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, jama nosowo-gardłowa, krtań, tchawica i wchodzące do płuc, rozgałęziające się oskrzela, oskrzeliki, oskrzeliki końcowe. Funkcja: ogrzewanie, zwilżanie i filtrowanie powietrza 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 obejmuje klatkę piersiową, mięśnie międzyżebrowe, przeponę i tkankę łączną sprężystą płuc
Jama nosowa Powierzchnie jam nosowych wysłane są dwoma rodzajami błony śluzowej: część oddechowa ogrzewa i zwilża powietrze część węchowa zawiera receptory węchowe Część oddechowa Przedsionek nosa nabłonek wielowarstwowy płaski rogowaciejący. Występują liczne włosy oraz gruczoły łojowe i potowe. Włosy stanowią pierwszą zaporę przed wnikaniem obcych cząsteczek. Dalsza część jamy nosa nabłonek wielorzędowy migawkowy (typowy nabłonek dróg oddechowych) z licznymi komórkami kubkowymi. W błonie śluzowej liczne gruczoły śluzowo-surowicze. Blaszka właściwa zawiera zmienną ilość komórek układu odpornościowego limfocyty, plazmocyty, makrofagi i mniej liczne 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
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 błona śluzowa - tkanka łączna - gruczoły węchowe (cewkowo-pęcherzykowe) uwalniają w sposób ciągły
Nabłonek błony węchowej Nici węchowe Komórki węchowe komórki podporowe Komórki podstawne Komórki podstawne (bazalne) Niedojrzałe lub różnicujące się neurony węchowe Dojrzałe neurony węchowe (30 60 dni) (100 mln) Komórki podporowe (bogate w organella, podobne do komórek glejowych) Rzęski 6-12 rzęsek Kolbki węchowe Dendryt Neuryt Mikrokosmki na powierzchni, kompleksy połączeń z neuronami węchowymi. Zawierają żółty barwnik - barwa błony węchowej. Neurony węchowe - typowe neurony dwubiegunowe. Akson w nabłonku bez osłonki mielinowej, otoczony nią po opuszczeniu nabłonka. Małe, owalne lub kształtu trójkątnego, aktywne mitotycznie niedojrzałe neurony węchowe neurony węchowe.
Błona śluzowa Gruczoły węchowe (Bowmana) Wydzielają surowiczy płyn, w którym rozpuszczane są substancje zapachowe. Zawiera białko wiążące zapach (OBP), wykazujące powinowactwo do cząsteczek zapachowych. OBP przenosi zapach do receptorów i odłącza się - wrażenie zapachowe. Płyn surowiczy lizozym i IgA Droga nerwowa węchowa Komórka mitralna II neuron drogi nerwowej Opuszka węchowa Komórka węchowa I neuron drogi nerwowej Komórki Podporowe I neuron komórki węchowe nabłonka II neuron komórki mitralne
W przegrodzie nosa jest dodatkowy narząd lemieszowo-nosowy, jego pobudzenie wyzwala zachowania reprodukcyjne i agresywne (u zwierząt) Substancje wonne po związaniu z receptorem mogą uaktywniać: 1. białko G, ono cyklazę adenylanową, następuje synteza camp,który wiąże się z białkami kanałowymi dla Na+ i otwiera je, powoduje to depolaryzację błony rzęsek i przekazanie impulsu 2. białko G, ono fosfolipazę C, która produkuje trifosforan inozytolu, który otwiera kanały dla Ca++,zwiększa jego stężenie w cytoplazmie, to prowadzi do otwarcia kanałów dla K+, hiperpolaryzację błony i przekazanie sygnału.
Unaczynienie błony śluzowej nosa jest obfite i ma cechy swoiste Przeciwprądowy przepływ krwi, od tylnej do przedniej części jamy nosowej Żyły blaszki właściwej błony śluzowej, środkowej i dolnej części oddechowej mają grube ściany i tworzą system jam sploty jamiste, które są rodzajem narządu wzwodowego (erekcyjnego), co 30 min pęcznienie błony śluzowej naprzemiennych stron nosa, co wpływa na jej regenerację
16 20 pierścieni chrzęstnych Pierścień chrząstki szklistej Błona śluzowa Tchawica Chrząstka szklista Światło tchawicy Przewody wyprowadzające gruczołów Błona śluzowa Nabłonek wielorzędowy migawkowy (nabłonek dróg oddechowych) Blaszka właściwa błony śluzowej Tkanka łączna właściwa, z dużą ilością włókien elastycznych, liczne limfocyty (grudki chłonne) i komórki plazmatyczne (IgA) MALT Błona podśluzowa Gruczoły tchawicze surowiczo-śluzowe Chrząstki tchawicy Przydanka
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
Zespół nieruchomych rzęsek Schorzenie, które może być powodem niepłodności u mężczyzn i przyczyną przewlekłej infekcji dróg oddechowych u obu płci. Brak dyneiny.
Drzewo oskrzelowe Tchawica Oskrzela duże, które wnikają do płuc Oskrzela średnie Rozgałęzienie jednego oskrzelika końcowego Jednostka funkcjonalna Gronko płucne Oskrzela małe (wnika do zrazika płuc) Oskrzeliki 1 0,5 mm Nabłonek jednow-wy bez komórek kubkowych, cienka blaszka błony śluzowej z podłużnymi sieciami włókien sprężystych i z sieci miocytów gładkich, brak chrząstki Zrazik płucny Oskrzelik oddechowy Miocyty gładkie Oskrzelik końcowy Przewód pęcherzykow y Oskrzeliki końcowe Oskrzeliki oddechowe Przewodziki pęcherzykowe kończą się ślepo lub Miejsca gdzie zachodzi wymiana gazowa Woreczki pęcherzykowe Pęcherzyki płucne
Oskrzela Oskrzela Nabłonek wielorzędowy migawkowy (komórki dokrewne skupione w ciałka neuroepitelialne), błona śluzowa, blaszka sprężysta, błona podśluzowa z chrząstką, przydanka. Migawki nabłonka oskrzeli są 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 oskrzelach małych nabłonek wielorzędowy staje się niższy zawierają tkankę limfoidalną (BALT)
Drzewo oskrzelowe Oskrzeliki Nabłonek jednowarstwowy walcowaty Brak komórek kubkowych, pojawiają się komórki Clara Brak gruczołów, brak chrząstki Relatywnie gruba warstwa mięśni gładkich W oskrzelikach małej średnicy (mniej niż 1mm) w nabłonku obecne komórki Clara (oskrzelikowe) Brak migawek, zawierają liczne mitochondria, RER, SER, ziarnistości wydzielnicze. Mają zdolność wbudowywania leucyny, galaktozy, prekursorów lipidów. Ziarna wydzieliny podobne do ziaren zymogenu. Aktywność antyproteaz i oksydaz. Komórki Clara służą do ochrony oskrzelików przed zaleganiem substancji. Funkcja: udział w produkcji i usuwaniu surfaktantu (redukcja napięcia powierzchniowego) ochrona przed rozedmą (działanie antyproteazowe) ochrona przed działaniem toksyn i karcinogenów (czynność oksydacyjna) jako komórki niezróżnicowane zdolne do przekształcania się w inne komórki Komórka Clara
Oskrzeliki końcowe Drzewo oskrzelowe Oskrzeliki oddechowe Rozgałęzienie jednego oskrzelika końcowego Gronko płucne Przejście części przewodzącej w okolicę oddechową. Urzęsiony nabłonek sześcienny i komórki Clara Mięśnie gładkie i włókna elastyczne
Pęcherzyki płucne woreczki powietrzne, stanowiące główne miejsce wymiany gazowej W zdrowym płucu jest 150 200 milionów pęcherzyków. Stanowi przestrzeń ok. 250 m. Połączenie pomiędzy pęcherzykami stanowią pory o 1-12 m (pory Kohna). Ściana pęcherzyka bardzo cienka nabłonek, cienka warstwa tkanki łącznej, bogata sieć naczyń krwionośnych włosowatych (najbogatsza w ustroju). Między dwoma sąsiadującymi pęcherzykami wytwarza się gęsta sieć z włókien sprężystych.
Pęcherzyki płucne Nabłonek pęcherzyków płucnych: pneumocyty typu I pneumocyty typu II pneumocyty III (chemoreceptory?) Typu II Typu I
Pneumocyty typu I Stanowią ok. 40% składu komórkowego, ale wyścielają ok. 90% powierzchni pęcherzyka. Są szeroko rozciągniętymi komórkami o bardzo spłaszczonych jądrach. Połączone strefami zamykającymi. Nieliczne organella komórkowe (słaba aktywność) tylko w okolicy jądra, tak że większość cytoplazmy pozbawiona organelli. Spoczywają na cienkiej błonie podstawnej. Główna rola to tworzenie powierzchni o minimalnej grubości. Budowa stanowi podstawę skutecznego działania bariery krew-powietrze. Pneumocyty typu II Stanowią 60% składu komórkowego, zajmują 5 10% powierzchni. Kształtu sześciennego z krótkimi mikrokosmkami, połączenia occludens i desmosomy. Aktywność mitotyczna. Leżą na błonie podstawnej. 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. II Ciała wieloblaszkowe Funkcja: produkcja surfaktantu Mikrokosmki
Pneumocyty typu II i surfaktant Surfaktant jest złożoną mieszaniną 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, przy czym warstwa hydrofilna zwrócona jest do powierzchni komórek, a hydrofobowa na zewnątrz Surfaktant działa jak detergent: obniża napięcie powierzchniowe, zapobiega zapadaniu się pęcherzyków w czasie wydechu i ułatwia ich poszerzanie w trakcie wdechu Ułatwia dyfuzję gazów przez fazę powietrze-płyn Działa bakteriobójczo Ciała wieloblaszkowate
Makrofagi pęcherzykowe Makrofag pęcherzykowy Cienka ściana pęcherzyka nie jest przeszkodą dla bakterii. Zapobiegają temu makrofagi pęcherzykowe, pełzające 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. Komórki te - komórki wad serca obecne są w świetle pęcherzyka i przegrodach międzypęcherzykowych.
Bariera krew-powietrze Pneumocyt typu I Surfaktant Surfaktant Kapilara śródbłonek Pneumocyt typu II Wspólna łona podstawna Przegroda Surfaktant Cytoplazma pneumocyta typu I Błona podstawna (powstaje drogą fuzji błony podstawnej pneumocytów i komórek śródbłonka) Cytoplazma komórek śródbłonka Błona erytrocytu
Przegroda międzypęcherzykowa * Pneumocyt typu I Makrofag pęcherzykowy przechodzący przez por Kohna Monocyt Naczynie Przegroda pęcherzykowa zawiera: pojedyncze fibrocyty nieliczne makrofagi wędrujące leukocyty 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 śródmiąższowej wydzielają nadmierną ilość włókien, co prowadzi do pogrubienia przegród (zwłóknienie śródmiąższowe). Stan taki zwiększa sztywność płuc i ogranicza ich rozciąganie. Ogranicza bezpośredni kontakt naczyń włosowatych ze ścianą pęcherzyka utrudnienie wymiany gazowej.
Mechanizmy obronne płuc W układzie oddechowym wyjątkowo duża powierzchnia podlega ekspozycji na mikroorganizmy pochodzące z krwi, jak i ze środowiska zewnętrznego. Ponieważ w sposób ciągły narażony jest na działanie czynników infekcyjnych oraz podrażniających czynników nieinfekcyjnych wprowadzanych wraz z wdychanym powietrzem, wytworzone zostały mechanizmy obronne. Cząsteczki większe niż 10 m są wychwytywane w jamie nosa Cząsteczki 2 10 m są wychwytywane przez śluz zlokalizowany na Mechanizmy niespecyficzne powierzchni nabłonka oddechowego Mniejsze cząsteczki są usuwane przez makrofagi pęcherzykowe Procesy immunologiczne - BALT
Elastoza i rozedma płuc Degradacja tkanki łącznej, szczególnie włókien sprężystych (elastazy makrofagów oraz leukocytów naciekowych) Elastyna Rozedma płuc
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
Jama opłucnej Tchawica Opłucna trzewna Oskrzele Oskrzelik oddechowy Naczynia Krwionośne włosowate Cienki płaski nabłonek Płaska komórka śródbłonka naczynia włosowatego Nabłonek sześcienny Opłucna ścienna Cienki nabłonek płaski 15-25 tydz Oskrzelik oddechowy Nabłonek sześcienny Koniec 6 początek 7 m-ca Naczynie krwionośne włosowate Stadium kanalikowe Oskrzeliki wysłane nabłonkiem 1w-wym walcowatym, naczynia w bliskim sąsiedztwie. Stadium woreczków pęcherzykowych pęcherzyków pierwotnych Cienkie komórki wchodzą w kontakt z naczyniami pęcherzyki pierwotne. Duża ilość naczyń dobra wymiana gazowa, obecność surfaktantu pozwala na przeżycie wcześniaków. Tkanka płucna noworodka Dojrzały pęcherzyk Oskrzelik oddechowy Naczynie włosowate 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.
Rozwój układu oddechowego Różnicowanie się komórek wydzielających surfaktant w nabłonku endodermalnym zachodzi pod wpływem mezenchymy. Przejawem morfologicznym różnicowania zanik glikogenu i pojawienie się blaszkowatych inkluzji i ciał blaszkowatych na powierzchni komórek. Znacznie wcześniej mrna dla SP-A, SP-B, SP-C. Wytwarzanie surfaktantu stymuluje EGF działa w miejscach kontaktu komórek nabłonka z mezenchymą. Stężenie receptorów EGF-R: kwas retinojowy, kortyzol, PDGF (SP-C) ; TGF i DHT. Ilość surfaktantu zwiększa się znacznie przed porodem stymulowane przez 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, powodując częściowe rozciągnięcie pęcherzyków płucnych i zapobiega ich zapadaniu się. Rozwój pęcherzyków zależy też od ciśnienia hydrostatycznego. Wytwarzany przez endodermalne komórki (bezrzęskowe) nabłonka oskrzeli, oskrzelików, pneumocyty typu II. Płyn płucny miesza się z płynem owodni (w gardzieli) i krąży między owodnią, przewodem pokarmowym i płucami. Zawiera białka, surfaktant, elektrolity skład zbliżony do osocza krwi, podobne ciśnienie osmotyczne i ph. Skład zmienia się pod koniec życia płodowego. 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.
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.
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 jelit przedniego) Wrodzone torbiele płuca (rozszerzenia końcowych lub większych oskrzeli)