I. Функции

1) газообменная

2) выделительная (удаление из организма некоторых летучих метаболитов (аммиак) и инородных веществ (ацетон, этанол и др.)

3) участие в терморегуляции (выведение из организма избытка теплоты с парами воды)

4) метаболическая (в сосудистой системе легких происходит расщепление части липидов)

5) участие в процессе свертывания крови (в определенных клетках органов данной системы происходит выработка гепарина и тромбопластина)

6) иммунная (бронхоассоциированная лимфоидная ткань, дендритные антиген-представляющие клетки, макрофаги, лимфоциты)

7) эндокринная (эндокринные элементы слизистой оболочки воздухоносных путей являются частью диффузной эндокринной системы).

II. Функциональная структура дыхательной системы

ДЫХАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

воздухоносные пути респираторный отдел

носовая полость носоглотка трахея гортань бронхи ацинусы легких

- Эмбриональные источники:

= кишечная энтодерма - дает начало всем эпителиальным структурам системы

= мезенхима - является источником развития для соединительнотканных компонентов органов системы и сосудов

= нейроэктодерма - дает начало нервным структурам (нервам, ганглиям, рецепторам)

III. Морфофункциональная характерстика оранов системы

Воздухоносные пути

1) Общие функции: проведение, согревание, увлажнение и очистка воздуха, защитная (в состав поверхностной слизи входит лизоцим - вещество, разрушающее микробы), обонятельная, участие в звукообразовании

2) Анатомические особенности: имеет вид древовидной структуры, каждый последующий элемент которой делится на две ветви (дихотомический приццип ветвления); насчитывает 23 уровня ветвления; при этом площадь поверхности поперечного сечения элементов бронхиального дерева увеличивается 4500 раз

3) Элементы системы: трахея, главные крупные, средние, мелкие бронхи, терминальные (конечные) бронхиолы

4) Строение стенки

а) общий план строения

- слизистая оболочка (состоит из однослойного многорядного призматического реснитчатого эпителия и подслизистой основы)

= клетки эпителия: реснитчатые, бокаловидные, антигенпредставляющие (клетки Лангерганса), нейроэндокринные (элементы диффузной эндокринной системы), щеточные (каемчатые, предположительно являющиеся хморецепторами), секреторные (клетки Клара; продуцируют сложные белки и ферменты, нейтрализующие токсические компоненты вдыхаемого воздуха), базальные клетки (камбиальные элементы).

- фиброзно-хрящевая оболочка

- наружная оболочка (адвентиция)

б) Некоторые особенности морфологии элементов трахео-бронхиального дерева.

— Трахея. В подслизистой оболочке находятся концевые отделы слизистых желез. В средней оболочке располагаются полукольца из гиалинового хряща, не замыкающиеся на задней поверхности. Их концы соединяются пучками гладких миоцитов.

— Главные бронхи. Гиалиновый хрящ образует кольца.

— Средние бронхи. В собственной пластинке слизистой оболочки — скопления лимфоидной ткани (морфологический субстрат защитной функции). В глубоком слое слизистой оболочки (на границе с подслизистой) располагается слой циркулярно ориентированной гладкой мускулатуры. Хрящевые кольца распадаются на отдельные пластинки, которые по мере уменьшения диаметра бронхов становятся мельче, образующий их гиалиновый хрящ замещается эластическим.

— Мелкие бронхи. В составе стенки исчезают слизистые железы и хрящевые структуры.

— Терминальные бронхиолы. Выстланы однорядным цилиндрическим (в конечном отделе — кубическим) эпителием. В тонкой собственной пластинке располагаются гладкие миоциты.

Легкие

1) Анатомическая характеристика

- парный орган; располагаются в грудной полости по сторонам от сердца и крупных сосудов; покрыты серозной оболочкой (плеврой), образующей вокруг них два плоских мешка; оба листка плевры (выстилающий грудную полость и покрывающий легкие) скользят друг относительно друга благодаря особой смазке - серозной жидкости

- у каждого легкого имеются верхушка и основание, а также 3 поверхности - реберная, диафрагмальная и средостенная; в области последней располагаются так называемые ворота, в которые входят главный бронх и легочная артерия, а выходят 2 легочные вены

- правое легкое состоит из 3 долей, левое - из 2; каждая доля подразделяется на более мелкие анатомические части - сегменты

- кровоснабжение органов дыхательной системы осуществляется из 2 источников: из большого круга кровообращения (доставка тканям питательных веществ и кислорода) по бронхиальным артериям и из малого круга кровообращения (поступление крови для обмена газов) - по легочным артериям.

2) Гистологическая характеристика

- паренхима легких включает в себя часть бронхиального дерева (крупных, средние, мелкие и конечные бронхи и бронхиолы) и респираторные структуры

- респираторный отдел легких представлен множеством однотипных структурно-функциональных единиц - ацинусов

- ацинус (150 тыс.) состоит из респираторных бронхиол, альвеолярных ходов и альвеолярных мешочков, образованных множеством альвеол

- альвеола (300-400 млн.) - элементарная газообменная единица - представляет собой полую сферу, стенка которой имеет следующее строение; на базальной мембране, составляющей ее основу, изнутри лежат плоские клетки трех типов: незернистые альвеолоциты (I тип; выполняют газообменную функцию), зернистые альвеолоциты (II тип; вырабатывают компоненты сурфактанта, в цитоплазме – слоистые мембранные тельца), щеточные клетки (функции неизвестны); с наружной стороны альвеолу покрывает тонкий слой рыхлой волокнистой соединительной ткани, содержащей густую сеть капилляров; из соединительной ткани внутрь альвеол могут проникать макрофаги; эти клетки поглощают мельчайшие частицы, достигающие ацинусов (пыль, табачный дым и др.), и мигрируют за пределы альвеол, таким образом очищая их поверхность

- внутренняя поверхность альвеол покрыта сурфактантом - полужидкой пленкой, состоящей из воды, минеральных компонентов, белков и фосфолипидов; сурфактант имеет сложную ультраструктуру: в нем выделяют гипофазу (контактирует с плазмалеммой альвеолоцитов, содержит слоистые мембраноподобные структуры) и апофазу (обращена в полость альвеол, представлена слоем фосфолипидных молекул); функции сурфактанта: обеспечивает необходимое поверхностное натяжение (важно для поддержания формы альвеолы), препятствует пропотеванию плазмы крови из капилляров в полость альвеол, бактерицидная функция, стимулирует альвеолярные макрофаги, входит в состав аэро-гематического барьера

- аэро-гематический барьер - совокупность структурных компонентов, разделяющих полость альвеолы и полость капилляра малого круга кровообращения; именно через него осуществляется диффузионный обмен газов между воздухом альвеол и кровью капилляров (толщина около 0,5 мкм); барьер включает в себя: сурфактант, тело альвеолоцита I порядка, общая базальная мембрана, образовавшаяся в результате слияния базальной мембраны альвеолы и базальной мембраны капилляра, тело эндотелиоцита

- между альвеолами и другими микроструктурами легких находится интерстициальная ткань, богатая эластическими волокнами (формирует эластический каркас легких).

IV. Основные принципы функционирования системы

1) Составляющие процессы дыхания

а) внешнее дыхание, включает в себя:

- вентиляцию легких (обмен газов между атмосферой и альвеолами)

- легочную диффузию газов (обмен газов между газом альвеол и кровью капилляров малого круга кровообращения)

б) связывание и транспорт газов кровью

в) внутреннее дыхание

- тканевая диффузию газов (обмен газов между кровью и тканями)

- тканевое дыхание (использование кислорода клетками)

2) Механизмы дыхания

а) вентиляция легких

- дыхательный цикл включает в себя 3 фазы: инспираторную (активный вдох), постинспираторную (пауза после вдоха), экспираторную (пассивный выдох)

- дыхательные мышцы: главные (диафрагма, межреберные) и вспомогательные (мышцы передней брюшной стенки, шеи, груди)

- внутрилегочное давление при отсутствии дыхательных движений (состояние покоя) равно атмосферному

- легкие в состоянии покоя слегка растянуты и стремятся к спадению (это свойство носит название эластической тяги легких); сила эластической тяги уравновешивается отрицательным давлением в плевральной полости (- 3 мм рт.ст.)

б) легочная диффузия газов

- основной движущий фактор – градиент парциального давления газов

- условия эффективного газообмена:

= узкий диапозон колебаний состава альвеолярного газа в цикле “вдох-выдох” (0,4% для кислорода и 0,2% для диоксида углерода)

= малая толщина аэро-гематического барьера барьера (0,5-1 мкм)

= постоянная конвекция сред (газа и крови) по обе стороны диффузионного барьера

= оптимальное соотношение объемов газа и крови, “прокачиваемых” соответственно через ацинус и его капиллярную сеть (4 л / мин воздуха / 5 л / мин крови в расчете на дыхательную систему в целом)

V. Регуляторные механизмы

- регуляторные механизмы дыхательной системы для удобства изложения целесообразно подразделить на две группы:

- механизмы регуляции просвета воздухоносных путей

= в основе нервной регуляции просвета бронхов лежит рефлекторный принцип; при этом важная роль принадлежит рефлексам, рецепторы которых залегают в слизистой носа, гортани и трахеи (по этой причине врачи уделяют большое внимание свободному носовому дыханию)

= материальным субстратом реализации данных рефлексов является гладкая мускулатура конечных (терминальных) бронхиол; следует особо отметить, что клетки этой ткани имеют рецепторы не только к нейромедиаторам, но и к другим биологически активным веществам - гормонам и др.; некоторые из них также принимают участие в регуляции сократительных реакций бронхиол

= активация парасимпатических нервных элементов вызывает сужение просвета бронхов, симпатических - расширение

- механизмы регуляции дыхания

= ключевое положение в системе нервной регуляции дыхания занимают дыхательный и пневмотаксический центры;

а) дыхательный центр – группа ядер продолговатого мозга и ретикулярной формации, включающих в себя инспираторные и экспираторные нейроны; аксоны этих нейронов направляются в спинной мозг и заканчиваются на мотонейронах шейных, грудных и поясничных сегментов спинного мозга, откуда берут начало нервные волокна, иннервирующие диафрагму и межреберные мышцы; на вышеперечисленных нейронах продолговатого и спинного мозга замыкаются многочисленные афферентные пути, начинающиеся от хеморецепторов продолговатого мозга и кровеносных сосудов, механорецепторов легких (локализованы в стенке бронхов, реагируют на растяжение), проприорецепторов дыхательных мышц и др.

б) пневмотаксический центр - специальная группа нейронов моста продолговатого мозга, обеспечивающих ритмическое переключение фаз дыхательного цикла

= необходимо отметить, что дыхательный центр функционирует в автоматическом режиме благодаря тому, что составляющие его инспираторные (центр вдоха) и экспираторные (центр выдоха) нейроны попеременно переходят (путем взаимной индукции) из состояния возбуждения в состояние торможения

= характер дыхания зависит как от сигналов с периферии (афферентная импульсация), так и от влияния высших нервных структур, в том числе от коры больших полушарий

= из гуморальных факторов в регуляции дыхания ведущую роль играет диоксид углерода; повышение его концентрации регистрируется хеморецепторами продолговатого мозга и крупных сосудов (сонных артерий и др.); определенную роль также играют такие факторы как снижение концентрации кислорода и увеличение содержание ионов Н⁺ в крови.

КОЖА