Sistemul respirator uman este un ansamblu de organe care asigură funcția de respirație umană externă ( schimb de gaze între aerul atmosferic inhalat și sângele care circulă în circulația pulmonară ).
Schimbul de gaze se efectuează în alveolele plămânilor și, în mod normal, are ca scop captarea oxigenului din aerul inhalat și eliberarea dioxidului de carbon format în organism în mediul extern .
Un adult, fiind în repaus, face în medie 14 mișcări respiratorii pe minut, totuși, ritmul respirator poate suferi fluctuații semnificative (de la 10 la 18 pe minut) [1] . Un adult face 15-17 respirații pe minut, iar un nou-născut ia 1 respirație pe secundă. Ventilația alveolelor se realizează alternativ prin inhalare ( inspirație ) și expirație ( expirație ). Când inhalați, aerul atmosferic intră în alveole, iar când expirați, aerul saturat cu dioxid de carbon este îndepărtat din alveole.
O respirație normală calmă este asociată cu activitatea mușchilor diafragmei și a mușchilor intercostali externi . Când inhalați, diafragma coboară, coastele se ridică, distanța dintre ele crește. Expirația obișnuită calmă are loc în mare măsură pasiv, în timp ce mușchii intercostali interni și unii mușchi abdominali lucrează activ. La expirare, diafragma se ridică, coastele se deplasează în jos, distanța dintre ele scade [2] .
În funcție de metoda de expansiune a toracelui, se disting 2 tipuri de respirație:
Există căi respiratorii superioare și inferioare (conductoare de aer). Tranziția simbolică a tractului respirator superior la cel inferior se realizează la intersecția sistemelor digestive și respiratorii din partea superioară a laringelui.
Aparatul respirator superior este format din cavitatea nazală ( lat. cavitas nasi ), nazofaringe ( lat. nazofaringe ) și orofaringe ( lat. mezofaringe ) [3] [4] . Sistemul căilor respiratorii inferioare este format din laringe ( lat. laringe ), trahee ( alte grecești τραχεῖα (ἀρτηρία) ), bronhii ( lat. bronhii ), bronhiole , alveole [3] [4] .
Cavitatea bucală , în caz de dificultăți în respirația nazală normală, deși poate fi folosită auxiliar pentru respirație, nu aparține nici căilor respiratorii, nici organelor respiratorii și nu este adaptată evolutiv pentru respirația de bază.
Inhalarea și expirarea se realizează prin modificarea dimensiunii toracelui cu ajutorul mușchilor respiratori și a diafragmei. În timpul unei respirații (în stare calmă), 400-500 ml de aer intră în plămâni. Acest volum de aer se numește „volum mare” (TO). Aceeași cantitate de aer intră în atmosferă din plămâni în timpul unei expirații liniștite. Respirația profundă maximă este de aproximativ 2.000 ml de aer. După expirarea maximă, în plămâni rămân aproximativ 1.500 ml de aer, numit „volumul rezidual al plămânilor”. După o expirație liniștită, în plămâni rămân aproximativ 3.000 ml. Acest volum de aer se numește „capacitate reziduală funcțională” (FRC) a plămânilor. Respirația este una dintre puținele funcții ale corpului care pot fi controlate conștient și inconștient.
Tipuri de respirație: adâncă și superficială, frecventă și rară, superioară, medie (toracică) și inferioară (abdominală). Tipuri speciale de mișcări respiratorii sunt observate cu sughiț și râs . Cu respirația frecventă și superficială, excitabilitatea centrilor nervoși crește, iar cu respirația profundă, dimpotrivă, scade.
Organele respiratorii sunt: nasul extern , cavitatea nazală cu sinusuri paranazale , faringe , laringe, trahee, bronhii, plămâni [4]
Căile respiratorii asigură conexiuni între mediu și principalele organe ale sistemului respirator - plămânii. Plămânii ( lat. pulmones , alt grecesc πνεύμων ) sunt localizați în cavitatea toracică, înconjurați de oasele și mușchii toracelui. În plămâni, schimbul de gaze are loc între aerul atmosferic care a ajuns în alveolele pulmonare (parenchimul pulmonar) și sângele care curge prin capilarele pulmonare , care asigură alimentarea cu oxigen a organismului și îndepărtarea deșeurilor gazoase din acesta, inclusiv dioxidul de carbon. Datorită capacității reziduale funcționale (FRC) a plămânilor, în aerul alveolar se menține un raport relativ constant de oxigen și dioxid de carbon, deoarece FRC este de câteva ori mai mare decât volumul curent (TO). Doar 2/3 din căile respiratorii ajung în alveole, ceea ce se numește „volum de ventilație alveolară”. Fără respirație externă, corpul uman poate trăi de obicei până la 5 minute (așa-numita „ moarte clinică ”), după care apar pierderea conștienței, modificări ireversibile ale creierului și moartea acestuia (moarte biologică).
O persoană are 2 plămâni: dreapta și stânga. Dreapta este împărțită în 3 lobi (sus, mijloc, inferior) cu ajutorul fantelor orizontale și oblice, în timp ce stânga este împărțită doar în 2 (lobi superior și inferior) cu ajutorul unei fante oblice [5] .
Principalele funcții sunt respirația , schimbul de gaze.
În plus, sistemul respirator este implicat în funcții atât de importante precum termoreglarea , producerea vocii , mirosul , umidificarea aerului inhalat. De asemenea, țesutul pulmonar joacă un rol important în procese precum sinteza hormonală, metabolismul apă-sare și lipide. În sistemul vascular abundent dezvoltat al plămânilor se depune sânge. Sistemul respirator oferă, de asemenea, protecție mecanică și imunitară împotriva factorilor de mediu.
Schimbul de gaze este schimbul de gaze între organism și mediu. Din mediu, oxigenul intră continuu în organism, care este consumat de toate celulele, organele și țesuturile; dioxidul de carbon format în el și o cantitate mică de alți produse metabolice gazoase sunt excretate din organism. Schimbul de gaze este necesar pentru aproape toate organismele; fără el, un metabolism normal și un metabolism energetic și, în consecință, viața însăși, este imposibil. Oxigenul care intră în țesuturi este folosit pentru oxidarea produselor rezultate dintr-un lanț lung de transformări chimice ale carbohidraților, grăsimilor și proteinelor. Aceasta produce CO 2 , apă, compuși azotați și eliberează energia folosită pentru a menține temperatura corpului și pentru a efectua munca. Cantitatea de CO 2 formată în organism și eventual eliberată din acesta depinde nu numai de cantitatea de O 2 consumată , ci și de ceea ce este predominant oxidat: carbohidrați, grăsimi sau proteine. Raportul dintre volumul de CO 2 eliminat din organism și volumul de O 2 absorbit în același timp se numește „coeficient respirator”, care este de aproximativ 0,7 pentru oxidarea grăsimilor, 0,8 pentru oxidarea proteinelor și 1,0 pentru oxidarea carbohidraților (în oameni cu alimente amestecate, coeficientul respirator este de 0,85-0,90). Cantitatea de energie eliberată la 1 litru de O 2 consumat (echivalent caloric de oxigen) este de 20,9 kJ (5 kcal) pentru oxidarea carbohidraților și 19,7 kJ (4,7 kcal) pentru oxidarea grăsimilor. În funcție de consumul de O 2 pe unitatea de timp și de coeficientul respirator, puteți calcula cantitatea de energie eliberată în organism. Schimbul de gaze (respectiv, și consumul de energie) la animalele poikiloterme (animale cu sânge rece) scade odată cu scăderea temperaturii corpului. Aceeași relație a fost găsită la animalele homoioterme (cu sânge cald) când termoreglarea este oprită (în condiții de hipotermie naturală sau artificială); cu creșterea temperaturii corpului (cu supraîncălzire, unele boli), schimbul de gaze crește.
Odată cu scăderea temperaturii ambientale, schimbul de gaze la animalele cu sânge cald (în special la cele mici) crește ca urmare a creșterii producției de căldură. De asemenea, crește după masă, mai ales bogat în proteine (așa-numita „acțiune specific-dinamică a alimentelor”). Schimbul de gaze atinge cele mai mari valori în timpul activității musculare. La o persoană, când se lucrează la putere moderată, crește, după 3-6 minute de la pornire, atinge un anumit nivel și apoi se menține la acest nivel pe toată durata muncii. Când se lucrează la putere mare, schimbul de gaz crește continuu; la scurt timp după atingerea nivelului maxim pentru o anumită persoană (munca aerobă maximă), munca trebuie oprită, deoarece necesarul de O 2 al organismului depășește acest nivel. În prima dată după terminarea lucrului, se menține un consum crescut de O 2 , care este utilizat pentru acoperirea datoriei de oxigen, adică pentru oxidarea produselor metabolice formate în timpul lucrului. Consumul de O 2 poate fi crescut de la 200-300 ml/min. în repaus până la 2000-3000 la locul de muncă, iar la sportivii bine antrenați până la 5000 ml/min. În consecință, emisiile de CO 2 și consumul de energie cresc; în același timp, există modificări ale coeficientului respirator asociate cu modificări ale metabolismului, echilibrului acido-bazic și ventilației pulmonare. Calculul cheltuielilor totale zilnice de energie la oameni de diferite profesii și stiluri de viață, pe baza definițiilor schimbului de gaze, este important pentru raționalizarea nutrițională. Studiile privind modificările schimbului de gaze în timpul muncii fizice standard sunt utilizate în fiziologia muncii și sportului, în clinică pentru a evalua starea funcțională a sistemelor implicate în schimbul de gaze. Constanța relativă a schimbului de gaze cu modificări semnificative ale presiunii parțiale a O 2 în mediu, tulburări ale sistemului respirator și altele asemenea este asigurată de reacțiile adaptative (compensatorii) ale sistemelor implicate în schimbul de gaze și reglate de sistemul nervos. . La oameni și animale, se obișnuiește să se studieze schimbul de gaze în condiții de repaus complet, pe stomacul gol, la o temperatură ambientală confortabilă (18-22 ° C). Cantităţile de O 2 consumate în acest caz şi energia eliberată caracterizează metabolismul bazal . Pentru cercetare se folosesc metode bazate pe principiul unui sistem deschis sau închis. În primul caz, se determină cantitatea de aer expirat și compoziția acestuia (folosind analizoare de gaze chimice sau fizice), ceea ce face posibilă calcularea cantității de O 2 consumată și CO 2 emisă . În al doilea caz, respirația are loc într-un sistem închis (o cameră etanșă sau dintr-un spirograf conectat la tractul respirator), în care CO 2 emis este absorbit, iar cantitatea de O 2 consumată din sistem este determinată fie de măsurarea unei cantități egale de O 2 care intră automat în sistem sau prin reducerea dimensiunii sistemului. Schimbul de gaze la om are loc în alveolele plămânilor și în țesuturile corpului.
| sistemul respirator uman | |
|---|---|
| tractului respirator superior | |
| tractului respirator inferior | |
| Plămânii | bronhiile principale Bronhii Bronhiole acin Alveolă |