Aparatul respirator - notiuni de anatomie si fiziologie a aparatului respirator

Aparatul respirator cuprinde organele prin care se realizeaza respiratia pulmonara.

O parte din organele aparatului respirator indeplinesc si alte functii decat respiratia :

- fosele nazale servesc la respiratie, dar si pentru miros;

- naso-faringele sau rino-faringele lasa sa treaca aerul spre plamani, dar ventileaza si urechea medie prin trompa lui Eustachio sau faringotimpaniera.

- orofaringele sau bucofaringele : la nivelul lui se incruciseaza calea respiratorie cu cea digestiva;

- laringele este un organ respirator, dar si un organ al fonatiei.

Incepand cu traheea , organele aparatului respirator au functii pur respiratorii.

Componentele aparatului respirator:

caile respiratorii superioare:

- nas;

- cavitati nazale;

- laringe;

- trahee.

- organele de schimb respirator, plamanul, cu arborele bronsic.

TRAHEEA

Traheea este segmentul aparatului respirator, care continua laringele, fiind asezata

inaintea esofagului, si are forma unui conduct cilindric. Este situate pe linia mediana a corpului si se intinde la de extremitatea inferioara a laringelui (C₆) pana la mediastin, unde in dreptul vertebrei a 4 -a toracale( T₄) se bifurca in cele doua bronhii principale sau pulmonare.

Raporturile traheei:

Traheei i se descriu doua portiuni: cervicala si toracala.

Traheea cervicala vine in raport anterior cu glanda tiroida, posterior cu esofagul si

lateral cu pachetul vasculo-nervos al gatului (artera carotida comuna, vena jugulara externa, nervul vag) si cu nervii recurenti.

Traheea toracala vine in raport anterior cu vasele mari de la baza inimii si timusul ,

posterior cu esofagul si lateral cu pleura mediastinala dreapta si stanga, vena cava superioara, crosa venei azygos si arcul aortei.

STRUCTURA ANATOMICA A TRAHEEI

Este formata dintr-o membrana fibro-musculo-elastica, ce contine 15-20 inele

cartilaginoase incomplete. In partea posterioara, arcurile cartilaginoase lipsesc , iar membrane devine plata; ea vine in contact cu esofagul. Musculatura traheei uneste cele doua capete ale arcurilor cartilaginoase. Contractia musculaturii usureaza diametrul traheei, apropiind extremitatile arcurilor cartilaginoase.

Mucoasa traheei este formata din corion, glande mixte si epiteliu pluristratificat,

cilindric.

La nivelul limitei inferioare (T₄-T₅), traheea se bifurca in bronhiile principale

dreapta si stanga.

Vascularizatia si inervatia traheei

arteriala : prin ramuri din artera subclavie si aorta toracala;

venele urmeaza arterele cu acelasi nume;

limfatica este tributara ganglionilor:

- traheal

- traheo-bronsici

- inervatie, prin :

- nervii →recurrent

→vag

- nervii din simpaticul:→cervical

→toracal superior

Bronhiile principale, dreapta si stanga continua caile respiratorii inferioare de la

bifurcatia traheei pana la plamani.Bronhiile pulmonare ajung la hilul pulmonar, prin care patrund in plamani, ramificandu-se si formand arborele bronsic.

Bronhia principala dreapta are un traiect mai vertical , este mai groasa si mai

scurta (2,5 cm).

Bronhia principala stanga are un traiect mai orizontal, este mai subtire si mai

lunga (5 cm). Bronhiile principale fac parte din pediculul pulmonar. Pediculul pulmonar cuprinde formatiunile care intra si ies din plamani:

bronhia principala ;

artera pulmonara;

venele pulmonare;

vasele si nervii pulmonari.

Structura bronhiei principale este identica cu a traheei, inelele cartilaginoase in numar de 9-12 , sunt incomplete posterior . Ele pot fi comprimate de :

adenopatii traheo-bronsice          dand tulburari de ventilatie in teritoriul respective=

tumori de vecinatate                       = atelectazie

Bronhiile principale constituie segmentul extrapulmonar al arborelui bronsic. Dupa

patrunderea in plaman, ele se ramifica , formand segmentul intrapulmonar al arborelui bronsic.

PLAMANII

Plamanii reprezinta organele in care se realizeaza schimbul de gaze : O₂ si CO₂. Sunt in numar de doi, drept si stang, fiind asezati in cavitatea toracica , de o parte si de alta a mediastinului in cele doua cavitati pleurale.

Greutatea plamanilor reprezinta a 50-a parte din greutatea corpului, plamanul drept fiind mai greu decat cel stang.

Capacitatea plamanului , adica volumul de aer pe care il contine, este de aproximativ 4500-5000 cmc.

Culoarea plamanilor variaza cu varsta si cu substantele care sunt inhalate ,( la fumatori si la cei care lucreaza in medii cu pulberi, au o culoare cenusiu- negricioasa; in timp ce la copii este roz).

Forma plamanilor este asemanatoare unui trunchi de con cu baza spre diafragm.

Configuratia externa

Plamanul : - drept este format din trei lobi : superior, mijlociu, inferior.

stang este format din doi lobi: superior si inferior.

Eseu: Musculatura genunchiului - muschi cu actiune principala si secundara Referat: Olimpiada de Biologie - subiecte

Lobii sunt delimitati de niste santuri adanci = scizuri, in care patrunde pleura viscerala.

Fiecarui plaman i se descriu :

doua fete →costala , in raport direct cu peretele toracic;

→mediastinala , la nivelul caruia se afla hilul pulmonar;

trei margini : anterioare , posterioara si inferioara ;

o baza sau fata diafragmatica in raport cu diafragmul si prin el cu lobul hepatic drept in dreapta si fundul stomacului in stanga ;

varful este prtiunea situate deasupra coastei II . Are forma rotunjita , vine in raport cu coastele I si II ; corespunde regiunii de la baza gatului.

Structura plamanului

Plamanii sunt alcatuiti dintr-un sistem de canale , rezultat din ramificarea bronhiei

principale = arborele bronsic, si un sistem de saci , in care se termina arborele bronsic = lobuli pulmonari.

Arborele bronsic : totalitatea ramificatiilor intrapulmonare ale bronhiei principale :

bronhie principala → bronhii lobare (3 pentru plamanul drept si 2 pentru cel stang)→bronhii segmentare (cate 10 pentru fiecare plaman; cate una pentru fiecare segment pulmonar)→bronhii interlobulare→bronhiole terminale→bronhiole respiratorii→canale alveolare.

Bronhiile intrapulmonare au forma cilindrica , regulate. Peretele lor este format

dintr-o tunica :

fibrocartilaginoasa, sub forma de inel incomplet;

musculara (muschii netezi bronsici);

mucoasa : este formata dintr-un epiteliu pluristratificat, ciliat(a caror miscare este indreptata spre caile aeriene superioare) si numeroase glande.

Bronhiolele respiratorii si terminale sunt lipite de inelul cartilaginos, dar prezinta un

strat muscular foarte dezvoltat, care intervine activ in modificarea lumenului bronhiolelor si astfel in reglarea circulatiei aerului in caile pulmonare.

Arborele bronsic poate prezenta dilatatii patologice sub forma de saci , in care se strang secretii , puroi= bronsiectazii.

Lobulul pulmonar (continua ultimele ramificatii ale arborelui bronsic). Reprezinta unitatea morfologica si functionala a plamanului , la nivelul caruia se face schimbul de gaze. Are forma unei piramide cu baza spre exteriorul plamanului si varful spre bronhiola respirator.

Lobulul pulmonar este constituit din : bronhiola respiratorie→canale alveolare →alveole pulmonare→impreuna cu vase de sange limfatice, fibre motorii nervoase si senzitive.

Alveola pulmonara - peretele alveolar este format dintr-un epiteliu , sub care se gaseste o bogata retea capilara care provine din ramificatiile arterei pulmonare ( ce aduc sange venos din ventriculul drept) .

Epiteliu alveolar formeaza cu epiteliul capilarelor alveolare o structura functionala comuna = membrane alveocapilara. La nivelul acesteia au loc schimburile gazoase prin difuziune, intre -aerul din alveole, a carui compozitie este mentinuta constanta prin ventilatia pulmonara si sange.

Suprafata epiteliului alveolar este acoperita cu o lama fina de lichid = surfactant.

Distrugerea peretilor alveolari = emfizem.

Mai multi lobuli se grupeaza in unitati morfologice si functionale mai mari = segmente pulmonare.

Segmentul pulmonar este unitatea morfologica si functionala, caracterizata prin teritoriu anatomic cu limite precise, cu pediculi bronhovascular propriu si aspecte patologice speciale. Segmentele pulmonare corespund bronhiilor segmentare cu acelasi nume , fiecare plaman avand cate 10 segmente.

Segmentele se grupeaza la randul lor formand lobii pulmonari.

Vascularizatia si inervatia plamanului

La nivelul plamanului exista doua circulatii sanguine :

Circulatia functionala este asigurata de artera pulmonara care ia nastere din ventriculul drept, se capilarizeaza la nivelul alveolelor pulmonare.Circulatia functionala de intoarcere este asigurata de venele pulmonare, care se varsa in atriul stang.Se incheie astfel circulatia mica,in care artera pulmonara continand sange neoxigenat , se incarca cu O₂ si se intoarce din venele pulmonare care contin sange oxigenat, rosu, la atriul stang.

Circulatia nutritiva face parte din marea circulatie si aduce plamanului sange incarcat cu substante nutritive si oxigen.Este asigurata de arterele bronsice, ramuri ale aortei toracice ; ele iriga arborele bronsic. O parte din sange se intoarce in venele bronsice care se varsa in venele azygos si acestea in vena cava superioara si atriul drept o alta parte din sange se intoarce prin venele pulmonare in atriul stang.Cantitatea de sange care trece prin anastomozele bronsice este 1% din totalul sangelui care iriga plamanul. In conditii patologice(insuficienta cardiaca, bronsiectazii) debitul anastomotic poate ajunge la 80% din totalul sangelui care iriga plamanul.

Circulatia limfatica este tributara:

ganglionilor hilari ;

ganglionilor traheo-bronsici.

De aici se varsa in final, in canalul totacic.

Inervatia plamanului este realizata de SNV printr-un plex pulmonar anterior si altul posterior . Inervatia este :

motorie, asigurata de simpatic (fibre postganglionare) si parasimpatic(nervul vag)

Simpaticul are actiune :

→bronhodilatatoare si vasodilatatoare

→relaxeaza musculature bronsica

Parasimpaticul are actiune :

→bronhoconstrictorie

→vasoconstrictorie

→hipersecretie de mucus

senzitiva; anexata simpaticului si parasimpaticului.

Cele mai multe fibre senzitive sunt in legatura cu nervul vag.

PLEURA

La exterior plamanii sunt inveliti intr-o foita seroasa = pleura.Ea are rolul de a usura

miscarile plamanilor prin alunecare.Fiecare plaman este invelit de o pleura.

Pleura la randul ei, este formata din doua foite, una in continuarea celeilalte, pleura viscerala,care acopera plamanul si pleura parietala, care acopera peretii cavitatii toracice. Intre cele doua pleure , exista o cavitate inchisa= cavitatea pleurala, care in mod normal este virtuala si care contine o cantitate infima de lichid , care favorizeaza alunecarea.

In conditii patologice cavitatea pleurala poate deveni reala , putand fi umpluta cu :

puroi(pleurezie);

sange(hemotorax);

aer(pneumotorax).

Cand cantitatea de lichid sau aer este mare, plamanul respectiv apare turtit spre hil(colabat) si functia sa respiratorie este nula.

Presiunea in cavitatea pleurala este negativa. Datorita presiunii negative, vidului

pleural si lamei de lichid interpleural , plamanul poate urma cu fidelitate miscarile cutiei toracice in inspir si expir. Totodata presiunea negative din cavitatea pleurala favorizeaza circulatia venoasa de intoarcere, atat prin venele pulmonare, cat si prin venele cava-superioara si inferioara.

Vascularizatia si inervatia pleurei

Inervatia este vegetativa , simpatica si parasimpatica. Pleura viscerala este aproape insensibila ; ca si plamanul , in schimb cea parietala are o sensibilitate marcata , fiind o zona reflexogena importanta. Iritatia ei in timpul unor manevre, de exemplu punctia pleurala, poare determina soc pleural cu moarte prin actiune reflexa asupra centrilor respiratori si circulatori.

MEDIASTINUL

Toracele este impartit din punct de vedere topografic:

intr- regiune mediana= mediastin;

doua regiuni laterale = pleuro-pulmonare.

Mediastinul : regiunea mediana care desparte cele doua regiuni pleuro-pulmonare.

El corespunde :

in sens antero-posterior, spatiului dintre stern si coloana vertebrala;

in sens supero-inferior, orificiului superior al toracelui si diafragmului.

Mediastinul contine organe apartinand aparatului respirator, cardio-vascular si digestiv.

Regiunile pleuro-pulmonare sunt dispuse de o parte si de alta a mediastinului si contin

plamanul si pleura respectiva.

FIZIOLOGIA RESPIRATIEI

Respiratia face parte dintre functiile vegetative, de nutritie.

Actul respirator este constituit din doua etape fundamentale:

procesul de respiratie externa sau pulmonara prin care se face schimbul de O₂ si CO₂ la nivel pulmonar;

procesul de respiratie interna sau celulara,prin care se face schimbul de gaze la nivel celular.

Procesul de respiratie este continuu. Oprirea lui duce la scurt timp la moartea celulelor,

deoarece organismul nu dispune de reserve de O₂ , iar acumularea de CO₂ este toxica pentru celule.

Ventilatia pulmonara

Aerul atmosferic este introdus in plaman prin procesul de ventilatie pulmonara, prin care se mentine constanta compozitia aerului alveolar.

Mecanica respiratiei

Schimburile gazoase la nivelul plamanului se realizeaza datorita succesiunii ritmice a doua procese:

inspiratia

expiratia.

Inspiratia este un proces activ care se datoreaza contractiei muschilor inspiratori ducand

la marirea tuturor diametrelor cutiei toracice.In timpul inspiratiei aerul atmosferic patrunde prin caile respiratorii pana la nivelul alveolelor pulmonare.

Inspirul normal dureaza o secunda.

In timpul inspirului fortat intervin si muschii inspiratori accesori (sternocleidomastoidian,pectoralul mare, dintatul mare si trapezul)

Expiratia normala este un proces pasiv, care urmeaza fara pauza dupa inspiratie.In expiratie, o parte din aerul alveolar este expulzat la exterior. Expiratia dureaza aproximativ doua secunde la adult. In timpul expiratiei, cutia toracica revine pasiv la dimensiunile avute anterior.

Cele doua faze ale respiratiei pulmonare se succed ritmic, fara pauza, cu o freceventa de

14-16 / minut la barbat si 18/minut la femeie.Frecventa respiratiei creste in functie de nevoia de O₂ si de prezenta CO₂.

In timpul efortului fizic sau in caz de obstacol pe caile aeriene, expiratia poate deveni activa prin inervatia muschilor expiratori. Contractia lor comprima viscerele abdominale, care deplaseaza diafragmul spre cutia toracica si apropie rebordurile costale, reducand volumul toracelui.

In inspiratie, prin cresterea volumului pulmonar, alveolele se destind si volumul lor creste. Ca urmare, presiunea aerului in regiunea alveolara scade. Se creeaza astfel o diferenta de presiune intre aerul atmosferic (unde presiunea ramane neschimbata) si presiunea intrapulmonara (care scade). In felul acesta aerul patrunde prin caile respiratorii pana la alveole , pe baza fortei fizice.

In expiratie, prin retractia plamanului si revenirea la forma initiala a cutiei toracice, se intalnesc doua faze :

prima, in care revenirea cutiei toracice se face pe seama elasticitatii cartilajelor si ligamentelor ei;

a doua, in care plamanul elastic, in tendinta de a se retracta spre hil, exercita o presiune de aspiratie asupra cutiei toracice.

Ciclul respirator(1 inspiratie+1expiratie) are o durata de 3 secunde, ceea ce revine la 20 miscari respiratorii/ minut(normal aproximativ 12-20) = frecventa respiratorie.

In efort fizic, frecventa respiratorie poate ajunge la 40-60/minut, de asemenea in conditii patologice: febra, hipertiroidism, hipercapnie,hipoxie(tahipnee).

Volumele respiratorii(volumele de gaz)

In conditiile de repaus, fiecare respiratie vehiculeaza un volum de circa 500 cmc aer, denumit volum curent (VC).Dar, nu tot acest volum de aer participa la schimburile respiratorii care se fac la nivelul alveolelor , deoarece o parte din aerul inspirit ramane in caile respiratorii. Spatiul ocupat de acest volum de aer, constituie spatiul mort anatomic si are valori de aproximativ 150 cmc.

Se mai utilizeaza notiunea de spatiu mort functional care defineste volumul de aer, nu participa efectiv la schimburile pulmonare.

In conditii normale, spatial mort anatomic coincide cu cel functional, dar in anumite conditii patologice se produc decalaje intre aceste volume.

Peste volumul de aer curent, o inspiratie maxima poate produce inca aproximativ 1500 cmc aer , care poarta denumirea de volum inspirator de rezerva (VIR) sau aer suplimentar, iar printr-o expiratie fortata, dupa o expiratie obisnuita poate elimina inca o cantitate 1000-1500cmc aer denumit volum expirator de rezerva (VER) sau aer de rezerva.

VC+VIR +VER=capacitatea vitala (CV) se determina prin efectuarea unei expiratii fortate dupa o inspiratie maxima.

Capacitatea vitala :

la barbate este mai mare (≈4,8 l) ;

la femei este mai mica(≈3,2 l).

Capacitatea vitala pulmonara - valoarea fiziologica este de aproximativ 3600-4000 ml.

CV creste in timpul efortului fizic si scade in timpul sedentarismului.Ea depinde de suprafata corporala, de varsta, de antrenament la efort.

Volumele si capacitaile pulmonare sunt importante pentru stabilira diagnosticului si prognosticului diferitelor boli pulmonare, totusi ele nu dau indicatii directe despre functia ventilatorie.

Schimbul alveolar de gaze

Aerul atmosferic ajuns in plamani prin ventilatie este condus in alveole, unde are loc schimbul de gaze intre aerul alveolar si sange, la nivelul membranei alveolo-capilare. Acest schimb se face prin difuziune, in functie de presiunea partiala a gazelor respiratorii- O₂ si CO₂- de o parte si de alta a membranei alveolo-capilare.

Ventilatia pulmonara normala sau normoventilatia se realizeaza la concentratii alveolare ale :

CO₂ de 5-6%       mentinute la o frecventa respiratorie normala, de repaus(12-20/min.)

O₂ de 14%

Hiperventilatia : cand CO₂ scade si O₂ creste.Procesul este complexat reflex prin apnee

si bradipnee.

Hipoventilatia: cand CO₂ creste si O₂ scade, compensate reflex prin polipnee.

Presiunea partiala a unui gaz in amestec (legea lui Dalton) este proportionala cu

concentratia gazului in amestec si este egala cu presiunea pe care ar exercita-o asupra peretilor recipientului , un gaz, daca acesta ar ocupa singur recipientul.

In aerul alveolar, presiunea partiala este : pentru- O₂=100 mmHg

-CO₂=40 mmHg

In sangele venos, presiunea partiala este : pentru - O₂ = 37-40 mmHg

-CO₂ = 46 mmHg

Datorita diferentei de presiune, CO₂ trece din sangele venos in aerul alveolar, iar O₂ trece din aerul alveolar in sangele venos. Schimbul de gaze se face cu viteza foarte mare.

Daca membrane alveolara este ingrosata (edem pulmonar, emfizem) schimbul de gaze este alterat , mai ales in ce priveste CO₂ si se instaleaza hipoxemia.

Reglarea respiratiei

Procesele metabolice avand o intensitate variabila in functie de activitatea organismului, consumul de O₂ si producerea de CO₂ vor fi, de asemenea, diferit. Adaptarea ventilatiei pulmonare la necesitatile variabile ale organismului se realizeaza permanent, gratie unor mecanisme extreme de fine, care regleaza ventilatiile prin modificarea atat a frecventei, cat si amplitudinii respiratiilor.

Reglarea nervoasa : o respiratie se realizeaza prin interventia centrilor respiratori. Acestia asigura o reglare automata a respiratiei. Exista centrii respiratori primari, situati in bulb , si centrii respiratori accesorii, localizati la nivelul puntii. Activitatea centrilor nervosi bulbopontini este modificata atat in intensitate, cat si in frecventa, sub influente nervoase si umorale.

Influentele nervoase pot fi de doua feluri :

directe, de centrii nervosi encefalici ( din hipotalamus si scoarta cerebrala) sau de alti centrii vecini;

reflexe, de la receptorii raspanditi in organism.

Influentele nervoase direct corticale permit controlul voluntar, in anumite limite, al miscarilor ventilatorii.Ele explica modificarile respiratorii in stari emotionale, precum si reflexele conditionate respiratiei.

Sub influenta scoartei cerebrale are loc reglarea comportamentala a respiratiei.

Respiratia poate fi oprita voluntar(apnee) pentru cateva zeci de secunde sau 3-4 minute la cei antrenati. Actul ventilator se adapteaza unor activitati psiho-sociale (vorbitul, cantatul vocal sau la instrumente musicale de suflat) sau psiho-fizice (eforturi profesionale). Expiratia poate fi accelerata (polipnee) sau incetinita (bradipnee)voluntar.

Reglarea umorala a respiratiei se datoreaza influentelor exercitate asupra centrilor respiratori de catre o serie de substante. Rolul cel mai important in aceasta reglare il joaca CO₂ si O₂ si variatiile de pH ale sangelui si ale LCR.

Rolul CO₂ este esential si de aceea a fost denumita aceasta substanta - hormonul respirator . El actioneaza direct asupra centrilor respiratori. Cresterea presiunii de CO₂ in sangele arterial cu numai 0,5 mmHg este urmata de dublarea debitului ventilator pulmonar. Scaderea presiunii CO₂ determina rarirea respiratiei si chiar oprirea ei.

Rolul O₂ este de asemenea important. Scaderea O₂ din sangele arterial exercita chemoreceptorii vasculari si determina intensificarea respiratiei.

Respiratia in conditii de aer rarefiat si comprimat

Respiratia pulmonara se adapteaza si in functie de presiunile partiale ale CO₂ din aerul inspirat. Cand presiunea atmosferica este scazuta (hipolarism) la altitudini de peste 8000 m, sau in cazul zborurilor la mare inaltime, scade presiunea O₂ si se produce hipoxemia.

In cazul respiratiei de aer comprimat ( hiperbarism) intalnita la scafandrii, in submarine, se produce hipoxie si rarirea respiratiilor:

la C%=33% CO₂ in aer respirat , se produce narcoza;

la C%=40% CO₂ in aer inspirit, se produce moartea.