Anatomia układu oddechowego

Zdjęcie: Anatomia układu oddechowego

Wybrane pojęcia z pneumunologii

Ftyzjatria

Ftyzjatria (z greckiego phthisis = gruźlica + iatreia = leczenie) jest działem medycyny klinicznej zajmującym się rozpoznawaniem i leczeniem gruźlicy płuc.

Pneumonologia (pulmonologia)

Pneumonologia (z greckiego pneumon = płuco) albo pulmonologia (z łacińskiego pulmo = płuco) jest działem chorób wewnętrznych zajmującym się rozpoznawaniem i leczeniem zachowawczym chorób płuc.

Torakochirurgia

Torakochirurgia (z greckiego thoraks = pierś, klatka piersiowa + cheirurgia = rękodzielnictwo) jest działem medycyny klinicznej zajmującym się chirurgią klatki piersiowej.

Klatka piersiowa

Klatka piersiowa stanowi górną połowę tułowia. Jej ściany tworzy zrąb kostno-chrzęstny (szkielet), mięśnie, błony i skóra. Szkielet klatki piersiowej tworzą: z tyłu – kręgosłup piersiowy (12 kręgów), z przodu – mostek, z obu boków – żebra (12 par). Ściany obejmują przestrzeń zwaną jamą klatki piersiowej, zawierającą narządy: serce, wielkie naczynia (np. aorta), tchawicę, płuca, przełyk i inne. Szkielet jest tak skonstruowany i połączony, iż jego ruchy powodują zwiększenie (wdech) lub zmniejszenie (wydech) pojemności jamy klatki piersiowej. Żebra ułożone równolegle są połączone od przodu z mostkiem chrząstkami. Przedzielone są przestrzeniami międzyżebrowymi, w każdej znajdują się mięśnie międzyżebrowe, tętnica, żyła i nerw międzyżebrowy. Otwór górny klatki piersiowej, ograniczony mostkiem, pierwszymi żebrami i trzonem I kręgu piersiowego łączy ją z szyją. Otwór dolny klatki piersiowej, znacznie większy, ogranicza: od tyłu XII kręg piersiowy, z boków – XII, XI żebro, łuki żebrowe (łączące się ze sobą chrząstki żeber od X do VII), z przodu – wyrostek mieczykowaty mostka. Do wyżej wymienionego ograniczenia przyczepia się przepona i zamykając otwór oddziela jamę klatki piersiowej od jamy brzusznej.

Przepona

Przepona jest głównym mięśniem wdechowym. Jest ruchomym dnem jamy klatki piersiowej, jej skurcz w czasie wdechu przesuwa ją w dół, co zwiększa wymiar pionowy i tym samym objętość jamy klatki piersiowej.

Jama klatki piersiowej

W obrębie jamy klatki piersiowej można wyodrębnić 3 mniejsze jamy: 2 jamy położone bocznie – prawą i lewą jamę opłucnej oraz jamę (przestrzeń) położoną pośrodkowo między nimi, zwaną śródpiersiem. Każda jama opłucnej wysłana jest błoną surowiczą – tzw. opłucną, tworzącą oddzielny, zamknięty worek dla znajdującego się w nim jednego płuca. Każda opłucna ma 2 blaszki: opłucną ścienną wyściełającą jamę klatki piersiowej, która przechodzi w sposób ciągły od strony śródpiersia w drugą blaszkę zwaną opłucną płucną, albo trzewną, przechodzącą na całe płuco i ściśle go pokrywającą. Między obu blaszkami znajduje się szczelinowata jama zwana jamą opłucnej. W jamie opłucnej istnieje ujemne ciśnienie w stosunku do ciśnienia atmosferycznego. Jama opłucnej w warunkach prawidłowych jest przestrzenią potencjalną (włosowatą szczeliną), staje się rzeczywistą jamą w niektórych chorobach, kiedy zawiera płyn (krew, ropę, wysięk) czy powietrze (odma).

Śródpiersie

Śródpiersie jest jamą położoną pośrodkowo między prawym a lewym workiem opłucnej. Od przodu ogranicza je mostek, od tyłu – kręgosłup piersiowy, od dołu – przepona. W części środkowej śródpiersia znajduje się serce.

Układ oddechowy (górne i dolne drogi oddechowe)

Powietrze atmosferyczne przechodzi początkowo przez górne drogi oddechowe tj. przez nozdrza przednie nosa zewnętrznego, dostaje się do jamy nosowej (nosa wewnętrznego), a z niej przez nozdrza tylne do jamy gardła. Z gardła powietrze dostaje się do dolnych dróg oddechowych, do których zalicza się: krtań, tchawicę, oskrzela, oskrzeliki oraz adekwatne narządy wymiany gazowej – płuca (ryc. 5-1).
Krtań ku dołowi przechodzi w tchawicę długości 10 – 12 cm, o średnicy światła od 1,5 do 2,5 cm. Jej część górna leży w obrębie szyi, część dolna w śródpiersiu tylnym (z tyłu tuż za tchawicą na całej jej długości znajduje się przełyk). Wewnętrzną powierzchnię dróg oddechowych tworzy błona śluzowa zawierająca liczne gruczoły (surowicze i śluzowe). Jest ona pokryta nabłonkiem oddechowym migawkowym. Zewnętrzną powłokę tchawicy tworzy błona włóknista, zawierająca 16-20 podkowiastych chrząstek. Chrząstki te otwarte są ku tyłowi ciała, co powoduje, iż w tej części tchawicy (ścianie błoniastej) znajduje się tylko mięśniówka gładka.

Czynność dróg oddechowych

Drogi oddechowe doprowadzają (podczas wdechu) i odprowadzają (podczas wydechu) powietrze z płuc, powodują ocieplenie wdychanego powietrza do ciepłoty ciała, nawilżenie parą wodną oraz oczyszczenie tj. zatrzymanie cząsteczek kurzu, pyłu, bakterii, grzybów i innych zanieczyszczeń na migawkach (rzęskach) nabłonka błony śluzowej oraz wydzielinie surowiczo-śluzowej jej gruczołów. Migawki przesuwają wydzielinę z zanieczyszczeniami po powierzchni nabłonka do gardła, skąd ulega ona odkrztuszeniu lub połknięciu. Krtań jest narządem wytwarzania głosu oraz ochrony dolnych dróg oddechowych przy przełykaniu.

Płuca

Człowiek ma dwa płuca: prawe i lewe, zawieszone w odpowiednich jamach opłucnej klatki piersiowej. Płuco zbudowane jest z oskrzeli, oskrzelików, pęcherzyków płucnych, tkanki śródmiąższowej oraz pokrywającej je opłucnej płucnej. Dwie szczeliny, skośna i pozioma, dzielą płuco prawe na 3 płaty: górny, środkowy i dolny, natomiast płuco lewe – jedna szczelina skośna, dzieli na 2 płaty: górny i dolny. W obrębie płatów wyodrębnić można jeszcze mniejsze części miąższu płucnego: segmenty oskrzelowo-płucne dzielące się na podsegmenty, te na liczne małe części zwane zrazikami i następnie na najmniejsze części miąższu płucnego – grona.

Oskrzela

U dołu tchawica rozdwaja się na dwa oskrzela główne, prawe i lewe, doprowadzające powietrze do płuca prawego i lewego. Oskrzela główne zbudowane są jak tchawica. Oskrzela główne rozgałęziają się wewnątrz płuca na coraz mniejsze gałęzie, tworząc tzw. drzewo oskrzelowe. Oskrzela główne dzielą się na oskrzela płatowe, prawe na 3 (górne, środkowe i dolne), lewe na 2 (górne i dolne). Oskrzela płatowe dzielą się na oskrzela segmentowe. Następne wielokrotne podziały na coraz mniejsze gałęzie doprowadzają do powstania najmniejszych oskrzeli, z których ostatecznie tworzą się oskrzeliki o średnicy światła 0,5 – 1 mm. Pozostałe z ostatniego podziału oskrzeliki noszą nazwę oskrzelików oddechowych, zwanych też oskrzelikami pęcherzykowymi, ponieważ w ich ścianie występują już pęcherzyki płucne.

Pęcherzyki płucne

Pęcherzyki płucne mają ścianę zbudowaną z płaskich komórek nabłonkowych noszących nazwę nabłonka oddechowego oraz komórek ziarnistych, produkujących i wydzielających tzw. czynnik powierzchniowy pęcherzyka płucnego (surfaktant), który w postaci cienkiej błonki pokrywa warstwę płynu surowiczego wyściełającego wnętrze pęcherzyków płucnych. Surfaktant jest specyficznym rodzajem detergentu ułatwiającym proces rozprężania pęcherzyków płucnych podczas wdechu. Od zewnątrz ściana pęcherzyków jest opleciona gęstą siecią naczyń krwionośnych włosowatych (włośniczek płucnych). Pomiędzy powietrzem w pęcherzyku a krwią włośniczki istnieje błonka. Nosi ona nazwę błony pęcherzykowo-włośniczkowej. Przez nią odbywa się wymiana gazów, czyli dyfuzja (tlenu, dwutlenku węgla) pomiędzy powietrzem pęcherzyków a krwią włośniczek płucnych.

Wymiana (dyfuzja) tlenu i dwutlenku węgla w płucach

Jedynie w pęcherzykach płucnych ma miejsce proces wymiany gazów. Czynnikiem decydującym o dyfuzji jest istnienie różnicy ciśnień parcjalnych (cząstkowych) gazu po obu stronach błony pęcherzykowo-włośniczkowej, czyli dyfuzja odbywa się zgodnie z różnicą ciśnień parcjalnych (cząstkowych) gazu (zgodnie z gradientem ciśnień). Cząsteczki tlenu dyfundują (przechodzą) ze światła pęcherzyków do krwi włośniczek, ponieważ w powietrzu pęcherzykowym ciśnienie parcjalne (cząstkowe) tlenu jest większe (100 mm Hg) niż we krwi żylnej włośniczek (40 mm Hg), dopływającej od strony tętnicy płucnej.
W przeciwnym kierunku, tj. z osocza krwi i krwinek czerwonych włośniczek płucnych do światła pęcherzyków przechodzą (dyfundują) cząsteczki dwutlenku węgla, ponieważ we krwi żylnej dopływającej do włośniczek płucnych ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla jest większe (46 mm Hg) niż w powietrzu pęcherzykowym (40 mm Hg). Krew po przepłynięciu włośniczek płucnych staje się krwią bogatą w tlen (utlenowaną). Szczegółowe informacje o przepływie krwi przez płuca zostały opisane w działach: „Anatomia i fizjologia układu krążenia” i „Badania układu krążenia”.

Napięcie płucne

Ciśnienie powietrza wielkości jednej atmosfery działa z jednej strony od zewnątrz na klatkę piersiową, z drugiej od wewnątrz przez światło dróg oddechowych na powierzchnię wewnętrzną płuc. Oprócz tego istnieją inne siły działające na klatkę piersiową i płuca. W toku kształtowania się klatki piersiowej i płuc wytwarza się sprężyste napięcie płuc – działające do wewnątrz oraz sprężyste napięcie ścian klatki piersiowej – działające na zewnątrz. Przeciwstawne działanie obu sił sprężystych wywołuje ujemne ciśnienie w jamie opłucnej (między ścianą klatki piersiowej i płucem), mniejsze od atmosferycznego. To zjawisko tłumaczy fakt, iż płuco w fazie wdechu jest pociągane przez ścianę klatki piersiowej, mimo iż nie jest z nią niczym połączone. Sprężyste napięcie płuc (pociąganie płucne) ma działanie ssące na wewnętrzną powierzchnię ściany klatki piersiowej. Przekonać się o nim można, gdy przedziurawieniu ulegnie ściana klatki piersiowej i nastąpi wprowadzenie powietrza do jamy opłucnej. Wówczas płuco kurczy się, zapada i przylega do miejsca wnikania do płuca oskrzela głównego i naczyń krwionośnych, wsysając powietrze przez powstały otwór. Jama opłucnej wypełnia się powietrzem – powstaje odma opłucnej. Płuco zapadnięte nie bierze udziału w oddychaniu.

Mechanika oddychania

Rytmiczne ruchy oddechowe klatki piersiowej – oddechy (około 16 na min. w spoczynku) powodują wentylację płuc (przewietrzanie). Każdy oddech (czyli cykl oddechowy) składa się z wdechu (fazy wdechowej) oraz wydechu (fazy wydechowej), w czasie których do pęcherzyków płucnych jest wciągane powietrze atmosferyczne.
W czasie wdechu skurcz (praca) mięśni wdechowych: przepony, mięśni międzyżebrowych zewnętrznych, pokonuje opory elastyczne i nieelastyczne płuc i klatki piersiowej oraz opory dróg oddechowych dla przepływającego przez nie powietrza. Pokonanie oporów powoduje przesunięcie przepony w dół oraz ruch żeber i mostka ku górze i na zewnątrz, co wywołuje wdechowe powiększenie wymiarów klatki piersiowej, a więc zwiększenie objętości jamy klatki piersiowej. Sprężyste napięcie (pociąganie) ścian klatki piersiowej działające na zewnątrz obniża ciśnienie ujemne w jamie opłucnej w stosunku do ciśnienia atmosferycznego. Obniżone ciśnienie działa na opłucną płucną (pokrywającą płuco), powodując podążanie jej za opłucną ścienną (wyścielającą wewnętrzną powierzchnię klatki piersiowej). W konsekwencji płuca ulegają rozciągnięciu, zwiększają swoją objętość, co powoduje napływ powietrza do płuc tak długo, aż ciśnienie śródpęcherzykowe zrówna się z ciśnieniem atmosferycznym (rozprężanie się płuc).
Na szczycie wdechu mięśnie wdechowe rozkurczają się, przepona przesuwa się ku górze i klatka piersiowa stopniowo zmniejsza się (zapada), co doprowadza do zmniejszenia objętości klatki piersiowej. Ciśnienie ujemne w jamie opłucnej staje się mniej ujemne, sprężyste napięcie płuc (pociąganie płucne) działające do wewnątrz powoduje elastyczne zapadanie się płuc, a więc zmniejszanie objętości płuc. W pęcherzykach płucnych ciśnienie wzrasta powyżej ciśnienia atmosferycznego, co skierowuje przepływ powietrza w drogach oddechowych na zewnątrz. Spokojny wydech jest aktem biernym, natomiast w czasie nasilonego wydechu kurczą się mięśnie międzyżebrowe wewnętrzne oraz mięśnie przedniej ściany brzucha (zwiększenie ciśnienia śródbrzusznego – działanie tzw. tłoczni brzusznej), co zmienia ciśnienie w jamie opłucnej na dodatnie. W czasie swobodnego wdechu do dróg oddechowych dostaje się około 500 ml powietrza, stanowiącego objętość oddechową; z tej objętości do pęcherzyków płucnych dostaje się około 350 ml, a pozostałe 150 ml wypełnia drogi oddechowe, czyli tzw. przestrzeń martwą anatomiczną, w której nie ma wymiany gazów.

Opracowano na podstawie:
prof. dr hab. med. Jan Skokowski
Wybrane pojęcia z pneumonologii
„Encyklopedia Badań Medycznych”
Wydawnictwo Medyczne MAKmed, Gdańsk 1996