22.10: Sura ya Mapitio

22.1 Viungo na Miundo ya Mfumo wa Kupumua

Mfumo wa kupumua ni wajibu wa kupata oksijeni na kuondokana na dioksidi kaboni, na kusaidia katika uzalishaji wa hotuba na kuhisi harufu. Kutokana na mtazamo wa kazi, mfumo wa kupumua unaweza kugawanywa katika maeneo mawili makubwa: eneo la uendeshaji na eneo la kupumua. Eneo la uendeshaji lina miundo yote ambayo hutoa njia za hewa kusafiri ndani na nje ya mapafu: cavity ya pua, pharynx, trachea, bronchi, na bronchioles nyingi. Vifungu vya pua vina vyenye conchae na nyama ambazo hupanua eneo la uso wa cavity, ambayo husaidia joto na humidify hewa inayoingia, huku kuondoa uchafu na vimelea. Pharynx inajumuisha sehemu tatu kuu: nasopharynx, ambayo inaendelea na cavity ya pua; oropharynx, ambayo inapakana na nasopharynx na cavity ya mdomo; na laryngopharynx, ambayo inapakana na oropharynx, trachea, na umio. Eneo la kupumua linajumuisha miundo ya mapafu ambayo inahusika moja kwa moja katika kubadilishana gesi: bronchioles ya terminal na alveoli.

Uchimbaji wa eneo la uendeshaji linajumuisha zaidi ya epithelium ya safu ya pseudostratified ciliated na seli za goblet. Mitego ya kamasi ya vimelea na uchafu, wakati kumpiga cilia husababisha kamasi kuelekea koo, ambako imemeza. Kama bronchioles kuwa ndogo na ndogo, na karibu na alveoli, epithelium thins na ni rahisi squamous epithelium katika alveoli. Endothelium ya capillaries zinazozunguka, pamoja na epithelium ya alveolar, hufanya utando wa kupumua. Hii ni kizuizi cha damu-hewa kwa njia ambayo kubadilishana gesi hutokea kwa kutenganishwa rahisi.

22.2 Mapafu

Mapafu ni viungo vikuu vya mfumo wa kupumua na ni wajibu wa kufanya kubadilishana gesi. Mapafu yameunganishwa na kutengwa katika lobes; Mapafu ya kushoto ina lobes mbili, wakati mapafu ya haki ina lobes tatu. Mzunguko wa damu ni muhimu sana, kama damu inahitajika kusafirisha oksijeni kutoka kwenye mapafu hadi tishu nyingine katika mwili. Kazi ya mzunguko wa pulmona ni kusaidia katika kubadilishana gesi. Arteri ya mapafu hutoa damu iliyosababishwa na oksijeni kwa kapilari zinazounda utando wa kupumua na alveoli, na mishipa ya pulmona hurudi damu mpya iliyooksijeni kwa moyo kwa usafiri zaidi katika mwili wote. Mapafu hayatumiki na mifumo ya neva ya parasympathetic na yenye huruma, ambayo huratibu bronchodilation na bronchoconstriction ya hewa. Mapafu yamefungwa na pleura, utando unaojumuisha tabaka za visceral na parietal pleural. Nafasi kati ya tabaka hizi mbili inaitwa cavity pleural. Seli mesothelial ya membrane pleural kujenga maji pleural, ambayo hutumika kama lubricant (kupunguza msuguano wakati wa kupumua) na kama adhesive kuambatana mapafu na ukuta kifua (kuwezesha harakati ya mapafu wakati wa uingizaji hewa).

22.3 Mchakato wa Kupumua

Uingizaji hewa wa mapafu ni mchakato wa kupumua, unaoendeshwa na tofauti za shinikizo kati ya mapafu na anga. Shinikizo la anga ni nguvu inayotumiwa na gesi zilizopo katika anga. Nguvu inayotumiwa na gesi ndani ya alveoli inaitwa shinikizo la ndani ya alveolar (intrapulmonary), wakati nguvu inayotumiwa na gesi katika cavity ya pleural inaitwa shinikizo la intrapleural. Kwa kawaida, shinikizo la intrapleural ni la chini, au hasi, shinikizo la ndani ya alveolar. Tofauti katika shinikizo kati ya shinikizo la intrapleural na intra-alveolar inaitwa shinikizo la transpulmonary. Aidha, shinikizo la ndani la alveolar litafanana na shinikizo la anga. Shinikizo imedhamiriwa na kiasi cha nafasi inayotumiwa na gesi na inaathiriwa na upinzani. Air inapita wakati gradient shinikizo imeundwa, kutoka nafasi ya shinikizo la juu hadi nafasi ya shinikizo la chini. Sheria ya Boyle inaeleza uhusiano kati ya kiasi na shinikizo. Gesi iko kwenye shinikizo la chini kwa kiasi kikubwa kwa sababu molekuli za gesi zina nafasi zaidi ya kuhamia. Kiasi sawa cha gesi kwa kiasi kidogo husababisha molekuli za gesi zinazojiunga pamoja, na kuzalisha shinikizo lililoongezeka.

Upinzani huundwa na nyuso za inelastic, pamoja na kipenyo cha hewa. Upinzani hupunguza mtiririko wa gesi. Mvutano wa uso wa alveoli pia huathiri shinikizo, kwani inapinga upanuzi wa alveoli. Hata hivyo, surfactant ya pulmonary husaidia kupunguza mvutano wa uso ili alveoli isianguka wakati wa kumalizika muda. Uwezo wa mapafu kunyoosha, unaoitwa kufuata mapafu, pia una jukumu katika mtiririko wa gesi. Zaidi ya mapafu yanaweza kunyoosha, zaidi ya kiasi cha uwezo wa mapafu. Kiwango kikubwa cha mapafu, chini ya shinikizo la hewa ndani ya mapafu.

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 kinaelezea kiasi cha hewa katika nafasi fulani ndani ya mapafu, au ambayo inaweza kuhamishwa na mapafu, na inategemea mambo mbalimbali. Kiwango cha mawimbi kinamaanisha kiasi cha hewa kinachoingia kwenye mapafu wakati wa kupumua kwa utulivu, wakati kiasi cha hifadhi ya kuhamasisha ni kiasi cha hewa kinachoingia kwenye mapafu wakati mtu anapoingiza kiasi cha mawimbi. Kiwango cha hifadhi ya upumuaji ni kiasi cha ziada cha hewa ambacho kinaweza kuondoka kwa kumalizika kwa nguvu, kufuatia kumalizika kwa muda mrefu. Kiwango cha kawaida ni kiasi cha hewa kilichoachwa katika mapafu baada ya kufukuza kiasi cha hifadhi ya kupumua. Uwezo wa kupumua ni mchanganyiko wa kiasi cha mbili au zaidi. Nafasi ya wafu ya anatomical inahusu hewa ndani ya miundo ya kupumua ambayo haijawahi kushiriki katika kubadilishana gesi, kwa sababu haina kufikia alveoli ya kazi. Kiwango cha kupumua ni idadi ya pumzi zilizochukuliwa kwa dakika, ambayo inaweza kubadilika wakati wa magonjwa fulani au hali.

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. Mabadiliko haya yanaonekana na chemoreceptors kuu, ambazo ziko katika ubongo, na chemoreceptors za pembeni, ambazo ziko katika arch ya aortic na mishipa ya carotid. Kuongezeka kwa dioksidi kaboni au kushuka kwa viwango vya oksijeni katika damu huchochea ongezeko la kiwango cha kupumua na kina.

22.4 Gesi Exchange

Tabia ya gesi inaweza kuelezewa na kanuni za sheria ya Dalton na sheria ya Henry, zote mbili zinazoelezea mambo ya kubadilishana gesi. Sheria ya Dalton inasema kwamba kila gesi maalum katika mchanganyiko wa gesi hufanya nguvu (shinikizo lake la sehemu) kwa kujitegemea gesi nyingine katika mchanganyiko. Sheria ya Henry inasema kwamba kiasi cha gesi maalum ambayo hupasuka katika kioevu ni kazi ya shinikizo lake la sehemu. Zaidi ya shinikizo la sehemu ya gesi, zaidi ya gesi hiyo itapasuka katika kioevu, kama gesi inakwenda kuelekea usawa. Molekuli za gesi huhamia chini ya shinikizo la shinikizo; kwa maneno mengine, gesi huenda kutoka eneo la shinikizo la juu hadi eneo la shinikizo la chini. Shinikizo la sehemu ya oksijeni ni kubwa katika alveoli na chini katika damu ya capillaries ya pulmona. Matokeo yake, oksijeni huenea kwenye membrane ya kupumua kutoka kwa alveoli ndani ya damu. Kwa upande mwingine, shinikizo la sehemu ya dioksidi kaboni ni kubwa katika capillaries ya pulmona na chini katika alveoli. Kwa hiyo, dioksidi kaboni huenea kwenye membrane ya kupumua kutoka damu hadi kwenye alveoli. Kiasi cha oksijeni na dioksidi kaboni ambayo hutofautiana kwenye utando wa kupumua ni sawa.

Uingizaji hewa ni mchakato unaohamisha hewa ndani na nje ya alveoli, na perfusion huathiri mtiririko wa damu katika capillaries. Wote ni muhimu katika kubadilishana gesi, kama uingizaji hewa lazima kutosha kujenga shinikizo la sehemu ya oksijeni katika alveoli. Ikiwa uingizaji hewa haitoshi na shinikizo la sehemu ya matone ya oksijeni katika hewa ya alveolar, capillary inakabiliwa na mtiririko wa damu huelekezwa kwa alveoli na uingizaji hewa wa kutosha. Kupumua nje inahusu kubadilishana gesi ambayo hutokea katika alveoli, ambapo kupumua ndani inahusu kubadilishana gesi ambayo hutokea katika tishu. Wote wawili huendeshwa na tofauti za shinikizo la sehemu.

22.5 Usafiri wa Gesi

Oksijeni hasa husafirishwa kupitia damu na erythrocytes. Seli hizi zina metalloprotein inayoitwa hemoglobin, ambayo inajumuisha subunits nne zilizo na muundo wa pete. Kila subunit ina atomi moja ya chuma iliyofungwa kwa molekuli ya heme. Heme hufunga oksijeni ili kila molekuli ya hemoglobin iweze kumfunga hadi molekuli nne za oksijeni. Wakati vitengo vyote vya heme katika damu vinafungwa na oksijeni, hemoglobin inachukuliwa kuwa imejaa. Hemoglobin imejaa sehemu wakati vitengo vingine vya heme vinafungwa na oksijeni. Curve ya oksijeni-hemoglobin ya kueneza/dissociation ni njia ya kawaida ya kuonyesha uhusiano wa jinsi oksijeni inavyofunga kwa urahisi au hutengana na hemoglobin kama kazi ya shinikizo la sehemu ya oksijeni. Kama shinikizo la sehemu ya oksijeni huongezeka, hemoglobin ya urahisi hufunga kwa oksijeni. Wakati huo huo, mara moja molekuli moja ya oksijeni imefungwa na hemoglobin, molekuli za ziada za oksijeni hufunga kwa urahisi kwa hemoglobin. Sababu nyingine kama vile joto, pH, shinikizo sehemu ya dioksidi kaboni, na mkusanyiko wa 2,3-bisphosphoglycerate inaweza kuongeza au kuzuia kisheria ya hemoglobin na oksijeni pia. Hemoglobini ya fetasi ina muundo tofauti kuliko hemoglobin ya watu wazima, ambayo husababisha hemoglobin ya fetasi kuwa na mshikamano mkubwa zaidi kwa oksijeni kuliko

Dioksidi kaboni husafirishwa katika damu kwa njia tatu tofauti: kama dioksidi kaboni iliyovunjwa, kama bicarbonate, au kama carbaminohemoglobin. Sehemu ndogo ya dioksidi kaboni inabakia. Kiasi kikubwa cha dioksidi kaboni iliyosafirishwa ni kama bicarbonate, iliyoundwa katika erythrocytes. Kwa uongofu huu, dioksidi kaboni inajumuishwa na maji kwa msaada wa enzyme inayoitwa anhydrase ya kaboni. Mchanganyiko huu huunda asidi ya kaboni, ambayo hujitenga kwa hiari katika ions za bicarbonate na hidrojeni. Kama bicarbonate hujenga katika erythrocytes, huhamishwa kwenye utando ndani ya plasma kwa kubadilishana ions ya kloridi kwa njia inayoitwa mabadiliko ya kloridi. Katika capillaries ya mapafu, bicarbonate inaingia tena erythrocytes badala ya ioni za kloridi, na mmenyuko na anhydrase ya kaboni hubadilishwa, kurejesha dioksidi kaboni na maji. Dioksidi kaboni kisha hutofautiana nje ya erythrocyte na katika utando wa kupumua ndani ya hewa. Kiasi cha kati cha dioksidi kaboni hufunga moja kwa moja kwa hemoglobin ili kuunda carbaminohemoglobin. Shinikizo la sehemu ya dioksidi kaboni na oksijeni, pamoja na kueneza oksijeni ya hemoglobin, huathiri jinsi hemoglobin inayofunga dioksidi kaboni Hemoglobin iliyojaa chini ni na chini ya shinikizo la sehemu ya oksijeni katika damu ni, hemoglobin ya urahisi hufunga kwa dioksidi kaboni. Huu ni mfano wa athari ya Haldane.

22.6 Marekebisho katika Kazi za Kupumua

Kwa kawaida, vituo vya kupumua vya ubongo vinaendelea mzunguko thabiti, wa kupumua. Hata hivyo, katika hali fulani, mfumo wa kupumua lazima urekebishe mabadiliko ya hali ili ugavi mwili na oksijeni ya kutosha. Kwa mfano, matokeo ya zoezi kuongezeka kwa uingizaji hewa, na athari ya muda mrefu kwa matokeo ya urefu wa juu katika idadi kubwa ya erythrocytes zinazozunguka. Hyperpnea, kuongezeka kwa kiwango na kina cha uingizaji hewa, inaonekana kuwa kazi ya mifumo mitatu ya neva ambayo ni pamoja na kichocheo kisaikolojia, motor neuron uanzishaji wa misuli skeletal, na uanzishaji wa proprioceptors katika misuli, viungo, na kano. Matokeo yake, hyperpnea kuhusiana na zoezi imeanzishwa wakati zoezi huanza, kinyume na wakati mahitaji ya oksijeni ya tishu yanaongezeka.

Kwa upande mwingine, yatokanayo kwa papo hapo kwa urefu wa juu, hasa wakati wa jitihada za kimwili, husababisha viwango vya chini vya damu na tishu za oksijeni. Mabadiliko haya yanasababishwa na shinikizo la chini la sehemu ya oksijeni hewani, kwa sababu shinikizo la anga kwenye miinuko ya juu ni ya chini kuliko shinikizo la anga kwenye usawa wa bahari. Hii inaweza kusababisha hali inayoitwa ugonjwa wa mlima wa papo hapo (AMS) na dalili ambazo ni pamoja na maumivu ya kichwa, kuchanganyikiwa, uchovu, kichefuchefu, na uchovu. Kwa muda mrefu, mwili wa mtu utabadilisha urefu wa juu, mchakato unaoitwa acclimatization. Wakati wa acclimatization, viwango vya chini vya tishu vya oksijeni vitasababisha figo kuzalisha kiasi kikubwa cha erythropoietin ya homoni, ambayo huchochea uzalishaji wa erythrocytes. Kuongezeka kwa viwango vya erythrocytes zinazozunguka hutoa kiasi kikubwa cha hemoglobin ambayo husaidia kumpa mtu binafsi oksijeni zaidi, kuzuia dalili za AMS.

22.7 Maendeleo ya Embryonic ya Mfumo wa Kupumua

Maendeleo ya mfumo wa kupumua katika fetusi huanza saa wiki 4 na inaendelea katika utoto. Tissue Ectodermal katika sehemu ya anterior ya mkoa wa kichwa invaginates posteriorly, na kutengeneza mashimo kunusa, ambayo hatimaye fuse na tishu endodermal ya koo mapema. Wakati huo huo, protrusion ya tishu endodermal inaenea anteriorly kutoka foregut, kuzalisha bud mapafu, ambayo inaendelea elongate mpaka kuunda bud laryngotracheal. Sehemu inayofaa ya muundo huu itakua ndani ya trachea, wakati mwisho wa bulbous utakuwa tawi ili kuunda buds mbili za bronchial. Hizi buds kisha tawi mara kwa mara, ili karibu wiki 16, miundo yote ya barabara kuu iko. Maendeleo yanaendelea baada ya wiki 16 kama bronchioles ya kupumua na fomu za alveolar, na vascularization kubwa hutokea. Aina ya alveolar mimi seli pia huanza kuchukua sura. Aina ya II ya seli za mapafu huendeleza na kuanza kuzalisha kiasi kidogo cha surfactant. Kama fetusi inakua, mfumo wa kupumua unaendelea kupanua kama alveoli zaidi kuendeleza na zaidi ya surfactant huzalishwa. Kuanzia saa karibu na wiki 36 na kudumu katika utoto, watangulizi wa alveolar kukomaa kuwa alveoli ya kazi kikamilifu. Wakati wa kuzaliwa, ukandamizaji wa cavity ya thoracic husababisha maji mengi katika mapafu kufukuzwa. Kuvuta pumzi ya kwanza kunapunguza mapafu. Harakati za kupumua kwa fetasi huanza karibu wiki 20 au 21, na hutokea wakati vipindi vya misuli ya kupumua husababisha fetusi kuingiza na kufuta maji ya amniotic. Harakati hizi zinaendelea hadi kuzaliwa na zinaweza kusaidia kupiga misuli katika maandalizi ya kupumua baada ya kuzaliwa na ni ishara ya afya njema.