Dýchací soustava člověka

Primární funkcí dýchací soustavy je zajištění respirace.  Výměně vzduchu mezi okolním prostředí a plícemi se říkáventilace.

Respirace – vnější (výměna plynů mezi plicními sklípky a krví) 

           – vnitřní (buněčné dýchání probíhající až mezi krví a tkáněmi ->mitochondrie)

Dýchací soustava má také sekundární funkce. Mezi ty patří hlasový projev, čich, kýchání a kašlání nebo zívání. Plíce mají

kromě výměny plynů také řadu metabolických funkcí.

Stavba dýchací soustavy

Dělí se na horní a dolní cesty dýchací, dýchací svaly a plíce. Vstupem vzduchu do dýchací soustavy je dutina nosní nebo dutina ústní. Následně vzduch pokračuje přes hltan a hrtan do průdušnice. Ta se po  17-20 cm rozděluje na dvě průdušky. Ty se dále rozdělují na průdušinky, které jsou zakončeny alveolami. Pojmem bronchiální strom označujeme průdušky a průdušinky.

Horní cesty dýchací

Dutina nosní

Dvě nosní dutiny jsou odděleny nosní přepážkou. Uvnitř každé dutiny se nachází skořepy, kostní výstupky kryté sliznicí(sloužící k zvlhčování vzduchu), řasinkami (slouží k vychytávání prašných částic) a žlázkami pro vylučování hlenu, který funguje jako obrana proti možným patogenům. Krevní cévy spolu se skořepami a stěnami ohřívají vdechovaný vzduch.

Vedlejší dutiny nosní jsou v horní čelisti, kosti klínové, čichové a čelní. Nemají je novorozenci.

Dutina ústní

Dutina ústní slouží primárně k příjmu potravy, ale při dýchání se uplatňuje v případě, když je zvýšená potřeba okysličení plic, nebo v případě ucpané nosní dutiny. Na vstupu do hltanu se nachází mandle – dva malé orgány obsahující velké množství krvinek.

Hltan (Pharynx)

Hltan je trubice společná pro dýchací a trávicí soustavu. Dělí se na 3 části (nosní, ústní, hrtanová). Ústí tam Eustachova trubice (spojení se středním uchem  -> vyrovnávání tlaků)

Dolní cesty dýchací

Hrtan (Larynx)

Hrtan je zavěšen na vazech jazylky. Je tvořen pohyblivě spojenými chrupavkami.

Epiglotis – hrtanová záklopka, je v horní části hrtanu, je elastická, uzavírá průchod do hrtanu při polykání potravy. K uzavření dojde zdvihem jazylky a sestupem kořene jazyka.

Chrupavka štítná je největší a je vazivem spojena s jazylkou.

Chrupavka prstenčitá se nachází pod ní, jsou k ní zezadu připojené hlasivkové chrupavky.

Hlasivky (fonační orgán savců) se nacházejí ve střední části hrtanu.

Hlasivkové vazy se upínají mezi chrupavku štítnou a chrupavky hlasivkové a rozdělujeme je na pravé – horní a nepravé – dolní. Mezi horními se nachází hlasivková štěrbina. Ta má v klidu tvar trojúhelníku, ale při vydávání zvuku se k sobě hlasivkové vazy přiblíží a uzavřou ji. Zvuk vydáváme při výdechu.

K mutaci dochází při pohlavním dospívání. U chlapců dochází k prodloužení hlasivkových vazů asi o 1 cm, u děvčat o 3-4 mm. Mutace je fyziologická.

Při paralýze dochází k obrně hlasivkového vazu. Dojde-li k oboustranné paralýze, není možno uzavřít hlasivkovou štěrbinu a člověk nemluví. Paralýzu lze způsobit jedy.

Hemorrhagie často vzniká po zvýšeném pořvávání, dojde při ní k popraskání kapilár a následnému nabytí vazu. Tím se také zhorší jeho motorika.

Průdušnice (Trachea)

Je trubice dlouhá až 13 cm. Její stěna zepředu vytužena 16-20 štítnými chrupavkami ve tvaru C, které jsou vzadu spojeny vazivem. Na její stěně se nachází řasinkový epitel, který tvoří výstelku dýchacích cest a slouží k jejich očištění. Řasinky provedou 1000-1500 pohybů za minutu a svým pohybem pohnou s hlenem směrem vzhůru. Hlen vznikající v seromucinozních žlázkách může nefunkční řasinky mírně nahradit.

Průdušky (Bronchi)

Jsou dvě chrupavčité trubice, které vstupují do plic. Jsou vyztuženy chrupavkou nepravidelných tvarů, ve stěně nalézáme seromucinozní žlázky a řasinkový epitel.

Průdušinky (Bronchioly)

Jsou prvního až n-tého řádu, již se v nich nenachází chrupavka, ale pouze hladká svalovina a elastická vlákna. Dělí se na terminální a respirační bronchioly. Terminální bronchioly patří ještě do mrtvého prostoru. Respirační bronchioly postupně přecházejí v alveolární chodbičky. V epitelu bronchiol ubývá řasinkových buněk, ale zato se zde nachází Clarovy buňky, které slouží jako zdroj surfaktantu (lipidová látka, která zabraňuje slepení stěn).

Plicní sklípky (Alveoly)

Alveoly jsou obklopeny velmi těsně plicními kapilárami – mezi vzduchem v alveole a krví v kapiláře se nachází pouze epitel alveol a endotel cév. V epitelových buňkách druhého typu dochází k vylučování surfaktantu. Surfaktant je lipidová látka – směs dipalmitoylfosfatidylcholinu (DPPC) a dalších lipidů a proteinů.  Díky němu není možno vydechnout všechen vzduch z plic. Nepolární řetězce DPPC směřují do alveol. Při nádechu molekuly DPPC oddalují a zvyšuje se povrchové napětí. Při výdechu se povrchové napětí snižuje a poté, co se alveola příliš deformuje, zabrání kolapsu alveol. Také zabraňuje tvorbě plicního otoku. Jeho nedostatek je příčinou syndromu respirační tísně novorozenců.

V alveolách se také nachází alveolární makrofágy, které fagocytují bakterie a prachové částečky menší než 2 µm. Dále připravují vniknuté antigeny na útok imunitního systému a uvolňují látky přitahující granulocyty do plic i stimulační látky pro výrobu granulocytů a monocytů v kostní dřeni.

Plíce (pulmo)

Plíce jsou ústředním párovým orgánem dýchacího procesu. Mají houbovitou tkáň. Jsou rozděleny hlubokými zářezy do laloků. Na pravé plíci nalezneme tři laloky, na levé dva. Plíce jsou kryty blánou poplicnicí, která se podobá bláně vystýlající dutinu hrudní – pohrudnici. Mezi těmito blanami se nachází intrapleurální prostor, který je vyplněn tekutinou, díky které je umožněn pohyb obou blan.

Mrtvý prostor

Mrtvý prostor tvoří dutiny podílející se na přívodu vzduchu, ale nepodílí se na výměně plynů. Anatomický mrtvý prostor sestává z dutiny nosní, hltanu, hrtanu, průdušnice, průdušek a terminálních průdušinek. Je-li funkční mrtvý prostor větší než anatomický, neprobíhá v některých alveolách výměna plynů.

Dýchací svalstvo

Řízeno nervy z krční a hrudní míchy.

Bránice

Je svalo-šlachová blána oddělující orgány hrudního koše a břicha. Řadí se mezi dýchací svalstvo. Bránice se pohybuje podle respirace – při nádechu jde směrem dolů, při výdechu nahoru.

V bránici jsou 3 otvory – na aortu, dolní dutou žílu a jícen.

Škytání = křeč bránice.

Mezižeberní svalstvo

Svaly vyplňující prostor mezi jednotlivými žebry. Díky nim se nadechujeme a vydechujeme.

Řízení dýchání

Řídící centra dýchání se nachází v mozku, jsou schopna autonomně pracovat, ale jejich práci lze ovlivnit koncovým mozkem. Dýchací svaly jsou řízeny nervy z krční a hrudní míchy. Apneustické centrum vysílá stimulační impulsy doinspiračního centra, které vyšle stimulační impulsy ke stahu bránice a inspiračních svalů. Ty svým stahem vyšlou inhibiční impulsy do apneustického centra a dojde k jeho odpojení. Nastane fáze zvaná mezideší. Poté dojde k zapojenípneumotoxického centra, které vyšle bránici impulsy k uvolnění svalů.  Ty opět aktivují apneustické centrum.

Mechanika dýchání

K ventilaci dochází díky rozdílu tlaku mezi alveolami a vnějším prostředím.  Ventilace je dvoufázový proces, neboť část vzduchu, 0,15-0,2 l zůstává v mrtvém prostoru.

Při vdechu dochází ke stahu bránice a stahu zevních mezižeberních svalů, které způsobí zdvih žeber, prsních svalů a pomocných dýchacích svalů (všechny ostatní, které pomáhají zvětšit hrudní dutinu). Vdech je vždy aktivní proces, zatímco o pasivním výdechu mluvíme v případě, že dochází k výdechu pouze v důsledku tíhy a elasticity plic. Aktivní výdech nastává v případě zapojení břišního lisu (svaly břišní stěny) a vnitřních mezižeberních svalů.

 V klidu dojde průměrně 16 nádechům o objemu 0,5 l – respirační objem.

Při maximálním nádechu mohou být vdechnuty navíc 3 l – inspirační rezervní objem.

Při maximálním možném výdechu dojde po klidném výdechu ještě k vydechnutí 1,5-2 litrů vzduchu.

Množství nevydechnutelného vzduchu – residuální objem – zaujímá objem o málo větší než 1 l.

Celková kapacita plic je součtem všech objemů a pohybuje se okolo 6 l. Po odečtení residuálního objemu od celkové kapacity plic zjistíme vitální kapacitu plic = maximální možné množství vzduchu, které můžeme vydechnout po maximálním nádechu.

Způsoby dýchání

• žeberní – horní (mělké) -> typické pro ženy

             – dolní -> muži a děti => je lepší

• břišní (brániční) – všechny děti a 65% mužů

Výměna plynů v plicích

Výměna plynů v alveolách se uskutečňuje podle Fickova difuzního zákona, hnací silou jsou rozdíly parciálních tlaků mezi vzduchem v alveolách a v erytrocytech kapilár.  Krev prochází kapilárou po dobu 0,75 s a během průchodu dojde k vyrovnání parciálních tlaků v alveole a krvi.

Parciální tlak CO2 v odkysličené krvi v klidu je 46T a v alveole 40T. Tento malý difuzní rozdíl stačí, neboť CO2 snadno difunduje přes membránu alveoly. Při pohybu může dosáhnout parciální tlak CO2 v krvi až 110T, ale princip difuze zůstává stále stejný.

Parciální tlak O2 v krvi je v klidu 40 T, v alveole 100T, ovšem z důvodu vyššího Kroghova difuzního koeficientu difunduje O2 do krve pomaleji, avšak stejně se zvýší na 97 T. Tato hodnota ale klesne díky arteriovenózním zkratům, bronchiálním a thebesiánským srdečním žilám na 90-95 T.

Kyslík má tendenci jít tam, kde je nižší parciální tlak (do odkysličené krve).

Výměna plynů v tkáních

Výměna plynů se uskutečňuje podobně jako v plicích difuzí. Protože je parciální tlak kyslíku v tkáních menší než tlak kyslíku v přitékající krvi, O2 se do tkání přesune ochotně. Při výměně CO2 je situace opačná.

Transport O2 krví

Kyslík je transportován z 97% transportní bílkovinou hemoglobinem. Ten sestává ze 4 podjednotek, kdy každá podjednotka sestává z komplexu porfyrinu a Fe2+. Hemoglobin A, kterého je v krvi 98% sestává z 2α a 2β podjednotek, HbA2 je tvořen 2α a 2δ podjednotkami.  Ke každému ze čtyř Fe2+ se reversibilně naváže jedna molekula O2 v procesu oxygenace. Po navázání prvního O2 dojde ke změně tenzní konfigurace na relaxovanou konfiguraci a dojde ke zvýšení afinity 500×. Zároveň se sníží afinita k CO2 – Haldanův efekt. Zbývající O2 je rozpuštěn v krvi. Vzniká oxyhemoglobin.

Transport CO2 krví

Pouze malé množství CO2 je transportováno rozpuštěné v krvi.  Zbytek je vázán chemicky jako (HCO3)– a karbaminohemoglobin. Enzym karboanhydráza obsažený v erytrocytech způsobí rychlejší hydrataci difundujícího CO2 na H2CO3, které následně disociuje na H+ a HCO3–.  Část hemoglobinu slouží jako pufr (konjugovaný pár kyseliny nebo zásady, který je schopný udržovat v jistém rozmezí stabilní pH po přidání silné kyseliny či zásady do systému) pro H+ a zbývající hemoglobin reaguje na  karbaminohemoglobin. V erytrocytech je vyšší koncentrace HCO3–, proto až 70% HCO3– přechází do plazmy. Zároveň s tím je přečerpáváno Cl– HCO3–/Cl– antiportem. Jelikož jsou HCO3– i Cl– osmoticky aktivní částice, zaujímá erytrocyt přenášející O2 větší objem.

Sekundární fce DS

Kýchání – při podráždění nosní sliznice

Kašel – vždy zavíráme oči (mechanická ochrana oka proti nečistotám z pusy + hrozí tlakem vyhřeznutí očí ven z lebky)

          – průběh: intenzivní nádech -> přetlak v plicích -> uzavření hlasivkových vazů -> prudký, enormní výdech + se různě
ohýbáme -> hrozí protrhnutí hlasivkových vazů -> už to nemůžou vydržet -> odtrhnou se -> všechno to rychle vylítne

Zívání – buď že na něj myslíme nebo to vidím->roztažení čelistí->stisknutí bodů->spuštění různých procesů, třeba spánek

Čich – rozpohybujeme vzduch->jdou do nás pachové stopy

         – Intenzivněji vůně vnímáme při výdechu-nádech->povrchové části se usazují v hlenu->výdech->pachové části jdou         hlouběji do toho hlenu->cítíme

         – Primárně na rozpoznání partnera

Hlas – ohromně složité -> máme na to speciální, autonomní oblast mozku (jen mu řekneme, co chceme říct a část mozku si                         nenechá mluvit do toho, jak to udělá->pak dává povely té DS)

        – mutace, vady,

        – infekce, hemorrhagie

Patologie

Otrava plyny:

CO – potřebuje PCO pouze 0,4 T, aby se mohl přednostně a ireversibilně navázat na hemoglobin. Vzniká tzv. karbonylhemoglobin. CO vzniká při nedokonalém spalování uhlí, a dále je obsaženo v cigaretovém dýmu. Již 0,5% CO ve vzduchu je pro organismus smrtelné.

O2 – nastává při vysokém tlaku O2, neboť O2 se rozpouští i v plazmě, odkud si ho primárně bere tkáň a CO2 se nemá kam navázat. Dochází ke křečím, jedinec upadne do bezvědomí a nakonec nastává smrt udušením.

 CO2 – k otravě dochází při respirační acidóze, stavu, kdy nedochází k dostatečnému vylučování CO2 v plicích. V plicích se zvyšuje PCO2, v krvi se zvyšuje také a zvyšuje se i její  pH.

Hypoxie – nastává v případě nedostatečného zásobení tkání O2. Existuje pět různých typů –

Hypoxická hypoxie – je snížen parciální tlak O2.

Anemická hypoxie  – je snížené množství hemoglobinu

Ischemická hypoxie nastává při snížení průtoku krve, ať už selháním srdce nebo uzavřením tepny

K hypoxii způsobené příliš dlouhou difuzní drahou dojde, zvětší-li se objem tkáně, avšak ne počet kapilár

Cytotoxická hypoxie nastává, je-li dodávka dostatečná, ale O2 nelze využít díky přítomným toxinům, například HCN. Frekvence dýchání se zvýší v závislosti na stupni hypoxie.

Cyanóza – neboli modrofialové zbarvení rtů, nehtových lůžek a kůže, nastane, překročí-li množství tmavě modrého (redukovaného) deoxy-hemoglobinu 50g/l.

Hyperoxie – je způsobená několikadenním dýcháním čistého kyslíku nebo přetlakem v dýchacím přístroji. Brzdí oxidaci glukózy, snižuje srdeční výdej a prokrvení mozku a ledvin. Dochází k závratím, křečím a někdy i k deaktivaci surfaktantu. U novorozenců může dojít až k oslepnutí.

Astma- projevuje se zhoršeným dýcháním v důsledku stahování plicních váčků. Při velkém stresu, zátěži či v zakouřeném prostředí.

Alergie – je nepřiměřená imunitní reakce organismu na běžné látky (například pylová zrna). Lze ji minimalizovat v útlém věku, je-li potomek vystaven prachu, špíně a vůbec jakémukoliv prostředí, které není čištěno Brefem. Také časté aplikování hexavakcin napomáhá vzniku alergií. Z důvodu nedostatečného množství patogenů si mastocyty vyberou jinou látku, proti které budou bojovat. Pokud se alergen dostane na sliznici, je mastocytem zaregistrován a dojde ke spuštění alergické reakce. Uvolní se histamin, který se naváže na receptory bolesti a dochází k otokům sliznic.

Při astmatu dochází dále k bronchokonstrikci, zvýšenému hlenění a slzení. Navíc se rozšíří v daném místě cévy a hrozí až pád do bezvědomí a nebezpečí zadušení. Astmatu se dá bránit preventivním vyhýbáním se místům výskytu alergenů nebo následně používáním inhalátorů, které obsahují antihistaminika či myorelaxanty.

Anafylaktický šok je extrémním projevem alergie. Jedná se o celkovou systémovou reakci přecitlivělosti, dochází k třasavce, nevolnosti, křečím, rychlému a povrchnímu dýchání. Nedojde-li k okamžitému léčebnému zásahu, nastává rychlý kolaps a smrt.

Bronchitida – je v drtivé většině způsobena viry, synantropní bakterie způsobují méně než 10%. Dochází ke zvětšení produkce hlenu, který uvězní patogeny uvnitř. Dochází k vykašlávání hlenu a tím i mechanickému odstranění patogenů. Akutní bronchitida odezní během 1-2 týdnů. Chronická bronchitida se opakuje a jedná se o dlouhodobé vykašlávání hlenu.

 

Pneumotorax – nastane, dojde-li k mechanickému poškození intramolekulárního prostoru a následnému výtoku tekutiny, která je nahrazena vzduchem. Poškozená plíce se díky své elasticitě stáhne. Při otevřeném pneumotoraxu se vzduch pohybuje během dýchání do plic a z plic. Během každého výdechu se plíce zmenšuje.  Při ventilovém pneumotoraxu je otvor překryt hrudní nebo plicní tkání a dochází k proudění vzduchu dovnitř, ale ne ven.  Dochází ke zvyšování ventilace a následně i přetlaku, který omezuje plnění srdce i zdravou plíci.

Tuberkulóza je způsobena bakterií Mycobacterium tuberculosis, která se dostane do plicních sklípků a je fagocytována makrofágem. Avšak ten ji není schopen usmrtit a bakterie se uvnitř něj množí a nakonec ho usmrtí.  Svými sekrety rozpouští plicní tkáň, kterou se tělo snaží nahradit pojivy.

Tracheotomie – je způsobena zneprůchodněním dýchacích cest kvůli otoku tracheji. Otok může být způsoben například reakcí na léky nebo bodnutím vosou do jazyka. Udušení se zabrání vložením roury do krku.

Kosonova nemoc – nastává při rychlém vynoření se z velkých hloubek, neboť plyny rozpuštěné v krevní plazmě se začnou rozpínat a způsobí embólii. Postižený jedinec musí být uzavřen do dekompresní komory, aby se vzduchové bubliny opět rozpustily.

Rakovina plic – je dlouhou dobu asymptotická, ale i během této doby dochází k metastázám, čímž se vylučuje možnost vyléčení. Nádory se navíc dělí pomalu, což znemožňuje radiologickou léčbu.

Kouření 

Je akorát znakem sociální debility, a kromě zhnusení okolí způsobuje rakovinu, infarkt myokardu, mozkové příhody, selhání jater, ledvin, psychosomatické nemoci (roztroušená skleróza, Alzheimer) či ischemické končetiny. Kouření v těhotenství zkracuje potomkův život o 25 let, podporuje vznik alergií, astma a latentní rakovinu varlat. Maligní, metastázní rakovinové nádory na hlavě a krku jsou vždy způsobené kouřením, neboť se nádor usídlí v lymfatických uzlinách. Další místa vzniku rakoviny z kouření jsou konečník, děložní čípek, mozek.

Tabákový kouř patří mezi elitní zabijáky a obsahuje množství kancerogenů, toxických látek (odstraňují řasinky), mutagenů (mutace DNA), alergenů, CO a aditiv. U kuřáků dochází k emphysemě – rozežírání plicních sklípků. Dojde k narušení kontinuality plic, což může vést k sekundární pneumonii. Nikotin upevňuje paměťové stopy, excituje metabolismus; přestaví aktivační lymbický systém tak, že „udělá dobře“, ale dojde k receptorovému útlumu a receptory buď přestanou být citlivé na nikotin, nebo odumřou. Nikotin je velmi návykový, jeho odbourání trvá 4-6 hodin. Způsobuje uvolňování dopaminu z presynapse, blokuje rozkladné látky.