A légzőrendszer felépítése, a légzőmozgások
A légzőrendszer anatómiája felső légutak: orr- és szájüreg, garat - külső orr: csontos és porcos elemek - orrüreg: 2 üreg (orrsövény); orrjáratok és orrmandula szaglás hangképzés: rezonancia jobb oldali tüdőlebenyek (3) beszívott levegő nedvesítése, melegítése, fizikai szűrése; immunvédelem orrüreg orr csontos elemek szájüreg garat gége légcső (trachea) fő broncusok bordák bal oldali tüdőlebenyek (2) felső légutak alsó légutak - garat: száj- és orrüreg közös kivezetése szájüreg: ld. táplálkozás lágy szájpadlás: falat útjának elzárása nyálkahártyával fedett, izmos fal porcos elemek orrjáratok orrmandula kötő- és zsírszövet szájüreg garat
alsó légutak: gége, légvezető rendszer, tüdő - gége A légzőrendszer anatómiája gégefedő: tápcsatorna és légzőrendszer elválasztása; nyeléskor elzárja a légcsövet glottis: hangszalagok és hangrés - hangerő: légnyomás erőssége gégefedő ádámcsutka (pajzsporc) légcső pajzsmirigy C porcok nyelv mellékpajzsmirigy (4 db) - hangmagasság: hangszalagok feszítettsége, rezgés frekvenciája hangrés hangszalagok
A légzőrendszer anatómiája alsó légutak: gége, légvezető rendszer, tüdő nyelőcső - légcső (trachea) nyelőcső előtt C-alakú porcos váz (üvegporc) csillós hámszövet elasztikus és rostos kötőszövet tracheális izom: simaizom a nyelőcső felőli oldalon - főhörgők (bronchusok) légcsőhöz hasonló felépítés dichotomikus (kettős) elágazási rendszer: légcső - alvelolusok között 23 szint - hörgők (másodlagos, harmadlagos) porcdarabok, kevés simaizom - hörgőcskék (bronchiólusok) légcső főhörgők hörgőcskék simaizom spirális kötegekben; támasztószövet hiányában a keresztmetszetük jelentősen csökkenhet (ld. asztma) hörgők
A légzőrendszer anatómiája alsó légutak: gége, légvezető rendszer, tüdő - vezető zóna: trachea főhörgő (1. szint) - hörgők (2-3.) hörgőcskék, terminális bronchiolus (4-16.) csak légvezető funkció, gázcsere nincs - kicserélődési zóna: légzési bronchiólus (bronchioli respiratorii; 17-19.) légvezetékek (ductus alveorales; 20-22.) léghólyagocskák (alveolus; 23.) - légvezetékek és léghólyagocskák (alveolusok): csak itt folyik gázcsere légzési bronchiolus alveoláris szeptum főhörgők term. bronchiolus ~ 300 millió léghólyagocska - összfelszín 50-100 m 2 porc légzési bronchiolus alveoláris vezeték alveólus bronchiolus
A légzőrendszer anatómiája alsó légutak: gége, légvezető rendszer, tüdő - tüdőlebenyek: 2 (bal), ill. 3 (jobb) - a tüdőt kívülről 2 rétegű mellhártya borítja: fali (parietális) és zsigeri (viszcerális) lemez - mellhártyák között pleuraűr; benne savós folyadék hártyák oldalirányú elcsúszását segíti: könnyebb mozgás nagy felületi feszültség, alacsony nyomás: hártyák összetapasztása fali lemez zsigeri lemez pleuraűr jobb tüdőlebeny rekeszizom bal tüdőlebeny pneumothorax / hemothorax: pleuraűrbe levegő / vér kerül a szétnyíló hártyák alatti tüdőrész összeesik
A tüdőlebenyek felépítése - a tüdő fala izmot nem, csak rugalmas kötőszövetet tartalmaz! -> passzív mozgás terminális bronchiólus tüdő venula nyirokér rugalmas kötőszövet tüdő arteriola nyirokér légzési bronchiólus légvezetékek tüdő kapilláris zsigeri lemez léghólyagocska alveolus
kapilláris A tüdőhólyagocskák (alveolusok) felépítése kötőszövet rugalmas rost monocita I. típusú alveoláris sejt hámsejtek az alveólusok falában; gázcsere II. típusú alveoláris sejt légzőhám II. típusú alveoláris sejt mikrovillusok; surfactant termelés makrofágok fagocitálás, védelem I. típusú alveoláris sejt makrofág vörösvértest a tüdőkapillárisban O 2 diffúzió CO 2 diffúzió alveoláris folyadék + surfactant vörösvértest endotél sejt alaphártya hámszövet alaphártya I. alveoláris sejt szövet közötti folyadék
A légzőizmok harántcsíkolt vázizom; beidegzés a gerincvelői motoneuronokon keresztül a motoneuronok működését a nyúltvelői légzésszabályozó központ irányítja (ld. légzésszabályozás) - bordaközi izmok külső~: belégzésben, belső~: kilégzésben vesz részt: bordák elmozdítása beidegzés a háti (T1-11) gerincvelői szelvényekből - rekeszizom nyugalomban mellüregbe domborodik; összehúzódáskor ellapul nyugodt légzés esetén 1-2 cm mozgás (erőltetett légzésnél 300 ml térfogatváltozást előidéző, 10 cm elmozdulás is lehet!) beidegzése az alsó nyaki (C3-5) gerincvelői szegmensekből: háti gerincvelő sérülés esetén önálló légzés még fennmaradhat - hasizom ált. csak 40/perc feletti légzőmozgásoknál; kilégzést segíti - hátizom, egyéb segédizmok nehézlégzés esetén belégzést támogatják
belégzés alatti izommozgások A légzőmozgások erőltetett kilégzés alatti izommozgások külső bordaközi izmok rekeszizom segédizmok belső bordaközi izmok hasizom + segédizmok mellcsont kilégzés belégzés kilégzés belégzés rekeszizom
A légzőmozgások a levegő áramlása passzív; az áramlás irányát a tüdő és a külvilág közötti nyomásviszonyok szabják meg belégzés kilégzés ált. passzív! külső bordaközi izmok, rekeszizom összehúzódása rekeszizom elernyedése (belső bordaközi izmok összehúzódása) tüdőtérfogat nő tüdőben a nyomás csökken levegő beáramlik tüdőtérfogat csökken tüdőben a nyomás nő levegő kiáramlik gerincoszlop borda bordák elmozdulása borda rekeszizom szegycsont rekeszizom belső külső bordaközi izmok belső bordaközi izmok külső bordák elmozdulása
légköri nyomás: 760 Hgmm Nyomásváltozások a tüdőben légköri nyomás: 760 Hgmm alveoláris nyomás: 760 Hgmm pleuraűri nyomás: 756 Hgmm alveoláris nyomás: 758 Hgmm pleuraűri nyomás: 754 Hgmm nyugalomban (rekeszizom ellazult) belégzés (mellkastérfogat nő) légköri nyomás: 760 Hgmm alveoláris nyomás: 762 Hgmm pleuraűri nyomás: 756 Hgmm kilégzés (mellkastérfogat csökken)
Légzőmozgások I. a gázok mozgatásának alapfeltétele a mellkasfal és a tüdő elválaszthatatlan együttműködése mellkas: tágulási tendencia a mellkas nagyobb térfogatú akar lenni, mint ami az összakapcsolt mellkas-tüdő rendszerben lehetséges légzésszünetben a legerősebb (mikor a tüdőben az FRC térfogat van jelen) tüdő: összehúzódási (retrakciós tendencia) a tüdő tágulékonysága határozza meg (compliance: egységnyi nyomásváltozás által létrehozott térfogatváltozás) a tágulékonyság a hámsejtek alatti kötőszövet rosttartalmától függ (rugalmas rostok és kollagén rostok) felületi feszültség kérdése: légutak hámját vékony folyadékréteg borítja, amely a tüdőben lévő gázkeverékkel érintkezik a folyadék-gáz fázishatáron felületi feszültség lép fel a légút ürege össze akar esni alveolusok: vékony fal, hajlamosak az összeesésre, így akkora tüdőszöveten belüli illetve keresztüli (transmuralis) nyomás kell, hogy az alveolusok megnyíljanak surfactant: o felületi feszültséget csökkentő anyag, amelyet a 2. típusú alveoláris pneumociták termelnek o surfactant molekulák mennyisége/felület belégzés során csökken, kilégzés alatt nő alveolus összeesést kivédi, mikor csökken a transmuralis nyomás o felsír az újszülött: megnyílnak az addig zárt alveolusok ehhez megfelelő mennyiségű surfactant kell
Légzőmozgások II. Légzésszünet: mellkas tágulási és tüdő összehúzódási hajlama egyensúlyban van a két pleuralemez nem tud elválni egymástól, de a mellkas kifelé, míg a tüdő befelé húzza őket pleuralemezek közötti nyomás (intrapleuralis nyomás) az atmoszférásnál kisebb lesz ez lesz a transmuralis nyomás, ami megnyitja illetve nyitva tartja az alveolusokat az intrapleuralis nyomás áttevődik a mellkas vékony falú képleteire ez a mellűri nyomás ( negatív mellűri nyomás, mert kisebb az atmoszférás nyomásnál) Légmell (pneumothorax) a pleura két lemeze elválik egymástól a tüdő összeesik, a mellkas viszont kitágul ( hajlamuk szerint viselkednek) oka: a két lemez közé levegő került (mellkasfal vagy tüdő sérülése)
Légzési térfogatok, vitálkapacitás spirometria: a légzési térfogatok vizsgálata orvosi célból légzési térfogatok: statikus: időfüggetlen, a légzőizmok állapotára utal dinamikus: időfüggő, a légutak állapotára utal TV (TIDAL VOLUME): nyugalmi belégzési térfogat ~ 500 ml nyugodt légzés során egy légvétel alkalmával megmozgatott levegőmennyiség IRV (INSPIRATORY RESERVE VOLUME): belégzési rezerv térfogat ~ 1900-3100 ml nyugodt belégzést követően erőltetett belégzéssel beszívható további levegőmennyiség ERV (EXPIRATORY RESERVE VOLUME): kilégzési rezerv térfogat ~ 800-1200 ml nyugodt kilégzést követően erőltetett kilégzéssel a tüdőből még kilélegezhető térfogat vitálkapacitás: TV + IRV + ERV ~ 3200-4800 ml maximális belégzést követően maximális kilégzéssel kifújható levegő térfogata RV (RESIDUAL VOLUME): REZIDUÁLIS TÉRFOGAT ~ 1000 ml maximális kilégzést követően a tüdőben állandóan megmaradó térfogat; a tüdő összeesését akadályozza meg FRC (funkcionális reziduális kapacitás): RV + ERV ~ 1800-2400 ml nyugodt kilégzés végén a tüdőben maradó gáztérfogat
A tüdő térfogatfrakció értékei nemi különbségeket mutatnak
Légzési térfogatváltozások, fogalmak statikus paraméterek fizikai adottságok (mellkas térfogata) légzőizmok fejlettsége tüdőszövet rugalmassága (elasztikus rostok mennyisége) testméret, nem, életkor, edzettség dinamikus paraméterek (pl. 0,5 sec alatt megmozgatott levegő mennyisége; FEV 0,5 ) légzőizmok fejlettsége, állapota légutak ellenállása - bronchiolusok simaizomzatának tónusa bronchodilatáció: légutak tágulása (simaizom b 2 adrenerg hatás; NO) bronchokonstrikció: paraszimpatikus hatás; irritáns anyagok, hideg levegő, hisztamin, gyulladási mediátorok, asztma
Légzési térfogatváltozások, fogalmak légzési perctérfogat: 14 x 500 ml=7 l/min anatómiai holttér: a vezető zóna térfogata nyugalmi légzésnél ~150 ml -> csak ~350 ml levegő cserélődik fiziológiai holttér: ha összes alveolus ventillált: az anatómiai holttérrel megegyezik ha a ventilláció nem megfelelő: az anatómiai holttérhez viszonyítva a térfogata megnő alveoláris ventilláció: a tüdőben 1 perc alatt valóban kicserélt gáz térfogata: 14 x 350 ml=4900 ml/min
A légzőműködés szabályozása
A légzés szabályozása automatikus légzőmozgások: a gerincvelői, légzőizmokat beidegző motoneuronok agytörzsi szabályozása más idegrendszeri struktúrák közvetlenül is irányítják a légzési motoneuronokat (pl. emóciók, hangadás) légzési ciklus: belégzési szakasz: - a belégzés mélysége az ingerelt motoneuronok számától és a rajtuk kialakuló akciós potenciál sorozat frekvenciájától függ (toborzás; ld. mozgás) - a belégzés kezdetén fokozatosan növekvő aktivitás, majd fokozatos csökkenés kilégzési szakasz: - ált. passzív, nincs aktív izomösszehúzódás, csak erőltetett kilégzés esetén
A légzés központi szabályozása légzési ritmusgenerátor: nyúltvelőben és hídban több központ pontos működésük nem ismert részletesen nyúltvelői be/kilégző neuronokból induló leszálló pályák a légzőizmokat beidegző, gerincvelői motoneuronokon végződnek pneumotaxikus központ apneuziás központ középagy híd agytörzsi ritmusszabályozó központ "belégző" neuronok "kilégző" neuronok nyúltvelő gerincvelő
A légzés központi szabályozása nyúltvelő: elsődleges légzőközpont belégzési neuronok: dorzálisan és mediálisan pacemaker aktivitás hőmérséklet és vér pco 2 tartalmának emelkedése serkenti kilégzési neuronok: ventrolaterálisan; csak fokozott légzés esetén aktiválódnak nyúltvelő/híd határa: belégzést gátló központ (Bötzinger komplex; apneuziás központ) kilégzés alatt aktív, a belégzési neuronokat gátolja a tüdőalveolusok falában lévő feszülési receptorok ingerülete serkenti nyúltvelői kemoreceptorok aktiválódása és hipoxia gátolja pneumotaxikus központ apneuziás központ agytörzsi ritmusszabályozó központ "belégző" neuronok "kilégző" neuronok középagy híd nyúltvelő gerincvelő
A légzés központi szabályozása híd: belégzés/kilégzés váltását irányító központ (Kölliker-Fuse mag) volt pneumotaxikus központ ingerlése elnyújtott, mély belégzést vált ki pneumotaxikus központ apneuziás központ agytörzsi ritmusszabályozó központ "belégző" neuronok "kilégző" neuronok középagy híd nyúltvelő gerincvelő
A légzőmozgások központi szabályozása nyúltvelői belégző neuronok aktívak inaktívak rekeszizom, külső bordaközi izmok összehúzódása mellkas térfogata nő, mellüregi nyomás csökken nyugodt belégzés 2 mp 3 mp rekeszizom, külső bordaközi izmok elernyednek; tüdő rugalmas rostjai visszaugranak mellkas térfogata csökken, mellüregi nyomás nő passzív kilégzés nyúltvelői belégző neuronok aktívak rekeszizom, külső bordaközi izmok és belégző segédizmok összehúzódása mellkas térfogata nő, mellüregi nyomás csökken erőltetett belégzés nyúltvelői kilégző neuronok aktívak belső bordaközi izmok és hasi segédizmok összehúzódása mellkas térfogata csökken, mellüregi nyomás nő erőltetett kilégzés nyugodt légzés erőltetett légzés
A légzőközpontra ható receptorok kemoreceptorok fő feladat: az artériás vér O 2, CO 2 szintjének szabályozása legfőbb szabályozó a vér (ill. cerebrospinális folyadék) P CO2 növekedése CO 2 + H 2 O <-> H 2 CO 3 <-> H + + HCO 3 - ph változás érzékelése O 2 szint: fiziológiásan ált. nem változik jelentősen, ezért a szervezet ált. csak igen nagyfokú hipoxiára reagál centrális kemoreceptorok: nyúltvelő ventrális felszínén, a VII. és XII. agyidegek kilépésénél O 2 szintre nem érzékenyek cerebrospinális folyadék (liquor, CSF) CO 2 (azaz H + )- tartalmát érzékelik pco 2 növekedés (ph csökkenés) > belégzési központ serkentése nyúltvelői (centrális) kemoreceptor
A légzőközpontra ható receptorok kemoreceptorok perifériás kemoreceptorok (glomusok) carotis mellett és aortarégióban (~testek) afferens rostok: gl. caroticum n. IX (fontosabb), gl. aorticum n. vagus mérik a vér O 2 és CO 2 tenzióját, a ph-t és a K + -szintet pl. véráramlás csökken (vérnyomásesés vagy szimpatikus vazokonstrikció) > po 2 esik > már a szöveti hipoxia kialakulása előtt jeleznek nyúltvelői belégzési és vérnyomásemelő központ aktiválása belső a. carotis külső a. carotis fejverőér O 2 szint csökkenésével fokozódóan aktiválódnak, nem adaptálódnak nyúltvelő IX. agyideg carotistest sinus caroticum X. agyideg aortaív aortatestek
A légzőközpontra ható receptorok tüdő feszülési receptorai légutak falában, simaizomsejtek körül (Hering-Breuer reflex) afferens rostok a n. vagusban a kemoreceptorok melletti fő visszajelzés a légzési központba tüdőszövet feszülését érzékelik: minél feszesebb a tüdőfal (nagyobb a térfogat), annál nagyobb a kialakuló ingerület frekvenciája apneuziás központ serkentése belégzés reflexes gátlása kilégzés megindítása CO 2 belélegzése esetén először a légvétel mélysége nő a feszülési receptorokon keresztüli negatív visszacsatolás engedi a légzési frekvencia fokozódását
A légzés szabályozása agykéreg híd idegi szabályozás gátlás serkentés n. vagus feszülési receptorok nyúltvelő belégzést gátló központ kilégző neuronok motoneuronok gerincvelő légzőizmok tüdő/mellkas belégző neuronok mechanikai munka légcsere alveolus/kapilláris határ n. vagus n. glossopharingeus glomusok vérplazma ph, po 2 centrális kemoreceptorok CSF ph, pco 2 diffúzió vér szövetek
A légzést befolyásoló egyéb hatások gyorsan adaptálódó receptorok légutak hámsejtjei között, velőshüvelyű afferens axon irritáns receptorok: kémiai anyagok, por fokozott ventiláció, bronchokonstrikció, nyálszekréció, köhögés tüsszentés, köhögés: orrnyálkahártya, gége, nyelőcső és hörgők nyálkahártyájának kémiai vagy mechanikai ingerlése lihegés: folyadék és hőleadás; csak a respirációs holtteret szellőzteti didergés: légzőizmokon hideg vagy láz hatására; hipotalamikus és középagyi szintről a légzőközpontokra és/vagy a motoneuronokra hat reflexes apnoé: kellemetlen szagok, hideg zuhany, erős zaj, éles fájdalom; nyelés és hányás alatt is (glottis záródik)
A légzést befolyásoló egyéb hatások akaratlagos apnoé: fokozott figyelmem vagy precíz kézmozgások esetén; agykérgi eredetű hossza erőltetett belégzés utáni hiperventillációt követő O 2 belélegeztetéssel növelhető (palack nélküli merülés) izommunka: kezdeti szakaszban gyors ventiláció-fokozás: idegi hatás (motoros agykéreg, hipotalamusz, izmok mechanoreceptorai), majd elhúzódó, lassabb légzésnövelő hatás: reflexes, kemoreceptív hatás a munka után még fokozott légzés az izom O 2 adósságának törlesztése miatt beszéd, hangadás: a hangszín a hangszalagok vastagságától, rezgés frekvenciájától, a hangerősség a kilégzés sebességétől és a kilélegzett levegő mennyiségétől függ szájüregben további artikuláció; egyedi sajátságok
Ábrák
A légzőrendszer felépítése orrüreg orr szájüreg garat gége felső légutak légcső (trachea) fő broncusok alsó légutak jobb oldali tüdőlebenyek (3) bordák bal oldali tüdőlebenyek (2)
A légző- és emésztő rendszer felső szakasza orrüreg orrmandula szaglóhám orrjáratok csontos szájpadlás garat nyelőcső légcső porc nyelv állkapocs gégefedő (epiglottis) gége pajzsmirigy hangszalagok, hangrés lágy szájpadlás szájüreg