Δομή και Λειτουργία του Αναπνευστικού Συστήματος 🌬️

Τα κύτταρα του σώματος παράγουν συνεχώς ενέργεια με τη διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής, κατά την οποία οξειδώνονται θρεπτικές ουσίες και απελευθερώνεται ενέργεια. Αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται για τον σχηματισμό ΑΤΡ (τριφωσφορική αδενοσίνη). Για να γίνει η οξείδωση, τα κύτταρα χρειάζονται συνεχή τροφοδοσία με οξυγόνο (O₂) και συνεχή απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα (CO₂) που παράγεται.

Το O₂ και το CO₂ ονομάζονται αναπνευστικά αέρια και μεταφέρονται με το αίμα από και προς τους πνεύμονες. Η αναπνοή είναι η συνεχής λειτουργία που περιλαμβάνει:

• την εισπνοή: αέρας εισέρχεται στους πνεύμονες (πρόσληψη O₂)
• την εκπνοή: αέρας εξέρχεται από τους πνεύμονες (αποβολή CO₂)

Ο αέρας διακινείται μέσα από κοιλότητες, σωλήνες και ανοίγματα που σχηματίζουν την αεροφόρο οδό.

Η αεροφόρος οδός 🫁

Τα όργανα του αναπνευστικού συστήματος —μύτη, φάρυγγας, λάρυγγας, τραχεία, βρογχιακό δέντρο και πνεύμονες— συνιστούν την αεροφόρο οδό.

Μύτη και ρινική κοιλότητα

Ο αέρας εισέρχεται πρώτα στη ρινική κοιλότητα, τμήμα της μύτης που χωρίζεται σε δύο ρινικούς θαλάμους από το ρινικό διάφραγμα. Το πάνω μέρος κάθε θαλάμου καλύπτεται από οσφρητικό βλεννογόνο (υπεύθυνο για την όσφρηση), ενώ το υπόλοιπο καλύπτεται από αναπνευστικό βλεννογόνο: πλούσιο σε αγγεία, με επιθηλιακά κύτταρα που φέρουν βλεφαρίδες (κροσσούς) και κύτταρα που παράγουν βλέννα.

Κατά την εισπνοή, ο αέρας:

1. Θερμαίνεται χάρη στα αιμοφόρα αγγεία του βλεννογόνου, αποκτώντας τη θερμοκρασία του σώματος
2. Φιλτράρεται από τη βλέννα και τις βλεφαρίδες
3. Υγραίνεται

και στη συνέχεια περνά στον φάρυγγα.

Φάρυγγας και λάρυγγας

Ο φάρυγγας είναι κοινό όργανο για το αναπνευστικό και το πεπτικό σύστημα.

Ο λάρυγγας έχει κοιλότητα σε σχήμα κλεψύδρας. Το στενότερο σημείο του, με μεταβλητό μέγεθος, ονομάζεται γλωττίδα. Στα άκρα της υπάρχουν μεμβρανώδεις αναδιπλώσεις, οι φωνητικές χορδές, οι οποίες πάλλονται κατά την έξοδο του αέρα και παράγουν ήχους. Μύες στα τοιχώματα του λάρυγγα ρυθμίζουν την τάση των χορδών και το άνοιγμα της γλωττίδας. Η ένταση και το ύψος του ήχου εξαρτώνται από τη δύναμη του αέρα, καθώς και από το μήκος, το πάχος, την ελαστικότητα και την τάση των φωνητικών χορδών. Ο λάρυγγας, ο φάρυγγας, η στοματική και η ρινική κοιλότητα, καθώς και οι παραρρινικοί κόλποι λειτουργούν σαν «αντηχείο» και δίνουν σε κάθε άτομο τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της φωνής του.

Τραχεία

Ο λάρυγγας συνεχίζεται προς τα κάτω με έναν κυλινδρικό σωλήνα, την τραχεία. Η είσοδός της είναι μόνιμα ανοικτή. Το σχήμα της διατηρείται χάρη σε χόνδρινους δακτυλίους σχήματος C. Εσωτερικά επενδύεται με κροσσωτό επιθήλιο, του οποίου οι βλεφαρίδες κινούνται συνεχώς απομακρύνοντας βλέννα και σκόνη.

Στο ύψος του 4ου θωρακικού σπονδύλου, η τραχεία χωρίζεται στον δεξιό και τον αριστερό βρόγχο, οι οποίοι εισέρχονται στον αντίστοιχο πνεύμονα. Κάθε βρόγχος υποδιαιρείται συνεχώς σε μικρότερους κλάδους, σχηματίζοντας το βρογχιακό δέντρο, οι κλάδοι του οποίου καταλήγουν στους κυψελιδωτούς πόρους. Αυτοί οδηγούν στις κυψελίδες: μικρές αεροφόρες κοιλότητες, των οποίων τα τοιχώματα περιβάλλονται από τριχοειδή αγγεία της πνευμονικής αρτηρίας.

Πνεύμονες

Οι πνεύμονες έχουν περίπου κωνική μορφή. Στην εσωτερική επιφάνεια κάθε πνεύμονα υπάρχει ένα άνοιγμα από όπου περνούν ο βρόγχος, οι κλάδοι της πνευμονικής αρτηρίας και φλέβας, οι κλάδοι της βρογχιακής αρτηρίας και φλέβας, και νεύρα. Η βρογχιακή αρτηρία τροφοδοτεί τον πνεύμονα με θρεπτικές ουσίες, ενώ η βρογχιακή φλέβα απομακρύνει τις άχρηστες.

Ο δεξιός πνεύμονας υποδιαιρείται με σχισμές σε τρεις λοβούς, ενώ ο αριστερός σε δύο. Κάθε λοβός αποτελείται από λόβια, τα οποία περιλαμβάνουν διακλαδώσεις του βρογχιακού δέντρου και κυψελίδες, περιβαλλόμενες από τριχοειδή αγγεία (διακλαδώσεις της πνευμονικής αρτηρίας). Μέσω αυτών φτάνει στις κυψελίδες, από τη δεξιά κοιλία της καρδιάς, αίμα πλούσιο σε CO₂ και φτωχό σε O₂.

Οι κυψελίδες και τα τριχοειδή αγγεία έχουν πολύ λεπτό τοίχωμα, μέσα από το οποίο γίνεται η ανταλλαγή των αναπνευστικών αερίων: το αίμα αποβάλλει το CO₂ και παραλαμβάνει O₂. Στη συνέχεια, μέσω της πνευμονικής φλέβας, επιστρέφει στον αριστερό κόλπο της καρδιάς.

Ο μηχανισμός της αναπνοής 🚶

Οι πνεύμονες βρίσκονται στη θωρακική κοιλότητα, την οποία σχηματίζουν οι πλευρές (αρθρωμένες πίσω με τη σπονδυλική στήλη και μπροστά με το στέρνο). Η θωρακική κοιλότητα χωρίζεται από την κοιλιακή με έναν θολωτό μυ, το διάφραγμα. Ανάμεσα στις πλευρές βρίσκονται οι μεσοπλεύριοι μύες.

Ο ρυθμός της αναπνοής ελέγχεται από το αναπνευστικό κέντρο, που βρίσκεται στον προμήκη.

Εισπνοή

1. Το διάφραγμα συστέλλεται και επιπεδώνεται, αυξάνοντας τον κατακόρυφο άξονα της θωρακικής κοιλότητας.
2. Οι εισπνευστικοί μεσοπλεύριοι μύες συσπώνται, κινώντας τις πλευρές προς τα πάνω και έξω.
3. Έτσι αυξάνεται ο όγκος της θωρακικής κοιλότητας και, συνεπώς, των πνευμόνων.
4. Καθώς οι πνεύμονες εκτείνονται, η πίεση του αέρα στις διευρυμένες κυψελίδες μειώνεται.
5. Αυτό προκαλεί εισροή αέρα από το περιβάλλον προς τους πνεύμονες, μέσω της αναπνευστικής οδού.

Εκπνοή

Όταν οι κυψελίδες γεμίσουν με αέρα, ειδικοί υποδοχείς τάσης στέλνουν νευρικές ώσεις στο αναπνευστικό κέντρο, το οποίο αναστέλλει τη διέγερση των εισπνευστικών μυών και του διαφράγματος. Οι μύες χαλαρώνουν, οι πλευρές επανέρχονται στην αρχική θέση, το διάφραγμα ξαναπαίρνει τη θολωτή μορφή του, ο όγκος της θωρακικής κοιλότητας μειώνεται και οι ελαστικοί πνεύμονες εξωθούν τον αέρα προς τα έξω.

Ο εξαερισμός των πνευμόνων είναι κυρίως ακούσια ρυθμική λειτουργία: συνεχίζεται ακόμη κι όταν κάποιος έχει χάσει τις αισθήσεις του.

Ρύθμιση της αναπνοής

Εκτός από τους υποδοχείς τάσης στις κυψελίδες, υπάρχουν χημειοϋποδοχείς, κυρίως στην αορτή και τις καρωτίδες, που ανιχνεύουν μεταβολές στη συγκέντρωση Η⁺, CO₂ και O₂ στο αίμα. Αν κατά την έντονη άσκηση μειωθεί η συγκέντρωση οξυγόνου, οι χημειοϋποδοχείς ειδοποιούν το αναπνευστικό κέντρο, που αυξάνει τον συνολικό αερισμό.

Ο αναπνευστικός ρυθμός μπορεί επίσης να μεταβληθεί από ανώτερα εγκεφαλικά κέντρα: ακούσια (όταν μιλάμε) ή εκούσια (όταν τραγουδάμε). Μπορούμε να «κρατήσουμε την αναπνοή μας» π.χ. σε μια κατάδυση — όμως όσο την κρατάμε, αυξάνεται η συγκέντρωση CO₂ στο αίμα, την οποία ανιχνεύουν οι χημειοϋποδοχείς, προκαλώντας τελικά αντανακλαστικά την αναπνοή.

Το βήχας και το φτάρνισμα είναι αντανακλαστικά που προστατεύουν την αεροφόρο οδό από ερεθιστικές ουσίες.

Χωρητικότητα των πνευμόνων 💨

Το σπιρόμετρο είναι το όργανο που μετρά τον όγκο του αναπνεόμενου αέρα: κατά την εισπνοή μια γραφίδα κινείται προς τα πάνω, κατά την εκπνοή προς τα κάτω, και οι κινήσεις καταγράφονται σε κυλιόμενο κύλινδρο. Η απόσταση που διανύει η γραφίδα είναι ανάλογη του όγκου αέρα.

Ανταλλαγή των αναπνευστικών αερίων 🟡

Οι πνευμονικές κυψελίδες βρίσκονται σε επαφή με τα τριχοειδή αγγεία που τις περιβάλλουν. Τα τοιχώματα των κυψελίδων αποτελούνται από μία μόνο στιβάδα επιθηλιακών κυττάρων — το ίδιο ισχύει και για τα τοιχώματα των τριχοειδών. Μέσα από αυτές τις δύο λεπτές στιβάδες γίνεται η διάχυση του O₂ από την κυψελίδα προς το τριχοειδές αγγείο, και του CO₂ αντίστροφα. Η διάχυση οφείλεται στις διαφορές συγκέντρωσης των αερίων.

Μεταφορά του οξυγόνου

Μόλις το O₂ εισέλθει στα πνευμονικά τριχοειδή, προσδένεται στην αιμοσφαιρίνη (Hb) των ερυθρών αιμοσφαιρίων:

Hb + O₂ ⇌ HbO₂

Το αίμα με ερυθρά αιμοσφαίρια που περιέχουν οξυαιμοσφαιρίνη (HbO₂) έχει έντονο κόκκινο χρώμα. Όταν φτάσει στους ιστούς, το O₂ διαχέεται προς τον μεσοκυττάριο χώρο (όπου η συγκέντρωσή του είναι χαμηλότερη) και από εκεί, πάλι με διάχυση, στα κύτταρα, όπου χρησιμοποιείται στην κυτταρική αναπνοή για την παραγωγή ΑΤΡ:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 36ATP

Μεταφορά του διοξειδίου του άνθρακα

Το CO₂ που παράγεται στα κύτταρα διαχέεται διαδοχικά στον μεσοκυττάριο χώρο, μέσα στα τριχοειδή αγγεία και τελικά στα ερυθρά αιμοσφαίρια, όπου μεταφέρεται με τρεις τρόπους:

1. Ένα μικρό ποσοστό ενώνεται απευθείας με την αιμοσφαιρίνη (HbCO₂)
2. Το μεγαλύτερο ποσοστό (80%) αντιδρά με το H₂O σχηματίζοντας H₂CO₃, το οποίο διίσταται σε κατιόντα υδρογόνου (Η⁺) και όξινα ανθρακικά ανιόντα (HCO₃⁻) — ευδιάλυτα, μεταφέρονται στο πλάσμα προς τους πνεύμονες, όπου αποβάλλονται ξανά ως CO₂
3. Ένα μέρος παραμένει απλώς διαλυμένο στο πλάσμα

Επίδραση του τρόπου ζωής στο αναπνευστικό σύστημα ⚕️

Η λειτουργία του αναπνευστικού συστήματος επηρεάζεται είτε από παθογόνους μικροοργανισμούς είτε από την κακή ποιότητα του εισπνεόμενου αέρα.

Ασθένειες από μικροοργανισμούς

Οι παθογόνοι μικροοργανισμοί μεταδίδονται από άτομο σε άτομο με τον βήχα, το φτάρνισμα κ.ά. Η αεροφόρος οδός προστατεύεται με τη βλέννα και τις βλεφαρίδες του κροσσωτού επιθηλίου, αλλά αν οι μικροοργανισμοί είναι πολλοί ή η αντίσταση του οργανισμού μειωμένη, μπορεί να προκληθούν ασθένειες.

Για να μειώσουμε την πιθανότητα προσβολής, καλό είναι να αποφεύγουμε κλειστούς χώρους όπου συνωστίζονται πολλά άτομα.

Ασθένειες από κακή ποιότητα αέρα

Ασφυξία και μονοξείδιο του άνθρακα ⚠️

Ασφυξία δημιουργείται όταν οι ιστοί δεν οξυγονώνονται αρκετά, με αποτέλεσμα να καταστρέφονται. Ιδιαίτερα ευαίσθητα είναι τα νευρικά κύτταρα, τα οποία, αν μείνουν χωρίς οξυγόνο, πεθαίνουν μέσα σε περίπου τρία λεπτά.

Η ασφυξία μπορεί να προκληθεί από:

• Απόφραξη των αεροφόρων οδών, συνήθως όταν υγρά ή τροφή μπουν στην τραχεία αντί στον οισοφάγο. Το άτομο δυσκολεύεται να αναπνεύσει, τα χείλη γίνονται κυανά, δεν μπορεί να μιλήσει και συνήθως κρατά τον λαιμό του.
• Μονοξείδιο του άνθρακα (CO): άχρωμο, άοσμο αέριο που παράγεται κατά την ατελή καύση του άνθρακα (π.χ. καυσαέρια αυτοκινήτων, κάπνισμα). Το CO συνδέεται με την αιμοσφαιρίνη με 200 φορές μεγαλύτερη χημική συγγένεια από το οξυγόνο — ακόμη και σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις μπορεί να δεσμεύσει τα μισά μόρια αιμοσφαιρίνης, μειώνοντας δραματικά τη μεταφορά οξυγόνου. Προκαλεί δηλητηρίαση, απώλεια αισθήσεων ή και κώμα.