Układ oddechowy w organizmie człowieka odpowiada za sprawną wymianę gazową, a przede wszystkim dostarczanie tlenu do tkanek ustroju. Jak dotąd ewolucja nie przystosowała człowieka do umiejętności magazynowania tlenu, dlatego poszczególne elementy układu oddechowego muszą nieustannie pracować, zapewniając stały dowóz życiodajnego gazu. Jaka jest budowa i czynności układu oddechowego?
Budowa układu oddechowego – górne drogi oddechowe
Górne drogi oddechowe układu są zarówno rozpoczęciem, jak i zakończeniem procesu oddychania. Zapewniają pobieranie i oddawanie gazów oddechowych.
Odcinek górnych dróg oddechowych obejmuje:
- Jamę nosową;
- Gardło.
Jama nosowa posiada część górną tzw. węchową, dzięki której odbierane są wrażenia węchowe. Zmysł węchu opiera się na pracy wyspecjalizowanych komórek chemoreceptorowych, umiejscowionych na powierzchni nabłonka oddechowego. Podstawowym zadaniem zmysłu węchu jest ocena zagrożenia i ewentualna reakcja, jeśli układ odpornościowy ustroju, odbiera bodziec jako niebezpieczny. Wnętrze jamy nosowej jest pokryte drobnymi włoskami, które stanowią barierę przed wnikaniem pyłów. Dolna część oddechowa jamy nosowej jest odpowiedzialna za filtrowanie powietrza i oczyszczanie gazów z pyłów i zanieczyszczeń. W tym celu wykorzystywane są mikrokosmki komórek nabłonka oddechowego. Nabłonek dodatkowo jest wyposażony w rzęski, których ruch przesuwa śluz wraz z przyklejonymi drobinami. Śluz z zanieczyszczeniami schodzi do gardła i wydostaje się na zewnątrz organizmu poprzez wykrztuszenie lub przechodzi do przewodu pokarmowego.
Kolejnym etapem jest nawilżanie powietrza parą wodną, która tworzona jest ze śluzu produkowanego przez gruczoły błony śluzowej. Niezbędne jest także ogrzanie wdychanego powietrza, co odbywa się dzięki stałemu przepływowi ciepłej krwi w naczyniach. Nawilżanie wdychanego powietrza poprawia zdolność przenikania tlenu do krwi. Z jamą nosową łączą się zatoki przynosowe: szczękowe, sitowe, czołowe i klinowe.
Gardło jest kolejnym elementem układu oddechowego, tworzącego górne drogi oddechowe. Podstawową funkcją gardła jest transport powietrza z jamy ustnej do krtani. W gardle układ oddechowy łączy się z układem pokarmowym. Jest to mięśniowo-błoniasty przewód o długości około 12 cm. Na powierzchni błony śluzowej pokrywającej mięśnie płaskie gardła, znajdują się gruczoły gardłowe produkujące śliską wydzielinę ułatwiającą przemieszczanie się kęsa pokarmowego. Anatomiczna budowa gardła zakłada podział na nosową, ustną i krtaniową część gardła.
W gardle znajduje także ujście trąbki słuchowej Eustachiusza.
Anatomia układu oddechowego – dolne drogi oddechowe
Dolne drogi oddechowe, to narządy odpowiedzialne za kolejne etapy transportu powietrza do płuc.
Elementy układu oddechowego zaliczane do dolnych dróg oddechowych to:
- Krtań;
- Tchawica;
- Oskrzela.
Z górnych dróg oddechowych, czyli jamy nosowej i gardła wdychane powietrze trafia do krtani. Krtań oprócz tego, że jest elementem układu oddechowego oraz narządem głosu. Zbudowana jest z chrząstek, które są połączone przez mięśnie i więzadła. Podstawową funkcją krtani jest ochrona dróg oddechowych przed przechodzeniem drobinek jedzenia. Tutaj dużą rolę odgrywa nagłośnia – ruchoma chrząstka umiejscowiona pomiędzy gardłem a krtanią. Działając na zasadzie zastawki, podczas oddychania i wydawania dźwięków jest podniesiona ku górze, a w momencie przełykania pokarmu opuszcza się do dołu, zamykając wejście do tchawicy i tym samym umożliwiając przedostanie się pokarmu do przełyku i dalej do żołądka.
Kolejnym elementem należącym do krtani, jako narządu głosu jest tzw. głośnia. Jest to najwęższy odcinek krtani, pokryty błoną śluzową. Głośnia przymocowana do chrząstek tworzy poprzeczne fałdy (struny głosowe). W trakcie wydawania dźwięku dochodzi do napięcia strun głosowych, a szpara pomiędzy strunami się zwęża. Powietrze, które wydobywane jest z płuc, wywołuje drgania strun głosowych i w ten sposób powstaje głos. Do procesu wytwarzania dźwięków zaangażowane oprócz krtani są: język, podniebienie, policzki, wargi oraz zęby.
Kolejnym kanałem, który łączy krtań z oskrzelami, jest tchawica. Narząd ten jest zbudowany z podkowiastych chrząstek, które uniemożliwiają jej zapadanie się. Nabłonek migawkowy, który wyściela ściany tchawicy, przy pomocy ruchu rzęsek oczyszcza kanał z zanieczyszczeń. W odruchu kaszlu ciała obce wypychane są do gardła i stamtąd do przewodu pokarmowego lub do jamy ustnej, z której wydostają się na zewnątrz ustroju.
Tchawica rozgałęzia się na dwa oskrzela, poprzez które powietrze przedostaje się do płuc.
Elementy układu oddechowego – płuca
Płuca to podstawowy narząd układu oddechowego, dzięki któremu odbywa się wymiana gazowa. Prawe płuco zbudowane jest z trzech płatów, lewe tworzą dwa płaty. Umiejscowione są w klatce piersiowej, a przed uszkodzeniami mechanicznym płuca chronione są przez żebra. Przed otarciami od wewnątrz funkcję ochronną pełni opłucna. Jest to cienka błona, zbudowana z dwóch warstw (opłucna ścienna i opłucna płucna), w której jamie, znajduje się niewielka ilość płynu surowiczego, dzięki czemu bodźce mechaniczne ulegają amortyzacji i nie mają wpływu na pracę narządu. Płyn dodatkowo zwilża powierzchnię płuc i chroni je przed uszkodzeniami podczas oddychania. Ciśnienie wewnątrz jamy opłucnej waha się pomiędzy -5 do -10 mm Hg.
Drzewo oskrzelowe powstaje z rozgałęzionych na oba płuca oskrzeli. Jest to system kanalików, których zadaniem jest transport oczyszczonego powietrza do pęcherzyków płucnych.
Podstawową jednostką czynnościową płuc są grona. Z kolei w pęcherzykach płucnych, odbywa się wymiana gazowa. Jest to możliwe dzięki pokrywającej ich powierzchnię sieci naczyń włosowatych niosących natlenowaną krew. Na drodze dyfuzji dochodzi do przenikania tlenu z pęcherzyków płucnych do krwi i oddawania dwutlenku węgla, który jest wyprowadzany na zewnątrz ustroju. Bez tego procesu nie byłaby możliwa produkcja energii, która opiera się na spalaniu z udziałem tlenu. Produktem ubocznym tego procesu jest dwutlenek węgla, który jest zbędnym produktem przemiany materii.
Człowiek, w momencie przyjścia na świat nie ma wykształconych pęcherzyków płucnych i wymiana gazowa u noworodka zachodzi w oskrzelikach. Płuca u gatunku ludzkiego rozwijają się do drugiego roku życia.
Bardzo ważnym elementem układu oddechowego jest przepona. Jest to płaski mięsień szkieletowy, który znajduje się pomiędzy klatką piersiową a jamą brzuszna. To dzięki przeponie jest możliwa zmiana pojemności klatki piersiowej, czyli wdech i wydech powietrza.
Jak działają płuca – proces wentylacji płuc
Płuca człowieka są kluczowym elementem układu oddechowego.
Wentylacja to proces, w którego przebiegu dochodzi do pobierania i usuwania zubożałego o tlen powietrza z płuc.
Za pracę klatki piersiowej, a właściwie zmianę jej pojemności odpowiadają mięśnie międzyżebrowe i przepona. Zadaniem mięśni międzyżebrowych jest rozszerzanie i zwężanie klatki piersiowej. Przepona z kolei kurczy się i obniża, umożliwiając przyjęcie odpowiedniej porcji powietrza do płuc. Wówczas pęcherzyki płucne ulegają rozszerzeniu i dochodzi do wymiany gazowej. Następnie następuje podniesienie przepony, który to ruch wypycha zassane powietrze na zewnątrz. Dochodzi przy tym do rozkurczu mięśni międzyżebrowych, co wywołuje opadnięcie żeber i tym samym zmniejsza się objętość klatki piersiowej.
Proces wentylacji płuc odbywa się rytmicznie i automatycznie, bez udziału świadomości człowieka i jest kontrolowany przez ośrodkowy układ nerwowy. Dlatego nieprzerwanie oddychamy np. podczas snu.
Częstotliwość oddechów zależy od:
- Zapotrzebowania organizmu na tlen;
- Zawartości we krwi dwutlenku węgla.
Prawidłowość tę, można zaobserwować np. podczas wysiłku fizycznego, kiedy dochodzi do zwiększenia zapotrzebowania na tlen ze względu na wzmożone procesy produkcji energii i tym samym spalania. Oddech wówczas jest przyspieszony i zwiększa się wentylacja płuc.
W spoczynku, dorosły zdrowy człowiek wykonuje około 12 do 16 oddechów na minutę. Podczas każdego oddechu pobierane jest około pół litra powietrza.
Pojemność płuc wynosi:
- U kobiet około 3200 ml.
- U mężczyzn około 4500 ml.
Czynniki wpływające na pojemność płuc to oprócz płci: wiek, sprawność fizyczna, stan fizjologiczny (np. ciąża) oraz korzystanie z używek, a przede wszystkim palenie tytoniu. U osób palących papierosy dochodzi do degeneracji płuc, gdyż zanikają ścianki pomiędzy sąsiadującymi ze sobą pęcherzykami płucnymi. Tym samym zmniejsza się powierzchnia wymiany gazowej i absorpcja tlenu.
Czynności układu oddechowego – wymiana gazowa
Wymiana gazowa obok wentylacji jest kluczowym elementem procesu oddychania. Transport gazów pomiędzy płucami a tkankami ustroju odbywa się z udziałem krwi. Ten proces fizjologicznie określany jest jako wymiana gazowa zewnętrzna. Podczas wdechu zwiększa się stężenie tlenu w pęcherzykach płucnych i jest wyższe, niż to, które jest we krwi wypełniającej sieć naczyń włosowatych. Dlatego na zasadzie dyfuzji według różnicy stężeń, tlen przechodzi przez ściany pęcherzyków płucnych, błony naczyń krwionośnych i trafia do osocza. Podobny proces, zachodzący „w drugą stronę” dotyczy oddawania dwutlenek węgla. Dalej tlen z udziałem hemoglobiny przyłącza się do erytrocytów – czerwonych krwinek i tym sposobem wraz z krążącą krwią, trafia do wszystkich tkanek organizmu człowieka. Przekazywanie tlenu do komórek i odbieranie dwutlenku węgla z ustroju nosi nazwę wymiany gazowej wewnętrznej.
Natlenowana krew żyłą płucną dostaje się do lewego przedsionka i lewej komory serca. Następnie serce tłoczy krew przez tętnice, które pod dużym ciśnieniem przekazują natlenowaną krew do komórek ustroju.
Komórki jednocześnie oddają dwutlenek węgla, który wraz z krwią żylną trafia do prawego przedsionka i prawej komory serca. Stamtąd z udziałem tętnicy płucnej odtlenowana krew wypychana jest do płuc. Tam dochodzi do wymiany gazowej i przez naczynia włosowate, dwutlenek węgla przenika do pęcherzyków płucnych i wraz z wydechem, wydostaje się na zewnątrz.
Skład wdychanego powietrza:
- Azot – 78%;
- Tlen – 21%;
- Dwutlenek węgla – 0,4%;
- Inne gazy – 0,96%.
Skład wydychanego powietrza:
- Azot – 78%;
- Tlen – 16%;
- Dwutlenek węgla – 5,4%;
- Inne gazy – 0,96%.
Choroby układu oddechowego
Choroby płuc należą do jednej z najczęstszych przyczyn zgonów na świecie. Dysfunkcja układu oddechowego, a szczególności niewydolność oddechowa prowadzi do obumierania tkanek z powodu niedotlenienia.
Choroby układu oddechowego można rozdzielić na te, które wynikają z dysfunkcji górnych i dolnych dróg oddechowych.
Do chorób górnych dróg oddechowych zaliczamy:
- Choroby nosa,
- Choroby jamy nosowej,
- Choroby zatok,
- Choroby gardła.
Do chorób dolnych dróg oddechowych zaliczamy:
- Choroby krtani,
- Choroby tchawicy,
- Choroby oskrzeli,
- Choroby oskrzelików płucnych,
- Choroby pęcherzyków płucnych,
- Choroby płuc.
Podział fizjologiczny chorób układu oddechowego obejmuje:
- Choroby obturacyjne, które wywołane są ograniczonym przepływem powietrza w płucach np. przewlekła obturacyjna choroba płuc (POCHP), mukowiscydoza, astma oskrzelowa, rozedma płuc, rozstrzenie oskrzelowe i przewlekłe zapalenie oskrzeli.
- Choroby restrykcyjne, które wynikają ze zmniejszenia pojemności płuc np. pylice płuc, sarkoidoza, choroby śródmiąższowe płuc, gruźlica, zwłóknienia płuc, nowotwory.
Do czynników ryzyka zapadalności na choroby układu oddechowego można zaliczyć:
- Palenie papierosów.
- Zanieczyszczenia środowiska.
- Niewłaściwa dieta.
- Uwarunkowania genetyczne.
Profilaktyka chorób układu oddechowego opiera się na zminimalizowaniu czynników ryzyka. W dobie nieustannego rozwoju gospodarczego pogłębia się skażenie środowiska. Szczególnie w dużych miastach dużym problemem jest smog, stąd warto korzystać z maseczek chroniących drogi oddechowe przed wdychaniem szkodliwych pyłów i gazów.
Warto zadbać o zdrową dietę i prawidłową masę ciała. Otyłość jest jednym z czynników warunkujących występowanie bezdechu sennego. Niedożywienie z kolei powiązane jest z zachorowaniem na gruźlicę i POCHP. W okresach obniżonej odporności warto wspomagać organizm preparatami na bazie naturalnych substancji. W chorobach infekcyjnych układu oddechowego dużą skuteczność działania obserwuje się u osób stosujących wyciągi z pelargonii afrykańskiej, jeżówki purpurowej oraz aloesu drzewiastego.
lek. Michał Dąbrowski