от горизонтали, и их можно поднимать и опускать (см.).

Наружные межреберные мышцы при вдохе вызывают движения двух типов:

• 1.

  «Ручка насоса» — движения, при которых передний конец каждого ребра приподнят, как в старинном водяном насосе.

• 2.

  Движения «ведро-ручка», при которых диаметр грудной клетки увеличивается, каждое ребро с каждой стороны действует как подъем ручки ведра из горизонтального положения.

Оба этих типа действия увеличивают диаметр грудной клетки и, таким образом, втягивают воздух в легкие за счет снижения давления в груди.Мало того, что внешние межреберные мышцы помогают вызвать это снижение давления, но, укрепляя грудную стенку во время вдоха, они предотвращают « втягивание » груди (так же, как вы можете втягивать щеки), которое произошло бы, если бы они не сжимались. На действие межреберных мышц приходится около 25% максимальной произвольной вентиляции. Важность ребер и межреберных мышц для дыхания проявляется у пациентов, у которых ребра сломаны и у которых наблюдается так называемая «цепная грудь», при которой стенка грудной клетки сдвигается во время вдоха и выходит наружу во время выдоха.

Хотя выдох в основном пассивен во время спокойного дыхания (в результате упругой отдачи легких — подобно схлопыванию воздушного шара), мышцы выдоха могут активно сокращаться во время интенсивного дыхания или если дыхательные пути заблокированы болезнью. В этих условиях мышц живота, являются наиболее важными мышцами выдоха. Прижимая содержимое живота к диафрагме, они заставляют его подниматься в грудную клетку, тем самым вытесняя воздух из легких.Эти мышцы живота особенно активны во время кашля или чихания, что станет очевидным, если прижать пальцы к животу и кашлять. Внутренние и самые внутренние межреберные мышцы, как и внешние межреберные мышцы, занимают промежутки между ребрами и иннервируются сегментарными нервами. Они тянут ребра вниз, уменьшают диаметр грудной клетки и тем самым способствуют выдоху. Как и внешние межреберные кости, они укрепляют промежутки между ребрами и предотвращают выпячивание грудной клетки во время выдоха.Изменения размера и формы грудной клетки, вызванные деятельностью диафрагмы, межреберных и дополнительных мышц, передаются на внешнюю поверхность легких. Поскольку легкие очень гибкие, любое изменение давления на их поверхность быстро передается воздуху внутри альвеол. Это не означает, что фактическое давление в жидкости между слоями плевры, которые образуют покрытие легких и слизистую оболочку грудной клетки, такое же, как давление в альвеолах (см. Главу 5): на самом деле, это важно. чтобы ученик осознал, что они очень разные.

Эмбриология

Знание эмбриологического происхождения анатомических структур часто используется для понимания их физиологической функции и во многих клинических ситуациях. Например, феномен отраженной боли можно объяснить на основе общего эмбриологического происхождения структур. Развитие легкого плода и новорожденного может объяснить многие различия в функциях незрелого легкого и легкого взрослого.

Недоношенность, особенно с массой тела при рождении менее 2500 г, может привести к респираторной недостаточности у младенца из-за незрелости пневмоцитов II типа, вырабатывающих сурфактант (стр.18, 36). Этот респираторный дистресс-синдром , также называемый болезнью гиалиновой мембраны, развивается в течение нескольких минут или часов после рождения и характеризуется высокой частотой дыхания, требующей больших усилий из-за пониженной эластичности легких. Когда преждевременные роды находятся под угрозой, его способность выделять сурфактант оценивается путем измерения отношения лецитина к сфингомиелину в околоплодных водах. При необходимости активность пневмоцитов II типа может быть усилена введением кортикостероидов, а после рождения экзогенный сурфактант может быть введен в виде аэрозоля.Тем не менее, смертность может достигать 40%, что демонстрирует, что даже у доношенного ребенка развитие дыхательной системы лишь в достаточной степени завершено.

У 4-недельного эмбриона человека зачатки дыхательной системы сначала видны как выпуклость, ларинготрахеальный зачаток , на вентральной поверхности энтодермы пищеварительного тракта ( ). По мере удлинения зачатка проксимальная часть формирует трахею, а дистальный конец раздваивается, образуя сначала два главных бронха, а затем более дистальные части бронхиального дерева, в конечном итоге формируя ограниченное количество альвеол.Таким образом, весь эпителий, выстилающий весь дыхательный тракт, происходит от энтодермы . Хрящ, мышцы и соединительная ткань, составляющие большую часть структуры легких, развиваются из эмбриональной мезодермы , которая становится связанной с ларинготрахеальным зачатком.

Вид сбоку 4-недельного эмбриона человека. Ларинготрахеальный зачаток начинает делиться, образуя два легких.

Легкое претерпевает пять перекрывающихся фаз развития:

• • псевдогландулярное
• • канальцевое
• • саккулярное
• • альвеолярное
• • созревание микрососудов.

В псевдогландулярной фазе , которая длится с пятой по 17-ю неделю, легкое напоминает примитивную составную железу, при этом становятся видимыми дыхательные пути вплоть до конечных бронхиол. С 16 по 26 неделю находится канальцевая стадия , при которой формируются дыхательные пути будущих респираторных областей. В то же время дыхательные пути проталкиваются через окружающую мезенхиму, собирая рукав капилляров, который образует локальную сеть, которая разрастается вместе с дыхательными путями.С 25 недели до рождения будущие альвеолярные протоки и альвеолярные мешочки образуются за счет роста и разветвления мешочков неправильной формы на концах предполагаемых респираторных бронхиол. Хотя формирование альвеол начинается уже на 36 неделе беременности, при рождении присутствует только 50 миллионов альвеол по сравнению с 300 миллионами во взрослом легком. Альвеолизация продолжается около 2 лет после рождения. Созревание микроциркуляторного русла легких происходит параллельно альвеолизации в течение первых 2 лет самостоятельной жизни.С этого момента части легких растут пропорционально друг другу и массе тела.

Резюме 3

• • В легких нет мышц, которые обеспечивают дыхание.
• • Вдохновение вызывается в основном опусканием диафрагмы, как поршень в шприце.
• • Выдох в значительной степени пассивен из-за эластичности легких, как при сдутии воздушного шара.
• • Активный выдох, как и при упражнении, задействует мышцы живота.

Кондиционер

Характеристики всех респираторных поверхностей не влияют на их физическую прочность (тонкие стенки, сосуды, влажность). Следовательно, наличие защиты дыхательной поверхности легких от повреждений воздухом или чем-либо в воздухе, что должно перемещаться по ней во время дыхания, является эволюционным преимуществом. Даже в самых благоприятных условиях воздух вокруг нас холодный и сухой по сравнению с респираторной поверхностью легких.

Корпус 2.1

Структура дыхательной системы: 3

Признаки и симптомы OSA

Часто первым, кто жалуется на OSA пациента, является его или ее супруга! ОАС неизменно сопровождается громким храпом, поскольку дыхательные пути сужаются, и это в сочетании с циклами обструкции и возбуждения может привести к очень плохому ночному сну для любого человека, находящегося в одной комнате с пациентом. К тому времени, когда пациент обращается за лечением, его супруга часто спит в одиночестве.

Основной симптом, на который жалуется пациент, — дневная сонливость. Поскольку их режим сна настолько нарушен циклами апноэ и возбуждения, эти пациенты очень устают и хотят спать в течение дня. Эта сонливость может начать влиять на работу и семейную жизнь пациента, поскольку его способность концентрироваться в течение длительных периодов времени начинает уменьшаться. В худшем случае у пациента может быть тенденция терять концентрацию или даже засыпать за рулем своего автомобиля — автомобильные аварии чаще встречаются у пациентов с СОАС.

Другие симптомы, на которые может жаловаться пациент, включают утренние головные боли и ночное потоотделение, а родственники могут заметить изменения личности. По причинам, которые до конца не изучены, пациенты часто жалуются на то, что им приходится вставать, чтобы помочиться ночью, иногда в нескольких случаях.

Лечение направлено на снижение частоты обструкции дыхательных путей. Пациенту рекомендуется сбросить вес и ограничить употребление алкоголя, особенно перед сном.

Самая эффективная форма лечения, которую опробовал г-н Синклер, — это назальное постоянное положительное давление в дыхательных путях (NCPAP).Пациент носит небольшую маску, закрепленную на носу на ночь. Маска образует герметичное уплотнение вокруг носа пациента. К маске прилагается постоянное положительное давление, создаваемое небольшим насосом. Это давление передается в верхние дыхательные пути и предотвращает их схлопывание.

Доступны и другие методы лечения. Одно время популярным хирургическим лечением состояния является увулопалатофарингопластика (UPPP). Эта операция включает удаление язычка и части мягкого неба.Он имеет лишь ограниченный шанс успеха и связан с осложнениями, включая заброс жидкости в нос во время питья. Поэтому сегодня это делается нечасто.

Тепло и вода

Поскольку градиенты температуры и водяного пара между слизистой оболочкой и вдыхаемым воздухом являются наибольшими в носу и верхних дыхательных путях, на эти области ложится большая часть нагрузки по кондиционированию воздуха. Однако это бремя ложится на нижние дыхательные пути. При носовом дыхании в состоянии покоя прохождение воздуха через нос занимает <0.1 с. В течение этого времени температура повышается (если в помещении комфортно) с 20 ° C до 31 ° C к тому времени, когда воздух покидает внутренние ноздри, и до 35 ° C к тому времени, когда он достигает середины трахеи. Увлажнение происходит так же быстро, вдыхаемый воздух приближается к насыщению к тому моменту, когда достигает глотки. Увлажнение вдыхаемого воздуха предъявляет тепловые требования к телу из-за высокой скрытой теплоты испарения воды. Для испарения воды и насыщения вдыхаемого воздуха используется в пять раз больше тепла, чем для его нагрева.Процесс кондиционирования воздуха - это метаболические «затраты», и до 40% этих затрат покрывается за счет выдыхаемого воздуха, который нагревает и увлажняет слизистую носа при выдохе. У пустынных животных, таких как верблюды и песчанки, в носу высокоразвитая система носовых раковин, рекуперирующая больше тепла и воды, чем у нас.

Этот противоточный обмен тепла и воды в нашем носу хорошо демонстрируется в холодных условиях, когда слизистая оболочка носа намного холоднее, чем выдыхаемый воздух из глубоких слоев легких.В этих условиях достаточное количество воды может конденсироваться, образуя каплю на кончике носа. Это чисто естественное физическое явление, а не «простуда» или другое патологическое состояние.

В состоянии покоя большинство людей дышат через нос, хотя 15% населения обычно дышат ртом. Мы все прибегаем к ротовому дыханию во время тяжелых упражнений. Рот на удивление хорош в кондиционировании воздуха, и к тому времени, когда воздух достигает голосовой щели, условия становятся очень похожими, дышите ли вы через нос или через рот.Недостатком ротового дыхания является выдох, когда восстанавливается гораздо меньше тепла и воды. Все мы испытывали дискомфорт от сухости во рту, которая часто сопровождает заложенность носа при простуде.

Частицы и пары

Дыхательной системе угрожают многие частицы и пары химических веществ в воздухе. Верхние и проводящие дыхательные пути намного прочнее, чем респираторная поверхность, и они несут основную тяжесть защиты респираторной поверхности путем фильтрации этих частиц и паров из вдыхаемого воздуха.

Частицы должны быть относительно небольшими, чтобы проникать в дыхательные пути на любую глубину, и именно их размер и форма определяют, где они приземляются. От того, где они приземлятся, зависит, как с ними поступят.

Аэрозоль представляет собой облако частиц или капель, которое в течение некоторого времени остается устойчивым и взвешенным в воздухе. Поскольку объем (и, следовательно, масса) капли зависит от куба ее диаметра, а площадь ее поверхности связана с квадратом ее диаметра, большие капли падают быстрее, чем более мелкие.Ливень падает на землю; туман остается взвешенным в течение некоторого времени (закон Стокса гласит, что конечная скорость падающего шара пропорциональна квадрату его радиуса). Ученые, интересующиеся поведением аэрозолей в легких, часто преобразуют вес и форму частиц в размер аэродинамически эквивалентных сфер. Средневзвешенный диаметр аэрозоля — это диаметр, около которого находится 50% общей массы частиц. Медианный массовый аэродинамический диаметр (MMAD) является произведением массового среднего диаметра и квадратного корня из плотности частиц.Используя эту систему, мы видим, как 95% частиц размером> 5 мм MMAD воздействуют на стенки носа и глотки, где они задерживаются липкой слизью. Это столкновение является результатом турбулентности и количества движения частиц, выбрасывающего их из воздушного потока, когда они быстро меняют направление. В нашем носу слизь, удерживающая пыль, переносится ресничками в глотку. Затем его проглатывают. У собак реснички бьют наружу, что способствует влажному носу здоровой собаки.Частицы немного меньшего размера (1–5 мм) выдерживают завихрения и турбулентность верхних дыхательных путей и удаляются путем осаждения в мелких дыхательных путях. Осаждение — это осаждение частиц под действием силы тяжести, и этот медленный процесс эффективен только в небольших дыхательных путях, потому что их диаметр настолько мал, что частицам остается лишь немного упасть. Какими бы маленькими они ни были, эти частицы слишком массивны, чтобы на них сильно влияло движение молекул газа вокруг них, которое представляет собой явление диффузии.Частицы, которые достигают стенки малых дыхательных путей, задерживаются там слизью и поднимаются по мукоцилиарному эскалатору со скоростью около 2 мм с ^-1 в глотку в значительных количествах для проглатывания. Слизистая оболочка, улавливающая частицы, имеет толщину 5–10 мм и состоит из двух слоев. Внешний слой геля лежит на менее вязком слое, в котором реснички бьют по направлению ко рту с частотой около 20 Гц.

Самые маленькие частицы (<0,1 мм) осаждаются за счет диффузии молекул газа, вызывающих броуновское движение.Частицы «толкаются» до тех пор, пока не ударяются о стенку небольшого дыхательного пути или альвеолы. В этой области частицы прилипают к стенкам за счет поверхностного натяжения, потому что нет выделения слизи. Они также находятся за концом ресничного эскалатора. В альвеолярной области амебоидные макрофагов ( ) захватывают частицы и переносят их к эскалатору или переносят в кровь или лимфу. Когда количество пыли велико, макрофаги сбрасывают свою нагрузку вокруг дыхательных путей, бронхиол, и любой патологоанатом из угледобывающей зоны может увидеть черные «ореолы», образованные таким образом.Бактерии особенно восприимчивы к воздействию макрофагов, которые убивают их с помощью ферментов и свободных радикалов на основе кислорода (см. «Метаболическая активность», стр. 26) или переносят их из легких. Активность этих фагоцитарных клеток обеспечивает эффективную стерильность альвеолярной области легкого.

Свободные радикалы и протеазы, продуцируемые макрофагами для борьбы с инородным материалом, могут повредить само легкое; как эти опасные вещества нейтрализуются, описано ниже (Метаболическая активность, стр.36).

Влияние удара, осаждения и диффузии на частицы различного аэродинамического диаметра показано на .

Отложение частиц в легких. Обратите внимание, что аэродинамический диаметр представляет собой логарифмическую шкалу и что есть точка диаметром около 0,5 мм, в которой осаждение минимально.

Большинство частиц с аэродинамическим диаметром 0,5 мм не осаждаются: они попадают с воздушным потоком в легкие и снова выходят обратно с выдохом. представляет случай при спокойном дыхании.Лечение болезни терапевтическими аэрозолями требует медленного глубокого дыхания для обеспечения глубокого проникновения и достаточного времени для распространения. Повышенная вентиляция во время упражнений увеличивает ударную нагрузку и опасность тяжелой работы в пыльной среде.

Частицы составляют лишь небольшую часть по весу загрязняющих веществ, которыми мы дышим ( ).

Загрязнители воздуха и их источники. Обратите внимание на вклад автомобилей.

Многие газы и пары также представляют серьезную угрозу, усиленную злоупотреблением табаком.Оксиды серы и азота, углеводороды и химические вещества, образующиеся под действием солнечного света на эти вещества, вызывают воспаление дыхательных путей. Табачный дым вдыхает более 1000 вредных компонентов. Курение было определено не менее авторитетным лицом, чем король Яков (Шотландия VI) I (1603–1625), как « обычай, отвратительный для глаз, ненавистный для носа, вредный для мозга и опасный для легких ». . Неудивительно, что он был известен как «самый мудрый дурак в христианском мире». Многие вредные вещества производятся двигателями внутреннего сгорания, но внедрение каталитических нейтрализаторов значительно снизило образование монооксида углерода, который особенно пагубно влияет на перенос кислорода кровью (см. Главу 8).

Метаболическая активность

Метаболизм тканей самого легкого ничем не примечателен, со скоростью метаболизма лишь немного выше, чем в среднем для всего тела. Хотя это основной внепеченочный сайт для окисления смешанных функций системами цитохрома P450, грамм на грамм он гораздо менее активен, чем печень, и вовлечено гораздо меньше тканей. Следовательно, основная роль системы P450 в легких может заключаться в детоксикации вдыхаемых инородных веществ.Токсичные вещества, передающиеся с кровью, в значительной степени поглощаются или детоксифицируются в легких, причем основные вещества особенно хорошо обрабатываются. Эта защитная активность со стороны легких может быть « героической » до такой степени, что вызывает смертельное локальное повреждение: например, накопление свободных радикалов , полученных из кислорода, (полезных в умеренных концентрациях для поражения бактерий) усиливается с помощью средства для уничтожения сорняков. паракват (Weedol или Gramoxone), доза 1,5 г которого может быть смертельной из-за его избирательного поглощения легкими.Хотя первоначальные клинические признаки отравления паракватом включают сильное изъязвление рта и пищевода, диарею и рвоту, обычно причиной смерти является диффузный фиброз легких, вызванный избытком свободных радикалов. Помимо свободных радикалов, необходимо нейтрализовать или удалить протеазы , особенно эластаза и трипсин, высвобождаемые фагоцитами в их обычных защитных функциях, после того как они выполнили свою функцию, иначе они атакуют само легкое.Любое из этих веществ, попавших в слизь мукоцилиарного эскалатора, выводится из легких. Кроме того, их активность прекращается путем конъюгации с α ₁ -антитрипсин в плазме. Важность этого механизма демонстрируется высокой частотой и серьезностью эмфиземы легких у людей, которым не хватает антитрипсина из-за генетического дефицита.

Метаболизм циркулирующих биологически активных веществ

Поскольку легкие находятся последовательно с системным кровообращением и получают весь сердечный выброс, легкие идеально расположены для быстрого контроля уровня веществ, циркулирующих в крови.Для этого они используют огромную площадь поверхности эндотелия (100 м ² ) для удаления или разложения веществ, действие которых необходимо быстро прекратить, как только они выполнили свою функцию:

• • Норадреналин (норадреналин)
• • АТФ , ADP, AMP
• • Брадикинин
• • 5HT
• • Лейкотриены
• • PGE ₁ , PGE ₂ , PGF _{2 α} .

Вещества, которые в целом активны и поддерживают свое действие, проходят через легочную циркуляцию без изменений и включают:

• • Адреналин (адреналин)
• • Ангиотензин II
• • Дофамин
• • Гистамин
• • Сальбутамол
• • PGI ₂ , PGA ₂ .

Особый интерес, поскольку единственным примером активации переносимого с кровью вещества легкими является превращение ангиотензина I в плазме в мощное сосудосуживающее вещество ангиотензин II с помощью ангиотензин-превращающего фермента (ACE). Хотя это не ограничивается легкими, находясь в плазме и эндотелии, легочная сосудистая сеть, по-видимому, наиболее в изобилии снабжается этим ферментом, и 80% ангиотензина I плазмы превращается через легкие за один проход.АПФ также отвечает за удаление брадикинина легкими. Эндотелий легких также отвечает за тонизирующее производство NO.

Вазоактивные и бронхоактивные лейкотриены и простагландины , которые выделяются в кровоток при определенных условиях, метаболизируются из арахадоновой кислоты (очевидно, так называемой, потому что ее кристаллы выглядят как волосатые пауки) эндотелием легочных капилляров.

Помимо изменения крови, легкие также производят мукополисахаридов как часть производства бронхиальной слизи и выделяют иммуноглобулинов (Ig) в дыхательные пути для защиты от инфекции.

Продукция сурфактанта пневмоцитами II типа обсуждается на с. 36.

Недыхательные функции

Фильтрация

Часто и обоснованно упоминается фильтрующая функция легких, защищающая уязвимое мозговое и коронарное кровообращение. Однако диаметр капилляров малого круга кровообращения (около 7 мм) нельзя рассматривать как общий размер пор фильтра. Многие исследования показали, что частицы диаметром до 400 мм могут проходить по малому кругу кровообращения.Эффективный размер фильтра частично зависит от уровня физической нагрузки, которую выполняет субъект, и может зависеть от нормально закрытых артерий, открывающихся для «шунтирования» крови через легкие. Частицы, фильтруемые легкими, включают агглютинированные белые и красные кровяные тельца, капли жира и капли околоплодных вод во время беременности. Опухолевые клетки могут скапливаться и расти в легких, но именно сгустки крови из большого круга кровообращения составляют основную фильтруемую нагрузку и мешают текучести крови.

Текучесть крови

Легкие не только улавливают тромбы, но и способствуют текучести крови, являясь богатейшим источником факторов, которые способствуют (тромбопластин) или ингибируют (гепарин) свертывание. Баланс между их эффектами поддерживает текучесть крови. Любые уже образовавшиеся тромбы разрушаются протеолитическим ферментом плазмин , активированным из его неактивного предшественника в плазме, факторами, обнаруженными в больших количествах в легочном эндотелии.

Емкость крови

Объем легочной крови у лежащего человека составляет около 500 мл.Этот объем можно уменьшить вдвое за счет увеличения давления в грудной клетке, например, форсированного выдоха через закрытую гортань. С другой стороны, объем крови в груди можно увеличить вдвое за счет принудительного вдоха. Это явление позволяет малому кругу кровообращения действовать как резервуар, например, в начале упражнения, когда выброс левого желудочка быстро увеличивается. Активность симпатической нервной системы может влиять на емкость системы, вызывая сокращение гладких мышц стенок кровеносных сосудов.

Охлаждение

Высокая скрытая () теплота испарения воды делает ее испарение с дыхательной поверхности полезным механизмом для охлаждения мелких пушистых животных. Этот механизм менее очевиден у людей, возможно, потому, что мы используем испарение из нашей особенно безволосой кожи. Однако остатки этого механизма можно увидеть, если вы слишком долго находитесь в очень горячей ванне или если у вас жар — вы заметите, что рефлекторно начинаете дышать через рот.

Поведение

Дыхание является уникальной среди основных функций организма, поскольку оно контролируется как добровольно, так и непроизвольно.Например, наши сердца и почки перекачивают и фильтруют нашу кровь, даже не осознавая этого. Однако мы не можем сознательно контролировать скорость, с которой они работают. Дыхание происходит бессознательно большую часть времени (за исключением тех несчастных людей, которые страдают от Проклятия Ондина, см. Стр. 135), но в одно мгновение мы можем взять под контроль свое дыхание, например, чтобы позволить нам говорить.

Наши респираторные мышцы помогают другим системам организма многими не дыхательными путями. При поднятии тяжелого веса наше дыхание останавливается, мышцы груди сокращаются, и это образует жесткую клетку, против которой могут действовать мышцы рук.

Диафрагма и мышцы живота сокращаются одновременно, повышая внутрибрюшное давление во время рвоты, дефекации и родов. И наоборот, вдох отключается, когда вы глотаете пищу или напитки, чтобы предотвратить их вдыхание (вы заметили, что после каждого глотка следует выдох?).

Изменения в образе дыхания могут сигнализировать об эмоциях, дружеских или иных, и, прежде всего, мы используем нашу дыхательную систему для усиления речи и вокализации.

Резюме 4

• • Относительно крупные частицы оседают в носу в результате удара.
• • Более мелкие частицы оседают в дыхательных путях в результате осаждения.
• • Осажденные частицы удаляются в ротовую полость мукоцилиарным эскалатором.
• • Макрофаги работают с частицами, которые достигают альвеол.
• • Малый круг кровообращения является важным фильтром крови, особенно сгустков крови.

Дополнительная литература

• Хорсфилд К. Морфометрия легких. В: Macklem P.T., Mead J., editors. Справочник по физиологии.Раздел 3, Дыхательная система. Том III Механика дыхания, Часть I. Американское физиологическое общество; Bethesda, MD: 1986. стр. 75. [Google Scholar]
• Мюррей Дж. Ф., второе изд. У. Б. Сондерс; Филадельфия: 1986. Нормальное легкое. [Google Scholar]
• Сильверман Э.С., Герритсен М.Э., Коллинз Т. Метаболическая функция легочного эндотелия. В: Crystal R.G., West J.B., Barnes P.J., Weibel E.R., редакторы. Легкое: научные основы. второе изд. Raven Press; Нью-Йорк: 1997. [Google Scholar]
• Weibel E.Р. Академик Пресс; Нью-Йорк: 1963. Морфометрия легкого человека. [Google Scholar]
• Вейбель Э.Р. Дизайн и морфометрия легочного газообменника. В: Crystal R.G., West J.B., Barnes P.J., Weibel E.R., редакторы. Легкое: научные основы. второе изд. Raven Press; Нью-Йорк: 1997. [Google Scholar]
• Young B., Heath J.W. Черчилль Ливингстон; Эдинбург: 2000. Функциональная гистология Уитера: Атлас текста и цвета. [Google Scholar]

13.2 Структура и функция дыхательной системы — Биология человека

Создано CK-12 Foundation / Адаптировано Кристин Миллер