20.4: Utaratibu wa Mfumo wa Kupumua

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza jinsi uhusiano kati ya shinikizo na kiasi huendesha uingizaji hewa wa pulmona
• Kulinganisha na kulinganisha uingizaji hewa, usafiri wa gesi, na aina maalum za kupumua

Michakato ya mfumo wa upumuaji hufuata oksijeni kutokana na asili yake katika hewa unayoingiza kwa matumizi yake na seli za mwili kubadilisha glucose kwenye nishati ya seli kwa namna ya adenosini triphosphate (ATP). Kwa kuwa uongofu wa glucose kwa ATP hutoa dioksidi kaboni kama taka, dioksidi kaboni hutoka kwenye seli za mwili na huchukua safari hiyo kwa reverse ili kuondolewa fomu ya mwili unapoingiza. Michakato ya mfumo wa kupumua ni uingizaji hewa wa pulmona, kupumua nje, usafiri wa gesi, kupumua ndani, na kupumua kwa seli.

Uingizaji hewa wa mapafu

Uingizaji hewa wa mapafu ni kitendo cha kupumua, ambacho kinaweza kuelezewa kama harakati za hewa ndani na nje ya mapafu. Unapopumua pumzi kubwa, angalia upanuzi wa ngome yako ya namba. Kupinga kwa misuli ya diaphragm na nje ya intercostal huongeza kiasi katika cavity ya kifua, ambayo kwa upande hupunguza shinikizo na huchota hewa ndani ya mapafu kwa msukumo. Mchakato wa kumalizika muda (au kutolea nje) ni sawa tu kwa reverse (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Sheria ya Boyle inaeleza uhusiano kati ya kiasi na shinikizo katika gesi kwenye joto la mara kwa mara. Boyle aligundua kwamba shinikizo la gesi ni inversely sawia na kiasi chake: Ikiwa kiasi kinaongezeka, shinikizo hupungua. Vivyo hivyo, ikiwa kiasi kinapungua, shinikizo huongezeka.

Mapafu wenyewe hayatoshi wakati wa kupumua, maana hawajashiriki katika kuunda harakati inayosaidia msukumo na kumalizika muda. Hii ni kwa sababu ya asili ya wambiso ya maji ya pleural, ambayo inaruhusu mapafu kuvutwa nje wakati ukuta wa thoracic unakwenda wakati wa msukumo. Upungufu wa ukuta wa miiba, kwa sababu ya elasticity ya mapafu, wakati wa kumalizika kwa muda husababisha ukandamizaji wa mapafu. Wakati kumalizika muda wa kawaida ni mchakato passiv unasababishwa na utulivu wa misuli na elasticity ya tishu, kulazimishwa au maximal kumalizika muda inaweza kuhusisha contraction ya intercostals ndani na misuli mingine ambayo compress ngome ubavu.

Tofauti katika shinikizo husababisha uingizaji hewa wa pulmona kwa sababu hewa inapita chini ya shinikizo la shinikizo, yaani, hewa inapita kutoka eneo la shinikizo la juu hadi eneo la shinikizo la chini. Kwa kupanua cavity ya thoracic na hivyo mapafu, kiasi kilichoongezeka husababisha kupungua kwa shinikizo la hewa la mapafu. Kwa wakati huu, shinikizo la anga ni kubwa kuliko shinikizo ndani ya mapafu na hewa inapita (kuvuta pumzi). Air hutoka nje ya mapafu wakati wa kumalizika kwa misingi ya kanuni hiyo; wakati mapafu yanaporudi, shinikizo ndani ya mapafu inakuwa kubwa kuliko shinikizo la anga.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Ushawishi na Muda. Wakati wa msukumo, diaphragm na nje intercostal misuli mkataba, kupanua kiasi katika cavity kifua, kujenga shinikizo gradient na shinikizo la chini hewa katika mapafu, ambayo huchota hewa ndani. Wakati wa kumalizika muda, misuli ya nje ya intercostal na kupumzika, kupunguza kiasi katika cavity ya thoracic na kugeuza gradient shinikizo na shinikizo la juu la hewa katika mapafu ambayo husababisha hewa nje. (Image mikopo: “Ushawishi na kumalizika muda” na OpenStax ni leseni chini ya CC BY 3.0)

MATATIZO YA...

Mfumo wa kupumua: Matatizo ya Pulmona ya Kuzuia Sugu (COPD)

Ugonjwa wa mapafu ya kuzuia sugu (COPD) hutumika kuelezea idadi ya hali ya kupumua inayohusiana karibu ikiwa ni pamoja na mkamba sugu na emphysema. COPD mara nyingi huhusishwa na wavuta sigara, ingawa inaweza kuathiri watu ambao hawajawahi kuvuta sigara. Katika bronchitis sugu, kuta za bronchioles ni sugu inflamed, kupunguza kiasi cha Lumen na alama ya uzalishaji zaidi ya kamasi ambayo inaweza kuzuia harakati ya hewa wakati wa uingizaji hewa. Katika emphysema, kuta za alveolar hupoteza elasticity yao na huharibiwa, mara nyingi kwa kujengwa kwa uharibifu na uchafu unaosafishwa na macrophages ya alveolar (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Uharibifu husababisha fibrosis ambayo tishu za kawaida hubadilishwa na tishu nyekundu, kupunguza zaidi elasticity ya kuta za alveolar na kuendeleza maendeleo ya ugonjwa huo.

Wagonjwa wenye COPD wanaweza kuwa na pumzi fupi na wanaweza kuwa na shida hasa na kumalizika muda, unaoathiri ufanisi wa uingizaji hewa. Pamoja na uharibifu wa alveolar, matokeo ni kupunguza viwango vya oksijeni katika damu, ambayo inaweza kuathiri kazi ya mifumo mingi ya mwili. Bronchodilators na dawa za kupambana na uchochezi hutumiwa kutibu COPD. Hatimaye, kwa wale walio na COPD kali, hata matibabu na oksijeni ya ziada haitoshi kuzuia kushindwa kupumua.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Sugu Pingamizi Matatizo ya mapafu. Mapafu na COPD yana alveoli chache baada ya kuta kati ya alveoli karibu kuharibiwa, kutengeneza wachache, alveoli kubwa na kupunguza eneo la uso kwa kubadilishana gesi. Bronchioles hupoteza sura yao na imefungwa na kamasi nyingi. (Image mikopo: “COPD_2010side” na Taasisi ya Taifa Heart Lung na damu ni katika Domain Umma)

Kiwango cha kupumua na Udhibiti wa Uingizaji hewa

Kupumua kwa kawaida hutokea bila mawazo, ingawa wakati mwingine unaweza kuidhibiti kwa uangalifu, kama vile unapoogelea chini ya maji, kuimba wimbo, au kupiga Bubbles. Kiwango cha kupumua ni idadi ya pumzi, au mizunguko ya kupumua, ambayo hutokea kila dakika. Kiwango cha kupumua kinaweza kuwa kiashiria muhimu cha ugonjwa, kama kiwango kinaweza kuongezeka au kupungua wakati wa ugonjwa au hali ya ugonjwa. Kiwango cha kupumua kinasimamiwa na kituo cha kupumua kilicho ndani ya medula oblongata katika ubongo, ambacho hujibu hasa kwa pembejeo zilizopokelewa kutoka chemoreceptors za kati na za pembeni zinazohisi dioksidi kaboni na pH ya damu. Wakati viwango vya oksijeni ya damu sio gari la msingi la kiwango cha kupumua, kituo cha kupumua kitapokea pembejeo ikiwa hupata hatari ya chini.

Kiwango cha kawaida cha kupumua cha mtoto hupungua tangu kuzaliwa hadi ujana. Mtoto chini ya umri wa miaka 1 ana kiwango cha kawaida cha kupumua kati ya pumzi 30 na 60 kwa dakika, lakini wakati mtoto ana umri wa miaka 10, kiwango cha kawaida ni karibu na 18 hadi 30. Kwa ujana, kiwango cha kawaida cha kupumua ni sawa na cha watu wazima, pumzi 12 hadi 18 kwa dakika.

MATATIZO YA...

Mfumo wa kupumua: Apnea ya usingizi

Apnea ya usingizi ni ugonjwa sugu ambao unaweza kutokea kwa watoto au watu wazima, na unahusishwa na kukomesha kupumua wakati wa usingizi. Matukio haya yanaweza kudumu kwa sekunde kadhaa au dakika kadhaa, na inaweza kutofautiana katika mzunguko ambao wana uzoefu. Kulala apnea husababisha usingizi maskini, ambayo inaonekana katika dalili za uchovu, jioni napping, kuwashwa, matatizo ya kumbukumbu, na maumivu ya kichwa asubuhi. Aidha, watu wengi wenye apnea ya usingizi hupata koo kavu asubuhi baada ya kuamka kutoka usingizi, ambayo inaweza kuwa kutokana na snoring nyingi.

Kuna aina mbili za apnea ya usingizi: apnea ya usingizi wa kuzuia na apnea ya usingizi wa kati. Kuzuia apnea ya usingizi husababishwa na kizuizi cha barabara ya hewa wakati wa usingizi, ambayo inaweza kutokea kwa pointi tofauti katika barabara ya hewa, kulingana na sababu kuu ya kuzuia. Kwa mfano, misuli ya ulimi na koo ya watu wengine walio na apnea ya usingizi wa kuzuia inaweza kupumzika kupita kiasi, na kusababisha misuli kushinikiza ndani ya barabara ya hewa. Mfano mwingine ni unene wa kupindukia, ambayo ni sababu inayojulikana ya hatari kwa apnea ya usingizi, kama tishu nyingi za adipose katika mkoa wa shingo zinaweza kushinikiza tishu laini kuelekea lumen ya barabara ya hewa, na kusababisha trachea kuwa nyembamba.

Katika apnea ya kati ya usingizi, vituo vya kupumua vya ubongo havijibu vizuri kwa kuongezeka kwa viwango vya dioksidi kaboni na kwa hiyo havichochea kupinga kwa misuli ya diaphragm na intercostal mara kwa mara. Matokeo yake, msukumo haufanyi na kupumua huacha kwa muda mfupi. Katika hali nyingine, sababu ya apnea ya usingizi wa kati haijulikani. Hata hivyo, baadhi ya hali ya matibabu, kama vile kiharusi na kushindwa kwa moyo wa congestive, inaweza kusababisha uharibifu kwa pons au medulla oblongata. Aidha, baadhi ya mawakala wa pharmacologic, kama vile morphine, yanaweza kuathiri vituo vya kupumua, na kusababisha kupungua kwa kiwango cha kupumua. Dalili za apnea ya usingizi wa kati ni sawa na zile za apnea ya usingizi wa kuzuia.

Utambuzi wa apnea ya usingizi hufanyika wakati wa kujifunza usingizi, ambapo mgonjwa anafuatiliwa katika maabara ya usingizi kwa usiku kadhaa. Viwango vya oksijeni ya damu ya mgonjwa, kiwango cha moyo, kiwango cha kupumua, na shinikizo la damu hufuatiliwa, kama vile shughuli za ubongo na kiasi cha hewa kinachovutwa na kinachotolewa. Matibabu ya apnea ya usingizi kwa kawaida hujumuisha matumizi ya kifaa kinachoitwa mashine inayoendelea ya shinikizo la hewa (CPAP) wakati wa usingizi. Mashine ya CPAP ina mask ambayo inashughulikia pua, au pua na kinywa, na husababisha hewa ndani ya barabara ya hewa kwa vipindi vya kawaida. Hewa hii iliyosababishwa inaweza kusaidia kwa upole kulazimisha barabara ya hewa kubaki wazi, kuruhusu uingizaji hewa wa kawaida kutokea. Matibabu mengine ni pamoja na mabadiliko ya maisha ili kupunguza uzito, kuondoa pombe na dawa nyingine za apnea-zinazokuza usingizi, na mabadiliko katika nafasi ya kulala. Mbali na matibabu haya, wagonjwa wenye apnea ya usingizi wa kati wanaweza kuhitaji oksijeni ya ziada wakati wa usingizi.

Kupumua na Usafiri wa Gesi

Kupumua nje ni mchakato wa kubadilishana gesi kati ya hewa katika alveoli ya mapafu na damu katika capillaries amefungwa karibu nao. Oksijeni hatua kwa utbredningen rahisi kutoka eneo la mkusanyiko wa juu katika hewa katika mbili rahisi squamous epithelium linings: kwanza bitana alveolus na pili bitana damu kapilari. Kisha oksijeni huenda kwenye erythrocyte na hufunga kwa molekuli ya hemoglobin. Kwa kubadilishana, dioksidi kaboni huenda kutoka damu ndani ya alveolus kwa mchakato huo katika mwelekeo wa nyuma.

Mara baada ya oksijeni kumfunga kwa hemoglobin katika damu ya mzunguko wa mapafu, ni kusafirishwa nyuma ya moyo na kisha kupelekwa kwenye kitanda kingine kapilari kwenye tishu za mwili kupitia mzunguko wa utaratibu. Dioksidi kaboni ni bidhaa taka ya kimetaboliki ambayo husafiri kwa njia ya damu kutoka tishu hivyo inaweza kuondolewa kutoka mwilini wakati wa kumalizika muda. Baadhi ya dioksidi kaboni husafiri katika erythrositi, lakini wengi wao husafiri katika plasma na huenda ikawa katika mfumo wa asidi kaboni (asidi dhaifu) au bicarbonate ya sodiamu (msingi dhaifu) ili kusaidia kusawazisha pH ya damu. Hivyo, viwango vya dioksidi kaboni kuondolewa wakati wa kumalizika muda inaweza kubadilishwa ili kusaidia usawa damu pH. Kwa njia hizi, damu hufanya kama kati ya usafiri wa gesi za kupumua.

Kupumua ndani ni mchakato wa kubadilishana gesi kati ya damu katika capillaries kwenye seli za tishu za mwili. Mchakato huo ni sawa na ule wa kupumua nje, lakini katika mwelekeo wa nyuma: oksijeni inakwenda kwa kutenganishwa rahisi kutoka kwa kapilari ndani ya seli wakati dioksidi kaboni inakwenda kwa kutenganishwa rahisi kutoka kwenye seli hadi kwenye kapilari. Mitochondria ya seli katika tishu za marudio zitatumia oksijeni kukamilisha kupumua kwa seli, mchakato wa kemikali ambayo glucose inabadilishwa kuwa nishati ya mkononi ya ATP ili kuimarisha shughuli mbalimbali za seli. Dioksidi kaboni huzalishwa kama bidhaa ya taka ya kimetaboliki ya kupumua kwa seli na lazima iondokewe kwenye tishu na kusafirishwa ili kuondokana na mwili.

Mapitio ya dhana

Uingizaji hewa wa mapafu ni mchakato wa kupumua, unaoendeshwa na tofauti za shinikizo kati ya mapafu na anga. Uingizaji hewa wa mapafu una mchakato wa kuvuta pumzi (au kuvuta pumzi), ambapo hewa huingia kwenye mapafu, na kumalizika muda (au kutolea nje), ambapo hewa huacha mapafu. Wakati wa msukumo, mkataba wa misuli na nje ya intercostal, na kusababisha ngome ya ubavu kupanua na kuhamia nje, na kupanua cavity ya thoracic na kiasi cha mapafu. Hii inajenga shinikizo la chini ndani ya mapafu kuliko ile ya angahewa, na kusababisha hewa kuvutwa ndani ya mapafu. Wakati wa kumalizika, diaphragm na intercostals kupumzika, na kusababisha thorax na mapafu kupona. Shinikizo la hewa ndani ya mapafu huongezeka hadi juu ya shinikizo la angahewa, na kusababisha hewa kulazimishwa nje ya mapafu. Hata hivyo, wakati wa kuvuja hewa kulazimishwa, intercostals ndani na misuli ya tumbo inaweza kushiriki katika kulazimisha hewa nje ya mapafu.

Kiwango cha kupumua na kina kinadhibitiwa na vituo vya kupumua vya ubongo, ambavyo vinasukumwa na mambo kama vile mabadiliko ya kemikali na pH katika damu. Kuongezeka kwa dioksidi kaboni au kupungua kwa viwango vya oksijeni katika damu huchochea ongezeko la kiwango cha kupumua na kina.

Kupumua nje ni mchakato wa kubadilishana gesi ambayo hutokea kati ya alveoli na damu. Usafiri wa gesi huelezea mwendo wa oksijeni na dioksidi kaboni kupitia mfumo wa damu kutoka ambapo kila gesi inatoka kwenye marudio yake mwilini. Kupumua ndani ni mchakato wa kubadilishana gesi kati ya damu na seli za mwili. Kupumua kwa seli ni mchakato wa kimetaboliki wa kuteketeza oksijeni ili kubadilisha glucose katika nishati ya ATP.

Mapitio ya Maswali

Swali: Ni ipi kati ya michakato ifuatayo ambayo shinikizo la anga lina jukumu?

A. uingizaji hewa wa mapafu

B. uzalishaji wa surfactant ya mapafu

C. upinzani

D. mvutano wa uso

Jibu

A

Swali: Kupungua kwa kiasi kunasababisha (n) ________ shinikizo.

A. kupungua kwa

B. equalization ya

C. ongezeko la

D. sifuri

Jibu

C

Maswali muhimu ya kufikiri

Swali: Kiwango cha kupumua ni nini na ni jinsi gani inadhibitiwa?

Jibu

Kiwango cha kupumua kinafafanuliwa kama idadi ya pumzi zilizochukuliwa kwa dakika. Kiwango cha kupumua kinasimamiwa na kituo cha kupumua, kilicho katika medulla oblongata. Mawazo ya ufahamu yanaweza kubadilisha kiwango cha kawaida cha kupumua kwa njia ya udhibiti na misuli ya mifupa, ingawa mtu hawezi kuacha kiwango cha kawaida kabisa. Kiwango cha kupumua kwa kawaida ni juu ya pumzi 14 kwa dakika.

faharasa

shinikizo la anga

kiasi cha nguvu kwamba ni exerted na gesi katika hewa jirani yoyote uso fulani

Sheria ya Boyle

uhusiano kati ya kiasi na shinikizo kama ilivyoelezwa na formula: P ₁ V ₁ = P ₂ V ₂

kumalizika

(pia, exhalation) mchakato unaosababisha hewa kuondoka mapafu

msukumo

(pia, kuvuta pumzi) mchakato unaosababisha hewa kuingia kwenye mapafu

uingizaji hewa wa mapafu

kubadilishana gesi kati ya mapafu na anga; kupumua

kiwango cha kupumua

jumla ya idadi ya pumzi kuchukuliwa kila dakika

Wachangiaji na Majina

Template:ContribOpenStaxAP