Aparatul respirator

Aparatul respirator cuprinde caile respiratorii si plamnii. 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.

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

Din cavitatile nazale, aerul trece prin faringe, care reprezinta o raspntie ntre 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. Vrful laringelui se continua n jos cu traheea.

Laringele este format din cartilaje legate ntre 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 anteroposterioara: 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 ngreuneaza glota. Cu ct corzile vocale sunt mai apropiate una de cealalta sunetele emise sunt mai nalte. Sunetele sunt produse prin vibratia corzilor vocale la iesirea aerului din plamni. Ele vor fi ntarite att de cavitatile toracica, nazale, bucala, ct 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 n forma de tub care continua laringele pna la vertebra toracala T4, unde se mparte n cele doua bronhii. Are o lungime de 10-12 cm. n structura traheei se ntlneste schelet fibro-cartilaginos, format din inele cartilaginoase incomplete posterior, la acest nivel existnd muschiul traheal cu fibre musculare netede.

Bronhiile

La nivelul vertebrei T4, traheea se mparte n cele doua bronhii principale - dreapta si stnga. Aceste bronhii patrund in plamn prin hil, unde se ramifica intrapulmonar, formnd arborele bronsic. Structura bronhiilor principale este asemanatoare traheei, bronhiile principale fiind formate din inele cartilaginoase incomplete posterior.

Plamnii

Plamnii sunt principalele organe ale respiratiei. Sunt situati n cavitatea toracica, avnd o capacitatea totala de 5 800 cm3 de aer, cu variatii individuale. Consistenta plamnilor este elastica, buretoasa.

Fata externa a plamnilor este convexa si vine n raport cu coastele. Pe aceasta fata se gasesc santuri adnci, numite scizuri, care mpart plamnii n lobi.

Plamnul drept prezinta doua scizuri, care l mpart n trei lobi: superior, mijlociu si inferior. Plamnul stng are o

singura scizura, care l mparte n doi lobi: superior si inferior.

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

Baza plamnilor este concava si vine n raport cu diafragma. Vrful plamnului depaseste n sus prima coasta si vine n raport cu organele de la baza gtului.

Structura plamnilor. Plamnii 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 n tesut conjunctiv.

Arborele bronsic. Bronhia principala, patrunznd n plamn prin hil, se mparte n bronhii lobare, iar acestea,

la rndul lor, se mpart n bronhii segmentare, care asigura aeratia segmentelor. Acestea reprezinta unitati anatomice si patologice ale plamnilor. Ele au limite, aeratie, vascularizatie si patologie proprii. Plamnul drept are 10 segmente, iar cel stng, 9. Bronhiile segmentare se divid in bronhiole lobulare, care deservesc lobulii pulmonari, unitati morfologice ale plamnului de forma piramidala, cu baza spre periferia plamnului si vrful spre hil. Bronhiolele lobulare, la rndul lor, se ramifica n 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, mpreuna cu formatiunile derivate din ele - ducte alveolare, saculeti alveolari si alveole pulmonare - formeaza acinii pulmonar. Acinul este unitatea morfo-functionala a plamnului.

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

Vascularizatia plamnilor. Plamnii au o dubla vascularizatie: nutritiva si functionala. Vascularizatia nutritiva este asigurata de arterele bronsice, din aorta toracala, care aduc la plamn snge cu oxigen. Ele intra n plamn prin hil si nsotesc arborele bronsic. Sngele venos ajunge n sistemul azygos, care se termina n vena cava superioara. Vascularizatia nutritiva a plamnului face parte din marea circulatie. Vascularizatia functionala apartine micii circulatii. Ea ncepe prin trunchiul arterei pulmonare care si are originea n ventriculul drept. Trunchiul arterei pulmonare aduce la plamn snge ncarcat cu CO2. El se mparte n arterele pulmonare dreapta si stnga care, prin ramurile terminale, ajung n jurul alveolelor, cednd CO2. Sngele oxigenat este preluat de venele pulmonare si transportat n atriul stng.

Pleura

Fiecare plamn este nvelit de o seroasa numita pleura care prezinta o foita parietala, ce captuseste peretii toracelui, si o foita viscerala, care acopera plamnul. ntre cele doua foite exista o cavitate virtuala, cavitatea pleurala, n care se afla o lama fina de lichid pleural.

Mediastinul

Este spatiul cuprins ntre cei doi plamni. Anterior ajunge pna la stern, posterior - pna la coloana vertebrala, inferior - pna la diafragma, iar superior comunica larg cu baza gtului.

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 n ambele sensuri ntre alveolele pulmonare si atmosfera

difuziunea O2 si CO2 ntre alveolele pulmonare si snge

transportul O2 si CO2 prin snge 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 n acelasi sens ale plamnilor, solidarizati cu aceasta prin intermediul pleurei. Variatiile ciclice ale volumului aparatului toraco-pulmonar se realizeaza n cursul a doua miscari de sens opus, definite ca miscarea inspiratorie si miscarea expiratorie.

Mecanica ventilatiei pulmonare

Dimensiunile plamnilor pot varia prin distensie si retractie n doua moduri:

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

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

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

A doua cale de expansionare a plamnilor o reprezinta ridicarea grilajului costal. n pozitia de repaus, acesta este cobort, permitnd sternului sa se apropie de coloana vertebrala; cnd grilajul costal se ridica, acesta proiecteaza nainte sternul, care se ndeparteaza de

coloana vertebrala, ceea ce mareste diametrul anteroposterior cu aproximativ 20% n inspiratia maxima fata de expiratie. Muschii care determina ridicarea grilajului costal se numesc muschi inspiratori si sunt, n special, muschii gtului. Muschii care determina coborrea grilajului costal sunt muschi expiratori; de exemplu, muschii drepti abdominali.

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

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

Fortele elastice pulmonare (de recul) care stau la baza realizarii expiratiei sunt de doua tipuri: 1. fortele elastice ale tesutului pulmonar nsusi 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 n alveole exista aer, aici apar forte de tensiune superficiala. ntruct acest fenomen este prezent n toate spatiile aeriene pulmonare, efectul este o forta rezultanta a ntregului plamn, numita forta de tensiune superficiala si care se adauga elasticitatii tesutului pulmonar, favoriznd expiratia.

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

Exista patru volume pulmonare diferite care, adunate,

reprezinta volumul maxim pe care l poate atinge expansiunea pulmonara. Semnificatia acestor volume este urmatoarea: Volumul curent este volumul de aer inspirat si expirat n timpul respiratiei normale; n 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 n urma unei expiratii fortate, dupa expirarea unui volum curent - 1100 ml. Volumul rezidual este volumul de aer care ramne n plamni 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 pna la distensia maxima a plamnilor (3500ml).

Capacitatea reziduala functionala, egala cu suma

dintre volumul expirator de rezerva si volumul rezidual, reprezinta cantitatea de aer care ramne n plamni la sfrsitul 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 l poate scoate din plamni dupa o inspiratie maxima (4600 ml).

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

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

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

Ventilatia alveolara este volumul de aer care ajunge n zona alveolara a tractului respirator n 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 n alveole.

2. Difuziunea

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

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

Concentratia gazelor n aerul alveolar este foarte diferita de cea din aerul atmosferic. Exista cteva cauze ale acestor diferente. Mai nti, cu fiecare respiratie, aerul

alveolar este nlocuit doar partial cu aer atmosferic. n al doilea rnd, din aerul alveolar este extras oxigenul, si acesta primeste permanent dioxid de carbon din sngele pulmonar. n al treilea rnd, aerul atmosferic uscat care patrunde n caile respiratorii este umezit nainte 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, putnd atinge n anumite locuri 0,2 microni. Suprafata sa totala este de 50-100 m2.

Difuziunea oxigenului se face din aerul alveolar spre sngele din capilarele pulmonare, deoarece presiunea partiala a O2 n aerul alveolar este de 100 mm Hg, iar n sngele care intra n capilarele pulmonare este de 40mmHg. Dupa ce traverseaza membrana respiratorie, moleculele de O2 se dizolva n plasma, ceea ce duce la cresterea presiunii partiale a O2 n plasma; consecutiv, O2 difuzeaza n hematii, unde se combina cu hemoglobina. n

mod normal, egalarea presiunilor partiale, alveolara si sangvina, ale O2 se face n 0,25 secunde. Hematia petrece, n medie, 0,75 secunde n capilarul pulmonar; daca echilibrarea apare n 0,25 secunde, ramne un interval de 0,50 secunde, numit margine de siguranta si care asigura o preluare adecvata a O2 n timpul unor perioade de stress (efort fizic, expunere la altitudini mari etc.).

Difuziunea CO2 se face dinspre sngele din capilarele pulmonare spre alveole, deoarece presiunea partiala a CO2 n sngele din capilarele pulmonare este de 46 mm Hg, iar n 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 dect O2, deoarece este de 25 de ori mai solubil n lichidele organismului dect O2. n mod normal, egalarea presiunilor partiale, alveolara si sangvina, ale CO2 se face n 0,25 secunde.

3. Transportul gazelor

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

Datorita fierului bivalent pe care l contine, Hb se combina foarte rapid cu oxigenul, fiecare din cei doi atomi de fier ai gruparilor hem putnd fixa o molecula de oxigen. n repaus, sngele 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 n schimburi directe cu lichidele interstitiale si, prin acestea, cu celulele.

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

Att n plasma, ct si n eritrocite, sub influenta anhidrazei carbonice, dioxidul de carbon se hidrateaza, rezultnd acid carbonic care se disociaza rapid, elibernd anionul bicarbonic, care se combina cu ionul de potasiu n eritrocit si cu cel de sodiu n plasma. Sub forma de bicarbonati se transporta n snge aproximativ 80% din dioxidul de carbon, din care 10% n eritrocite si 70% n 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 si au originea n 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 n timpul unor activitati cum sunt vorbitul, cntatul, notul, alaturi de controlul involuntar, care permite oamenilor sa respire automat, fr efort constient.

Centrii bulbari

Ritmul de baza, involuntar, automat al respiratiei este generat n bulbul rahidian. Respiratia spontana are loc att timp ct bulbul si maduva spinarii sunt intacte.

Bilateral, n 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 n bulb, localizat n nucleul tractului solitar. Neuronii acestui grup sunt neuroni inspiratori (descarca impulsuri n timpul inspiratiei). Sunt considerati generatorii ritmului primar al respiratiei, deoarece activitatea lor creste gradat n timpul inspirului. Astfel, n respiratia normala, semnalul ncepe foarte slab si creste uniform, n timp de doua secunde, lund aspectul unei pante ascendente. nceteaz 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 plamnilor.

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 ramn aproape total inactivi n timpul respiratiei normale linistite. Cnd semnalele pentru cresterea ventilatiei pulmonare devin mai mari dect normal, semnalele respiratorii se ndreapta dinspre mecanismul oscilator de baza al GRD catre GRV;

Acesti neuroni contribuie att la inspiratie, ct si la expiratie. n plus, ei sunt implicati n elaborarea unor semnale expiratorii puternice ctre muschii abdominali in timpul expiratiei forate (astfel, aceast arie opereaza ca un mecanism de suprastimulare, cnd sunt necesare nivele nalte ale ventilatiei pulmonare).

Centrii pontini

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

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

Centrul pneumotaxic, localizat dorsal, in puntea superioara, transmite continuu impulsuri ctre aria inspiratorie. Efectul principal al acestora este de a controla punctul de ntrerupere al pantei inspiratorii, determinnd, astfel, durata inspirului (limiteaza inspiratia). n acelasi timp, nsa, un semnal pneumotaxic puternic poate creste frecventa respiratorie pna 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, rezultnd H2CO3 care disociaza n H- si HCO3-, ceea ce modifica concentratia H- n LCR si tesutul cerebral: astfel, dioxidul de carbon sangvin are un efect foarte mic de stimulare directa asupra acestor chemoreceptori, n 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 n afara SNC, la nivelul corpilor aortici si carotidieni. Ei sunt stimulati de scaderea presiunii partiale a O2, cresterea presiunii partiale a CO2 si scaderea pHului n sngele arterial. Chemoreceptorii periferici sunt singurii din organism care detecteaza modificarea presiunii partiale a O2 n lichidele organismului. Sunt stimulati de scaderea presiunii partiale a oxigenului n sngele 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.