Układ oddechowy. Mechanizm oddechowy system wentylacyjny: klatka piersiowa, mięśnie międzyżebrowe, przepona, tkanka łączna sprężysta płuc

Transkrypt

1 Układ oddechowy Płuca + system przewodów, które łączą miejsca wymiany gazowej ze środowiskiem zewnętrznym. Dostarczanie organizmowi (komórkom) tlenu z powietrza i usuwanie nadmiaru CO 2 cześć przewodząca (przeprowadzająca) okolica oddechowa mechanizm oddechowy Część przewodząca jamy nosowe, zatoki oboczne nosa, noso-gardziel, krtań, tchawica, wchodzące do płuc, rozgałęziające się oskrzela, oskrzeliki, oskrzeliki końcowe. Funkcja: ogrzewanie, nawilżanie, filtrowanie powietrza (oczyszczanie) Okolica oddechowa oskrzeliki oddechowe, przewody pęcherzykowe, pęcherzyki płucne. Bariera komórkowa między wdychanym powietrzem a krwią jest dostatecznie cienka, aby zachodzić mogła szybka wymiana gazowa. Sprawny mechanizm mięśniowo-elastyczny przesuwa powietrze przez okolicę oddechową Mechanizm oddechowy system wentylacyjny: klatka piersiowa, mięśnie międzyżebrowe, przepona, tkanka łączna sprężysta płuc

2 Jama nosowa Powierzchnie jam nosowych wysłane dwoma rodzajami błony śluzowej: część oddechowa ogrzewa i zwilża powietrze część węchowa zawiera receptory węchowe Część oddechowa Przedsionek nosa nabłonek wielowarstwowy płaski rogowaciejący, liczne włosy nozdrzy oraz gruczoły łojowe, potowe. Włosy nozdrza - pierwsza zapora przed wnikaniem cząsteczek obcych, łój i pot zatrzymywanie zanieczyszczeń. Dalsza część jamy nosa nabłonek wielorzędowy migawkowy z licznymi komórkami kubkowymi. W błonie śluzowej liczne gruczoły śluzowe i surowicze. Blaszka właściwa - zmienna ilość komórek układu odpornościowego limfocyty, plazmocyty, makrofagi, nieliczne neutrofile, eozynofile. Obecna sieć licznych naczyń krwionośnych (ogrzewanie wdychanego powietrza). Błona śluzowa zlewa się z ochrzęstną, a dalej z okostną szkieletu nosa. W-wy płaski Wielorzędowy

3 Część węchowa błona śluzowa U człowieka zajmuje ok. 6cm 2 tylnej części jamy nosa oraz większą część przegrody nosowej Gruczoły Ż Kość sitowa P Błona węchowa nabłonek węchowy wielorzędowy walcowaty błona śluzowa - tkanka łączna - gruczoły węchowe (pęcherzykowe) uwalniają w sposób ciągły

4 Nabłonek błony węchowej Komórki węchowe komórki podporowe Komórki podstawne Komórki podstawne (bazalne) Niedojrzałe lub różnicujące się neurony węchowe Dojrzałe neurony węchowe (30 60 dni) (10 mln) Komórki podporowe (bogate w organelle, podobne do komórek glejowych) Nici węchowe Rzęski 6-12 rzęsek Kolbki węchowe Dendryt Neuryt Neurony węchowe - typowe neurony dwubiegunowe. Akson w nabłonku bez osłonki mielinowej, otoczony nią po opuszczeniu nabłonka przez glejowe komórki produkujące mielinę. Nici węchowe Mikrokosmki na powierzchni, kompleksy połączeń z neuronami węchowymi. Zawierają żółty barwnik nadający barwę błonie węchowej. Małe, owalne lub kształtu trójkątnego, aktywne mitotycznie niedojrzałe neurony węchowe neurony węchowe.

5 Błona śluzowa Gruczoły węchowe (Bowmana) Wydzielają surowiczy płyn, w którym rozpuszczane są substancje zapachowe. Zawiera białko wiążące zapach (OBP Odorant Binding Protein), wykazujące powinowactwo do cząsteczek zapachowych. OBP przenosi zapach do receptorów i odłącza się - wrażenie zapachowe. Płyn surowiczy lizozym i IgA (plazmocyty) Droga nerwowa węchowa Komórka mitralna II neuron drogi nerwowej Opuszka węchowa Komórka węchowa I neuron drogi nerwowej Komórki Podporowe Ok. 10 tysięcy różnych rodzajów woni: receptory błonowe błony rzęsek neuronów węchowych I neuron komórki węchowe nabłonka II neuron komórki mitralne

6 Tkanka łączna właściwa, mięsnie gładkie Tchawica pierścieni chrzęstnych Pierścień chrząstki szklistej Błona śluzowa Chrząstka szklista Światło tchawicy Przewody wyprowadzające gruczołów Błona śluzowa Nabłonek wielorzędowy walcowaty urzęsiony (oddechowy) Blaszka właściwa błony śluzowej Tkanka łączna właściwa, z dużą ilością włókien elastycznych, liczne limfocyty rozproszone i grudki chłonne MALT, komórki plazmatyczne (IgA) Błona podśluzowa Gruczoły tchawicze (śluzowe oraz nieliczne komórki surowicze Chrząstki tchawicy Przydanka

7 Nabłonek tchawicy * * * Nabłonek tchawicy wielorzędowy migawkowy walcowaty Komórki walcowate z migawkami (300 migawek na powierzchni komórki), w cytoplazmie małe mitochondria ruch migawek. Komórki kubkowe Komórki szczoteczkowe z licznymi mikrokosmkami: typu 1 mają synapsy nabłonkowo-dendrytyczne z włóknami dochodzącymi z tkanki łącznej (uważane za receptory czuciowe) typu 2 są formą niedojrzałą Komórki podstawne wykazujące aktywność mitotyczną Małe komórki ziarniste komórki neurosekrecyjne produkujące katecholaminy komórki dokrewne produkujące hormony peptydowe (APUD) serotonina, peptyd kalcytoninopodobny, bombesyna, somatostatyna) Limfocyty śródnabłonkowe

8 Zespół nieruchomych rzęsek Schorzenie, które może przyczyną przewlekłej infekcji dróg oddechowych u obu płci oraz być powodem niepłodności u mężczyzn. Brak dyneiny.

9 Drzewo oskrzelowe Tchawica Zrazik płucny Oskrzelik oddechowy Miocyty gładkie Pęcherzyki płucne Oskrzela duże, wnikają do płuc Oskrzelik końcowy Przewód pęcherzykow y Oskrzela średnie Oskrzela małe (wnika do zrazika płuc) Miejsca, gdzie zachodzi wymiana gazowa Rozgałęzienie Jednego oskrzelika końcowego Jednostka funkcjonalna Gronko płucne Oskrzeliki φ 1 0,5 mm Nabłonek jednow-wy bez komórek kubkowych, cienka blaszka błony śluzowej z podłużnymi sieciami włókien sprężystych (progresywny wzrost ich liczby) i sieci miocytów gładkich, brak chrząstki Oskrzeliki końcowe Oskrzeliki oddechowe Przewodziki pęcherzykowe kończą się ślepo lub Woreczki pęcherzykowe

10 Oskrzela Oskrzela Nabłonek wielorzędowy migawkowy (skupiska komórek endokrynnych: ciałka nerwowo-nabłonkowe, neuroepitelialne chemoreceptory); błona śluzowa, blaszka sprężysta; błona podśluzowa z płytkami chrząstki, gruczoły; przydanka. Migawki nabłonka oskrzeli zanurzone w w-wie jednorodnego płynu surowiczego i w nim wykonują uderzenia od 3-10x /s w kierunku tchawicy. Ruch migawek jest stały migawka silniej pochyla się ku przodowi w kierunku tchawicy i wolno odkształca się do pozycji wyjściowej. Wraz z podziałami dychotomicznymi: BALT chrząstka ma przebieg mniej regularny (płytki chrzęstne) pojawiają się miocyty gładkie w miarę ubywania chrząstki pojawiają się liczne włókna sprężyste w oskrzelikach małych nabłonek wielorzędowy staje się niższy zawierają tkankę limfoidalną (BALT)

11 Drzewo oskrzelowe Oskrzeliki Nabłonek jednowarstwowy walcowaty Wzrost zawartości mięśni gładkich i włókien sprężystych Rozdzielenie wiązek mięśni tkanką łączną Brak gruczołów W oskrzelikach małej średnicy (mniej niż 1mm) w nabłonku obecne komórki Clary (oskrzelikowe) Brak migawek, zawierają liczne mitochondria, RER, SER, ziarnistości wydzielnicze, podobne do ziaren zymogenu (GAG, białka składniki surfaktantu, lizozym, trypaza, oksydazy). Ochrona oskrzelików przed zaleganiem substancji. Funkcja: ochrona przed działaniem toksyn i karcinogenów (czynność oksydacyjna) ochrona przed rozedmą (działanie antyproteazowe) możliwy udział w produkcji i usuwaniu surfaktantu (redukcja napięcia powierzchniowego) jako komórki niezróżnicowane zdolne do przekształcania się w inne komórki Komórka Clary

12 Oskrzeliki końcowe Drzewo oskrzelowe Oskrzeliki oddechowe Komórka Clary Przejście części przewodzącej w okolicę oddechową. Urzęsiony nabłonek sześcienny i komórki Clary Mięśnie gładkie i włókna elastyczne Przewody oddechowe Woreczki pęcherzykowe

13 Pęcherzyki płucne woreczki powietrzne, stanowiące główne miejsce wymiany gazowej W normalnym, zdrowym płucu jest milionów pęcherzyków. Stanowi przestrzeń φ ok. 250µm. Połączenie pomiędzy pęcherzykami stanowią pory o φ 1-12µm (pory Kohna). Ściana pęcherzyka bardzo cienka nabłonek, cienka warstwa tkanki łącznej, bogata sieć naczyń krwionośnych włosowatych (najbogatsza w ustroju). Między dwoma sąsiadującymi pęcherzykami gęsta sieć włókien sprężystych i kolagenowych.

14 Pęcherzyki płucne Nabłonek pęcherzyków płucnych (nabłonek oddechowy): pneumocyty typu I pneumocyty typu II pneumocyty III (chemoreceptory?) Typu II Typu I

15 Pneumocyty typu I Ok. 40% składu komórkowego, wyścielają ok. 90% powierzchni pęcherzyka. Szeroko rozciągnięte komórki, bardzo spłaszczone jądra. Połączone strefami zamykającymi. Nieliczne organelle komórkowe (słaba aktywność) tylko w okolicy jądra, większość cytoplazmy bez organelli. Spoczywają na cienkiej błonie podstawnej. Główna rola to tworzenie powierzchni o minimalnej grubości (0,2 µm). Budowa stanowi podstawę skutecznego działania bariery krew-powietrze. Pneumocyty typu II Ok. 60% składu komórkowego, 5 10% powierzchni. Kształtu sześciennego z krótkimi mikrokosmkami, połączenia occludens i desmosomy. Aktywność mitotyczna. Leżą na błonie podstawnej, często w oczkach sieci naczyń lub po 2-3 wzdłuż powierzchni. Jądra duże, a cytoplazma zwakualizowana (ciała lamellarne) tzw. cytosomy. Duże, liczne mitochondria, RER, AG. W cytosomach leucyna, galaktoza i cholina prekursor fosfatydylocholiny, aktywnego składnika wydzieliny - surfaktantu. II Ciała wieloblaszkowe Funkcja: produkcja surfaktantu Mikrokosmki

16 Pneumocyty typu II i surfaktant Surfaktant złożona mieszanina fosfolipidów (40%) (głównie fosfatydylocholiny działanie zmniejszające napięcie powierzchniowe), cholesterolu (50%) i białek (10%): SP-A (hydrofilna glikoproteina, wiąże się z Ca ++, ułatwia adsorpcję lipidów na powierzchni komórek nabłonka, obniża napięcie powierzchniowe i zapobiega zapadaniu się pęcherzyków płucnych ), SP-B, SP-C hydrofobowe glikoproteiny Po uwolnieniu, surfaktant tworzy warstwę pokrywającą wewnętrzną powierzchnię pęcherzyka - warstwa hydrofilna zwrócona jest do powierzchni komórek, hydrofobowa na zewnątrz Surfaktant: obniża napięcie powierzchniowe, zapobiega zapadaniu się pęcherzyków podczas wydechu i ułatwia ich poszerzanie w trakcie wdechu Ułatwia dyfuzję gazów przez fazę powietrze-płyn Działa bakteriobójczo Ciała wieloblaszkowate

17 Makrofag pęcherzykowy Makrofagi pęcherzykowe Cienka ściana pęcherzyka nie jest przeszkodą dla bakterii. Makrofagi pęcherzykowe, pełzają po pokrytej wydzieliną powierzchni pęcherzyka i efektywnie penetrują światło pęcherzyka. Zaangażowane w pochłanianie mikroorganizmów i wdychanych obcych cząsteczek. Oczyszczają powierzchnię pęcherzyka. Podobne do makrofagów innych tkanek Mają zdolność do ruchu Mogą proliferować (tylko kilka podziałów) Po fagocytozie opuszczają światło pęcherzyka oskrzeliki gardło w czasie wędrówki mogą nadal pełnić swą funkcję Pochodzenie szpikowe Przy wrodzonej niewydolności serca, płuco staje się przekrwione i erytrocyty przedostają się do światła pęcherzyka, gdzie fagocytowane są przez makrofagi pęcherzykowe (hemosyderyna). Komórki te, zwane komórkami wad serca obecne są w świetle pęcherzyka i przegrodach międzypęcherzykowych.

18 Bariera krew-powietrze Pneumocyt typu I Surfaktant Surfaktant Kapilara śródbłonek Pneumocyt typu II Wspólna łona podstawna Przegroda Cytoplazma pneumocyta typu I Błona podstawna (powstaje drogą fuzji błony podstawnej pneumocytów i komórek śródbłonka Cytoplazma komórek śródbłonka Błona erytrocytu

19 Przegroda międzypęcherzykowa (Interstycjum) * Pneumocyt typu I Makrofag pęcherzykowy przechodzący przez por Kohna Monocyt Naczynie Przegroda pęcherzykowa: pojedyncze fibrocyty nieliczne makrofagi wędrujące leukocyty liczne włókna sprężyste włókna kolagenowe Zlane błony podstawne pneumocyta I i śródbłonka Naczynia włosowate pęcherzyka Przegroda międzypęcherzykowa zawierająca włókna sprężyste i kolagenowe Erytrocyt W niektórych chorobach płuc fibroblasty przegród międzypęcherzykowych lub tkanki, co prowadzi do pogrubienie przegród (zwłóknienie śródmiąższowe). Stan taki zwiększa sztywność płuc i ogranicza ich rozciąganie. Ogranicza bezpośredni kontakt naczyń włosowatych ze ścianą pęcherzyka utrudnienie wymiany gazowej.

20 Bodziec (np. palenie tytoniu) powoduje wzrost liczby makrofagów, produkujących chemoatraktant dla neutrofilów. Neutrofile uwalnianie elastazy do światła pęcherzyka. Osoczowa α1antytrypsyna (α1at) inaktywuje elastazę. Ciągła stymulacja powoduje wzrost liczby makrofagów i neutrofilów w świetle pęcherzyków i interstycjum. Poziom α1at obniża się, a elastaza degraduje włókna elastyczne rozedma. Elastyna Rozedma płuc

21 Mechanizmy obronne płuc W układzie oddechowym wyjątkowo duża powierzchnia podlega ekspozycji na mikroorganizmy pochodzące z krwi, jak i ze środowiska zewnętrznego. W sposób ciągły narażony na działanie czynników infekcyjnych oraz podrażniających czynników nieinfekcyjnych wprowadzanych wraz z wdychanym powietrzem, wytworzone zostały mechanizmy obronne. Cząsteczki większe niż 10 µm są wychwytywane w jamie nosa Cząsteczki 2 10 µm są wychwytywane przez śluz zlokalizowany na powierzchni nabłonka oddechowego Mniejsze cząsteczki są usuwane przez makrofagi pęcherzykowe Procesy immunologiczne - BALT Mechanizmy niespecyficzne

22 Rozwój układu oddechowego Zawiązek ok. 4 tyg. z uwypuklenia brzusznej ściany jelita przedniego (zgrubienie nabłonka endodermalnego). Nabłonek krtani, tchawicy, oskrzeli, oskrzelików, pęcherzyków endoderma. Pozostałe elementy budujące ścianę mezenchyma. Wzrasta liczba naczyń krwionośnych. Przełyk Jelito przednie Pączki płucne Wytwarza się tchawica i 2 pączki płucne prawy dzieli się na 3, a lewy na 2 oskrzela główne. Oskrzela dzielą się dychotomicznie ok. 17 generacji. Do 7 m-ca rozwoju oskrzeliki dzielą się dychotomicznie stadium kanalikowe. Tchawica Lewe oskrzele Płat prawy górny Płat lewy górny P L Pączki płucne 5. tydzień 6. tydzień Płat prawy środkowy 8. tydzień Płat lewy dolny

23 Jama opłucnej Tchawica Opłucna trzewna Oskrzele Oskrzelik oddechowy Naczynia Krwionośne włosowate Cienki płaski nabłonek Płaska komórka śródbłonka naczynia włosowatego Nabłonek sześcienny Tkanka płucna noworodka Naczynie krwionośne włosowate Opłucna ścienna Cienki nabłonek płaski Dojrzały pęcherzyk Oskrzelik oddechowy Naczynie włosowate tydz Oskrzelik oddechowy Stadium kanalikowe (od 15 do 25 tygodnia) Oskrzeliki wysłane nabłonkiem 1w-wym walcowatym, naczynia w bliskim sąsiedztwie. Nabłonek sześcienny Koniec 6 początek 7 m-ca Stadium woreczków pęcherzykowych lub pęcherzyków pierwotnych Cienkie komórki wchodzą w kontakt z naczyniami pęcherzyki pierwotne. Duża ilość naczyń dobra wymiana gazowa (dojrzałość morfologiczna), obecność surfaktantu (dojrzałość biochemiczna) pozwala na przeżycie wcześniaków. Liczba pęcherzyków pierwotnych bezustannie wzrasta w ciągu ostatnich 2 m-cy rozwoju płodowego oraz w ciągu kilku lat po urodzeniu. Przed urodzeniem płuca wypełnione są płynem duże stężenie chlorków, niewielkie ilości białka i śluzu oraz surfaktant. Ilość surfaktantu znacznie wzrasta w ciągu 2 ostatnich tygodni przed urodzeniem. Z chwilą urodzenia większość płynu resorbowana, a niewielka ilość usuwana przez oskrzela i tchawicę podczas porodu. Warstwa surfaktantu zapobiega wzrostowi napięcia powierzchniowego na granicy faz powietrze woda krew. Bez surfaktantu pęcherzyki zapadłyby się w czasie wydechu.

24 Rozwój układu oddechowego Różnicowanie się komórek wydzielających surfaktant w nabłonku endodermalnym - pod wpływem mezenchymy. Morfologiczne przejawy różnicowania: zanik glikogenu i pojawienie się blaszkowatych inkluzji i ciał blaszkowatych na powierzchni komórek. wcześniej mrna dla białek surfaktantu (SP) SP-A, SP-B, SP-C. Wytwarzanie surfaktantu stymuluje EGF Ilość surfaktantu zwiększa się znacznie krótko przed porodem glikokortykosteroidy wydzielane przed porodem przez nadnercza płodowe. Wraz z płynem płucnym dostaje się do płynu owodniowego i krąży w płynach płodowych. Płyn płucny. Wypełnia płuca - częściowe rozciągnięcie pęcherzyków płucnych, zapobieganie zapadaniu. Wytwarzanie: endodermalne komórki (bezrzęskowe) nabłonka oskrzeli, oskrzelików, pneumocyty typu II. Skład: białka, surfaktant, elektrolity zbliżony do osocza krwi, podobne ciśnienie osmotyczne i ph. Zmienia się pod koniec życia płodowego. Krążenie: miesza się z płynem owodni (w gardzieli) i krąży między owodnią, przewodem pokarmowym i płucami. Resorpcja wody częściowe opróżnienie płuc z płynu przed rozpoczęciem oddychania. Po porodzie 1/3 wydalona przez drogi oddechowe, nos i usta, 1/3 resorbowana przez włośniczki pęcherzyków, 1/3 wchłaniana przez naczynia limfatyczne. Rozwój pęcherzyków zależy również od ciśnienia hydrostatycznego

25 Płuca wcześniaków, płodów martwo urodzonych i zdrowych noworodków Zespół niedomogi oddechowej (RDS Respiratory Distress Syndrome) W przeżywalności wcześniaków odgrywa ważną rolę surfaktant. Kiedy ilość surfaktantu jest niewystarczająca, napięcie powierzchniowe na granicy faz powietrze woda staje się duże - ryzyko zapadania się części pęcherzyków płucnych w czasie wydechu prowadzi do RDS. Zapadnięte pęcherzyki zawierają płyn bogaty w białka, wiele błon szklistych i ciałek blaszkowatych choroba błon szklistych U płodów martwo urodzonych płyn płuc nie jest resorbowany (płuca po umieszczeniu na powierzchni wody ulegają zatopieniu). Wzrost płuc po urodzeniu jest wynikiem zwiększenia liczby oskrzelików i pęcherzyków, a tylko w niewielkim stopniu wynikiem zwiększenia wielkości pęcherzyków. Płuca noworodka zawierają 1/6 liczby pęcherzyków płuca dorosłych. Pozostałe pęcherzyki powstają w czasie pierwszych 10. lat życia po urodzeniu.

26 Wady rozwojowe płuc Ślepo zakończona tchawica bez płuc Brak jednego płuca Zaburzenia dychotomicznych podziałów oskrzeli (nadliczbowe płaciki) Połączenie przełyku z tchawicą Ektopowe płaty płuc (dodatkowe pączki oddechowe jelita przedniego) Wrodzone torbiele płuca (rozszerzenia końcowych lub większych oskrzeli)