PĘCHERZYKI PŁUCNE: CHARAKTERYSTYKA, FUNKCJE, ANATOMIA - ANATOMIA I FIZJOLOGIA - 2026

W pęcherzykach płucnych są małe woreczki znajdujące się w płucach ssaków, otoczonych siecią naczyń włosowatych. Pod mikroskopem w zębodole można rozróżnić światło zębodołu i jego ścianę zbudowaną z komórek nabłonka.

Zawierają również włókna tkanki łącznej, które nadają im charakterystyczną elastyczność. W nabłonku wyrostka zębodołowego można wyróżnić komórki płaskie typu I i sześcienne typu II. Jego główną funkcją jest pośredniczenie w wymianie gazowej między powietrzem a krwią.

Gdy zachodzi proces oddychania, powietrze dostaje się do organizmu przez tchawicę, skąd wędruje do szeregu tuneli w płucach. Na końcu tej skomplikowanej sieci rurek znajdują się worki pęcherzykowe, w których powietrze wchodzi i jest pobierane przez naczynia krwionośne.

Już we krwi tlen z powietrza jest oddzielany od pozostałych składników, takich jak dwutlenek węgla. Ten ostatni związek jest usuwany z organizmu w procesie wydechu.

Charakterystyka ogólna

W płucach znajduje się gąbczasta tkanka zbudowana z dość dużej liczby pęcherzyków płucnych: od 400 do 700 milionów w dwóch płucach zdrowego dorosłego człowieka. Pęcherzyki to workowate struktury pokryte od wewnątrz lepką substancją.

U ssaków każde płuco zawiera miliony pęcherzyków płucnych, ściśle związanych z siecią naczyniową. U ludzi płuca mają powierzchnię od 50 do 90 m ² i zawierają 1000 km naczyń włosowatych.

Ta wysoka liczba jest niezbędna do zapewnienia wymaganego poboru tlenu, a tym samym do dostosowania się do wysokiego metabolizmu ssaków, głównie z powodu endotermii tej grupy.

Układ oddechowy ssaków

Powietrze dostaje się przez nos, a konkretnie przez „nozdrza”; Przechodzi do jamy nosowej, a stamtąd do wewnętrznych nozdrzy połączonych z gardłem. Tutaj zbiegają się dwie drogi: oddechowa i pokarmowa.

Głośnia otwiera się do krtani, a następnie do tchawicy. Dzieli się to na dwa oskrzela, po jednym w każdym płucu; z kolei oskrzela dzielą się na oskrzeliki, które są mniejszymi kanalikami i prowadzą do przewodów pęcherzykowych i pęcherzyków płucnych.

cechy

Główną funkcją pęcherzyków płucnych jest umożliwienie wymiany gazowej, niezbędnej dla procesów oddechowych, umożliwiającej przedostawanie się tlenu do krwiobiegu i transportowanie go do tkanek organizmu.

W ten sam sposób pęcherzyki płucne uczestniczą w usuwaniu dwutlenku węgla z krwi podczas procesów wdechu i wydechu.

Anatomia

Pęcherzyki i kanały pęcherzykowe składają się z bardzo cienkiego jednowarstwowego śródbłonka, który ułatwia wymianę gazów między powietrzem a naczyniami włosowatymi. Mają przybliżoną średnicę 0,05 i 0,25 mm, otoczone pętlami kapilarnymi. Mają kształt zaokrąglony lub wielościenny.

Pomiędzy każdym kolejnym zębodołem znajduje się przegroda międzywyrostkowa, która jest wspólną ścianą między nimi. Granica tych przegród tworzy pierścienie podstawy, utworzone przez komórki mięśni gładkich i pokryte prostym prostopadłościennym nabłonkiem.

W zewnętrznej części pęcherzyka zębodołowego znajdują się naczynia włosowate, które wraz z błoną pęcherzykową tworzą błonę pęcherzykowo-kapilarną, obszar, w którym zachodzi wymiana gazowa między powietrzem, które dostaje się do płuc, a krwią w naczyniach włosowatych.

Ze względu na swoją osobliwą organizację pęcherzyki płucne przypominają plaster miodu. Tworzą je na zewnątrz ściana komórek nabłonka zwanych pneumocytami.

Błony pęcherzykowej towarzyszą komórki odpowiedzialne za obronę i oczyszczanie pęcherzyków, zwane makrofagami pęcherzyków płucnych.

Rodzaje komórek w pęcherzykach płucnych

Struktura pęcherzyków płucnych została szeroko opisana w literaturze i obejmuje następujące typy komórek: typ I, które pośredniczą w wymianie gazowej, typ II z funkcjami wydzielniczymi i immunologicznymi, komórki śródbłonka, makrofagi pęcherzyków płucnych, które uczestniczą w obrony i fibroblastów śródmiąższowych.

Ogniwa typu I.

Ogniwa typu I charakteryzują się niewiarygodnie cienką i płaską powierzchnią, co prawdopodobnie ułatwia wymianę gazową. Występują na około 96% powierzchni pęcherzyków płucnych.

Komórki te wyrażają znaczną liczbę białek, w tym T1-α, akwaporynę 5, kanały jonowe, receptory adenozyny i geny oporności na różne leki.

Trudność izolacji i hodowli tych komórek utrudniła ich dogłębne badanie. Jednak zwiększona jest możliwa funkcja homozy w płucach, taka jak transport jonów, wody i udział w kontroli proliferacji komórek.

Sposobem na pokonanie tych trudności technicznych jest badanie komórek alternatywnymi metodami molekularnymi, zwanymi mikromacierzami DNA. Korzystając z tej metodologii, można było stwierdzić, że komórki typu I są również zaangażowane w ochronę przed uszkodzeniem oksydacyjnym.

Ogniwa typu II

Komórki typu II mają kształt prostopadłościanu i są zwykle zlokalizowane w rogach pęcherzyków płucnych u ssaków, stanowiąc jedynie 4% pozostałej powierzchni pęcherzyka.

Jego funkcje obejmują produkcję i wydzielanie biomolekuł, takich jak białka i lipidy, które stanowią surfaktanty płuc.

Płucne środki powierzchniowo czynne to substancje składające się głównie z lipidów i niewielkiej części białka, które pomagają zmniejszyć napięcie powierzchniowe w pęcherzykach płucnych. Najważniejszą z nich jest dipalmitoilofosfatydylocholina (DPPC).

Komórki typu II biorą udział w obronie immunologicznej pęcherzyków płucnych, wydzielając różnego rodzaju substancje, takie jak cytokiny, których rolą jest rekrutacja komórek zapalnych w płucach.

Ponadto na różnych modelach zwierzęcych wykazano, że komórki typu II są odpowiedzialne za utrzymywanie przestrzeni pęcherzykowej w stanie wolnym od płynów i biorą również udział w transporcie sodu.

Fibroblasty śródmiąższowe

Komórki te mają kształt wrzeciona i charakteryzują się długimi przedłużeniami aktyny. Jego funkcją jest wydzielanie macierzy komórkowej w zębodole w celu utrzymania jego struktury.

W ten sam sposób komórki mogą zarządzać przepływem krwi, odpowiednio go zmniejszając.

Makrofagi pęcherzykowe

Pęcherzyki płucne zawierają komórki o właściwościach fagocytarnych pochodzące z monocytów krwi zwanych makrofagami pęcherzykowymi.

Są one odpowiedzialne za eliminację w procesie fagocytozy obcych cząstek, które dostały się do pęcherzyków płucnych, takich jak kurz czy mikroorganizmy zakaźne, takie jak Mycobacterium tuberculosis. Ponadto pochłaniają komórki krwi, które mogłyby dostać się do pęcherzyków płucnych w przypadku niewydolności serca.

Charakteryzują się brązowym kolorem i szeregiem różnorodnych rozszerzeń. W cytoplazmie tych makrofagów dość obficie występują lizosomy.

Liczba makrofagów może wzrosnąć, jeśli organizm cierpi na chorobę serca, jeśli dana osoba używa amfetaminy lub papierosów.

Kohn pory

Stanowią szereg porów zlokalizowanych w pęcherzykach płucnych znajdujących się w przegrodach międzypęcherzykowych, które łączą jeden pęcherzyk z drugim i umożliwiają cyrkulację powietrza między nimi.

Jak przebiega wymiana gazowa?

Głównym zadaniem płuc jest wymiana gazowa pomiędzy tlenem (O ₂ ) a dwutlenkiem węgla (CO ₂ ).

Zjawisko to występuje w pęcherzykach płucnych, gdzie krew i gaz spotykają się w minimalnej odległości około jednego mikrona. Ten proces wymaga dwóch odpowiednio pompowanych przewodów lub kanałów.

Jednym z nich jest układ naczyniowy płuc napędzany przez prawy obszar serca, który wysyła mieszaną krew żylną (złożoną z krwi żylnej z serca i innych tkanek poprzez powrót żylny) do obszaru, w którym występuje w zamian.

Drugi kanał to drzewo tchawiczo-oskrzelowe, którego wentylacja jest napędzana przez mięśnie zaangażowane w oddychanie.

Ogólnie rzecz biorąc, transport dowolnego gazu jest regulowany głównie przez dwa mechanizmy: konwekcję i dyfuzję; pierwsza jest odwracalna, a druga nie.

Wymiana gazowa: ciśnienia cząstkowe

Kiedy powietrze dostaje się do układu oddechowego, zmienia się jego skład, nasycając się parą wodną. Po dotarciu do pęcherzyków powietrze miesza się z powietrzem pozostałym z poprzedniego kręgu oddechowego.

Dzięki tej kombinacji ciśnienie parcjalne tlenu spada, a dwutlenku węgla wzrasta. Ponieważ ciśnienie parcjalne tlenu jest wyższe w pęcherzykach płucnych niż we krwi, która dostaje się do naczyń włosowatych płuc, tlen dostaje się do naczyń włosowatych na drodze dyfuzji.

Podobnie ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla jest wyższe w naczyniach włosowatych płuc w porównaniu do pęcherzyków płucnych. Dlatego dwutlenek węgla przechodzi do pęcherzyków płucnych w prostym procesie dyfuzji.

Transport gazów z tkanek do krwi

Tlen i znaczne ilości dwutlenku węgla transportowane są przez „barwniki oddechowe”, w tym najpopularniejszą wśród kręgowców hemoglobinę.

Krew odpowiedzialna za transport tlenu z tkanek do płuc musi również transportować dwutlenek węgla z powrotem z płuc.

Jednak dwutlenek węgla może być transportowany innymi drogami, może być przenoszony przez krew i rozpuszczać się w osoczu; ponadto może przenikać do erytrocytów krwi.

W erytrocytach większość dwutlenku węgla jest przekształcana w kwas węglowy przez enzym anhydrazę węglanową. Reakcja przebiega następująco:

CO ₂ + H ₂ O ↔ H ₂ CO ₃ ↔ H ⁺ + HCO ₃ ^-

Jony wodoru z reakcji łączą się z hemoglobiną, tworząc dezoksyhemoglobinę. To połączenie pozwala uniknąć nagłego spadku pH krwi; w tym samym czasie następuje wydzielanie tlenu.

Jony wodorowęglanowe (HCO ₃ ^- ) opuszczają erytrocyt w wyniku wymiany na jony chloru. W przeciwieństwie do dwutlenku węgla, jony wodorowęglanowe mogą pozostawać w osoczu dzięki swojej wysokiej rozpuszczalności. Obecność dwutlenku węgla we krwi spowodowałaby wygląd podobny do napoju gazowanego.

Transport gazów z krwi do pęcherzyków płucnych

Jak wskazują strzałki w obu kierunkach, reakcje opisane powyżej są odwracalne; to znaczy, produkt może ponownie stać się początkowymi reagentami.

Gdy tylko krew dotrze do płuc, wodorowęglan ponownie przedostaje się do komórek krwi. Podobnie jak w poprzednim przypadku, aby jon wodorowęglanowy mógł wejść, jon chloru musi opuścić ogniwo.

W tym czasie reakcja zachodzi w odwrotnym kierunku z katalizą enzymu anhydrazy węglanowej: wodorowęglan reaguje z jonem wodorowym i jest ponownie przekształcany w dwutlenek węgla, który dyfunduje do plazmy, a stamtąd do pęcherzyków płucnych.

Wady wymiany gazowej w płucach

Wymiana gazowa zachodzi tylko w pęcherzykach płucnych i przewodach pęcherzykowych, które znajdują się na końcach odgałęzień rurki.

Z tego powodu można mówić o „martwej przestrzeni”, w której powietrze przechodzi do płuc, ale nie dochodzi do wymiany gazowej.

Jeśli porównamy to z innymi grupami zwierząt, takimi jak ryby, mają one bardzo wydajny jednokierunkowy system wymiany gazowej. Podobnie ptaki mają system worków powietrznych i parabronchi, w których zachodzi wymiana powietrza, zwiększając efektywność procesu.

Wentylacja człowieka jest tak nieefektywna, że ​​przy nowym wdechu można wymienić tylko jedną szóstą powietrza, pozostawiając resztę powietrza uwięzioną w płucach.

Patologie związane z pęcherzykami płucnymi

Rozedma płuc

Stan ten obejmuje uszkodzenie i zapalenie pęcherzyków płucnych; w konsekwencji organizm nie jest w stanie otrzymać tlenu, powoduje kaszel i utrudnia odzyskanie oddechu, szczególnie podczas aktywności fizycznej. Jedną z najczęstszych przyczyn tej patologii jest palenie.

Zapalenie płuc

Zapalenie płuc jest spowodowane infekcją bakteryjną lub wirusową dróg oddechowych i wywołuje proces zapalny z obecnością ropy lub płynów wewnątrz pęcherzyków płucnych, uniemożliwiając w ten sposób pobieranie tlenu, powodując poważne trudności w oddychaniu.

Bibliografia

1. Berthiaume, Y., Voisin, G. i Dagenais, A. (2006). Komórki pęcherzykowe typu I: nowy rycerz zębodołu? The Journal of Physiology, 572 (Pt 3), 609–610.
2. Butler, JP i Tsuda, A. (2011). Transport gazów między środowiskiem a pęcherzykami płucnymi - podstawy teoretyczne. Comprehensive Physiology, 1 (3), 1301–1316.
3. Castranova, V., Rabovsky, J., Tucker, JH i Miles, PR (1988). Komórka nabłonka pęcherzykowego typu II: wielofunkcyjny pneumocyt. Toksykologia i farmakologia stosowana, 93 (3), 472–483.
4. Herzog, EL, Brody, AR, Colby, TV, Mason, R. i Williams, MC (2008). Znane i nieznane Alveolus. Proceedings of the American Thoracic Society, 5 (7), 778–782.
5. Kühnel, W. (2005). Atlas cytologii i histologii kolorów. Panamerican Medical Ed.
6. Ross, MH i Pawlina, W. (2007). Histologia. Atlas tekstu i kolorów z biologią komórkową i molekularną. 5aed. Panamerican Medical Ed.
7. Welsch, U., & Sobotta, J. (2008). Histologia. Panamerican Medical Ed.