DIHALNI SISTEM: FUNKCIJE, DELI, DELOVANJE - BIOLOGIJA

Dihala ali respiratorni sistem obsega niz specializiranih organov posredniških izmenjavo plinov, ki vključuje privzem kisika in odstranitev ogljikovega dioksida.

Obstaja vrsta korakov, ki omogočajo prihod kisika v celico in izločanje ogljikovega dioksida, vključno z izmenjavo zraka med atmosfero in pljuči (prezračevanje), čemur sledi difuzija in izmenjava plinov na pljučni površini , transport kisika in izmenjava plinov na celični ravni.

Avtor: LadyofHats, Jmarchn, prek Wikimedia Commons

Gre za pester sistem živalskega kraljestva, sestavljen iz različnih struktur, odvisno od rodu preučevanja. Na primer, ribe imajo v vodnem okolju funkcionalne strukture, kot so škrge, sesalci imajo pljuča, večina nevretenčarjev pa sapnike.

Enocelične živali, kot so protozoji, ne potrebujejo posebnih struktur za dihanje, izmenjava plinov pa se zgodi s preprosto difuzijo.

Sistem je sestavljen iz nosnih prehodov, žrela, grla, sapnika in pljuč. Slednji se zaporedno razvejajo v bronhije, bronhiole in alveole. V alveolih se dogaja pasivna izmenjava molekul kisika in ogljikovega dioksida.

Opredelitev dihanja

Izraz "dihanje" je mogoče opredeliti na dva načina. V pogovornem primeru, ko uporabljamo besedo dihamo, opisujemo delovanje odvzema kisika in izločanje ogljikovega dioksida v zunanje okolje.

Vendar pa koncept dihanja zajema širši postopek kot preprost vstop in izstop zraka v reber. Vsi mehanizmi, ki sodelujejo pri uporabi kisika, prenosu krvi in proizvodnji ogljikovega dioksida, se pojavljajo na celični ravni.

Drugi način določitve besede dihanje je na celični ravni in ta proces imenujemo celično dihanje, kjer se reakcija kisika zgodi z anorganskimi molekulami, ki proizvajajo energijo v obliki ATP (adenozin trifosfat), vode in ogljikovega dioksida.

Zato je natančnejši način za vnašanje in izdih zraka skozi gibanje prsnega koša izraz "prezračevanje".

Lastnosti

Glavna naloga dihal je orkestrirati procese zajemanja kisika od zunaj s pomočjo prezračevalnih in celičnih dihalnih mehanizmov. Eden od odpadkov iz procesa je ogljikov dioksid, ki doseže krvni obtok, preide v pljuča in se iz telesa odstrani v ozračje.

Dihalni sistem je zadolžen za posredovanje vseh teh funkcij. Zlasti je odgovoren za filtriranje in vlaženje zraka, ki bo vstopil v telo, poleg filtriranja neželenih molekul.

Odgovoren je tudi za uravnavanje pH telesnih tekočin - posredno - za nadzor koncentracije CO ₂ , bodisi zadrževanje ali odstranjevanje. Po drugi strani sodeluje pri uravnavanju temperature, izločanju hormonov v pljučih in pomaga želodčnemu sistemu pri zaznavanju vonjav.

Poleg tega vsak element sistema opravlja določeno funkcijo: nosnice segrevajo zrak in zagotavljajo zaščito kalčkom, žrelo, grlo in sapnik posredujejo prehod zraka.

Poleg tega žrelo sodeluje pri prehodu hrane in grla v proces fonacije. Končno se v alveolih pojavi proces izmenjave plinov.

Dihalni organi v živalskem kraljestvu

Pri majhnih živalih, manjših od 1 mm, lahko pride do izmenjave plinov skozi kožo. Dejansko nekatere živalske rodove, kot so protozoe, spužve, cnidarijanci in nekateri črvi, izvajajo postopek izmenjave plinov s preprosto difuzijo.

Pri večjih živalih, kot so ribe in dvoživke, je prisotno tudi kožno dihanje, da se dopolni dihanje, ki ga izvajajo škrge ali pljuča.

Na primer, žabe lahko v fazi mirovanja izvajajo celoten postopek izmenjave plinov skozi kožo, saj so popolnoma potopljene v ribnikih. Pri salamandrih obstajajo osebki, ki jim popolnoma primanjkuje pljuč in dihajo skozi kožo.

Vendar pa je s povečanjem zahtevnosti živali nujna prisotnost specializiranih organov za izmenjavo plinov, da bi zadostili visokim potrebam po večceličnih živalih.

Anatomija organov, ki posredujejo pri izmenjavi plinov v različnih skupinah živali, bo podrobno opisana v nadaljevanju:

Traheji

Avtor BruceBlaus. Pri uporabi te slike v zunanjih virih jo lahko navedemo kot: osebje Blausen.com (2014). "Medicinska galerija Blausen Medical 2014". WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. , z Wikimedia Commons

Insekti in nekateri členonožci imajo zelo učinkovit in neposreden dihalni sistem. Sestavljen je iz sistema cevi, imenovanih sapnika, ki segajo po telesu živali.

Sapnik se veje v ožje epruvete (premera približno 1 µm), imenovane sapniki. Zasedene so s tekočino in se končajo v neposredni povezavi s celičnimi membranami.

Avtor Indolence (Datoteka: Throat Diagram.svg), prek Wikimedia Commons

Zrak v sistem vstopa skozi vrsto odprtin v obliki ventila, imenovanih puhala. Te se lahko zaprejo zaradi izgube vode, da preprečijo izsušitev. Prav tako ima filtre, ki preprečujejo vstop nezaželenih snovi.

Določene žuželke, na primer čebele, lahko izvajajo gibe telesa, usmerjene v prezračevanje sapnika.

Škrle

Škrli, imenovani tudi škrge, omogočajo učinkovito dihanje v vodnem okolju. Pri iglokožcih sestavljajo podaljšek površine njihovih teles, medtem ko so pri morskih črvih in dvoživkah tuke ali tuše.

Najbolj učinkovite so v ribah in je sestavljen iz sistema notranjih škrge. So nitaste strukture z zadostno oskrbo s krvjo, ki gre v nasprotju s tokom vode. S tem "proti-tokovnim" sistemom je mogoče zagotoviti največji odvzem kisika iz vode.

Prezračevanje škrge je povezano z gibi živali in odpiranjem ust. V kopenskih okoljih škrge izgubijo plavajočo podporo vode, se izsušijo in nitke se strdijo, kar vodi v propad celotnega sistema.

Zaradi tega se ribe zadušijo, ko so zunaj vode, čeprav imajo okoli sebe velike količine kisika.

Pljuča

Pljuča vretenčarjev so notranje votline, opremljene z obilnimi žilami, katerih funkcija je posredovanje izmenjave plinov s krvjo. Pri nekaterih nevretenčarjih govorimo o "pljučih", čeprav te strukture med seboj niso homologne in so veliko manj učinkovite.

Pri dvoživkah so pljuča zelo preprosta, podobna vrečki, ki je pri nekaterih žabah razdeljena. Površina, ki je na voljo za izmenjavo, se poveča v pljučih neavtijskih plazilcev, ki so razdeljeni na številne med seboj povezane vrečke.

V rodu ptic se učinkovitost pljuč poveča zaradi prisotnosti zračnih vrečk, ki služijo kot rezervni prostor zraka v procesu prezračevanja.

Pljuča dosežejo največjo zapletenost pri sesalcih (glej naslednje poglavje). Pljuča so bogata s vezivnim tkivom in so obdana s tanko plastjo epitelija, imenovanim visceralna pleura, ki se nadaljuje v visceralno pleuro, poravnano s stenami prsnega koša.

Dvoživke uporabljajo pozitiven pritisk za vstop zraka v pljuča, medtem ko neavtični plazilci, ptice in sesalci uporabljajo negativni pritisk, kjer se zrak v pljuča potisne s širitvijo rebra.

Deli (organi) dihal pri ljudeh

Pri ljudeh in pri ostalih sesalcih je dihalni sistem sestavljen iz zgornjega dela, sestavljenega iz ust, nosne votline, žrela in grla; spodnji del sestavljajo sapnik in bronhije ter del pljučnega tkiva.

Zgornji del ali zgornji dihalni trakt

Nosnice so strukture, skozi katere vstopa zrak, sledi jim nosna komora, obložena z epitelijem, ki izloča sluznice. Notranje nosnice se povezujejo s žrelom (kar običajno imenujemo žrelo), kjer pride do križanja dveh poti: prebavne in dihalne.

Zrak vstopa skozi odprtino glotisa, medtem ko hrana potuje skozi požiralnik.

Epiglotis se nahaja na glotisu, da bi preprečil vstop hrane v dihalne poti in vzpostavil mejo med orofarinksom - delom, ki se nahaja za ustjem - in grlom - najnižjim segmentom grkljana. Glottis se odpre v grk ("govorna skrinjica") in to posledično odstopi sapniku.

Spodnji del ali spodnji dihalni trakt

Sapnik je cev v obliki cevi, premera 15-20 mm in dolžine 11 centimetrov. Njegova stena je ojačana s hrustančnim tkivom, da bi se izognili propadu strukture, zahvaljujoč temu je polprožna struktura.

Hrustanec je nameščen v obliki polmeseca v 15 ali 20 obročih, to pomeni, da popolnoma ne obda sapnika.

Trankeja se veje v dva bronha, po enega za vsa pljuča. Desna je bolj navpična v primerjavi z levo, pa tudi krajša in bolj prostorna. Po tej prvi delitvi sledijo zaporedni oddelki v pljučnem parenhimu.

Struktura bronhijev spominja na sapnik zaradi prisotnosti hrustanca, mišic in sluznice, čeprav se hrustančne plošče zmanjšujejo, dokler ne izginejo, ko bronhi dosežejo premer 1 mm.

Znotraj njih se vsak bronh deli na majhne cevke, imenovane bronhiole, ki vodijo v alveolarni kanal. Alveoli imajo enojno, zelo tanko celično plast, ki olajša izmenjavo plinov s kapilarnim sistemom.

Pljučno tkivo

Makroskopsko se pljuča razdelijo na reže. Desno pljuče je sestavljeno iz treh reženj, levo pa samo dva. Vendar funkcionalna enota izmenjave plinov niso pljuča, temveč alveolokapilarna enota.

Alveoli so majhni vrečki, oblikovani kot grozdje, ki se nahajajo na koncu bronhiole in ustrezajo najmanjšemu oddelku dihalnih poti. Pokrivajo jih dve vrsti celic, I in II.

Alveoli

Za celice tipa I je značilno, da so tanke in omogočajo razprševanje plinov. Tisti tipa II so več kot majhni kot prejšnja skupina, manj tanki in njihova funkcija je, da izločajo snov površinsko aktivne snovi, ki olajša širjenje alveolusa v prezračevanju.

Celice epitelija so prepletene z vlakni vezivnega tkiva, tako da je pljuča elastična. Prav tako obstaja obsežna mreža pljučnih kapilar, kjer poteka izmenjava plina.

Pljuča je obdana s steno mezotelnega tkiva, imenovano pleura. Temu tkivu običajno rečemo virtualni prostor, saj v njem ni zraka in ima le tekočino v majhnih količinah.

3D ilustracija Larynx Trachea Bronchi dela dihal.

Pomanjkljivosti pljuč

Pomanjkljivost pljuč je, da se izmenjava plinov zgodi le v alveolih in alveolarnem kanalu. Količina zraka, ki doseže pljuča, vendar se nahaja na območju, kjer ne pride do izmenjave plina, imenujemo mrtvi prostor.

Zato je prezračevalni postopek pri ljudeh zelo neučinkovit. Običajno prezračevanje lahko nadomesti le šestino zraka, ki ga najdemo v pljučih. V primeru prisilnega dihanja je 20-30% zraka ujeto.

rebra

Rebrasta hiša hrani pljuča in je sestavljena iz množice mišic in kosti. Kostno komponento sestavljajo vratna in hrbtna hrbtenica, rebrna kletka in prsnica. Diafragma je najpomembnejša dihalna mišica, ki jo najdemo v zadnjem delu hiše.

V rebra so vstavljene dodatne mišice, ki se imenujejo interkostalci. Drugi sodelujejo pri dihalni mehaniki, kot sta sternokleidomastoid in skale, ki izvirajo iz glave in vratu. Ti elementi so vstavljeni v prsnico in v prva rebra.

Kako deluje?

Prevzem kisika je ključnega pomena za procese celičnega dihanja, kjer pride do prevzema te molekule za proizvodnjo ATP na osnovi hranil, ki jih dobimo v procesu hranjenja s presnovnimi procesi.

Z drugimi besedami, kisik služi za oksidacijo (izgorevanje) molekul in s tem proizvaja energijo. Eden od ostankov tega procesa je ogljikov dioksid, ki ga je treba izločiti iz telesa. Dihanje vključuje naslednje dogodke:

Prezračevanje

Proces se začne z zajemom kisika v atmosferi skozi proces navdiha. Zrak vstopi v dihala skozi nosnice, skozi celoten opisan opis cevi, dokler ne pride do pljuč.

Zaužitje dihanja po zraku je običajno nehoten proces, vendar lahko preide od samodejnega do prostovoljnega.

V možganih so nevroni v hrbtenjači odgovorni za normalno regulacijo dihanja. Vendar pa je telo sposobno uravnavati dihanje glede na potrebe po kisiku.

Povprečen človek v stanju počitka vdihne povprečno šest litrov zraka, ta številka pa se lahko v obdobjih intenzivne vadbe poveča na 75 litrov.

Izmenjava plina

Kisik v ozračju je mešanica plinov, sestavljena iz 71% dušika, 20,9% kisika in majhnega dela drugih plinov, kot je ogljikov dioksid.

Ko zrak vstopi v dihala, se sestava takoj spremeni. Postopek vdihavanja nasiči zrak z vodo in ko zrak doseže alveole, se pomeša s preostalim zrakom iz prejšnjih navdihov. V tem trenutku se parcialni tlak kisika zniža in poveča ogljikov dioksid.

V dihalnih tkivih se plini premikajo po koncentracijskih gradientih. Ker so delni tlaki kisika v alveolih (100 mm Hg) višji kot v krvi pljučnih kapilar, kisik s difuzijskim postopkom prehaja v kapilare.

Prav tako je koncentracija ogljikovega dioksida v pljučnih kapilarah (46 mm Hg) višja kot v alveolih (40 mm Hg), zato ogljikov dioksid difundira v nasprotni smeri: od krvnih kapilar do alveolov v pljuča.

S Fluid-fill_alveolus2_ja.svg: user: delldot (prirejeno s Hatsukari715) izpeljano delo: OSH FPaD (Fluid-fill_alveolus2_ja.svg), prek Wikimedia Commons

Prevoz plina

V vodi je topnost kisika tako nizka, da mora obstajati prevozno sredstvo, ki bo zadostilo presnovnim potrebam. V nekaterih majhnih nevretenčarjih količina kisika, raztopljenega v njihovih tekočinah, zadostuje, da zadovolji potrebe posameznika.

Vendar bi pri ljudeh na ta način prepeljan kisik zadostoval le za 1% potreb.

Zaradi tega kisik - in precejšnja količina ogljikovega dioksida - prenašajo pigmenti v krvi. Pri vseh vretenčarjih so ti pigmenti omejeni na rdeče krvne celice.

V živalskem kraljestvu je najpogostejši pigment hemoglobin, beljakovinska molekula, ki v svoji strukturi vsebuje železo. Vsaka molekula je sestavljena iz 5% hema, ki je odgovoren za rdečo barvo krvi in reverzibilno vezavo s kisikom, in 95% globina.

Količina kisika, ki se lahko veže na hemoglobin, je odvisna od številnih dejavnikov, vključno s koncentracijo kisika: kadar je visoka, kot v kapilarah, se hemoglobin veže na kisik; kadar je koncentracija nizka, beljakovina sprošča kisik.

Drugi dihalni pigmenti

Čeprav je hemoglobin dihalni pigment, ki je prisoten pri vseh vretenčarjih in nekaterih nevretenčarjih, ni edini.

V nekaterih vrstah rakov, glavonožcev in mehkužcev se nahaja modri pigment, imenovan hemocianin. Namesto železa ima ta molekula dva bakrova atoma.

V štirih družinah poliheta je pigment klorokruorin, protein, ki ima železo v svoji strukturi in je zelene barve. Po strukturi in delovanju je podoben hemoglobinu, čeprav ni omejen na nobeno celično strukturo in je brez plazme.

Na koncu je pigment, ki ima nosilnost kisika veliko nižjo kot hemoglobin, imenovan hemeritrin. Je rdeče barve in je prisoten v različnih skupinah morskih nevretenčarjev.

Pogoste bolezni

Astma

Gre za patologijo, ki prizadene dihalne poti in povzroči njeno oteklino. Pri napadu astme se mišice okoli dihalnih poti vnamejo in količina zraka, ki lahko vstopi v sistem, se drastično zmanjša.

Napad lahko sproži vrsta snovi, imenovanih alergene, med drugim krzno hišnih ljubljenčkov, pršice, hladno podnebje, kemikalije v hrani, plesen, cvetni prah.

Pljučni edem

Pljučni edem sestoji iz kopičenja tekočine v pljučih, kar posamezniku otežuje dihanje. Vzroki so običajno povezani s kongestivnim srčnim popuščanjem, kjer srce ne črpa dovolj krvi.

Povišan tlak v krvnih žilah potisne tekočino v zračne prostore znotraj pljuč in tako zmanjša normalno gibanje kisika v pljučih.

Drugi vzroki pljučnega edema so odpoved ledvic, prisotnost ozkih arterij, ki prenašajo kri v ledvice, miokarditis, aritmije, prekomerno velika telesna aktivnost, uporaba nekaterih zdravil, med drugim.

Najpogostejši simptomi so zasoplost, zasoplost, izpljunkanje pene ali krvi in povečan srčni utrip.

Pljučnica

Pljučnica je okužba pljuč in jo lahko povzročijo številni mikroorganizmi, vključno z bakterijami, kot so Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, Mycoplasmas pneumoniae in Chlamydias pneumoniae, virusi ali glive, kot je Pneumocystis jiroveci.

Predstavlja se kot vnetje alveolarnih prostorov. Je zelo nalezljiva bolezen, saj se povzročitelji lahko širijo po zraku in se hitro širijo s kihanjem in kašljanjem.

Ljudje, ki so najbolj dovzetni za to patologijo, vključujejo posameznike, starejše od 65 let in z zdravstvenimi težavami. Simptomi vključujejo vročino, mrzlico, izkašljevanje sluzi, pomanjkanje sape, zasoplost in bolečine v prsih.

Večina primerov ne zahteva hospitalizacije, bolezen pa je mogoče zdraviti z antibiotiki (v primeru bakterijske pljučnice), ki jih dajemo peroralno, v mirovanju in pijemo tekočine.

Bronhitis

Bronhitis se pojavi kot vnetni proces v ceveh, ki prenašajo kisik v pljuča, ki ga povzroča okužba ali iz drugih razlogov. Ta bolezen je razvrščena kot akutna in kronična.

Simptomi vključujejo splošno slabo počutje, izkašljevanje sluzi, zasoplost in pritisk v prsih.

Za zdravljenje bronhitisa je priporočljivo jemati aspirin ali acetaminofen za zniževanje vročine, piti večje količine tekočine in počivati. Če ga povzroči bakterijsko sredstvo, se jemljejo antibiotiki.

Reference

French, K., Randall, D., & Burggren, W. (1998). Eckert. Fiziologija živali: Mehanizmi in prilagoditve. Mc Graw-Hill Interamericana
Gutiérrez, AJ (2005). Osebno usposabljanje: osnove, osnove in aplikacije. INDE.
Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integrirana načela zoologije (letnik 15). New York: McGraw-Hill.
Smith-Ágreda, JM (2004). Anatomija organov govora, vida in sluha. Panamerican Medical Ed.
Taylor, NB, & Best, CH (1986). Fiziološka osnova medicinske prakse. Vseameriški.
Dobil, À. M. (2005). Osnove fiziologije telesne dejavnosti in športa. Panamerican Medical Ed.

DIHALNI SISTEM: FUNKCIJE, DELI, DELOVANJE - BIOLOGIJA - 2026