Elpošanas orgānu sistēmas funkcijas

1. Elpošanas orgānu sistēmas funkcijas 1. Gāzu maiņa. Plaušās tā notiek starp venozajām asinīm un alveolāro gaisu (ārējā elpošana), visā organismā - starp arteriālajām asinīm un audiem (iekšējā elpošana), sakarā ar skābekļa O2 un ogļskābās gāzes CO2 atšķirīgām koncentrācijām abās vidēs, notiek šo koncentrāciju izlīdzināšanās difūzijas ceļā t.I. Plaušās venozās asinis atdod CO2 un uzņem O2, bet audos O2 no arteriālajām asinīm pāriet uz šūnām; 2. Viegli gaistošu vielu izvadīšana ar izelpojamo gaisu, piemēram, alkohola vai nepareizas vielu maiņas rezultātā izveidotā acetona; 3. Termoregulācijas funkcija. Tā kā ieelpotais gaiss ar asiņu palīdzību tiek sasildīts (vai atdzesēts), tuvinot tā temperatūru ķermeņa to, notiek siltuma apmaiņa. Notiek arī elpošanas orgānu gļotādas dzesēšana, sakarā ar ūdens iztvaikošanu no tās; 4. Skaņas radīšana. Izelpojamais gaiss ar noteiktu spiedienu ievibrē balss saites, aktivējas balss muskuļi un rodas skaņa; 1.

2. Uzbalsenis Mazais rags Mēles kauls Vairogskrimšļa un mēleskaula vidējā saite Ķīļveida skrimslis Neīstā balss kroka Radziņskrimslis Balss kroka Vairogskrimslis Kausiņskrimslis Balsene Gredzenskrimšļa un vairogskrimšļa vidējā saite Gredzenskrimslis Gredzenskrimslis Gredzenskrimšļa un elpvada saite Elpvads Skrimšļa pusgredzeni No priekšpuses No mugurpuses Balsenes uzbūve 2.

3. 5. Imūnaizsargfunkcija. Tā kā elpošanas orgānu gļotāda tieši saskaras ar ārējo vidi, un tās laukums ir aptuveni 100 m2, tai ir jāizpilda barjeras funkcija, neielaižot organisma iekšējā vidē ģenētiski svešus savienojumus; 6. Organisma hormonālā regulācija. Plaušu asinsvadu endotēlijs izstrādā fermentu, kura ietekmē angiotenzīns I (AT) pārveidojas par angiotenzīnu II. AT II izraisa asinsvadu sašaurināšanos, veicina hormona aldosterona ražošanu virsnieru dziedzera garozā, veicina noradrenalīna sekrēciju no simpatisko postgan- lionāro šķiedru nervgaļiem, veicina hormonu vazopresīna un adrenokortikotropā hormona sekrēciju. Visa dzīvās būtnes nepārtraukti patērē O2 un izdala CO2. Procesu kopumu, kurš nodrošina O2 uzņemšanu un CO2 izdalīšnu, sauc par elpošanu. Elpošanai jānodrošina atbilstoša audu apgāde ar O2, lai šī gāze pietiekamā daudzumā nonāktu mitahondrijos, kuros notiek bioloģiskās oksidēšanās procesi jeb šūnu elpošana. 3.

4. Skropstiņepitēlijs ar ļaundabīgā audzēja šūnām Vesels skropstiņepitēlijs 4.

5. Elpošanas etapi Alveolu ventilācija (ārējā elpošana) – gāzu apmaiņa notiek, aktīvi, ritmiski mijoties ieelpai un izelpai; Gāzu apmaiņa caur aero – hematisko barjeru (no alveolām uz asinīm). Tā ir pasīva apmaiņa, kura ir atkarīga tikai no gāzu difūzijas caur alveolu un kapilāru membrānām; Gāzu transports ar asinīm, kura efektivitāti nosaka asinsrites sistēmas darbība un hemoglobīna daudzums asinīs; Gāzu apmaiņa caur histo – hematisko barjeru (no asinīm uz audiem), kuru tāpat kā plaušās nosaka difūzija; Šūnu elpošana. Visi šie etapi ir savā starpā cieši saistīti. Elpošanas aparāta galvenā sastāvdaļa ir plaušas, kuras ar ārējo vidi savieno elpceļi (deguna ejas, aizdegune, balsene, traheja, bronhi). Bronhiem, 16 reizes zarojoties, veidojas gaisa vadīšanas zona, kurā kopējais terminālo bronhiolu skaits sasniedz 65000. Gaisa vadīšanas zonas summārais šķērsgriezuma laukums ir 180 cm2 (trahejā 2,5 cm2). 5.

6. Elpceļos gāzu apmaiņa nenotiek, jo to sienas nelaiž cauri gāzes. Tāpēc tos sauc par anatomisko mirušo telpu jeb kaitīgo telpu. Kaitīgās telpas lielums atkarīgs no cilvēka auguma – vīriešiem aptuveni 150 ml, sievietēm – 100 ml. Ieelpā atmosfēras gaiss kondicionējas. Ārējā vides komforta apstākļos apmēram 10% no organisma ražotā siltuma tiek patērēti ieelpotā gaisa kondicionēšanai. Svarīga elpceļu funkcija ir gaisa attīrīšana. Putekļu daļiņas kuru lielums pārsniedz 10 μm, tiek aizturētas deguna eju matiņos vai mitrajā gļotādā. Pārējās putekļu daļiņas parasti nosēžas uz trahejas, bronhu un bronhiolu sienām, kurus izklāj skropstiņepitēlijs. Ja putekļu daļiņas nonāk alveolās, tās satver un sagremo alveolu makrofāgi un tās izdalās caur asinīm vai limfu. 17., 18., un 19. pakāpes bronhi veido pārejas zonu, kurā gaiss vēl pārvietojas kā plūsma. Alveolārās ejas un maisiņi veido četras pēdējās zarošanās pakāpes (20.-23.), tā ir elpošanas zona, kurā skābekļa un ogļskābās gāzes kustība realizējas kā gāzu difūzija. Kopējā kontakta virsma starp alveolām un kapilāriem pieaugušam cilvēkam ir 70-90 m2. 6.

7. Galvenais bronhs Skrimšļa gredzens Plaušu vārti Membrāna Skrimšļa plāksnītes Segmentārie bronhi Viscerālā pleira Elpošanas epitēlijs Gludā muskulatūra Saistaudi Alveolārais maiss 7.

8. Bronhiola Limfvads Venula Terminālā bronhiola Arteriola Elastīgas šķiedras Kapilāru tīkls Elpošanas bronhiola Alveolārais vads Alveola Alveolārais maiss Viscerālā pleira 8.

9. Plaušu tilpumi Tilpumi (l) vīriešiem sievietēm Vitālā kapacitāte: ieelpas rezerves tilpums 3,3 1,9 elpošanas tilpums 0,5 0,5 izelpas rezerves tilpums 1,0 0,7 kopā 4,8 3,1 Atlieku tilpums 1,2 1,1 Plaušu totālā kapacitāte 6,0 4,2 9.

10. Plaušu tilpumi Vitālā kapacitāte – maksimālais gaisa daudzums, kuru izelpo pēc maksimālas ieelpas; Ieelpas rezerves tilpums – maksimālais gaisa daudzums, kuru var ieelpot pēc normālas ieelpas; Elpošanas tilpums – gaisa daudzums, kuru ieelpo vienā ieelpā vai izelpo vienā izelpā; Izelpas rezerves tilpums – maksimālais gaisa daudzums, kuru var izelpot pēc normālas izelpas; Atlieku tilpums – gaisa daudzums, kas paliek plaušās pēc maksimālās izelpas; Plaušu totālā kapacitāte – gaisa daudzums plaušās pēc maksimālās ieelpas; Funkcionālā atlikuma kapacitāte – gaisa daudzums plaušās pēc mierīgas izelpas (izelpas rezerves tilpums + atlieku tilpums) (1,8-2,2 l). Spirometrija – funkcionālās izmeklēšanas metode plaušu tilpumu noteikšanai. 10.

11. Spirometrs Atlieku 3 – izelpas rezerves 2 - elpošanas tilpums Totālā kapacitāte 4 – vitālā kapacitāte Tilpums (l) Papīra kustības virziens 1 4 2 3 Atlieku tilpums 11.

12. Ārējās elpošanas biomehānika Ārējo elpošanu nodrošina elpošanas muskulatūras periodiska saraušanās, kura izmaina krūškurvja tilpumu: ieelpā tilpums palielinās, izelpā – samazinās. Pašas plaušas elpošanā piedalās pasīvi, sekojot krūškurvja tilpuma izmaiņām. Ieelpā, pateicoties ārējiem ribstarpu muskuļiem, palielinās krūšu dobuma izmēri priekšas – sānu virzienā, bet, saraujoties diafragmai, tās kupols mierīgā ieelpā noslīd par 1,5 cm, bet dziļā – līdz 10 cm. Mierīgi elpojot, izelpa noris pasīvi, bez elpošanas muskulatūras aktīvas līdzdalības. Ieelpas muskuļiem atslābstot, krūškurvis cenšas atgūt savus parastos izmērus. Šo procesu nodrošina potenciālā enerģija, kuru elastīgais krūškurvis uzkrājis ieelpas laikā. Mierīgi elpojot, vāji ventilējas vai pat nemaz neventilējas plaušu galotnes, plaušu saknes un tās plaušu daļas, kuras atrodas tieši pret mugurkaulu un ribu galviņām. 12.

13. Atmosfēras spiediens 760 mmHg Galvenais bronhs Elpvads Ieelpā – 4 –20 mmHg Izelpā – 2 – 4 mmHg Pleiras ārējā lapiņa Pleiras dobums Pleiras iekšējā lapiņa Plaušu iekšējais spiediens 760 mmHg Krūšu kurvja siena Diafragma Kāpēc plaušas izmaina tilpumu? Tādēļ, ka starp ārējo (parietālo) un iekšējo (viscerālo) pleiras lapiņu ir vakuums. Pleiras dobums ir noslēgts trauks. Negatīvais spiediens tajā ieelpas laikā ir 4-6 mmHg, dziļā ieelpā līdz 12 mmHg. Negatīvais spiediens izelpas laikā ir 2-4 mmHg. Nedaudz mainās arī spiediens pašās plaušās – ieelpā tas ir nedaudz negatīvs, bet izelpā – pozitīvs. 13.

14. Elpošanas darbs Elpošanas darbs – mehāniskais darbs, kādu veic elpošanas muskulatūra, lai notiktu alveolu ventilācija. Muskuļu darbs pārvar kopējo plaušu pretestību, kuru veido: a) elastīgā un b) neelastīgā pretestība. Elastīgās pretestības (65%) lielums ir atkarīgs no audu stiepjamības. Jo tā ir lielāka, jo mazāk muskuļu spēka ir jāpieliek, lai sasniegtu vēlamo krūškurvja apjomu. Elastīgo pretestību nosaka tilpuma apjoms, bet ne tā izmaiņu ātrums. Stiepjamību nosaka alveolu sienas virsmas spraigums, kurš ir atkarīgs no plaušu tilpuma. Jo tilpums mazāks, jo stiepjamība lielāka. Arī asins pieplūde plaušu asinsvados ietekmē stiepjamību. Jo lielāka pieplūde, jo pretestība mazāka. Arī ķermeņa poza ietekmē elastīgo pretestību gan pēc lieluma, gan pēc spēka darbības virziena. 14.

15. Izšķir divu veidu neelastīgo pretestību: 1) viskozo pretestību jeb elpošanas aparāta berzi (7%), kura ir saistīta ar tā kustībām (berze starp abām pleiras lapām, berze krūškurvja skeleta locītavās, berze starp dažādām struktūrām elpošanas kustību laikā utt.); 2) gaisa kustības pretestību (28%), kura rada gaisa plūsmas berze un berze starp gaisu un elpceļu virsmu. Pretestība elpceļos ir atkarīga no gaisa plūsmas tilpuma un ātruma: ja ātrums ir neliels, gaiss kustas vienmērīgi – laminārā plūsmā un pretestība ir relatīvi neliela, bet, padziļinoties elpošanai un pieaugot ātrumam, rodas virpuļi – turbulence, kura rada lielu pretestību gaisa plūsmai elpceļos. Bronhu lūmena sašaurināšanās parasimpatiskās NS un holīnmimētisko vielu ietekmē var divkārt palielināt berzi elpceļos, bet bronhu simpātiskā dilatācija – uz pusi samazināt. Pretestību ievērojami ietekmē smēķēšana: 1 s ilga cigaretes dūmu ieelpošana 2-3 reizes palielina gaisa pretestību elpceļos. Palielinātā pretestība saglabājas 10-30 minūtes. 15.

16. Surfaktants – fosfolipīdu un proteīnu komplekss, kura klātbūtne ievērojami samazina virsmas spraigumu šķidruma plēvītei, kura izklāj alveolu iekšējo virsmu. Surfaktantu sintezē un sekretē īpašas alveolārā epitēlija šūnas. Plaušu un alveolārā ventilācija Plaušu ventilāciju kvalitatīvi raksturo elpošanas minūtes tilpums t.i. gaisa tilpums, kuru ieelpo vai izelpo vienā minūtē. To aprēķina reizinot elpošanas tilpumu ar elpošanas frekvenci. Miera stāvoklī plaušu ventilācija ir 4-15 l/min. Maksimālas fiziskās slodzes laikā plaušu ventilācija sasniedz 100 – 140 l/min, pie tam elpošanas frekvence var pieaugt četrkārtīgi – no 12 līdz 50 reizēm 1 minūtē, bet elpošanas tilpums seškārtīgi – no 500 līdz 3000 ml. Plaušu ventilācijas efektivitāti nosaka ar skābekļa ventilācijas ekvivalentu, t.i. Plaušu ventilāciju, kas nodrošina organismu ar 1 l O2. miera stāvoklī vīriešiem tas ir 25 l, bet bērniem 35 l gaisa. 16.

17. Alveolārā ventilācija ir gaisa daudzums, kurš piedalās gāzu apmaiņā alveolās, t.i. Ārējās vides gaisa tilpums, kas nonāk alveolās laika vienībā, piem., minūtē. Alveolārā ventilācija ir aptuveni 70% no plaušu ventilācijas. Gāzu maiņā nepiedalās kaitīgās telpas gaiss un arī neliela daļa ieelpotā gaisa, kura sasniedz un aizpilda alveolas. Tas ir gaiss, kurš nokļūst slikti apasiņotās alveolās, un liekais gaiss, kurš ventilējas alveolās vairāk, nekā tas ir nepieciešams, lai pilnībā noritētu gāzu apmaiņa ar asinīm. Šie abi tilpumi atspoguļo neatbilstību starp alveolu ventilāciju un to perfūziju ar asinīm. Kopā ar anatomiski mirušo telpu šie gaisa tilpumi veido fizioloģiski mirušo telpu. Tādēļ gāzu maiņa plaušās ir atkarīga no attiecības starp alveolārās ventilācijas tilpumu un asins tilpumātrumu alveolārajos kapilāros, t.i. no ventilācijas-perfūzijas attiecības. Optimālai gāzu apmaiņai atbilst aptuveni ventilācija/perfūzija=0,8 17.

18. Anastomoze Venula Prekapilārie sfinkteri Prekapilārie sfinkteri Arteriola Kapilāri Metarteriola Gludie muskuļi 18.

19. Ieelpojamais gaiss Izelpojamais gaiss O2 158,0 CO2 0,3 O2 116,0 CO2 32,0 Kaitīgā telpa Alveola O2 100,0 CO2 40,0 O2 95,0 CO2 40,0 O2 40,0 CO2 46,0 Vēnas Artērijas O2 40,0 CO2 46,0 Audi Gāzu maiņa caur alveo-hematisko barjeru O2 un CO2 maiņa starp alveolāro gaisu un asinīm kapilāros nodrošina difūzija sakarā ar parciālo spiedienu starpību. Par gāzes parciālo spiedienu sauc to spiediena daļu, ko tā dod gaisā vai kādā citā gāzu maisījumā. Ja gāze izšķīdusi šķidrumā, tās parciālo spiedienu sauc par spriegumu. Miera stāvoklī O2 parciālais (pO2) alveolārajā gaisā ir 100 mmHg, bet venozajās asinīs, kuras atrodas alveolu kapilāros, tā spriegums ir tikai 40 mmHg, tādēļ O2 difundē no alveolārā gaisa asinīs. 19.

20. Visintensīvāk difūzija noris kapilāru sākumā, jo tur ir vislielākais O2 parciālais gradients. O2 nokļūstot asinīs, šis gradients samazinās, un tādēļ, asinīm virzoties pa kapilāru, O2 difūzija samazinās. CO2 parciālā spiediena gradients ir vērsts pretējā virzienā: jauktās venozās asinīs CO2 spriegums (pCO2) ir 46 mmHg, bet alveolārā gaisā – 40 mmHg, tādēļ CO2 difundē no kapilāru venozajām asinīm uz alveolām. Gāzēm difundējot no alveolām kapilāros un otrādi, gāzu molekulām jāiziet cauri daudzslāņu plaušu funkcionālai membrānai, kuras biezums ir 0,2 – 0,4 μm un kura veic aerohematiskās barjeras funkcijas. Membrānu veido plāns surfaktanta slānis, kas izklāj alveolas, alveolu epitēlijs, audu šķidruma slānis, kapilāru epitēlijs, plāns plazmas slānis starp kapilāra sienu un eritrocītu, eritrocīta membrāna. Gāzu difūzijas ātrums tieši atkarīgs no: 1) gāzes parciālo spiedienu diferences abpus membrānai; 2) gāzes maiņas virsmas laukuma; 3) gāzes šķīdības; 4) vides t0 un rakstura. 20.

21. Gāzu maiņa notiek starp gāzveidīgu un šķidru vidi. Pirms gāze nokļūst no alveolām asinīs un otrādi, tai ir jāizšķīst plaušu funkcionālajā membrānā. Jo lielāka ir gāzu šķīdība, jo ātrāk gāzes molekulas pāriet no virspusējiem uz dziļākajiem slāņiem, uzturot koncentrāciju starpību starp gāzi un šķīdumu un tādējādi paātrinot difūzijas. CO2 šķīdība plaušu funkcionālajā membrānā ir 20 reizes lielāka nekā O2 šķīdība. Līdz ar to CO2 difundē vieglāk un parciālie spiedieni alveolārā gaisā un asinīs izlīdzinās ātrāk. Liela nozīme O2 transportā ir eritrocītu skaitam un Hb daudzumam eritrocītos. 1g Hb spēj saistīt 1,34 ml O2. Līdz ar to asinīm, kurās hemoglobīna saturs ir 15g%, maksimālā O2 ietilpība ir 20,1 ml O2 100 ml asiņu. 21.

22. Elpošanas regulācija Elpošanu nodrošina ārējās elpošanas, asins un asinsrites sistēmu koordinēta darbība. Koordinēšana un regulēšana galvenokārt notiek ar nervu sistēmas palīdzību. Elpošanas centrs atrodas iegarenajās smadzenēs un tas sastāv no simetriski izvietota ieelpas (inspiratorā) un izelpas (ekspiratorā) daļas. Ieelpas centrā atrodas A jeb α un B jeb β neironi. A neironi veido elpošanas centra neironu pamatgrupu un tie ir saistīti ar muguras smadzeņu motorajiem neironiem, kuri inervē diafragmu un ribstarpu muskuļus. A neironiem piemīt ritmiska aktivitāte, kura tiek ģenerēta automātiski. B neironi ir kavētājneironi, kuru ietekme realizējas ar C neironu līdzdalību, tiem sasniedzot sliekšņa potenciālu. Tā sasniegšanu un līdz ar to ieelpas izslēgšanu veicina impulsi no plaušu iestiepuma receptoriem un pneimotaksiskā centra. Receptori novietojas: 1) mehanoreceptori – iestiepuma receptori plaušu audos, tie kavē A neironus; 2) himioreceptori – a) perifērie-karotīdes sīnusā un aortas lokā, kuri mēra CO2 konc.asinīs un aktivē A neironus, b) centrālie - iegarenajās smadzenēs un hipotalāmā, kuri mēra CO2 konc. audu šķidrumā. 22.

23. Izelpas kodola neironiem ir nozīme aktīvās izelpas uzturēšanā. Ieelpas un izelpas neironu aktivitātes nomaiņas ritms elpošanas centrā nosaka elpošanas frekvenci, bet impulsācijas aktivitāte (uzbudinājuma līmenis elpošanas centrā) – elpošanas muskuļu saraušanās spēku un līdz ar to elpošanas tilpuma lielumu (elpošanas dziļumu). Regulējoša ietekme uz elpošanu ir arī pneimotaksiskajam (PTC) centram tiltā. Tas modulē ieelpas un izelpas garumu elpošanas ciklā. PTC saņem informāciju no ieelpas neironiem iegarenajās smadzenēs un tad sūta nervu impulsus atpakaļ, kavējot ieelpas un uzbudinot izelpas neironus. PTC ir divu tipu neironi: 1) apnojas (apnoja-elpošanas kustību apstāšanās), kurus eksperimentāli stimulējot, panāk spēcīgu ieelpu un vāju izelpu, un 2) pneimotaksiskie, kurus stimulējot, panāk elpošanas apstāšanos. 23.

24. Iegareno smadzeņu elpošanas centram ir sakari ar vidussmadzenēm, starpsmadzenēm, smadzenītēm, limbiskajām struktūrām un garozas somatosensoro zonu. Šie sakari nodrošina elpošanas integrāciju ar pārējām organisma funkcijām, elpošanas adaptāciju ārējās vides izmaiņām. Hipotalāms ietekmē elpošanu, ja tā jāmaina, sakarā ar pārējo veģetatīvo funkciju intensitātes maiņu. Limbiskā sistēma izmaina elpošanu emociju laikā. Lielo pusložu garoza realizē elpošanas nosacījuma refleksus uz noteiktu signālu. Piemēram, sportistam elpošana var mainīties no ģērbtuves smakas, starta pistoles vai skrejceļa izskata. 24.