UKŁAD ODDECHOWY: FUNKCJE, CZĘŚCI, FUNKCJONOWANIE - BIOLOGIA

Układ oddechowy lub układ oddechowy składa się z szeregu wyspecjalizowanych narządów pośredniczących w wymianie gazowej, która obejmuje pobieranie tlenu i usuwanie dwutlenku węgla.

Istnieje szereg etapów, które umożliwiają dotarcie tlenu do komórki i eliminację dwutlenku węgla, w tym wymianę powietrza między atmosferą a płucami (wentylacja), a następnie dyfuzję i wymianę gazów na powierzchni płuc , transport tlenu i wymiana gazowa na poziomie komórkowym.

LadyofHats, Jmarchn, za pośrednictwem Wikimedia Commons

Jest to zróżnicowany system w królestwie zwierząt, złożony z różnych struktur w zależności od kierunku badań. Na przykład ryby mają funkcjonalne struktury w środowisku wodnym, takie jak skrzela, ssaki mają płuca, a większość bezkręgowców ma tchawice.

Zwierzęta jednokomórkowe, takie jak pierwotniaki, nie wymagają specjalnych struktur do oddychania, a wymiana gazowa zachodzi poprzez prostą dyfuzję.

U ludzi system składa się z przewodów nosowych, gardła, krtani, tchawicy i płuc. Te ostatnie są kolejno rozgałęzione do oskrzeli, oskrzelików i pęcherzyków płucnych. W pęcherzykach płucnych zachodzi bierna wymiana cząsteczek tlenu i dwutlenku węgla.

Definicja oddychania

Termin „oddychanie” można zdefiniować na dwa sposoby. Potocznie, gdy używamy słowa oddychać, opisujemy działanie polegające na pobraniu tlenu i wydaleniu dwutlenku węgla do środowiska zewnętrznego.

Jednak koncepcja oddychania obejmuje szerszy proces niż zwykłe wchodzenie i wychodzenie powietrza w klatce piersiowej. Wszystkie mechanizmy związane z wykorzystaniem tlenu, transportem krwi i produkcją dwutlenku węgla zachodzą na poziomie komórkowym.

Drugi sposób definiowania słowa oddychanie zachodzi na poziomie komórkowym i proces ten nazywa się oddychaniem komórkowym, w którym następuje reakcja tlenu z cząsteczkami nieorganicznymi wytwarzającymi energię w postaci ATP (trifosforan adenozyny), wody i dwutlenku węgla.

Dlatego bardziej precyzyjnym sposobem określenia procesu pobierania i wydalania powietrza przez ruchy klatki piersiowej jest termin „wentylacja”.

cechy

Główną funkcją układu oddechowego jest koordynowanie procesów pobierania tlenu z zewnątrz poprzez wentylację i mechanizmy oddychania komórkowego. Jednym z odpadów z tego procesu jest dwutlenek węgla, który dostaje się do krwiobiegu, przedostaje się do płuc i jest usuwany z organizmu do atmosfery.

Za pośredniczenie we wszystkich tych funkcjach odpowiada układ oddechowy. W szczególności odpowiada za filtrowanie i nawilżanie powietrza, które dostanie się do organizmu, oprócz filtrowania niepożądanych cząsteczek.

Odpowiada również za regulację pH płynów ustrojowych - pośrednio - kontrolując stężenie CO ₂ , zatrzymując je lub eliminując. Z drugiej strony bierze udział w regulacji temperatury, wydzielaniu hormonów w płucach oraz wspomaga układ węchowy w wykrywaniu zapachów.

Ponadto każdy element systemu spełnia określoną funkcję: nozdrza ogrzewają powietrze i zapewniają ochronę przed zarazkami, gardło, krtań i tchawica pośredniczą w przepływie powietrza.

Ponadto gardło bierze udział w przepływie pokarmu, a krtań w procesie fonacji. Ostatecznie w pęcherzykach płucnych zachodzi proces wymiany gazowej.

Narządy oddechowe w królestwie zwierząt

U małych zwierząt o średnicy poniżej 1 mm może nastąpić wymiana gazowa przez skórę. W rzeczywistości niektóre linie zwierząt, takie jak pierwotniaki, gąbki, parzydełkowce i niektóre robaki, przeprowadzają proces wymiany gazowej poprzez prostą dyfuzję.

U większych zwierząt, takich jak ryby i płazy, występuje również oddychanie skórne w celu uzupełnienia oddychania wykonywanego przez skrzela lub płuca.

Na przykład żaby mogą przeprowadzić cały proces wymiany gazowej przez skórę na etapie hibernacji, ponieważ są całkowicie zanurzone w stawach. W przypadku salamandry zdarzają się osobniki, które całkowicie pozbawione są płuc i oddychają przez skórę.

Jednak wraz ze wzrostem złożoności zwierząt obecność wyspecjalizowanych organów do wymiany gazowej jest konieczna, aby sprostać wysokiemu zapotrzebowaniu na energię zwierząt wielokomórkowych.

Anatomia narządów, które pośredniczą w wymianie gazowej w różnych grupach zwierząt, zostanie szczegółowo opisana poniżej:

Tchawice

BruceBlaus. Używając tego obrazu w źródłach zewnętrznych, można go przytoczyć jako: pracownicy Blausen.com (2014). „Galeria medyczna Blausen Medical 2014”. WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. , źródło Wikimedia Commons

Owady i niektóre stawonogi mają bardzo sprawny i bezpośredni układ oddechowy. Składa się z systemu rurek, zwanych tchawicami, które rozciągają się po całym ciele zwierzęcia.

Tchawica rozgałęzia się w węższe rurki (o średnicy około 1 µm) zwane tchawicą. Są zajęte przez płyn i kończą się w bezpośrednim połączeniu z błonami komórkowymi.

Autor: Indolences (File: Throat Diagram.svg), za pośrednictwem Wikimedia Commons

Powietrze przedostaje się do systemu przez szereg otworów przypominających zawory, zwanych przedmuchami. Mają one zdolność zamykania się w odpowiedzi na utratę wody, aby zapobiec wysuszeniu. Posiada również filtry zapobiegające przedostawaniu się niepożądanych substancji.

Niektóre owady, takie jak pszczoły, mogą wykonywać ruchy ciała mające na celu wentylację układu tchawicy.

Skrzela

Skrzela, zwane również skrzela, umożliwiają skuteczne oddychanie w środowisku wodnym. U szkarłupni stanowią przedłużenie powierzchni ich ciał, podczas gdy u robaków morskich i płazów są to kępki lub kępki.

Najbardziej wydajne są ryby i składa się z systemu wewnętrznych skrzeli. Są to struktury nitkowate z odpowiednim ukrwieniem, które idzie pod prąd wody. Dzięki temu systemowi „przeciwprądowemu” można zapewnić maksymalną ekstrakcję tlenu z wody.

Wentylacja skrzeli jest związana z ruchem zwierzęcia i otwieraniem pyska. W środowiskach lądowych skrzela tracą pływające podparcie wody, wysychają, a włókna łączą się, co prowadzi do załamania całego układu.

Z tego powodu ryby duszą się poza wodą, mimo że otaczają je duże ilości tlenu.

Płuca

Płuca kręgowców są jamami wewnętrznymi, wyposażonymi w liczne naczynia, których funkcją jest pośrednictwo w wymianie gazowej z krwią. U niektórych bezkręgowców mówimy o „płucach”, chociaż te struktury nie są względem siebie homologiczne i są znacznie mniej wydajne.

U płazów płuca są bardzo proste, podobnie jak worek, który u niektórych żab jest podzielony. Powierzchnia dostępna do wymiany wzrasta w płucach gadów nie ptasich, które są podzielone na liczne połączone ze sobą woreczki.

W linii ptaków wydolność płuc wzrasta dzięki obecności poduszek powietrznych, które służą jako rezerwa powietrza w procesie wentylacji.

Płuca osiągają maksymalną złożoność u ssaków (patrz następna sekcja). Płuca są bogate w tkankę łączną i otoczone są cienką warstwą nabłonka zwanego opłucną trzewną, która znajduje się w opłucnej trzewnej, wyrównanej ze ścianami klatki piersiowej.

Płazy wykorzystują nadciśnienie do przedostawania się powietrza do płuc, podczas gdy nieptasie gady, ptaki i ssaki wykorzystują podciśnienie, w którym powietrze jest wtłaczane do płuc przez rozszerzanie się klatki piersiowej.

Części (narządy) układu oddechowego u ludzi

U ludzi iu pozostałych ssaków układ oddechowy składa się z górnej części, która składa się z ust, jamy nosowej, gardła i krtani; dolna część składa się z tchawicy i oskrzeli oraz części tkanki płucnej.

Górna część lub górne drogi oddechowe

Nozdrza to struktury, przez które przedostaje się powietrze, po nich znajduje się komora nosowa wyłożona nabłonkiem, który wydziela substancje śluzowe. Nozdrza wewnętrzne łączą się z gardłem (potocznie nazywanym gardłem), gdzie krzyżują się dwie drogi: pokarmowa i oddechowa.

Powietrze dostaje się przez otwór głośni, podczas gdy pokarm przedostaje się przez przełyk.

Nagłośnia znajduje się na głośni, aby zapobiec przedostawaniu się pokarmu do dróg oddechowych, tworząc granicę między częścią ustną i gardłową - częścią znajdującą się za ustami - a krtani i gardłem - najniższym segmentem -. Głośnia otwiera się do krtani („krtań”), co z kolei prowadzi do tchawicy.

Dolna część lub dolne drogi oddechowe

Tchawica jest przewodem w kształcie rurki o średnicy 15–20 mm i długości 11 cm. Jego ścianka jest wzmocniona tkanką chrzęstną, aby uniknąć zapadania się konstrukcji, dzięki czemu jest strukturą półelastyczną.

Chrząstka znajduje się w kształcie półksiężyca w 15 lub 20 pierścieniach, to znaczy nie otacza całkowicie tchawicy.

Tranquea rozgałęzia się na dwa oskrzela, po jednym na każde płuco. Prawa strona jest bardziej pionowa w porównaniu do lewej, a także jest krótsza i bardziej masywna. Po tym pierwszym podziale następują kolejne podziały w miąższu płucnym.

Budowa oskrzeli przypomina tchawicę ze względu na obecność chrząstki, mięśni i błony śluzowej, chociaż płytki chrzęstne zmniejszają się aż do ich zaniku, kiedy oskrzela osiągają średnicę 1 mm.

Wewnątrz każdego oskrzela dzieli się na małe rurki zwane oskrzelikami, które prowadzą do przewodu pęcherzykowego. Pęcherzyki mają pojedynczą, bardzo cienką warstwę komórkową, która ułatwia wymianę gazową z systemem kapilarnym.

Tkanka płucna

Makroskopowo płuca są podzielone na płaty przez szczeliny. Prawe płuco składa się z trzech płatów, a lewe tylko z dwóch. Jednak funkcjonalną jednostką wymiany gazowej nie są płuca, ale jednostka pęcherzykowo-kapilarna.

Pęcherzyki płucne to małe woreczki w kształcie kiści winogron, które znajdują się na końcu oskrzelików i odpowiadają najmniejszej części dróg oddechowych. Są objęte dwoma typami komórek, I i II.

Pęcherzyki płucne

Ogniwa typu I charakteryzują się cienkością i umożliwiają dyfuzję gazów. Te typu II są więcej niż małe niż poprzednia grupa, mniej cienkie, a ich funkcją jest wydzielanie substancji typu surfaktantu, która ułatwia ekspansję pęcherzyków płucnych podczas wentylacji.

Komórki nabłonka są przeplatane włóknami tkanki łącznej, dzięki czemu płuca są elastyczne. Podobnie istnieje rozległa sieć naczyń włosowatych płuc, w których zachodzi wymiana gazowa.

Płuca otoczone są ścianą tkanki mezotelialnej zwaną opłucną. Ta tkanka jest zwykle nazywana przestrzenią wirtualną, ponieważ nie zawiera powietrza w środku i ma ciecz w niewielkich ilościach.

3D ilustracja krtani tchawicy oskrzela część układu oddechowego.

Wady płuc

Wadą płuc jest to, że wymiana gazowa zachodzi tylko w pęcherzykach płucnych i przewodzie pęcherzykowym. Objętość powietrza, która dociera do płuc, ale znajduje się w obszarze, w którym nie zachodzi wymiana gazowa, nazywana jest przestrzenią martwą.

Dlatego proces wentylacji u ludzi jest wysoce nieefektywny. Normalna wentylacja może zastąpić tylko jedną szóstą powietrza znajdującego się w płucach. W przypadku wymuszonego oddychania uwięzione jest 20-30% powietrza.

klatka piersiowa

Klatka piersiowa mieści płuca i składa się z zestawu mięśni i kości. Element kostny składa się z kręgosłupa szyjnego i grzbietowego, klatki piersiowej i mostka. Przepona to najważniejszy mięsień oddechowy znajdujący się z tyłu domu.

W żebra są wstawione dodatkowe mięśnie, zwane międzyżebrowymi. Inni uczestniczą w mechanice oddechowej, takiej jak mostkowo-obojczykowo-sutkowy i łuski, które pochodzą z głowy i szyi. Elementy te są umieszczane w mostku i pierwszych żebrach.

Jak to działa?

Pobieranie tlenu jest niezbędne w procesach oddychania komórkowego, w których następuje pobieranie tej cząsteczki do produkcji ATP w oparciu o składniki odżywcze otrzymywane w procesie żywienia w procesach metabolicznych.

Innymi słowy, tlen służy do utleniania (spalania) cząsteczek i tym samym do produkcji energii. Jedną z pozostałości tego procesu jest dwutlenek węgla, który musi zostać wydalony z organizmu. Oddychanie obejmuje następujące zdarzenia:

Wentylacja

Proces rozpoczyna się od wychwycenia tlenu w atmosferze poprzez proces inspiracji. Powietrze dostaje się do układu oddechowego przez nozdrza, przechodząc przez cały zestaw opisanych rurek, aż dotrze do płuc.

Wdychanie powietrza - oddychanie - jest zwykle mimowolnym procesem, ale może przejść od automatycznego do dobrowolnego.

W mózgu neurony w rdzeniu kręgowym są odpowiedzialne za normalną regulację oddychania. Jednak organizm jest w stanie regulować oddychanie w zależności od zapotrzebowania na tlen.

Przeciętny człowiek w stanie spoczynku wdycha średnio sześć litrów powietrza na minutę, a liczba ta może wzrosnąć do 75 litrów w okresach intensywnych ćwiczeń.

Wymiana gazowa

Tlen w atmosferze to mieszanina gazów, składająca się w 71% z azotu, w 20,9% z tlenu oraz z niewielkiej części innych gazów, takich jak dwutlenek węgla.

Kiedy powietrze dostaje się do dróg oddechowych, skład zmienia się natychmiast. Proces wdechu nasyca powietrze wodą, a kiedy powietrze dotrze do pęcherzyków płucnych, miesza się z powietrzem resztkowym z poprzednich wdechów. W tym momencie ciśnienie parcjalne tlenu spada, a dwutlenku węgla wzrasta.

W tkankach dróg oddechowych gazy przemieszczają się zgodnie z gradientami stężeń. Ponieważ ciśnienia parcjalne tlenu są wyższe w pęcherzykach płucnych (100 mm Hg) niż we krwi naczyń włosowatych płuc, (40 mm Hg) tlen przechodzi do naczyń włosowatych w procesie dyfuzji.

Podobnie, stężenie dwutlenku węgla jest wyższe w naczyniach włosowatych płuc (46 mm Hg) niż w pęcherzykach płucnych (40 mm Hg), dlatego dwutlenek węgla dyfunduje w odwrotnym kierunku: z naczyń włosowatych do pęcherzyków płucnych płuca.

Autor: Fluid-fill_alveolus2_ja.svg: user: delldot (zmodyfikowany przez Hatsukari715) praca pochodna: OSH FPaD (Fluid-fill_alveolus2_ja.svg), za pośrednictwem Wikimedia Commons

Transport gazu

W wodzie rozpuszczalność tlenu jest tak niska, że musi istnieć środek transportu, aby sprostać wymaganiom metabolicznym. U niektórych małych bezkręgowców ilość tlenu rozpuszczonego w płynach jest wystarczająca, aby sprostać wymaganiom osobnika.

Jednak u ludzi transportowany w ten sposób tlen wystarczyłby tylko do spełnienia 1% wymagań.

Z tego powodu tlen - i znaczna ilość dwutlenku węgla - jest przenoszony przez pigmenty we krwi. U wszystkich kręgowców pigmenty te są ograniczone do czerwonych krwinek.

W królestwie zwierząt najpowszechniejszym pigmentem jest hemoglobina, cząsteczka białka zawierająca żelazo w swojej strukturze. Każda cząsteczka składa się w 5% z hemu, odpowiedzialnego za czerwony kolor krwi i odwracalne wiązanie z tlenem oraz w 95% z globiny.

Ilość tlenu, która może wiązać się z hemoglobiną, zależy od wielu czynników, w tym stężenia tlenu: gdy jest ono duże, jak w naczyniach włosowatych, hemoglobina wiąże się z tlenem; gdy stężenie jest niskie, białko uwalnia tlen.

Inne pigmenty oddechowe

Chociaż hemoglobina jest pigmentem oddechowym występującym u wszystkich kręgowców i niektórych bezkręgowców, nie jest jedynym.

W niektórych skorupiakach dziesięcionogów, głowonogach i mięczakach występuje niebieski pigment zwany hemocyjaniną. Zamiast żelaza ta cząsteczka ma dwa atomy miedzi.

W czterech rodzinach wieloszczetów występuje pigment chlorokruoryna, białko, które ma w swojej strukturze żelazo i jest koloru zielonego. Jest podobna do hemoglobiny pod względem budowy i funkcji, chociaż nie jest ograniczona do żadnej struktury komórkowej i jest wolna w osoczu.

Wreszcie istnieje pigment o znacznie niższej zdolności przenoszenia tlenu niż hemoglobina zwany hemeritryną. Jest koloru czerwonego i występuje w różnych grupach bezkręgowców morskich.

Pospolite choroby

Astma

Jest to patologia, która atakuje drogi oddechowe, powodując ich obrzęk. Podczas ataku astmy mięśnie wokół dróg oddechowych ulegają zapaleniu, a ilość powietrza, które może dostać się do układu, jest drastycznie zmniejszona.

Atak może zostać wywołany przez szereg substancji zwanych alergenami, w tym między innymi sierść zwierząt domowych, roztocza, zimny klimat, chemikalia w żywności, pleśń, pyłki.

Obrzęk płuc

Obrzęk płuc polega na gromadzeniu się płynu w płucach, co utrudnia pacjentowi oddychanie. Przyczyny są na ogół związane z zastoinową niewydolnością serca, gdy serce nie pompuje wystarczającej ilości krwi.

Zwiększone ciśnienie w naczyniach krwionośnych wypycha płyn do przestrzeni powietrznych wewnątrz płuc, zmniejszając w ten sposób normalny ruch tlenu w płucach.

Innymi przyczynami obrzęku płuc są m.in. niewydolność nerek, obecność wąskich tętnic przenoszących krew do nerek, zapalenie mięśnia sercowego, zaburzenia rytmu serca, nadmierna aktywność fizyczna, stosowanie niektórych leków.

Najczęstsze objawy to duszność, zadyszka, wypluwanie piany lub krwi oraz przyspieszone tętno.

Zapalenie płuc

Zapalenie płuc to zakażenia płuc, które mogą być wywoływane przez różne mikroorganizmy, w tym bakterie, takie jak Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, Mycoplasmas pneumoniae i Chlamydias pneumoniae, wirusy lub grzyby, takie jak Pneumocystis jiroveci.

Objawia się stanem zapalnym przestrzeni zębodołowych. Jest to choroba wysoce zaraźliwa, ponieważ czynniki sprawcze mogą być przenoszone drogą powietrzną i szybko rozprzestrzeniane poprzez kichanie i kaszel.

Najbardziej podatnymi na tę patologię osobami są osoby powyżej 65 roku życia z problemami zdrowotnymi. Objawy obejmują gorączkę, dreszcze, odkrztuszanie flegmy, duszność, duszność i ból w klatce piersiowej.

Większość przypadków nie wymaga hospitalizacji, a chorobę można leczyć antybiotykami (w przypadku bakteryjnego zapalenia płuc) podawanymi doustnie, odpoczynkiem i płynami do picia.

Zapalenie oskrzeli

Zapalenie oskrzeli występuje jako proces zapalny w przewodach doprowadzających tlen do płuc, spowodowany infekcją lub z innych powodów. Ta choroba jest klasyfikowana jako ostra i przewlekła.

Objawy obejmują ogólne złe samopoczucie, odkrztuszanie śluzu, duszność i ucisk w klatce piersiowej.

W leczeniu zapalenia oskrzeli zaleca się przyjmowanie aspiryny lub acetaminofenu w celu obniżenia gorączki, picie dużej ilości płynów i odpoczynek. Jeśli jest to spowodowane przez czynnik bakteryjny, przyjmuje się antybiotyki.

Bibliografia

French, K., Randall, D. i Burggren, W. (1998). Eckert. Fizjologia zwierząt: mechanizmy i adaptacje. Mc Graw-Hill Interamericana
Gutiérrez, AJ (2005). Trening personalny: podstawy, podstawy i zastosowania. INDE.
Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC i Garrison, C. (2001). Zintegrowane zasady zoologii (tom 15). Nowy Jork: McGraw-Hill.
Smith-Ágreda, JM (2004). Anatomia narządów mowy, wzroku i słuchu. Panamerican Medical Ed.
Taylor, NB, & Best, CH (1986). Fizjologiczne podstawy praktyki lekarskiej. Pan American.
Żył, À. M. (2005). Podstawy fizjologii aktywności fizycznej i sportu. Panamerican Medical Ed.

UKŁAD ODDECHOWY: FUNKCJE, CZĘŚCI, FUNKCJONOWANIE - BIOLOGIA - 2026