Rolul asigurării schimbului de oxigen și dioxid de carbon între celulele corpului uman și mediul extern îi revine sistemului respirator, purtând denumirea de respirație. Sistemul respirator cuprinde căile respiratorii și plămânii.
Schimbul de gaze are loc cu ajutorul sistemului circulator, care transportă oxigenul și dioxidul de carbon între celulele corpului și sistemul respirator. În cadrul sistemului respirator se află un sistem de tuburi ramificate, reprezentând căile aeriene, fiind porțiunea de conducere a sistemului respirator. Ramurile cele mai mici ale acestor tuburi ajung în final la alveole, care reprezintă săculeți de aer de dimensiuni microscopice și care constituie porțiunea respiratorie. În alveole are loc schimbul de gaze, acestea fiind formate din membrane subțiri, acoperite de rețeaua capilară extinsă a circulației pulmonare.
Pentru a pătrunde în plămâni, sângele bogat în dioxid de carbon, sărac în oxigen, este transportat prin arterele pulmonare, urmând apoi să părăsească plămânii cel cu o concentrație scăzută de dioxid de carbon, dar bogat în oxigen, prin venele pulmonare. Acest schimb de gaze are loc prin difuziune, astfel rezultând schimbul dioxidului de carbon din sânge cu oxigenul din alveole.
Sistemul respirator este format din căile aeriene, care au rolul de a transporta aerul în alveole și din acestea, fiind reprezentate de:
Plămânii reprezintă două organe pereche, înconjurați de o membrană dublu stratificată, care conțin atât alveolele cât și bronhiile și bronhiolele.
Aerul pătrunde în sistemul respirator prin intermediul cavității nazale, mai precis prin nas. Totuși, acesta poate să pătrundă și prin gură, datorită faptului că nasul și gura se întâlnesc în partea posterioară a cavității bucale în faringe, acesta fiind o cale comună atât pentru sistemul digestic, cât și pentru sistemul respirator.
Cavitatea nazală este reprezentată de două spații simetrice care poartă denumirea de fose nazale, care sunt aflate sub baza craniului și deasupra cavității bucale.
Nasul este format din:
Nările sau narinele externe reprezintă deschiderea cavităților nazale spre mediul extern. În raport cu aerul, nasul este adaptat pentru încălzirea, umidificarea și respectiv filtrarea acestuia.
Mucoasa nazală secretă un mucus care are rolul de a umidifca aerul uscat și de a capta particulele fine de praf și microorganismele. Mucusul contaminat va fi transportat de către celulele ciliate ale mucoasei în faringe, unde acesta va fi înghițit.
Cavitatea nazală este împărțită pe linia mediană de către septul nazal. Aceasta este subdivizată în căile aeriene cu ajutorul unor extensii osoase, numite cornete nazale superioare, mijlocii și inferioare. La acest nivel se găsesc și o serie de spații care se numesc sinusuri, care se vor extinde spre oasele frontal, sfenoid, etmoid și maxilar. În sinusuri și în cornete are loc încălzirea aerului, iar viteza acestuia este încetinită, pentru a facilita precipitarea particulelor să dea naștere senzațiilor olfactive. Mucoasele sinusurilor sunt în continuitate cu mucoasele cavității nazale.
Simțul olfactiv reprezintă simțul mirosului, fiind atribuit cavității nazale. Regiunea olfactivă este formată de o parte a mucoasei nazale aflate la nivelul peretelui superior al cavităților nazale. La acest nivel, celulele detectează tipuri diferite de molecule și astfel transmit impulsuri către encefal prin nervii olfactivi, acesta interperetând impulsurile ca mirosuri.
Rinita reprezintă inflamația mucoasei nazale. Dacă inflamația este de natură alergică, datorită polenului, penelor, acarienii sau a părului de animale, aceasta este numită rinită alergică. Rinita alergică datorată polenului poartă denumirea de febra fânului.
Faringele sau gâtlejul reprezintă o încrucișare între calea respiratorie și cea digestivă, fiind un organ care are o extindere de la nivelul cavităților nazale până la laringe.
Nazofaringele reprezintă acea porțiune a faringelui aflată imediat posterior de cavitățile nazale și situată deasupra vălului palatin.
În partea inferioară a nazofaringelui se găsește orofaringele, unde se vor întâlni căile digestive și cele respiratorii, în partea posterioară a cavității orale.
Posterior față de laringe se află laringofaringele.
Datorită localizării sale, faringele reprezintă o cale de trecere comună atât pentru sistemul digestiv, cât și pentru cel respirator. În partea distală, acesta se ramifică în două tuburi:
Trompele lui Eustachio reprezintă două structuri care pleacă din urechea medie și se ramifică în pereții laterali ai nazofaringelui. Acestea au rolul de egalizare a presiunilor aerului între nazofaringe și urechea medie. Astfel, microorganismele care pătrund prin acest nivel duc, de multe ori, la infecții ale urechii medii.
Amigdala faringiană reprezintă o masă de țesut limfatic aflată pe peretele posterior al nazofaringelui, în regiunea medială. Aceasta are rolul de a proteja sistemul respirator cu ajutorul limfocitelor adecvate, care dau imunitatea față de agenții infecțioși captați în aer. Tumefierea amigdalei duce la vegetații adenoide, care pot împiedica trecerea aerului.
Amigdalele palatine sunt masele ovale de țesut limfatic care sunt situate pe partea laterală a faringelui, în spatele gurii. Rolul acestora este similar cu cel al amigdalelor faringiene. Inflamarea acestor amigdale este numită amigdalită.
Laringele reprezintă o structură cartilaginoasă care face legătura între faringe și trahee la nivelul vertebrelor cervicale. Este format din țesut conjunctiv, cu un conținut de 11 structuri cartilaginoase aranjate într-un mod asemănător unei cutii.
Cartilajul tiroid este cel mai mare dintre aceste cartijlaje, cunoscut și sub numele de mărul lui Adam. Acesta este vizibil în partea ventrală a gâtului și la bărbați este mai pronunțat.
Cartilajul cricoid este un alt cartilaj important, care are aspectul unui inel cu pecete și leagă laringele de trahee. Cartilajul epiglotic sau epiglota este cartilajul care este un pliu, asemănător unui „capac” în formă de frunză, aflat la intrarea în laringe. Rolul acestui cartilaj este de închidere a căilor respiratorii în momentul când alimentele sau lichidele trec în esofag. Glota este considerată ca fiind deschiderea către laringe.
Printre funcțiile laringelui de numără producerea sunetelor, fiind o cale de trecere pentru aer. Corzile vocale sunt două seturi de falduri sau cute membranoase groase, care pleacă din pereții laterali ai laringelui. Acestea vibrează și produc sunete în momentul în care aerul este expirat din plămâni, iar cu ajutorul mușchiilor gâtului, buzelor, limbii și obrazului, aceste sunete pot fi transformate în cuvinte. În funcție de lungimea corzilor vocale, va fi determinată tonalitatea, astfel, femeile și copii având corzile vocale mai scurte, vor avea voci cu tonalități ridicate.
Organele sistemului respirator uman
Traheea reprezintă un tub semirigid, aflat în continuarea laringelui. Aceasta are o lungime de aproximativ 10-12cm, fiind situată la nivelul liniei mediene a gâtului. Există anumite inele cartilaginoase în forma literei „C”, care sunt dispuse unul peste celălalt, deschise în porțiunea posterioară și care au rolul de a susține și menține deschisă traheea. În zona aflată între cartiajele adiacente și cea dintre capetele inelelor cartilajelor se găsește teșut conjunctiv și țesut muscular neted.
Traheea oferă atât o cale de intrare, cât și ieșire pentru aer. Aceasta este căptușită de celule ciliate care au rolul de filtrarea a aerului înainte ca acesta să intre în bronhii, împingând particulele captate în mucus spre faringe.
Ramificările traheei care apar la nivelul vertebrei T4 sunt numite bronhii primare, fiind în număr de două și prezintă aceeași structură ca și a traheei. Totuși, aceste bronhii nu sunt identice, cea dreaptă fiind mai largă și cu o poziție mai verticală prin comparație cu cea stângă.
Bronhiile primare ulterior se divid în plămâni și devin de dimensiuni din ce în ce mai mici, ajungând chiar și la valori aproximativ milimetrice, unde devin bronhiole, pierzându-și cartilajul. Bronhiolele au peretele format din mușchi netezi care sunt susținuți de țesut conunctiv.
Acestea se ramifică până la formarea bronhiolelor terminale, care se vor continua cu bronhiolele respiratorii, iar ulterior se deschid în ductele alveolare, terminate prin săculeți alveolari. Toate aceste ramificații descrise pentru trahee, bronhii și bronhiole formează în cadrul plămânilor un sistem de căi de transport care este denumit arbore bronșic.
Bronhiolele formează, împreună cu ductele alveolare, săculeții alveolari și alveolele pulomonare, acinii pulmonari, care reprezintă unitatea morfo-funcțională a plămânului.
Bronșita reprezintă inflamația arborelui bronșic. Astmul reprezintă o altă afecțiune a arborelui bronșic, fiind caracterizat de episoade periodice de respirație îngreunată și șuieratoare, descrisă ca wheezing. Acesta este datorat spasmului mușchilor netezi, cauzat, de obicei, de către factori alergeni din mediul înconjurător.
Plămânii reprezintă organele pereche principale ale respirației, fiind situate în cavitatea toracică. Aceștia sunt formați din milioane de săculeți numiți alveole, fiind în număr de aproximativ 300 de milioane la un adult.
Prin procesul de difuziune trec gazele, printr-o barieră extrem de subțire formată din membranele respiratorii ale alveolelor.
În zona mediană se află inima și alte organe ale cavității toracice, separând cei doi plămâni, această regiune fiind numită mediastin.
Forma plămânilor este una conică și din cauza alveolelor, aceștia au o textură elastică și spongioasă (buretoasă).
Plămânul drept este alcătuit din trei lobi, iar cel stâng ese format din doi. Fiecare lob este împărțit în segmente mai mici, lobuli, fiecare fiind deservit de o bronhiolă.
Pleura, care reprezintă o membrană dublu stratificată, înconjoară fiecare plămân. Aceasta prezintă:
Atât stratul intern și cel extern al pleurei se continuă unul cu cealălalt într-o zonă unde bronhiile primare, vasele de sânge și nervii pătrund în plămâni, astfel formându-se un „sac dezumflat”. Zona aflată în interiorul sacului poartă denumirea de cavitate pleurală. În această zonă se află un lichid care păstrează cele două straturi într-un contact strâns și le permite să alunece ușor una peste cealaltă, fiind numit lichid pleural.
Procesul prin care aerul intră respectiv iese din alveole poartă denumirea de ventilație pulmonară. Aceasta se bazează pe principiul că aerul se deplasează dintr-o regiune care are o presiune (densitate) înaltă către o regiune care prezintă presiune joasă. Pentru ca aerul să pătrundă în plămâni, aerul din alveole trebuie să prezintă o presiune mai joasă comparativ cu presiunea atmosferică, iar pentru ca aerul să iasă, presiunea din alveole trebuie să fie mai mare. Practic, acest proces reprezintă deplasarea propriu-zisă a aerului în ambele sensuri între alveolele pulmonare și atmosferă.
Pătrunderile alternative ale aerului au loc ca urmare a variațiilor ciclice a volumului cutiei toracice, urmate de mișcări ale plămânilor. Reglarea ventilației este realizat de către centrii nervoși aflați în bulb și punte, pe baza stimulilor transmiși de către chemoreceptorii de la nivelul formațiunilor nervoase.
Mușchii respiratori sunt responsabili de modificările de presiune din plămâni, fiind un răspuns la strimulii transmiși prin nervul frenic. Modificările de presiune sunt dependente de elasticitatea plămânilor, dar și de relația anatomică a pleurei cu plămânii și de prezența unui spațiu toracic închis. Alinierea pleurei viscerale imediată lângă cea parietală determină modificări de presiune.
Inspirația este un proces în care au loc contracții ale numeroaselor seturi de mușchi respiratori aflați între coaste, fiind denumiți mușchi intercostali externi.
Contracțiile acestor mușchi ridică coastele în sus și înspre exterior, diafragma contractându-se și deplasându-se în jos, crescând foarte mult volumul toracelui. Plămânii, datorită volumului crescut al cuștii toracice, fiind elastici, se destind pentru a putea umple cavitatea toracică, urmând expansiunea toracică.
În urma expansiunii plămânilor, va crește volumul din căile aeriene și din alveole. O dată cu creșterea volumului, va scădea presiunea aerului din alveole și din căile aeriene. Astfel, aerul atmosferic va pătrunde liber în căile aeriene. Mușchii intercostali sunt utilizați preponderent în inspirația forțată, în timp ce diafragma este folosită atât în respirația normală, cât și în cea forțată.
Expirația reprezintă următorul proces pasiv care are loc, mușchii respiratori relaxându-se în această etapă. Volumul toarcelui scade, datorită relaxării și revine la forma sa inițială, comprimând plămânii și scăzând volumul acestora. În urma expirației, se golesc parțial plămânii de aer.
Plămânii au o capacitate totală de aproximativ 5000ml de aer, prezentând variații individuale. În jur de 500 ml de aer pătrund și ies din plămâni în repaus și în timpul unei respirații normale, acest volum fiind numit volum curent.
Printr-o inspirație forțată, plămânul mai poate capta aproximativ 2500-3500 ml de aer. În urma unei expirații normale, în plămâni vor rămâne aproximativ 2500 ml de aer, iar după o expirație forțată vor rămâne aproximativ 1000 ml de aer, fiind numit volum rezidual.
Capacitatea vitală pulmonară reprezintă volumul maxim de aer ce poate fi schimbat la nivel pulmonar. Această capacitate constă în efectuarea unei inspirații și expirații forțate, care vor determina un efort muscular intens, cu mențiunea că umplerea plămânilor la o capacitate maximă nu poate să fie menținută pe o perioadă îndelungată.
Mușchii respiratori, care sunt controlați de către stimuli nervoși, au rolul de a controla respirația. Centrul de control respiator reprezintă zona principală de control a mușchilor respiatori, fiind o porțiune a encefalului situată în trunchiul cerebral și cuprinde părți din bulb și din punte. Ritmul respirației și amplitudinea mișcărilor din timpul respirației forțate sunt controlate de două grupuri neuronale aflate în această regiune. Zona pneumotaxică reprezintă o altă zonă din centrul de control și are rolul de a regla frecvența și amplitudinea respirației.
Nivelul de dioxid de carbon din fluxul sanguin este monitorizat indirect de către centrii respiratori aflați în trunchiul cerebral. Dioxidul de carbon reprezintă produsul rezidual format în urma respirației celulare. O dată cu creșterea dioxidului de carbon din sângele arterial, gazul difuzează în lichidul cefalorahidian, astfel ajungând la nivelul centrului respirator. Acest proces determină de asemenea și o creștere corespunzătoare a concentrației ionilor de hidrogen în lichid, adică crește nivelul de aciditate.
Un nivel ridicat de ioni de hidrogen duc la activarea centrului respirator, iar impulsurile nervoase aflate în zona pneumotaxică sunt transmite către mușchii respiratori. Frecvența și amplitudinea respirației sunt crescute de către impulsuri. O dată cu evacuarea dioxidului de carbon din plămâni, scade și concentrația ionilor de hidrogen din sânge, determinând scăderea concentrației ionilor de hidrogen din lichidul cefalorahidian, ducând la inhibarea activării centrului respirator.
Receptorii chimici sau chemoreceptorii reprezintă alți receptori pentru sistemul respirator, fiind localizați în arterele carotide și la nivelulul arcului aortic. Aceștia au rolul de a monitoriza conținutul de oxigen dizolvat din sânge. Chemoreceptorii sunt stimulați când nivelul de oxigen este scăzut și trimit impulsuri la centrul de control respirator pentru a duce la creșterea frecvenței și amplitudinii respirației.
Este considerat că atât activitatea centrului respirator cât și a chemoreceptorilor reprezintă mecanisme involuntare de control respirator. Organismul poate să anuleze parțial aceste mecanisme cu ajutorul impulsurilor nervoase din cortexul cerebral, care vor fi ulterior transmise spre centrul de control respirator. Oprirea respirației în anumite situații precum în cazul înotului poate fi realizată prin control voluntar.
Pe măsură ce nivelul de dioxid de carbon și de ioni de hidrogen crește în lichidele corpului, impulsurile din centrul respirator se opun opririi voluntare a respirației, astfel ducând la inspirație. Hiperventilația definește o respirație profundă și rapidă.
Oxigenul:
Moleculele de hemoglobină sunt capabile să lege cu ușurință, în mod individual, câte patru molecule de oxigen, formând un complex numit oxihemoglobină.
Dioxidul de carbon:
Ionii de bicarbonat iau formă după pătrunderea dioxidului de carbon în plasmă de la nivel tisular și se combină cu apa în hematii pentru formarea acidului carbonic (H2CO3). Anhidraza carbonică catalizează această reacție, fiind o enzimă prezentă în hematii. Ulterior, acidul carbonic disociază în ioni de hidrogen și de bicarbonat. O parte din ionii de bicarbonat ajung în hematii și reprezintă mecanismul de transport pentru dioxidul de carbon. Mulți ioni difuzează totuși în plasmă unde se vor combina cu ioni de sodiu pentru formarea bicarbonatului de sodiu (NaHCO3).
În momentul în care un ion de bicarbonat difuzează prin membrana hematiilor va pătrunde un ion de clor. În momentul în care un număr ridicat de molecule de dioxid de carbon intră în sânge, procesele se desfășoară cu rapiditate și duce la apariția unui influx crescut de ioni de clor în eritrocite, fiind un fenomen numit transfer de clor.
La nivelul alveolelor, oxigenul din aer este schimbat cu dioxid de carbon din sânge. Forța care pune în mișcare acest schimb este procesul pasiv de difuziune. Difuziunea reprezintă mișcarea moleculelor dintr-o zonă cu concentrație mare spre o zonă cu concentrație mică. Acest proces nu necesită consum energetic.
Tot în alveole, hematiile se deplasează prin capilarele microscopice de pe suprafața sacului alveolar. Oxigenul difuzează cu ajutorul membranei respiratorii în plasmă, iar apoi pătrunde în interiorul eritrocitului. În această direcție va avea loc difuziunea, datorită faptului că hematiile sunt puțin oxigenate, iar aerul din alveole este bogat oxigenat. Moleculele de oxigen se leagă ușor de cele de hemoglobină odată pătrunse în hematii, pentru a putea fi trasportate către celule.
Prin trecerea moleculelor de oxigen din sacul alveolar în hematii, ionii de bicarbonat vor fi convertiți în molecule de dioxid de carbon. Aceste molecule trec ulterior prin difuziune din hematii în sacul alveolar. Hematiile sunt bogate în dioxid de carbon, iar aerul din alveole este sărac, astfel având loc procesul de difuziune.
Odată cu schimbul gazos între sânge și aer, hematiile părăsesc zona sacilor alveolari. Venulele pulmonare vor fi formate prin unirea capilarelor, acestea ulterior uninindu-se pentru formarea venelor pulmonare, care au rol de a transporta sânge înapoi la inimă.
Venele pulmonare ajung în partea stângă a inimii, ventriculul stâng pompând ulterior sângele bogat în oxigen la nivelul țesuturilor corpului. La acest nivel oxigenul este eliberat de hematii prin mecanisme opuse celor din alveole, ulterior fiind preluată o nouă încărcătură de dioxid de carbon. În metabolismul celular este utilizat oxigenul în timpul procesului de eliberare de energie și formarea ATP-ului.
Acest text nu poate fi copiat.
