Aparatul respirator

Aparatul respirator

Aparatul respirator cuprinde caile respiratorii si plamânii. Caile respiratorii sunt reprezentate de cavitatea nazala, faringe, laringe, trahee si bronhii.

Caile respiratorii

Cavitatea nazala

Cavitatea nazala este formata din doua spatii simetrice numite fose nazale, situate sub baza craniului si deasupra cavitatii bucale. Fosele nazale sunt despartite de septul nazal  747y245h 51;i comunica cu exteriorul prin orificiile narinare, iar cu faringele, prin coane. Anterior, fosele nazale prezinta piramida nazala, cu rolul de a le proteja, dar si cu rol estetic.

În jurul orificiilor narinare sunt muschi ai mimicii. În interior, fosele sunt acoperite de mucoasa nazala, care are o structura deosebita în partea superioara, la acest nivel aflându-se mucoasa olfactiva, care contine neuronii bipolari. De la aceste celule pleaca nervii olfactivi. Partea inferioara, numita mucoasa respiratorie, este mai întinsa si are o vascularizatie bogata. Are în structura sa un epiteliu cilindric ciliat.

Din cavitatile nazale, aerul trece prin faringe, care reprezinta o raspântie între calea respiratorie si cea digestiva.

Laringele

Este un organ cu dubla functie: respiratorie si fonatorie.

Laringele are forma de trunchi de piramida triunghiular cu baza in sus. Baza comunica cu faringele printr-un orificiu, delimitat anterior de epiglota si posterior de cartilajele aritenoide. Vârful laringelui se continua în jos cu traheea.

Laringele este format din cartilaje legate între ele prin ligamente si articulatii. Pe cartilaje se prind muschii laringelui, care sunt striati.

Aspectul interior al laringelui. Pe peretii laterali ai laringelui se afla doua perechi de pliuri cu directie antero-posterioara: doua superioare - vestibulare si doua inferioare, corzile vocale, care delimiteaza orificiul glotic.

Functia fonatorie a laringelui. Laringele este organul vorbirii, gratie corzilor vocale. Producerea sunetelor este determinata de apropierea corzilor vocale, care astfel îngreuneaza glota. Cu cât corzile vocale sunt mai apropiate una de cealalta sunetele emise sunt mai înalte. Sunetele sunt produse prin vibratia corzilor vocale la iesirea aerului din plamâni. Ele vor fi întarite atât de cavitatile toracica, nazale, bucala, cât si de sinusurile paranazale, care au rol de cutie de rezonanta. La producerea sunetelor articulate mai participa limba, buzele, dintii si valul palatin. Din combinarea sunetelor articulate rezulta vorbirea.

Traheea

Traheea este un organ în forma de tub care continua laringele pâna la vertebra toracala T4, unde se împarte în cele doua bronhii. Are o lungime de 10-12 cm. În structura traheei se întâlneste schelet fibro-cartilaginos, format din inele cartilaginoase incomplete posterior, la acest nivel existând muschiul traheal cu fibre musculare netede.

Bronhiile

La nivelul vertebrei T4, traheea se împarte în cele doua bronhii principale - dreapta si stânga. Aceste bronhii patrund in plamân prin hil, unde se ramifica intrapulmonar, formând arborele bronsic. Structura bronhiilor principale este asemanatoare traheei, bronhiile principale fiind formate din inele cartilaginoase incomplete posterior.

Plamânii

Plamânii sunt principalele organe ale respiratiei. Sunt situati în cavitatea toracica, având o capacitatea totala de 5 800 cm3 de aer, cu variatii individuale. Consistenta plamânilor este elastica, buretoasa.

Fata externa a plamânilor este convexa si vine în raport cu coastele. Pe aceasta fata se gasesc santuri adânci, numite scizuri, care împart plamânii în lobi.

Plamânul drept prezinta doua scizuri, care îl împart în trei lobi: superior, mijlociu si inferior. Plamânul stâng are o singura scizura, care îl împarte în doi lobi: superior si inferior.

Fata interna este plana si vine în raport cu organele din mediastin. Pe aceasta fata se afla hilul pulmonar, pe unde intra sau ies din plamâni vasele, nervii si bronhia principala.

Baza plamânilor este concava si vine în raport cu diafragma. Vârful plamânului depaseste în sus prima coasta si vine în raport cu organele de la baza gâtului.

Structura plamânilor. Plamânii sunt constituiti din: arborele bronsic, lobuli (formatiuni piramidale situate la nivelul ultimelor ramificatii ale arborelui bronsic), ramificatiile vaselor pulmonare si bronsice, nervi si vase limfatice, toate cuprinse în tesut conjunctiv.

Arborele bronsic. Bronhia principala, patrunzând în plamân prin hil, se împarte în bronhii lobare, iar acestea, la rândul lor, se împart în bronhii segmentare, care asigura aeratia segmentelor. Acestea reprezinta unitati anatomice si patologice ale plamânilor. Ele au limite, aeratie, vascularizatie si patologie proprii. Plamânul drept are 10 segmente, iar cel stâng, 9. Bronhiile segmentare se divid in bronhiole lobulare, care deservesc lobulii pulmonari, unitati morfologice ale plamânului de forma piramidala, cu baza spre periferia plamânului si vârful spre hil. Bronhiolele lobulare, la rândul lor, se ramifica în bronhiole terminale, care se continua cu bronhiolele respiratorii, de la care pleaca ductele alveolare, terminate prin saculeti alveolarL Peretii saculetilor alveolari sunt compartimentati in alveole pulmonare.

Bronhiolele respiratorii, împreuna cu formatiunile derivate din ele - ducte alveolare, saculeti alveolari si alveole pulmonare - formeaza acinii pulmonar. Acinul este unitatea morfo-functionala a plamânului.

Alveolele pulmonare au forma unui saculet mic, cu perete extrem de subtire, adaptat schimburilor gazoase. În jurul alveolelor se gaseste o bogata retea de capilare, care, împreuna cu peretii alveolelor, formeaza membrana alveolo-capilara (membrana respiratorie), la nivelul careia au loc schimburile de gaze dintre alveole si sânge.

Vascularizatia plamânilor. Plamânii au o dubla vascularizatie: nutritiva si functionala. Vascularizatia nutritiva este asigurata de arterele bronsice, din aorta toracala, care aduc la plamân sânge cu oxigen. Ele intra în plamân prin hil si însotesc arborele bronsic. Sângele venos ajunge în sistemul azygos, care se termina în vena cava superioara. Vascularizatia nutritiva a plamânului face parte din marea circulatie. Vascularizatia functionala apartine micii circulatii. Ea începe prin trunchiul arterei pulmonare care îsi are originea în ventriculul drept. Trunchiul arterei pulmonare aduce la plamân sânge încarcat cu CO2. El se împarte în arterele pulmonare dreapta si stânga care, prin ramurile terminale, ajung în jurul alveolelor, cedând CO2. Sângele oxigenat este preluat de venele pulmonare si transportat în atriul stâng.

Pleura

Fiecare plamân este învelit de o seroasa numita pleura care prezinta o foita parietala, ce captuseste peretii toracelui, si o foita viscerala, care acopera plamânul. Între cele doua foite exista o cavitate virtuala, cavitatea pleurala, în care se afla o lama fina de lichid pleural.

Mediastinul

Este spatiul cuprins între cei doi plamâni. Anterior ajunge pâna la stern, posterior - pâna la coloana vertebrala, inferior - pâna la diafragma, iar superior comunica larg cu baza gâtului.

Fiziologia respiratiei

Respiratia reprezinta schimbul de oxigen si dioxid de carbon dintre organism si mediu. Din punct de vedere functional, respiratia prezinta:

· ventilatia pulmonara - deplasarea aerului în ambele sensuri între alveolele pulmonare si atmosfera

· difuziunea O2 si CO2 între alveolele pulmonare si sânge

· transportul O2 si CO2 prin sânge si lichidele organismului catre si de la celule

· reglarea ventilatiei.

1. Ventilatia pulmonara

Circulatia alternativa a aerului se realizeaza ca urmare a variatiilor ciclice ale volumului cutiei toracice, urmate de miscarile în acelasi sens ale plamânilor, solidarizati cu aceasta prin intermediul pleurei. Variatiile ciclice ale volumului aparatului toraco-pulmonar se realizeaza în cursul a doua miscari de sens opus, definite ca miscarea inspiratorie si miscarea expiratorie.

Mecanica ventilatiei pulmonare

Dimensiunile plamânilor pot varia prin distensie si retractie în doua moduri:

1. prin miscarile de ridicare si coborâre ale diafragmului care alungesc si scurteaza cavitatea toracica

2. prin ridicarea si coborârea coastelor, care determina cresterea si descresterea diametrului antero-posterior al cavitatii toracice.

Respiratia normala, de repaus, se realizeaza aproape în întregime prin miscarile din prima categorie. în timpul inspiratiei, contractia diafragmei trage în jos fata bazala a plamânilor. Apoi, în timpul expiratiei linistite, diafragma se relaxeaza, iar retractia elastica a plamânilor, a peretelui toracic si a structurilor abdominale comprima plamânii.

A doua cale de expansionare a plamânilor o reprezinta ridicarea grilajului costal. În pozitia de repaus, acesta este coborât, permitând sternului sa se apropie de coloana vertebrala; când grilajul costal se ridica, acesta proiecteaza înainte sternul, care se îndeparteaza de coloana vertebrala, ceea ce mareste diametrul antero-posterior cu aproximativ 20% în inspiratia maxima fata de expiratie. Muschii care determina ridicarea grilajului costal se numesc muschi inspiratori si sunt, în special, muschii gâtului. Muschii care determina coborârea grilajului costal sunt muschi expiratori; de exemplu, muschii drepti abdominali.

Presiunea pleurala este presiunea din spatiul cu-prins între pleura viscerala si cea parietala. În mod normal, exista o suctiune permanenta a lichidului din acest spatiu, ceea ce duce la o presiune negativa la acest nivel (mai mica decât valoarea celei atmosferice). Presiunea pleurala variaza cu fazele respiratiei.

Presiunea alveolara este presiunea din interiorul alveolelor pulmonare. În repaus, când glota este deschisa, aerul nu circula între plamâni si atmosfera; în acest moment, presiunea în orice parte a arborelui respirator este egala cu presiunea atmosferica, considerata 0 cm H2O. Pentru a permite patrunderea aerului în plamâni în timpul inspiratiei, presiunea în alveole trebuie sa scada sub presiunea atmosferica; în timpul unei inspiratii normale ea devine negativa. Aceasta presiune negativa usoara este suficienta pentru ca, în cele doua secunde necesare inspiratiei, în plamâni sa patrunda aproximativ 500 ml de aer. Variatii opuse apar în timpul expiratiei: presiunea alveolara creste ceea ce forteaza 500 ml de aer sa iasa din plamâni în cele 2-3 secunde, cât dureaza expiratia.

Fortele elastice pulmonare (de recul) care stau la baza realizarii expiratiei sunt de doua tipuri: 1. fortele elastice ale tesutului pulmonar însusi si 2. fortele elastice produse de tensiunea superficiala a lichidului care captuseste la interior peretii alveolari (surfactant) si alte spatii aeriene pulmonare. Deoarece suprafata interna a alveolelor este acoperita de acest strat subtire de lichid, iar în alveole exista aer, aici apar forte de tensiune superficiala. întrucât acest fenomen este prezent în toate spatiile aeriene pulmonare, efectul este o forta rezultanta a întregului plamân, numita forta de tensiune superficiala si care se adauga elasticitatii tesutului pulmonar, favorizând expiratia.

Volume si capacitati pulmonare. 0 metoda simpla pentru studiul ventilatiei pulmonare este înregistrarea volumului aerului deplasat spre interiorul si, respectiv, exteriorul plamânilor, procedeu numit spirometrie (datorita denumirii aparatului utilizat - spirometru .

Exista patru volume pulmonare diferite care, adunate, reprezinta volumul maxim pe care îl poate atinge expansiunea pulmonara. Semnificatia acestor volume este urmatoarea:

Volumul curent este volumul de aer inspirat si expirat în timpul respiratiei normale; în medie - 500 ml.

Volumul inspirator de rezerva este un volum suplimentar de aer care poate fi inspirat peste volu-mulcurent-3000ml.

Volumul expirator de rezerva reprezinta cantitatea suplimentara de aer care poate fi expirata în urma unei expiratii fortate, dupa expirarea unui volum curent - 1100 ml.

Volumul rezidual este volumul de aer care ramâne în plamâni si dupa o expiratie fortata - 1200 ml. Capacitatile pulmonare sunt sume de doua sau mai multe volume pulmonare:

Capacitatea inspiratorie, egala cu suma dintre volumul curent si volumul inspirator de rezerva, reprezinta cantitatea de aer pe care o persoana o poate respira, pornind de la nivelul expirator normal pâna la distensia maxima a plamânilor (3500ml).

Capacitatea reziduala functionala, egala cu suma dintre volumul expirator de rezerva si volumul rezidual, reprezinta cantitatea de aer care ramâne în plamâni la sfârsitul unei expiratii normale.

Capacitatea vitala, egala cu suma dintre volumul inspirator de rezerva, volumul curent si volumul expirator de rezerva, reprezinta volumul maxim de aer pe care o persoana îl poate scoate din plamâni dupa o inspiratie maxima (4600 ml).

Capacitatea pulmonara totala, egala cu capacitatea vitala plus volumul rezidual, reprezinta volumul maxim pâna la care pot fi expansionati plamânii prin efort inspirator maxim (5800 ml).

Toate volumele si capacitatile pulmonare sunt cu 20-25% mai mici la femei decât la barbati.

Cu exceptia volumului rezidual, celelalte volume pulmonare se masoara spirometric. Pentru masurarea volumului rezidual, ca si a capacitatilor care îl includ, se utilizeaza metode de masurare speciale. Minut volumul respirator sau debitul respirator este cantitatea totala de aer deplasata în arborele respirator în fiecare minut si este egal cu produsul dintre volumul curent si frecventa respiratorie.

Ventilatia alveolara este volumul de aer care ajunge în zona alveolara a tractului respirator în fiecare minut si participa la schimburile de gaze respiratorii. Ventilatia alveolara este unul dintre factorii majori care determina presiunile partiale ale oxigenului si dioxidului de carbon în alveole.

2. Difuziunea

Dupa ventilatia alveolara, urmeaza o noua etapa a procesului respirator; aceasta este difuziunea oxigenului din alveole în sângele capilar si difuziunea în sens invers a dioxidului de carbon.

Procesul are loc doar în conditiile în care exista o diferenta de presiune, iar sensul procesului va fi totdeauna orientat dinspre zona cu presiune mare câtre zona cu presiune mica.

Concentratia gazelor în aerul alveolar este foarte diferita de cea din aerul atmosferic. Exista câteva cauze ale acestor diferente. Mai întâi, cu fiecare respiratie, aerul alveolar este înlocuit doar partial cu aer atmosferic. în al doilea rând, din aerul alveolar este extras oxigenul, si acesta primeste permanent dioxid de carbon din sângele pulmonar. În al treilea rând, aerul atmosferic uscat care patrunde în caile respiratorii este umezit înainte de a ajunge la alveole.

Aerisirea lenta la nivel alveolar este foarte importanta pentru prevenirea schimbarilor bruste ale concentratiei sangvine a gazelor.

Membrana alveolo-capilara (respiratorie) este alcatuita din: 1. endoteliul capilar; 2. interstitiul pulmonar; 3. epiteliul alveolar; 4. surfactant. Grosimea sa medie este de 0,6 microni, putând atinge în anumite locuri 0,2 microni. Suprafata sa totala este de 50-100 m2.

Difuziunea oxigenului se face din aerul alveolar spre sângele din capilarele pulmonare, deoarece presiunea partiala a O2 în aerul alveolar este de 100 mm Hg, iar în sângele care intra în capilarele pulmonare este de 40mmHg. Dupa ce traverseaza membrana respiratorie, moleculele de O2 se dizolva în plasma, ceea ce duce la cresterea presiunii partiale a O2 în plasma; consecutiv, O2 difuzeaza în hematii, unde se combina cu hemoglobina. În mod normal, egalarea presiunilor partiale, alveolara si sangvina, ale O2 se face în 0,25 secunde. Hematia petrece, în medie, 0,75 secunde în capilarul pulmonar; daca echilibrarea apare în 0,25 secunde, ramâne un interval de 0,50 secunde, numit margine de siguranta si care asigura o preluare adecvata a O2 în timpul unor perioade de stress (efort fizic, expunere la altitudini mari etc.).

Difuziunea CO2 se face dinspre sângele din capilarele pulmonare spre alveole, deoarece presiunea partiala a CO2 în sângele din capilarele pulmonare este de 46 mm Hg, iar în aerul alveolar, de 40 mm Hg. Desi gradientul de difuziune al CO2 este de doar o zecime din cel al O2, CO2 difuzeaza de 20 de ori mai repede decât O2, deoarece este de 25 de ori mai solubil în lichidele organismului decât O2. În mod normal, egalarea presiunilor partiale, alveolara si sangvina, ale CO2 se face în 0,25 secunde.

3. Transportul gazelor

Transportul sanguin al oxigenului se face în proportie de 1% sub forma dizolvata în plasma si restul sub forma unei combinatii labile cu hemoglobina (Hb), denumita oxihemoglobina.

Datorita fierului bivalent pe care îl contine, Hb se combina foarte rapid cu oxigenul, fiecare din cei doi atomi de fier ai gruparilor hem putând fixa o molecula de oxigen. În repaus, sângele arterial transporta, sub forma de oxihemoglobina, 97,5% din cantitatea totala de oxigen. Forma dizolvata, desi minima comparativ cu cea combinata cu Hb, din punct de vedere functional este cea mai importanta, deoarece se afla în schimburi directe cu lichidele interstitiale si, prin acestea, cu celulele.

Transportul sanguin al dioxidului de carbon se face în mica masura (aproximativ 8%) sub forma dizolvata în plasma si în cea mai mare parte sub forma unor combinatii chimice labile (bicarbonati, carbohemoglobina). Dioxidul de carbon rezultat din oxidarile celulare ajunge prin difuziune în lichidul interstitial. În sânge, se dizolva în lichidele plasmatice si patrunde cu usurinta în eritrocite, datorita difuzibilitatii sale ridicate.

Atât în plasma, cât si în eritrocite, sub influenta anhidrazei carbonice, dioxidul de carbon se hidrateaza, rezultând acid carbonic care se disociaza rapid, eliberând anionul bicarbonic, care se combina cu ionul de potasiu în eritrocit si cu cel de sodiu în plasma. Sub forma de bicarbonati se transporta în sânge aproximativ 80% din dioxidul de carbon, din care 10% în eritrocite si 70% în plasma.

4. Reglarea respiratiei

A. Mecanismele sistemului nervos central

Muschii respiratori sunt muschi scheletici, asadar, pentru a se contracta, au nevoie de stimuli electrici transmisi de la nivelul sistemului nervos central. Acesti stimuli sunt transmisi prin neuroni somatici. Muschiul inspirator cel mai important, diafragma, este inervat prin fibre motorii ale nervilor frenici, care îsi au originea în regiunea cervicala a maduve spinarii. Impulsurile ajung la nivelul nervilor frenici pe cai voluntare sau involuntare ale SNC. Aceasta dualitate a caii de conducere permite controlul voluntar al respiratiei în timpul unor activitati cum sunt vorbitul, cântatul, înotul, alaturi de controlul involuntar, care permite oamenilor sa respire automat, fârâ efort constient.

Centrii bulbari

Ritmul de baza, involuntar, automat al respiratiei este generat în bulbul rahidian. Respiratia spontana are loc atât timp cât bulbul si maduva spinarii sunt intacte.

Bilateral, în bulb exista doua grupuri de neuroni care genereaza ritmul de baza: grupul respirator dorsal (GRD) si grupul respirator ventral (GRV). Activitatea nervoasa din alte zone ale SNC si aferentele nervilor vag (pneumogastric), glosofaringian si ale nervilor somatici influenteaza activitatea GRD si a GRV.

GRD se afla bilateral în bulb, localizat în nucleul tractului solitar. Neuronii acestui grup sunt neuroni inspiratori (descarca impulsuri în timpul inspiratiei). Sunt considerati generatorii ritmului primar al respiratiei, deoarece activitatea lor creste gradat în timpul inspirului. Astfel, în respiratia normala, semnalul începe foarte slab si creste uniform, în timp de doua secunde, luând aspectul unei pante ascendente. Înceteazâ brusc pentru urmatoarele trei secunde si apoi se reia un alt ciclu; acest model se repeta pemnanent.

Activitatea GRD este stimulata de scaderea presiunii partiale a oxigenului, de cresterea presiunii partiale a CO2, de scaderea pH-ului, de cresterea activitatii la nivelul SRAA. Activitatea GRD este inhibata de destinderea plamânilor.

Eferentele de la GRD merg la motoneuronii intercostali si la nervul frenic controlaterali, precum si la GRV.

GRV, localizat anterior si lateral de GRD, contine neuroni care ramân aproape total inactivi în timpul respiratiei normale linistite. Când semnalele pentru cresterea ventilatiei pulmonare devin mai mari decât normal, semnalele respiratorii se îndreapta dinspre mecanismul oscilator de baza al GRD catre GRV;

Acesti neuroni contribuie atât la inspiratie, cât si la expiratie. în plus, ei sunt implicati în elaborarea unor semnale expiratorii puternice cĂtre muschii abdominali in timpul expiratiei forŢate (astfel, aceastĂ arie opereaza ca un mecanism de suprastimulare, când sunt necesare nivele înalte ale ventilatiei pulmonare).

Centrii pontini

Sunt arii ale trunchiului cerebral care modifica activitatea centrilor bulbari respiratori.

Centrul apneustic se gaseste în zona inferioara a puntii, dar nu a fost identificat ca entitate neuronala. Eferentele de la acest centru determina cresterea duratei inspiratiei, micsorând frecventa respiratorie; rezultatul este un inspir mai adânc si mai prelungit.

Centrul pneumotaxic, localizat dorsal, in puntea superioara, transmite continuu impulsuri câtre aria inspiratorie. Efectul principal al acestora este de a controla punctul de întrerupere al pantei inspiratorii, determinând, astfel, durata inspirului (limiteaza inspiratia). În acelasi timp, însa, un semnal pneumotaxic puternic poate creste frecventa respiratorie pâna la 40 pe minut.

Chemoreceptorii centrali (aria chemosenzitiva a centrului respirator), localizati la nivelul bulbului rahidian, sunt stimulati de cresterea concentratiei ionilor de hidrogen din lichidul cefalorahidian (LCR) si din lichidul interstitial. lonii nu pot traversa bariera hematoencefalica; CO2 poate traversa aceasta bariera, apoi se hidrateaza, rezultând H2CO3 care disociaza în H- si HCO3-, ceea ce modifica concentratia H- în LCR si tesutul cerebral: astfel, dioxidul de carbon sangvin are un efect foarte mic de stimulare directa asupra acestor chemoreceptori, în schimb, efectul sau direct, prin H- este remarcabil. Aproximativ 85% din controlul bazal al respiratiei prin mecanism chimic se realizeaza prin efectul stimulator al dioxidului de carbon asupra chemoreceptorilor centrali. Restul de 15% se realizeaza cu ajutorul chemoreceptorilor periferici.

B. Chemoreceptorii periferici

Se gasesc în afara SNC, la nivelul corpilor aortici si carotidieni. Ei sunt stimulati de scaderea presiunii partiale a O2, cresterea presiunii partiale a CO2 si scaderea pH-ului în sângele arterial. Chemoreceptorii periferici sunt singurii din organism care detecteaza modificarea presiunii partiale a O2 în lichidele organismului. Sunt stimulati de scaderea presiunii partiale a oxigenului în sângele arterial sub 60-80 mmHg. Impulsurile aferente de la acesti receptori sunt transmise sistemului nervos central prin nervii vag (de la corpii aortici) si glosofaringian (de la corpii carotidieni), consecinta stimularii lor fiind cresterea frecventei si amplitudinii respiratiilor.