Układ oddechowy

Budowa układu oddechowego

Podstawowym zadaniem układu oddechowego jest umożliwienie wymiany gazowej, czyli dostarczaniu tlenu do organizmu i usuwaniu dwutlenku węgla.

Układ oddechowy:

Jama nosowa

Wyścielona jest błoną śluzową utworzoną z nabłonka migawkowego. Powietrze dostające się do jamy nosowej ulega ogrzaniu, nawilżeniu i oczyszczeniu z kurzu i bakterii. W górnej części jamy nosowej nabłonek tworzy pola węchowe umożliwiające odbiór wrażeń węchowych.

Gardło i krtań

W gardle krzyżują się drogi pokarmowe i oddechowe. Z gardła wdychane powietrze dostaje się do krtani, zbudowanej z chrząstek połączonych więzadłami i mięśniami. Górna część krtani to nagłośnia. Zamyka ona wejście do krtani podczas połykania pokarmu. Poniżej znajdują się fałdy głosowe (struny głosowe). Powietrze, przechodząc przez krtań przy napiętych fałdach głosowych, wprawia je w drgania, co umożliwia wydawanie dźwięków.

Tchawica i oskrzela

Tchawica przypomina lekko spłaszczoną rurę, wzmocnioną chrząstkami. Rozdziela się ona na dwa oskrzela główne, które wnikają do płuc, a następnie rozdzielają się na coraz mniejsze oskrzela. Tchawica i oskrzela wyścielone są błoną śluzową z nabłonkiem migawkowym. Nieustanne ruchy rzęsek nabłonka usuwają z płuc zanieczyszczenia, nadmiar śluzu itp.

Płuca

Płuca są narządem parzystym położonym w klatce piersiowej. Płuco lewe składa się z dwóch płatów, prawe z trzech. Płuca otoczone są błoną zwaną opłucną. Jedna część opłucnej przylega do płuc (opłucna płucna), druga do klatki piersiowej (opłucna ścienna). Przestrzeń między nimi wypełniona jest płynem. Same płuca są plątaniną drobnych oskrzeli i oskrzelików zakończonych pęcherzykami płucnymi. Pęcherzyki mają bardzo cienkie ściany, zbudowane z jednowarstwowego nabłonka płaskiego. Każdy pęcherzyk otoczony jest gęstą siecią naczyń włosowatych.

Mechanizmy wymiany gazowej

Mechanizm wentylacji płuc

Wymiana powietrza w płucach odbywa się dzięki rytmicznym ruchom klatki piersiowej. Są one możliwe dzięki pracy mięśni oddechowych: przepony i mięśni międzyżebrowych. Przepona jest mięśniem poprzecznie prążkowanym, oddzielającym jamę klatki piersiowej od jamy brzusznej. Podczas wdechu następuje:

- skurcz przepony, co powoduje obniżenie jamy klatki piersiowej

- skurcz mięśni międzyżebrowych, które powodują rozszerzenie klatki piersiowej.

Skurcz mięśni oddechowych powoduje zwiększenie objętości klatki piersiowej, rozciągnięcie płuc i powstanie w nich podciśnienia. Skutkiem jest zasysanie powietrza do płuc. Następnie dochodzi do rozluźnienia mięśni, elastyczna klatka piersiowa powraca do stanu wyjściowego i następuje wydech.

Wdech jest fazą aktywną, wymagającą pracy przepony i mięśni międzyżebrowych. Wydech jest fazą bierną, następuje na skutek rozluźnienia mięśni.

Pojemność płuc

Odruch wdechu jest inicjowany przez ośrodek oddechowy mieszczący się w rdzeniu przedłużonym w mózgu. Jest on wrażliwy na stężenie dwutlenku węgla we krwi i po przekroczeniu pewnej jego wartości, wysyła impulsy do mięśni oddechowych.

Wymiana gazowa w pęcherzykach płucnych

Wymiana gazowa w pęcherzykach płucnych odbywa się na zasadzie dyfuzji.

Dyfuzja w pęcherzykach jest możliwa, gdyż:

- istnieje odpowiednio duża różnica pomiędzy stężeniem gazów znajdujących się w powietrzu wewnątrz pęcherzyka płucnego i stężeniem tych gazów we krwi. Powietrze w pęcherzyku zawiera dużo tlenu i mało dwutlenku węgla. Natomiast krew znajdująca się w naczyniach włosowatych oplatających pęcherzyk jest uboga w tlen i bogata w dwutlenek węgla. Naturalna dążność do wyrównania stężeń powoduje, że tlen przenika z pęcherzyka do krwi, a dwutlenek węgla z krwi do pęcherzyka.

- pęcherzyki płucne utworzone są z jednowarstwowego nabłonka płaskiego. Podobną budowę mają ściany naczyń włosowatych. Tak cienka przegroda (2 warstwy płaskich komórek) między wnętrzem pęcherzyka a krwią nie utrudnia wymiany gazów.

- powierzchnia pęcherzyków pokryta jest płynem, w którym rozpuszczają się dyfundujące do krwi gazy, co znacznie ułatwia zachodzenie całego procesu.

Porównanie zawartości gazów oddechowych w powietrzu wdychanym i wydychanym

Transport gazów i wymiana gazowa w tkankach

Transport tlenu

Tlen w momencie wniknięcia do naczynia włosowatego wiąże się z hemoglobiną znajdującą się w erytrocytach. Hemoglobina jest białkiem mającym duże powinowactwo z tlenem: 1 cząsteczka hemoglobiny wiąże 4 cząsteczki tlenu. Połączenie to jest nietrwałe, a związana w ten sposób hemoglobina nazywana jest oksyhemoglobiną. Wpływ na jej powstanie ma ilość dwutlenku węgla - przy niskim stężeniu tego gazu (taka sytuacja jest w pęcherzykach) hemoglobina bardzo łatwo łączy się z tlenem. W ten sposób związany tlen opuszcza płuca i wędruje do tkanek. W tkankach pod wpływem wysokiego stężenia dwutlenku węgla oksyhemoglobina rozpada się i uwolniony tlen dyfunduje do komórek.

Miejsce tlenu w hemoglobinie bardzo łatwo zajmuje tlenek węgla (czad). Ma on znacznie większe powinowactwo z hemoglobiną i tworzy z nią trwałe połączenie. W ten sposób „blokuje” hemoglobinę. Ilość „wolnych” cząsteczek szybko spada i po pewnym czasie jest niewystarczająca dla zaspokojenia potrzeb organizmu. Na tym polega mechanizm zatrucia czadem.

Transport dwutlenku węgla

Powstający w komórkach ciała dwutlenek węgla dyfunduje do krwi i wraz z nią wędruje do płuc:

- 70% dwutlenku węgla tworzy z wodą jony wodorowęglanowe i w tej postaci jest transportowany przez osocze

- 20% wiąże się z hemoglobiną

- 10% wędruje rozpuszczone w osoczu.

Przyczyny niewydolności układu oddechowego

Choroby układu oddechowego

Stany zapalne dróg oddechowych, nazywane są w medycynie nieżytem. W zależności od tego, którego konkretnie odcinka dotyczą, rozróżnia się nieżyt nosa (czyli katar), gardła, krtani, tchawicy i oskrzeli. Wywoływane są przez bakterie lub wirusy, a ich objawem jest przekrwienie i obrzęk błony śluzowej oraz nadmierne wydzielanie śluzu. Niewłaściwie leczone nieżyty mogą doprowadzić do zapalenia płuc.

Gruźlica jest chorobą wywoływaną przez bakterie - prątki Kocha. Atakują one najczęściej płuca, ale mogą też rozwijać się w innych narządach. Choroba ma charakter przewlekły. Początkowe objawy są mało charakterystyczne, dlatego gruźlica rozpoznawana jest na ogół w stadium dość zaawansowanym. Tymczasem chory może zarażać otoczenie, rozsiewając wokół siebie bakterie (faza prątkowania). Na gruźlicę najczęściej zapadają osoby źle odżywiające się, przemęczone, żyjące w stanie napięcia, co powoduje ogólne osłabienie systemu odpornościowego. Gruźlica aktualnie jest chorobą w pełni uleczalną, choć leczenie jest długotrwałe. Mimo znacznych postępów w leczeniu gruźlicy, ciągle jest ona uważana za chorobę społeczną.

Astma jest to coraz częściej spotykana choroba o podłożu alergicznym. Objawia się atakami duszności i kaszlu spowodowanymi zwężeniem światła dróg oddechowych.

Pylica płuc jest groźną chorobą spotykaną u osób pracujących w warunkach silnie zanieczyszczonego powietrza, np. u górników.

Wpływ palenia papierosów

Ograniczając się do wpływu papierosów na wydolność układu oddechowego, należy stwierdzić, że:

- dym tytoniowy podrażnia nabłonek dróg oddechowych i pęcherzyków płucnych, powodując nadmierne wydzielanie śluzu. Z kolei substancje smoliste zlepiają i uszkadzają rzęski nabłonka. Organizm nie jest w stanie sprawnie usuwać gromadzących się zanieczyszczeń i śluzu, które stanowią podłoże do rozwoju drobnoustrojów. Dlatego palacze przeważnie cierpią na chroniczny nieżyt dróg oddechowych;

- substancje smoliste będące składnikiem dymu osadzają się na wewnętrznej powierzchni pęcherzyków płucnych, tworząc warstwę utrudniającą wymianę gazową. Wynika stąd, że organizm palacza jest niedotleniony;

- inne składniki dymu papierosowego, w tym nikotyna, mogą powodować skurcz oskrzeli i oskrzelików, wywołując uczucie duszności, podobnie jak przy astmie;

- część substancji zawarta w dymie papierosowym ma działanie mutagenne. Uszkodzenie materiału genetycznego w komórkach prowadzi z czasem do rozwoju choroby nowotworowej. Szczególnie często rozwija się u palaczy rak płuc, często też spotyka się raka krtani, języka czy wargi.

Poza tym składniki dymu tytoniowego, dostając się do krwi, wędrują po organizmie i wywołują wiele innych schorzeń.

Oddychanie w warunkach nietypowych

Oddychanie na wysokościach

Wymiana gazowa w pęcherzykach płucnych odbywa się na zasadzie dyfuzji, dlatego warunkiem sprawnego jej zachodzenia jest odpowiednio duża różnica stężeń pomiędzy zawartością gazów w pęcherzykach i we krwi. Wraz ze wzrostem wysokości powietrze staje się bardziej rozrzedzone, a różnica stężeń gazów maleje. Skutkiem tego do krwi przenika zbyt mało tlenu, a komórki ciała nie otrzymują go w dostatecznej ilości. Aby nie dopuścić do niedotlenienia, organizm uruchamia odpowiednie mechanizmy zapobiegawcze. Polegają one na:

- zwiększeniu częstości i pogłębieniu oddechów

- rozszerzeniu dróg oddechowych i naczyń krwionośnych doprowadzających krew do najważniejszych narządów (np. do mózgu)

- przyspieszeniu akcji serca, co ma zapewnić szybsze krążenie.

Mechanizmy te mogą funkcjonować stosunkowo krótko, ponieważ wymagają sporych nakładów energii. Dlatego po pewnym czasie organizm adaptuje się do zmienionych warunków poprzez wzrost ilości erytrocytów.

Nurkowanie

Podczas nurkowania bez odpowiedniego sprzętu następuje długie wstrzymanie oddechu. We krwi gromadzi się wtedy dwutlenek węgla. Jest on sygnałem dla ośrodków oddechowych do pobudzenia mięśni oddechowych i wywołania odruchu zaczerpnięcia powietrza. W pewnym momencie odruchu tego nie da się dłużej opanować, co dla nurka może mieć konsekwencje tragiczne. Dlatego przed zanurzeniem wykonywana jest seria głębokich wdechów i wydechów (hiperwentylacja), co powoduje obniżenie zawartości dwutlenku węgla we krwi.