Het menselijke ademhalingssysteem bestaat uit de luchtwegen (boven en onder) en de longen. Het ademhalingssysteem is verantwoordelijk voor de gasuitwisseling tussen het organisme en de omgeving. Hoe is het ademhalingssysteem opgebouwd en hoe werkt het?

Het menselijke ademhalingssysteemwordt verondersteld ademen mogelijk te maken - het proces van gasuitwisseling, namelijk zuurstof en koolstofdioxide, tussen het organisme en de omgeving. Elke cel in ons lichaam heeft zuurstof nodig om goed te kunnen functioneren en energie op te wekken. Het ademhalingsproces is onderverdeeld in:

  • externe ademhaling - zuurstof aan cellen leveren
  • interne ademhaling - intracellulair

Externe ademhaling vindt plaats door de synchronisatie van het ademhalingssysteem met de zenuwcentra en is onderverdeeld in een aantal processen:

  • longventilatie
  • gasdiffusie tussen alveolaire lucht en bloed
  • transport van gassen door het bloed
  • gasdiffusie tussen bloed en cellen

Structuur van het ademhalingssysteem

De luchtwegen bestaan ​​uit:

  • bovenste luchtwegen , dat wil zeggen: neusholte ( cavum nasz ) en keel ( farynx )
  • onderste luchtwegen : strottenhoofd ( strottenhoofd ), luchtpijp ( luchtpijp ), bronchiën ( bronchiën ) - rechts en links, die verder zijn verdeeld in kleinere takken, en de kleinsten veranderen in bronchioli ( bronchioli )

Het laatste deel van de luchtweg leidt naar de longblaasjes ( alveoli pulmonales ). De ingeademde lucht die door de luchtwegen gaat, wordt ontdaan van stof, bacteriën en andere kleine onzuiverheden, gehydrateerd en verwarmd. Aan de andere kant zorgt de structuur van de bronchiën, door het combineren van kraakbeen, elastische en gladde spierelementen, voor de regulering van hun diameter. De keel is waar de luchtwegen en het spijsverteringsstelsel elkaar kruisen. Om deze reden stopt de ademhaling bij het slikken en sluit de luchtweg zich door de epiglottis.

  • longen- gepaarde organen in de borst

In anatomische en functionele termen zijn de longen verdeeld in lobben (de linkerlong in twee lobben en de rechter in drie), de lobben zijn verder onderverdeeld in segmenten, segmenten in lobben en lobben in clusters.

Ze omringen elke longtwee lagen bindweefsel - pariëtale pleura ( pleura parietalis ) en longpleura ( pleura pulmonalis ). Daartussen bevindt zich de pleuraholte ( cavum pleurae ), en de vloeistof erin zorgt ervoor dat de long bedekt met het longpleura zich kan hechten aan het pariëtale borstvlies dat is versmolten met de binnenwand van de borstkas. Op de plaats waar de bronchiën de longen binnendringen, bevinden zich longholten, waarin naast de bronchiën ook slagaders en longaderen zijn.

Longventilatie

De essentie van ventilatie is om atmosferische lucht in de longblaasjes te zuigen. Omdat lucht altijd van hogere druk naar lagere druk stroomt, zijn de juiste spieren betrokken bij elke in- en uitademing, waardoor de zuig- en drukbeweging van de borstkas mogelijk wordt.

Aan het einde van de uitademing is de druk in de longblaasjes gelijk aan de atmosferische druk, maar tijdens het aanzuigen van lucht, het diafragma ( diafragmaa ) en de externe intercostale spieren (musculi intercostales) contract externi ), dit vergroot het volume van de borstkas en creëert een vacuüm dat de lucht aanzuigt.

Wanneer de vraag naar ventilatie toeneemt, worden extra ademhalingsspieren geactiveerd: de sternocleidomastoïde spieren ( musculi sternocleidomastoidei ), kleinere borstspieren ( musculi pectorales minores), anterieure getande spieren ( musculi serrati anteriores ), trapeziusspieren ( musculi trapezii ), hefbomen van het schouderblad ( musculi levatores scapulae ), grote en kleine parallellogramspieren ( musculi rhomboidei maiores et minores ) en hellende spieren ( musculi scaleni )

De volgende stap is uitademen. Het begint wanneer de inademingsspieren ontspannen op het hoogtepunt van de inademing. Meestal is dit een passief proces, omdat de krachten die worden gegenereerd door de uitgerekte elastische elementen in het longweefsel voldoende zijn om de borstkas in volume te laten afnemen. Alveolaire druk stijgt boven atmosferische druk en het resulterende drukverschil verwijdert lucht naar buiten.

De situatie is iets anders bij krachtig uitademen. We hebben ermee te maken wanneer het ademhalingsritme traag is, wanneer de uitademing het overwinnen van verhoogde ademweerstand vereist, bijvoorbeeld bij sommige longziekten, maar ook bij fonetische activiteit, vooral tijdens het zingen of het bespelen van blaasinstrumenten. De motoneuronen van de uitademingsspieren worden gestimuleerd, waaronder: de intercostale spiereninterne spieren ( musculi intercostales interni ) en de spieren van de voorste buikwand, vooral de spieren van de rectus abdominis ( musculi recti abdominis ).

Ademhalingsfrequentie

De ademhalingsfrequentie is zeer variabel en hangt af van veel verschillende factoren. Een rustende volwassene moet 7-20 keer per minuut ademen. Factoren die leiden tot een toename van de ademhalingssnelheid, professioneel tachypneu genoemd, zijn onder meer inspanning, longaandoeningen en extrapulmonale ademnood. Aan de andere kant kan bradypnoe, d.w.z. een significante afname van het aantal ademhalingen, het gevolg zijn van neurologische aandoeningen of centrale bijwerkingen van verdovende middelen. Kinderen verschillen hierin van volwassenen: hoe kleiner de peuter, hoe hoger de fysiologische ademhalingsfrequentie.

Longvolumes en capaciteiten

  • TLC (totale longcapaciteit) -totale longcapaciteit- volume dat zich in de longen bevindt na de diepste inademing
  • IC -inademingscapaciteit- in de longen getrokken tijdens de diepste inademing na een rustige uitademing
  • IRV (inspiratoir reservevolume) -inspiratoir reservevolume- in de longen getrokken tijdens de maximale inspiratie op het hoogtepunt van de vrije inspiratie
  • TV (teugvolume) -teugvolume- vrij ingeademd en uitgeademd tijdens in- en uitademing
  • FRC -resterende functionele capaciteit- blijft in de longen na rustige uitademing
  • ERV (expiratoir reservevolume) -expiratoir reservevolume- verwijderd uit de longen tijdens maximale uitademing na vrije inademing
  • RV (restvolume) -restvolume- blijft altijd in de longen tijdens maximale uitademing
  • VC (vitale capaciteit) -vitale capaciteit- verwijderd uit de longen na maximale inademing tijdens maximale uitademing
  • IVC (inspiratoire vitale capaciteit) -inspiratoire vitale capaciteit- in de longen gezogen na de diepste uitademing bij maximale inademing; kan iets groter zijn dan VC omdat op het moment van maximale uitademing gevolgd door maximale inademing, de alveolaire geleiders sluiten voordat de lucht die de bellen vult wordt verwijderd

Tijdens vrije inspiratie is het teugvolume 500 ml. Niet al dit volume bereikt echter de longblaasjes. Ongeveer 150 ml vult de luchtwegen, die geen voorwaarden hebben voor gasuitwisseling tussen lucht en bloed, d.w.z. de neusholte, keelholte, strottenhoofd, luchtpijp, bronchiën en bronchiolen. Dit heet anatomische respiratoire dode ruimte. De resterende 350 ml wordt gemengd metwaarbij lucht de functionele restcapaciteit vormt, wordt deze gelijktijdig verwarmd en verzadigd met waterdamp. Ook in de longblaasjes is niet alle lucht gasvormig. In de haarvaten van de wanden van sommige longblaasjes stroomt het bloed niet of niet genoeg om alle lucht te gebruiken voor gasuitwisseling. Dit is de fysiologische respiratoire dode ruimte en is klein bij gezonde mensen. Helaas kan het aanzienlijk toenemen in ziektetoestanden.

De gemiddelde ademhalingssnelheid tijdens rust is 16 per minuut, en het ademvolume is 500 ml. Als we deze twee waarden vermenigvuldigen, krijgen we longventilatie. Hieruit volgt dat er ongeveer 8 liter lucht per minuut wordt ingeademd en uitgeademd. Tijdens snelle en diepe ademhalingen kan de waarde aanzienlijk toenemen, zelfs van tien tot twintig keer.

Al deze gecompliceerde parameters: capaciteiten en volumes werden niet alleen geïntroduceerd om ons in verwarring te brengen, maar hebben ook een belangrijke toepassing bij de diagnose van longziekten. Er is een test - spirometrie die meet: VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV en IRV. Het is essentieel voor de diagnose en monitoring van ziekten zoals astma en COPD.

Gasdiffusie tussen alveolaire lucht en bloed

De basisstructuur waaruit de longen bestaan, zijn de longblaasjes. Er zijn er ongeveer 300-500 miljoen, elk met een diameter van 0,15 tot 0,6 mm, en hun totale oppervlakte varieert van 50 tot 90 m².

De wanden van de longblaasjes zijn opgebouwd uit een dun, vlak, enkellaags epitheel. Naast de cellen die het epitheel vormen, bevatten de follikels twee andere soorten cellen: macrofagen (darmcellen) en ook type II folliculaire cellen die de oppervlakteactieve stof produceren. Het is een mengsel van eiwitten, fosfolipiden en koolhydraten geproduceerd uit vetzuren in het bloed. De oppervlakteactieve stof voorkomt, door de oppervlaktespanning te verminderen, dat de longblaasjes aan elkaar blijven plakken en vermindert de krachten die nodig zijn om de longen te strekken. Van buitenaf zijn de blaasjes bedekt met een netwerk van haarvaten. Haarvaten die in de longblaasjes komen, vervoeren bloed dat rijk is aan koolstofdioxide, water, maar met een kleine hoeveelheid zuurstof. Daarentegen is in alveolaire lucht de partiële druk van zuurstof hoog en die van koolstofdioxide laag. Gasdiffusie volgt een gradiënt van gasdeeltjesdruk, dus capillaire erytrocyten vangen zuurstof uit de lucht en verwijderen koolstofdioxide. Gasmoleculen moeten door de alveolaire wand en de capillaire wand gaan, en meer bepaald door: een laag vloeistof die het alveolaire oppervlak, het alveolaire epitheel, het basaalmembraan en het endotheel bedekthaarvaten

Transport van gassen door het bloed

  • zuurstoftransport

Zuurstof lost eerst fysiek op in plasma, maar diffundeert vervolgens door de envelop naar de erytrocyten, waar het zich bindt met hemoglobine om oxyhemoglobine (zuurstofrijk hemoglobine) te vormen. Hemoglobine speelt een zeer belangrijke rol bij het transport van zuurstof, omdat elk van zijn moleculen wordt gecombineerd met 4 zuurstofmoleculen, waardoor het vermogen van bloed om zuurstof te transporteren tot 70 keer wordt vergroot. De hoeveelheid zuurstof opgelost in plasma is zo klein dat het niet relevant is voor de ademhaling. Dankzij de bloedsomloop bereikt het met zuurstof verzadigde bloed elke cel van het lichaam.

  • transport van kooldioxide

Weefselkooldioxide komt de haarvaten binnen en wordt naar de longen getransporteerd:

    oke. 6% fysiek opgelost in plasma en in het cytoplasma van erytrocytenoke. 6% gebonden aan vrije aminogroepen van plasma en hemoglobine-eiwitten (als carbamaten)
  • meerderheid, d.w.z. ongeveer 88% als HCO3-ionen gebonden door het bicarbonaatbuffersysteem van plasma en erytrocyten

Gasdiffusie tussen bloed en cellen

In de weefsels dringen gasmoleculen opnieuw binnen langs de elasticiteitsgradiënt: de zuurstof die vrijkomt uit hemoglobine diffundeert in de weefsels, terwijl koolstofdioxide in de tegenovergestelde richting diffundeert - van de cellen naar het plasma. Door de verschillen in de zuurstofbehoefte van verschillende weefsels zijn er ook verschillen in zuurstofspanning. In weefsels met een intensieve stofwisseling is de zuurstofspanning laag, waardoor ze meer zuurstof verbruiken, terwijl het drainerende veneuze bloed minder zuurstof en meer kooldioxide bevat. Het arterioveneuze verschil in zuurstofgeh alte is een parameter die de mate van zuurstofverbruik door weefsels bepa alt. Elk weefsel wordt voorzien van arterieel bloed met hetzelfde zuurstofgeh alte, terwijl veneus bloed er meer of minder van kan bevatten.

Innerlijke ademhaling

Ademen op cellulair niveau is een biochemisch proces in meerdere fasen waarbij organische verbindingen worden geoxideerd die biologisch bruikbare energie produceren. Het is een fundamenteel proces dat doorgaat, zelfs wanneer andere metabolische processen worden gestopt (anaërobe alternatieve processen zijn inefficiënt en van beperkt belang).

De sleutelrol wordt gespeeld door mitochondriën - cellulaire organellen, die zuurstofmoleculen ontvangen die in de cel diffunderen. Alle enzymen van de Krebs-cyclus (ook bekend als de tricarbonzuurcyclus) bevinden zich op het buitenmembraan van de mitochondriën, terwijl de enzymen van de keten zich op het binnenmembraan bevinden.

In de Krebs-cyclus worden suiker-, eiwit- en vetmetabolieten geoxideerd tot koolstofdioxide en water, waarbij vrije waterstofatomen of vrije elektronen vrijkomen. Verder in de ademhalingsketen - de laatste fase van intracellulaire ademhaling - worden door het overbrengen van elektronen en protonen naar opeenvolgende transportbanden, hoogenergetische fosforverbindingen gesynthetiseerd. De belangrijkste daarvan is ATP, d.w.z. adenosine-5′-trifosfaat, een universele drager van chemische energie die wordt gebruikt bij het celmetabolisme. Het wordt door tal van enzymen geconsumeerd in processen zoals biosynthese, beweging en celdeling. De verwerking van ATP in levende organismen is continu en er wordt geschat dat de mens elke dag de hoeveelheid ATP omzet die vergelijkbaar is met zijn lichaamsgewicht.

Ademhalingsregeling

In de medulla bevindt zich het ademhalingscentrum dat de frequentie en diepte van de ademhaling regelt. Het bestaat uit twee centra met tegengestelde functies, gebouwd door twee soorten neuronen. Beide bevinden zich in de reticulaire formatie. In de eenzame kern en in het voorste deel van de posterieur-ambigue nervus vagus bevindt zich het inademingscentrum, dat zenuwimpulsen naar het ruggenmerg stuurt, naar de motorneuronen van de inademingsspieren. Aan de andere kant, in de dubbelzinnige kern van de nervus vagus en in het achterste deel van de achterste dubbelzinnige kern van de nervus vagus, is er het uitademingscentrum, dat de motorneuronen van de uitademingsspieren stimuleert.

De neuronen van het inspiratiecentrum sturen meerdere keren per minuut een uitbarsting van zenuwimpulsen, die de tak volgen die afda alt naar de motorneuronen in het ruggenmerg en tegelijkertijd de axontak die stijgt naar de neuronen van de reticulaire vorming van de brug. Er is een pneumotaxisch centrum dat het inspiratiecentrum 1-2 seconden remt en dan stimuleert het inspiratiecentrum weer. Door opeenvolgende perioden van stimulatie en inhibitie van het inspiratiecentrum, wordt de ritmiciteit van de ademhalingen verzekerd. Het inspiratiecentrum wordt gereguleerd door zenuwimpulsen die ontstaan ​​in:

  • chemoreceptoren van de cervicale en aorta-kwabben, die reageren op een verhoging van de kooldioxideconcentratie, de concentratie van waterstofionen of een significante verlaging van de zuurstofconcentratie in arterieel bloed; impulsen van de aortastolsels reizen door de glossofaryngeale en vagus zenuwen. en het effect is de versnelling en verdieping van inhalaties
  • interoreceptoren van longweefsel en thoracale proprioreceptoren;
  • Mechanoreceptoren voor inflatie bevinden zich tussen de gladde spieren van de bronchiën, ze worden gestimuleerd door het uitrekken van het longweefsel, wat de uitademing veroorzaakt; vermindert vervolgens de rek van het longweefsel bij uitademing, activeert deze keer andere mechanoreceptorendeflatoire die de inademing veroorzaken; Dit fenomeen wordt de Hering-Breuer-reflexen genoemd;
  • De inademings- of expiratoire instelling van de borstkas irriteert de respectieve proprioreceptoren en wijzigt de frequentie en diepte van de ademhaling: hoe dieper u inademt, hoe dieper u uitademt;
  • centra van de bovenste niveaus van de hersenen: cortex, limbisch systeem, thermoregulatiecentrum in de hypothalamus

Categorie:

Ademhalingssysteem