21.1B: Функціональна анатомія дихальної системи

Last updated
Save as PDF

Page ID: 70342

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

До дихальної системи належать легені, дихальні шляхи і дихальні м'язи. Вентиляція - це швидкість, з якою газ надходить або виходить з легені.

Цілі навчання

Узагальнити функціональну анатомію дихальної системи

Ключові моменти

Вентиляція відбувається під контролем вегетативної нервової системи з частин стовбура мозку - довгастого мозку та понсів - які разом утворюють регуляторний центр дихання.
Три типи вентиляції - це хвилинна вентиляція, алеволярна вентиляція та вентиляція мертвого простору.
Інгаляція ініціюється діафрагмою і підтримується зовнішніми міжреберними м'язами. Додаткові допоміжні м'язи включають грудино-ключично-соскоподібний, платизма, шарові м'язи шиї, грудні м'язи та найширші спини.
Коли діафрагма стискається, грудна клітка розширюється і вміст живота переміщується вниз, в результаті чого всередині грудної клітини збільшується грудний об'єм і негативний тиск (по відношенню до атмосферного тиску).
Видих, як правило, є пасивним процесом, оскільки легені мають природну еластичність; вони віддаються від розтягування вдиху і повітря витікає назад, поки тиск у грудях і атмосфері не досягнуть рівноваги.
Газообмін відбувається у альвеол, крихітних мішечків, які є основним функціональним компонентом легенів. Альвеоли переплітаються з капілярами, які з'єднуються з більшим кровотоком.

Ключові умови

еластична віддача: Відскок легенів від розтягування вдиху, який пасивно видаляє повітря з легенів під час видиху.
Мертвий простір: Будь-який простір в дихальних шляхах, який не бере участі в альвеолярному газообміні, наприклад, провідні зони.
вентиляція: Тілесний процес дихання, вдихання повітря для забезпечення киснем, і видих відпрацьованого повітря для видалення вуглекислого газу.

Дихальна система

Первинною функцією дихальної системи є газообмін між зовнішнім середовищем і кровоносною системою організму. У людини та інших ссавців цей обмін врівноважує оксигенацію крові з видаленням вуглекислого газу та інших метаболічних відходів з кровообігу.

Це ілюстрація анатомії бронхів. Він показує розрізний вид легеневих альвеол як кінцевих кінців дихального дерева, що виходять або з альвеолярних мішків, або альвеолярних проток, які є обома ділянками газообміну з кров'ю.

Анатомія бронхів: легеневі альвеоли - це кінцеві кінці дихального дерева, що виходять або з альвеолярних мішків, або альвеолярних проток, які є обома ділянками газообміну з кров'ю.

У міру газообміну кислотно-лужний баланс організму підтримується в рамках гомеостазу. Якщо належна вентиляція не підтримується, можуть виникнути дві протилежні умови: респіраторний ацидоз (стан, що загрожує життю) та дихальний алкалоз.

На молекулярному рівні газообмін відбувається в альвеолі-крихітних мішечках, які є основним функціональним компонентом легенів. Альвеолярна епітеліальна тканина надзвичайно тонка і проникна, що дозволяє здійснювати газообмін між повітрям всередині легенів і капілярами кровотоку. Повітря рухається відповідно до перепадів тисків, при яких повітря надходить з зон високого тиску в ділянки низького тиску.

Швидкість вентиляції

У фізіології дихання швидкість вентиляції - це швидкість, з якою газ надходить або виходить з легені. Існує кілька різних термінів, що використовуються для опису нюансів швидкості вентиляції.

Хвилинна вентиляція (V _E): Кількість повітря, що надходить в легені за хвилину. Його можна визначити як приливний об'єм (обсяг повітря, що вдихається за один вдих), що перевищує кількість вдихів за хвилину.
Альвеолярна вентиляція (V _A): Кількість газу в одиницю часу, що досягає альвеол (функціональної частини легенів, де відбувається газообмін). Він визначається як приливний об'єм мінус мертвий простір (простір у легенях, де газообмін не відбувається), що перевищує частоту дихання.
Вентиляція мертвого простору (V _D): Кількість повітря за одиницю часу, яка не досягає альвеол. Він визначається як обсяг мертвого простору, що перевищує частоту дихання.

Мертвий простір - це будь-який простір, який не бере участі в альвеолярному газообміні, і це, як правило, стосується частин легенів, які проводять зони для повітря, такі як трахея та бронхіоли.

Якщо хтось дихає через маску для підводного плавання, довжина їх провідних зон збільшується, що збільшує мертвий простір і зменшується на альвеолярну вентиляцію. Механізми зворотного зв'язку збільшують швидкість вентиляції в такому випадку, але якщо мертвий простір стане занадто великим, вони не зможуть протидіяти ефекту.

Швидкість вентиляції повітря контролюється декількома центрами вегетативної нервової системи в головному мозку, перш за все мозком і понсами.

Це зображення являє собою повне, схематичне зображення дихальної системи людини з позначеними всіма її частинами і функціями. Він також збільшується, щоб показати деталі альвеолярного газообміну.

Дихальна система людини: повне, схематичне уявлення про дихальну систему людини з її частинами та функціями.

Механізми інгаляції

Інгаляція ініціюється діяльністю діафрагми і підтримується зовнішніми міжреберними м'язами. Нормальна частота дихання людини становить від 10 до 18 вдихів в хвилину.

Під час енергійного вдихання (зі швидкістю, що перевищує 35 вдихів на хвилину) або при наближенні дихальної недостатності, додаткові м'язи, такі як грудино-ключично-соскоподібний, платизма та шарові м'язи шиї, набираються для підтримки збільшення частоти дихання. Грудні м'язи і latissimus dorsi також є допоміжними м'язами для діяльності легенів.

У нормальних умовах діафрагма є основним водієм інгаляції. Коли діафрагма стискається, грудна клітка розширюється і вміст живота переміщується вниз, в результаті чого всередині грудної клітки збільшується грудний об'єм і негативний тиск (по відношенню до атмосферного тиску).

У міру переміщення повітря з зон високого тиску в зони низького тиску скорочення діафрагми дозволяє повітрю потрапляти в провідну зону (наприклад, трахею, бронхіоли і т.д.), де він фільтрується, зігрівається і зволожується в міру надходження до легенів.

механізми видиху

Видих - це взагалі пасивний процес. Легкі мають високий ступінь еластичної віддачі, тому вони відскакують від розтягування вдиху і повітря витікає назовні, поки тиск в легенях і атмосфері не досягне рівноваги.

Причиною еластичної віддачі легкого є поверхневий натяг від молекул води на епітелії легенів. Молекула, яка називається поверхнево-активною речовиною (виділяється альвеолами), запобігає занадто великому поверхневому натягу і руйнуванню легенів.

Активний або вимушений видих досягається черевною і внутрішньою міжреберної м'язами. Під час цього процесу повітря нагнітається або видихається назовні. Під час вимушеного видиху, як і при видуванні свічки, м'язи видиху, включаючи м'язи живота і внутрішні міжреберні м'язи, генерують черевний і грудний тиск, який витісняє повітря з легенів.

Примусовий видих часто використовується як показник для вимірювання здоров'я дихальних шляхів, так як люди з обструктивними захворюваннями легенів (такими як емфізема, астма, бронхіт) не зможуть активно видихати стільки ж, скільки здорова людина через непрохідність в провідних зонах від вдиху, або від втрати еластичного віддача легенів.