Pęcherzyki płucne: charakterystyka, funkcje, anatomia
Pęcherzyki płucne to małe worki znajdujące się w płucach ssaków, otoczone siecią naczyń włosowatych. Pod mikroskopem, w zębodole, można rozróżnić światło pęcherzyka i jego ścianę, składające się z komórek nabłonkowych.
Zawierają również włókna tkanki łącznej, które nadają im charakterystyczną elastyczność. W nabłonku pęcherzykowym można rozróżnić płaskie komórki typu I i kostki typu II. Jego główną funkcją jest pośredniczenie w wymianie gazu między powietrzem a krwią.
Kiedy następuje proces oddychania, powietrze wchodzi do ciała przez tchawicę, gdzie przemieszcza się do szeregu tuneli wewnątrz płuc. Na końcu tej skomplikowanej sieci rurek znajdują się pęcherzyki pęcherzykowe, w których powietrze wchodzi i jest pobierane przez naczynia krwionośne.
Już we krwi tlen w powietrzu jest oddzielony od reszty składników, takich jak dwutlenek węgla. Ten ostatni związek jest eliminowany z organizmu w procesie wydechu.
Ogólna charakterystyka
Wewnątrz płuc znajduje się tkanka o strukturze gąbczastej utworzona przez dość dużą liczbę pęcherzyków płucnych: od 400 do 700 milionów w dwóch płucach zdrowego dorosłego człowieka. Pęcherzyki to struktury przypominające worki pokryte wewnętrznie lepką substancją.
U ssaków każde płuco zawiera miliony pęcherzyków płucnych, ściśle związanych z siecią naczyniową. U ludzi powierzchnia płuc wynosi od 50 do 90 m2 i zawiera 1000 km naczyń włosowatych.
Ta wysoka liczba jest niezbędna do zapewnienia wymaganego spożycia tlenu, a tym samym do spełnienia wysokiego metabolizmu ssaków, głównie z powodu endotermii grupy.
Układ oddechowy u ssaków
Powietrze wchodzi przez nos, szczególnie przez „Nostrilos”; To przechodzi do jamy nosowej, a stamtąd do wewnętrznych nozdrzy połączonych z gardłem. Tutaj zbiegają się dwa sposoby: oddechowy i trawienny.
Głośnia otwiera się na krtań, a następnie na tchawicę. Jest on podzielony na dwa oskrzela, po jednym w każdym płucu; z kolei oskrzela są podzielone na oskrzeliki, które są mniejszymi rurkami i prowadzą do przewodów pęcherzykowych i pęcherzyków płucnych.
Funkcje
Główną funkcją pęcherzyków płucnych jest umożliwienie wymiany gazów, istotnych dla procesów oddechowych, pozwalających na przenikanie tlenu do krwiobiegu w celu transportu do tkanek ciała.
W ten sam sposób pęcherzyki płucne biorą udział w eliminacji dwutlenku węgla z krwi podczas procesów inhalacji i wydechu.
Anatomia
Pęcherzyki i przewody pęcherzykowe składają się z bardzo cienkiego jednowarstwowego śródbłonka, który ułatwia wymianę gazów między powietrzem a naczyniami krwionośnymi. Mają one przybliżoną średnicę 0, 05 i 0, 25 mm, otoczone pętlami kapilarnymi. Są zaokrąglone lub wielościenne.
Pomiędzy każdym kolejnym zębodołem znajduje się przegroda międzypęcherzykowa, która jest wspólną ścianą między nimi. Granica tych przegród tworzy pierścienie podstawowe, utworzone przez komórki mięśni gładkich i pokryte prostym nabłonkiem sześciennym.
Na zewnątrz zębodołu znajdują się naczynia włosowate, które wraz z błoną pęcherzykową tworzą błonę pęcherzykowo-kapilarną, obszar, w którym następuje wymiana gazowa między powietrzem, które dostaje się do płuc, a krwią w naczyniach włosowatych.
Ze względu na swoistą organizację pęcherzyki płucne przypominają plaster miodu. Są one utworzone na zewnątrz przez ścianę komórek nabłonkowych zwanych pneumocytami.
Komórkom towarzyszącym błonie pęcherzykowej odpowiada komórka odpowiedzialna za obronę i oczyszczanie pęcherzyków płucnych, zwane makrofagami pęcherzykowymi.
Rodzaje komórek w pęcherzykach
Struktura pęcherzyków została szeroko opisana w literaturze i obejmuje następujące typy komórek: typ I pośredniczący w wymianie gazów, funkcje wydzielnicze typu II i funkcje immunologiczne, komórki śródbłonka, makrofagi pęcherzykowe zaangażowane w fibroblasty obronne i śródmiąższowe.
Komórki typu I
Ogniwa typu I charakteryzują się niewiarygodną cienkością i płaskością, prawdopodobnie w celu ułatwienia wymiany gazów. Znajdują się one na około 96% powierzchni pęcherzyków.
Komórki te wyrażają znaczną liczbę białek, w tym T1-α, akwaporynę 5, kanały jonowe, receptory adenozynowe i geny oporności na kilka leków.
Trudność z izolacją i hodowlą tych komórek utrudnia ich pogłębione badania. Proponuje się jednak możliwą funkcję homostezy w płucach, taką jak transport jonów, wody i udział w kontroli proliferacji komórek.
Sposobem na przezwyciężenie tych trudności technicznych jest badanie komórek za pomocą alternatywnych metod molekularnych, zwanych mikromacierzami DNA. Wykorzystując tę metodologię, można było wywnioskować, że komórki typu I są również zaangażowane w ochronę przed uszkodzeniami oksydacyjnymi.
Komórki typu II
Komórki typu II mają kształt prostopadłościenny i zazwyczaj znajdują się w rogach pęcherzyków u ssaków, a tylko 4% pozostaje na powierzchni pęcherzyków.
Jego funkcje obejmują wytwarzanie i wydzielanie biomolekuł, takich jak białka i lipidy, które stanowią płucne środki powierzchniowo czynne.
Surfaktanty płucne to substancje składające się głównie z lipidów i niewielkiej części białkowej, które pomagają zmniejszyć napięcie powierzchniowe w pęcherzykach płucnych. Najważniejsza jest dipalmitoilofosfatydylocholina (DPPC).
Komórki typu II biorą udział w obronie immunologicznej pęcherzyków, wydzielając kilka rodzajów substancji, takich jak cytokiny, których rolą jest rekrutacja komórek zapalnych w płucach.
Ponadto kilka modeli zwierzęcych wykazało, że komórki typu II są odpowiedzialne za utrzymywanie wolnej od pęcherzyków przestrzeni pęcherzykowej i są również zaangażowane w transport sodu.
Fibroblasty śródmiąższowe
Komórki te mają kształt wrzeciona i charakteryzują się występowaniem długich przedłużeń aktyny. Jego funkcją jest wydzielanie macierzy komórkowej w zębodole, aby utrzymać jej strukturę.
W ten sam sposób komórki mogą zarządzać przepływem krwi, zmniejszając ją w zależności od przypadku.
Makrofagi pęcherzykowe
Pęcherzyki zawierają komórki o właściwościach fagocytarnych pochodzących z monocytów krwi zwanych makrofagami pęcherzykowymi.
Są one odpowiedzialne za usuwanie w procesie fagocytozy obcych cząstek, które dostały się do pęcherzyków, takich jak kurz lub zakaźne mikroorganizmy, takie jak Mycobacterium tuberculosis . Ponadto fagocytują krwinki, które mogłyby dostać się do pęcherzyków płucnych, jeśli serce jest niewystarczające.
Charakteryzują się brązowym kolorem i szeregiem różnych prologów. Lizosomy są dość obfite w cytoplazmie tych makrofagów.
Ilość makrofagów może wzrosnąć, jeśli organizm ma chorobę związaną z sercem, jeśli osobnik spożywa amfetaminy lub używa papierosów.
Pory Kohna
Są to serie porów zlokalizowanych w pęcherzykach zlokalizowanych w przegrodzie międzypęcherzykowej, która łączy jeden pęcherzyk z innym i umożliwia cyrkulację powietrza między nimi.
Jak wygląda wymiana gazów?
Wymiana gazów pomiędzy tlenem (O 2 ) i dwutlenkiem węgla (CO 2 ) jest głównym celem płuc.
Zjawisko to występuje w pęcherzykach płucnych, gdzie krew i gaz znajdują się w minimalnej odległości około jednego mikrona. Proces ten wymaga pompowania dwóch kanałów lub kanałów.
Jednym z nich jest układ naczyniowy płuc kierowany przez prawy obszar serca, który wysyła mieszaną krew żylną (składającą się z krwi żylnej z serca i innych tkanek przez powrót żylny) do regionu, w którym występuje w zamian.
Drugi kanał to drzewo tchawiczo-oskrzelowe, którego wentylacja jest napędzana przez mięśnie zaangażowane w oddychanie.
Ogólnie rzecz biorąc, transport dowolnego gazu jest zarządzany głównie przez dwa mechanizmy: konwekcję i dyfuzję; pierwszy jest odwracalny, a drugi nie.
Wymiana gazu: ciśnienia cząstkowe
Kiedy powietrze wchodzi do układu oddechowego, jego skład zmienia się, nasycając się parą wodną. Po dotarciu do pęcherzyków powietrze miesza się z powietrzem, które pozostało pozostałością poprzedniego okręgu oddechowego.
Dzięki tej kombinacji ciśnienie cząstkowe tlenu spada, a ciśnienie dwutlenku węgla wzrasta. Ponieważ ciśnienie cząstkowe tlenu jest większe w pęcherzykach niż we krwi przedostającej się do naczyń włosowatych płuc, tlen przedostaje się do naczyń włosowatych przez dyfuzję.
Podobnie ciśnienie cząstkowe dwutlenku węgla jest większe w naczyniach włosowatych płuc w porównaniu z pęcherzykami płucnymi. W związku z tym dwutlenek węgla przechodzi do pęcherzyków dzięki prostemu procesowi dyfuzji.
Transport gazów tkankowych do krwi
Tlen i znaczne ilości dwutlenku węgla są transportowane przez „pigmenty oddechowe”, w tym hemoglobinę, która jest najbardziej popularna wśród grup kręgowców.
Krew odpowiedzialna za transport tlenu z tkanek do płuc musi również transportować dwutlenek węgla z powrotem z płuc.
Jednakże dwutlenek węgla może być transportowany w inny sposób, może być przenoszony przez krew i rozpuszczać się w osoczu; Ponadto może rozprzestrzeniać się na erytrocyty krwi.
W erytrocytach większość dwutlenku węgla przechodzi do kwasu węglowego dzięki enzymowi anhydrazy węglanowej. Reakcja zachodzi w następujący sposób:
CO2 + H 2O ↔ H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -
Jony wodoru z reakcji łączą się z hemoglobiną, tworząc deoksyhemoglobinę. To połączenie zapobiega nagłemu obniżeniu pH we krwi; Jednocześnie występuje uwalnianie tlenu.
Jony wodorowęglanowe (HCO 3 -) opuszczają erytrocyt poprzez wymianę na jony chloru. W przeciwieństwie do dwutlenku węgla, jony wodorowęglanowe mogą pozostawać w plazmie z powodu ich wysokiej rozpuszczalności. Obecność dwutlenku węgla we krwi spowodowałaby wygląd podobny do napoju gazowego.
Transport gazów krwi do pęcherzyków płucnych
Jak wskazano strzałkami w obu kierunkach, opisane powyżej reakcje są odwracalne; to znaczy produkt można przekształcić z powrotem w początkowe reagenty.
W momencie, gdy krew dociera do płuc, wodorowęglan ponownie wchodzi do erytrocytów krwi. Podobnie jak w poprzednim przypadku, aby wprowadzić jon wodorowęglanowy, jon chloru musi wydostać się z komórki.
W tym momencie reakcja zachodzi w przeciwnym kierunku z katalizą enzymu anhydrazy węglanowej: wodorowęglan reaguje z jonami wodoru i przekształca się z powrotem w dwutlenek węgla, który dyfunduje do plazmy i stamtąd do pęcherzyków płucnych.
Wady wymiany gazowej w płucach
Wymiana gazów zachodzi tylko w pęcherzykach i przewodach pęcherzykowych, które znajdują się na końcu gałęzi rur.
Dlatego możemy mówić o „martwej przestrzeni”, gdzie przepływ powietrza zachodzi w płucach, ale wymiana gazowa nie jest przeprowadzana.
Jeśli porównamy go z innymi grupami zwierząt, takimi jak ryby, mają bardzo wydajny system wymiany gazu w jedną stronę. Podobnie ptaki mają system worków powietrznych i parabronchi, w których zachodzi wymiana powietrza, zwiększając wydajność procesu.
Ludzka wentylacja jest tak nieefektywna, że w nowej inspiracji tylko jedną szóstą powietrza można wymienić, pozostawiając resztę powietrza uwięzionego w płucach.
Patologie związane z pęcherzykami
Efekt płucny
Warunek ten polega na uszkodzeniu i zapaleniu pęcherzyków; w konsekwencji ciało nie jest w stanie przyjmować tlenu, powoduje kaszel i utrudnia odzyskanie oddechu, zwłaszcza podczas wykonywania aktywności fizycznej. Jedną z najczęstszych przyczyn tej patologii jest palenie.
Zapalenie płuc
Zapalenie płuc jest spowodowane infekcją bakteryjną lub wirusową w drogach oddechowych i powoduje proces zapalny z obecnością ropy lub płynów wewnątrz pęcherzyków płucnych, zapobiegając w ten sposób spożyciu tlenu, powodując poważne trudności w oddychaniu.
