SISTEMUL RESPIRATOR: FUNCȚII, PIESE, FUNCȚIONARE - BIOLOGIE - 2025

Sistemul respirator sau sistemul respirator cuprinde o serie de organe specializate care mediază schimbul de gaze, care implică absorbția de oxigen și eliminarea dioxidului de carbon.

Există o serie de pași care permit sosirea oxigenului în celulă și eliminarea dioxidului de carbon, inclusiv schimbul de aer între atmosferă și plămâni (ventilație), urmată de difuzarea și schimbul de gaze pe suprafața pulmonarului. , transportul de oxigen și schimbul de gaze la nivel celular.

De LadyofHats, Jmarchn, prin Wikimedia Commons

Este un sistem variat în regnul animal, compus din diferite structuri în funcție de linia de studiu. De exemplu, peștii au structuri funcționale într-un mediu acvatic precum branhii, mamiferele au plămâni și majoritatea nevertebratelor au trahee.

Animalele unicelulare, cum ar fi protozoarele, nu necesită structuri speciale pentru respirație și schimbul de gaze are loc printr-o simplă difuzie.

La om, sistemul este format din căile nazale, faringe, laringe, trahee și plămâni. Acestea din urmă sunt ramificate succesiv în bronhii, bronhiole și alveole. Schimbul pasiv de molecule de oxigen și dioxid de carbon are loc în alveole.

Definiția respiration

Termenul „respirație” poate fi definit în două moduri. Într-un mod colocvial, atunci când folosim cuvântul respirație, descriem acțiunea de a lua oxigenul și de a elimina dioxidul de carbon în mediul extern.

Cu toate acestea, conceptul de respirație cuprinde un proces mai larg decât simpla intrare și ieșire a aerului în cușcă. Toate mecanismele implicate în utilizarea oxigenului, transportul sângelui și producția de dioxid de carbon apar la nivel celular.

Un al doilea mod de definire a cuvântului respirație este la nivel celular și acest proces se numește respirație celulară, unde reacția de oxigen are loc cu molecule anorganice care produc energie sub formă de ATP (adenozina trifosfat), apă și dioxid de carbon.

Prin urmare, o modalitate mai precisă de a face referire la procesul de preluare și expulzare a aerului prin mișcări toracice este termenul „ventilație”.

Caracteristici

Principala funcție a sistemului respirator este să orchestreze procesele de absorbție a oxigenului din exterior prin mecanisme de ventilație și respirație celulară. Unul dintre deșeurile din proces este dioxidul de carbon care ajunge în fluxul sanguin, trece în plămâni și este eliminat din corp în atmosferă.

Sistemul respirator este responsabil de medierea tuturor acestor funcții. Mai exact, este responsabil de filtrarea și umidificarea aerului care va intra în organism, pe lângă filtrarea moleculelor nedorite.

De asemenea, este responsabil pentru reglarea pH-ului fluidelor corpului - indirect - controlul concentrației de CO ₂ , fie păstrarea acestuia, fie eliminarea acestuia. Pe de altă parte, este implicat în reglarea temperaturii, secreția de hormoni în plămâni și ajută sistemul olfactiv în detectarea mirosurilor.

În plus, fiecare element al sistemului îndeplinește o funcție specifică: nările încălzesc aerul și oferă protecție germenilor, faringelui, laringelui și traheei mediază trecerea aerului.

În plus, faringele este implicată în trecerea alimentelor și a laringelui în procesul de fonație. În cele din urmă, în alveole are loc procesul de schimb de gaze.

Organele respiratorii din regnul animal

La animalele mici, sub 1 mm, schimbul de gaze poate avea loc prin piele. De fapt, anumite linii de animale, cum ar fi protozoarele, bureții, cnidarii și unii viermi efectuează procesul de schimb de gaze printr-o simplă difuzie.

La animalele mai mari, cum ar fi peștele și amfibienii, este de asemenea prezentă respirația pielii, pentru a suplimenta respirația efectuată de branhii sau plămâni.

De exemplu, broaștele pot desfășura întregul proces de schimb de gaze prin piele în stadiile de hibernare, întrucât sunt cufundate total în bălți. În cazul salamandrelor, există exemplare care lipsesc complet de plămâni și care respiră prin piele.

Cu toate acestea, odată cu creșterea complexității animale, prezența organelor specializate pentru schimbul de gaze este necesară pentru a răspunde cerințelor ridicate de energie ale animalelor multicelulare.

Anatomia organelor care mediază schimbul de gaze în diferite grupuri de animale va fi descrisă în detaliu mai jos:

tracheas

De BruceBlaus. Când utilizați această imagine în surse externe poate fi citat ca: Blausen.com staff (2014). „Galeria medicală a Blausen Medical 2014”. WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. , de la Wikimedia Commons

Insectele și unii artropizi au un sistem respirator foarte eficient și direct. Este format dintr-un sistem de tuburi, numite trahee, care se extind pe tot corpul animalului.

Ramura de trahee în tuburi mai înguste (aproximativ 1 µm în diametru) numite traheale. Sunt ocupate de fluid și se termină în asociere directă cu membranele celulare.

By Indolences (File: Throat Diagram.svg), prin Wikimedia Commons

Aerul intră în sistem printr-o serie de deschideri asemănătoare valvelor, numite gauri. Acestea au capacitatea de a se închide ca răspuns la pierderea apei pentru a preveni desecarea. De asemenea, are filtre pentru a preveni intrarea substanțelor nedorite.

Anumite insecte, cum ar fi albinele, pot efectua mișcări ale corpului care vizează ventilația sistemului de trahee.

Branhii

Branhialele, numite și branhii, permit respirația eficientă în mediul acvatic. În echinodermele constau într-o extindere a suprafeței corpului lor, în timp ce la viermi și amfibieni marini sunt tufuri sau tufuri.

Cele mai eficiente sunt în pește și constă într-un sistem de branhii interne. Sunt structuri filamentoase cu un aport de sânge adecvat care contravine curentului de apă. Cu acest sistem „contra-curent”, se poate asigura extragerea maximă a oxigenului din apă.

Ventilarea branhiilor este asociată cu mișcările animalului și cu deschiderea gurii. În mediile terestre, branhiile pierd suportul plutitor al apei, acestea se usucă și filamentele se coagulează, ceea ce duce la prăbușirea întregului sistem.

Din acest motiv, peștii se sufocă în afara apei, chiar dacă au în jurul lor cantități mari de oxigen.

plămânii

Plămânii vertebratelor sunt cavități interne, prevăzute cu vase abundente a căror funcție este de a media schimbul de gaze cu sânge. În unele nevertebrate vorbim de „plămâni”, deși aceste structuri nu sunt omologe între ele și sunt mult mai puțin eficiente.

La amfibieni, plămânii sunt foarte simpli, asemănătoare cu o pungă care în unele broaște este subdivizată. Suprafața disponibilă pentru schimb crește în plămânii reptilelor non-aviare, care sunt subdivizate în numeroase saci interconectați.

În linia păsărilor, eficiența plămânilor crește datorită prezenței sacii de aer, care servesc ca spațiu de rezervă pentru aer în procesul de ventilație.

Plămânii ating complexitatea maximă la mamifere (vezi secțiunea următoare). Plămânii sunt bogați în țesut conjunctiv și sunt înconjurați de un strat subțire de epiteliu numit pleura viscerală, care continuă în pleura viscerală, aliniată cu pereții toracului.

Amfibienii folosesc presiune pozitivă pentru intrarea aerului în plămâni, în timp ce reptilele, păsările și mamiferele non-aviare folosesc presiune negativă, unde aerul este împins în plămâni prin dilatarea coliviei.

Părți (organe) ale sistemului respirator la om

La om, și la restul mamiferelor, sistemul respirator este format din porțiunea superioară, compusă din gură, cavitatea nazală, faringe și laringe; porțiunea inferioară formată din trahee și bronhii și porțiunea țesutului pulmonar.

Porțiunea superioară sau tractul respirator superior

Nostrilele sunt structurile prin care intră aerul, acestea sunt urmate de o cameră nazală căptușită de un epiteliu care secretă substanțe mucoase. Nările interne se conectează cu faringe (ceea ce numim în mod obișnuit gâtul), unde are loc încrucișarea a două căi: cea digestivă și cea respiratorie.

Aerul intră prin deschiderea glotei, în timp ce mâncarea își face drum prin esofag.

Epiglota este localizată pe glotă, cu scopul de a preveni intrarea alimentelor în căile respiratorii, stabilirea unei limite între orofaringe - porțiunea situată în spatele gurii - și laringofaringele - segmentul cel mai scăzut -. Glota se deschide în laringe („caseta vocală”) și, la rândul ei, dă loc traheei.

Porțiunea inferioară sau inferioară a tractului respirator

Traheea este un tub în formă de tub, cu un diametru de 15-20 mm și lungime de 11 centimetri. Peretele său este consolidat cu țesut cartilaginos, pentru a evita prăbușirea structurii, datorită acesteia este o structură semi-flexibilă.

Cartilajul este situat într-o formă de semilună în 15 sau 20 de inele, adică nu înconjoară complet traheea.

Tranșea se ramifică în două bronhii, câte unul pentru fiecare plămân. Dreapta este mai verticală în comparație cu stânga, precum și mai scurtă și mai voluminoasă. După această primă diviziune, urmează subdiviziuni succesive în parenchimul pulmonar.

Structura bronhiilor seamănă cu traheea datorită prezenței cartilajului, mușchilor și mucoasei, deși plăcile cartilaginoase se diminuează până când dispar, când bronhiile ating un diametru de 1mm.

În interiorul lor, fiecare bronșă se împarte în tuburi mici numite bronhiole, care duc la canalul alveolar. Alveolele au un singur strat de celule foarte subțiri care facilitează schimbul de gaze cu sistemul capilar.

Țesut pulmonar

Macroscopic, plămânii sunt împărțiți în lobi prin fisuri. Plămânul drept este format din trei lobi, iar stânga are doar doi. Cu toate acestea, unitatea funcțională de schimb de gaze nu este plămânii, ci unitatea alveolocapilară.

Alveolele sunt mici saci în formă de buchete de struguri care sunt situate la capătul bronhiolelor și corespund celei mai mici subdiviziuni a căilor respiratorii. Sunt acoperite de două tipuri de celule, I și II.

alveolele

Celulele de tip I sunt caracterizate prin faptul că sunt subțiri și permit difuzarea gazelor. Cele de tipul II sunt mai mult decât mici decât grupul anterior, mai puțin subțiri și funcția lor este de a secreta o substanță de tipul agentului tensioactiv care facilitează extinderea alveolului în ventilație.

Celulele epiteliului sunt intersectate cu fibrele de țesut conjunctiv, astfel încât plămânul să fie elastic. În mod similar, există o rețea extinsă de capilare pulmonare unde are loc schimbul de gaze.

Plămânii sunt înconjurați de un perete de țesut mezotelial numit pleură. Acest țesut este de obicei numit spațiu virtual, deoarece nu conține aer în interior și are doar un lichid în cantități minute.

Ilustrație 3D a Larynx Trachea Bronchi Parte a sistemului respirator.

Dezavantaje ale plămânilor

Un dezavantaj al plămânilor este că schimbul de gaze are loc numai în alveole și în conductul alveolar. Volumul de aer care ajunge în plămâni, dar este situat într-o zonă în care schimbul de gaze nu are loc, se numește spațiu mort.

Prin urmare, procesul de ventilație la om este extrem de ineficient. Ventilarea normală poate înlocui doar o șesime din aerul găsit în plămâni. Într-un eveniment de respirație forțată, 20-30% din aer este prins.

cutia toracică

cutia toracică

Cuștii cu coaste adăpostesc plămânii și sunt alcătuiți dintr-un set de mușchi și oase. Componenta osoasă este alcătuită din coloana vertebrală cervicală și dorsală, cușca nervoasă și stern. Diafragma este cel mai important mușchi respirator, care se găsește în partea din spate a casei.

Există mușchi suplimentari inserați în coaste, numiți intercostali. Alții participă la mecanica respiratorie, cum ar fi sternocleidomastoidul și scalenele, care provin din cap și gât. Aceste elemente sunt introduse în stern și în primele coaste.

Cum functioneazã?

Consumul de oxigen este vital pentru procesele de respirație celulară, unde absorbția acestei molecule are loc pentru producerea de ATP pe baza nutrienților obținuți în procesul de hrănire prin procese metabolice.

Cu alte cuvinte, oxigenul servește la oxidarea (arderea) moleculelor și astfel produce energie. Unul dintre reziduurile acestui proces este dioxidul de carbon, care trebuie expulzat din organism. Respiratia implica urmatoarele evenimente:

Ventilare

Procesul începe cu captarea oxigenului în atmosferă prin procesul de inspirație. Aerul intră în sistemul respirator prin nări, trecând prin întregul set de tuburi descrise, până ajunge în plămâni.

Preluarea aerului - respirația - este un proces în mod normal involuntar, dar poate trece de la a fi automat la voluntar.

În creier, neuronii din măduva spinării sunt responsabili de reglarea normală a respirației. Cu toate acestea, organismul este capabil să regleze respirația în funcție de necesitățile de oxigen.

O persoană obișnuită în stare de repaus respiră în medie la șase litri de aer în fiecare minut, iar această cifră poate crește până la 75 de litri în perioadele de exercițiu intens.

Schimb de gaze

Oxigenul din atmosferă este un amestec de gaze, format din 71% azot, 20,9% oxigen și o mică parte din alte gaze, cum ar fi dioxidul de carbon.

Când aerul intră în tractul respirator, compoziția se schimbă imediat. Procesul de inspirație satura aerul cu apă și când aerul ajunge pe alveole se amestecă cu aerul rezidual din inspirațiile anterioare. În acest moment, presiunea parțială a oxigenului scade, iar cea a dioxidului de carbon crește.

În țesuturile respiratorii, gazele se mișcă în urma gradienților de concentrație. Deoarece presiunile parțiale ale oxigenului sunt mai mari în alveole (100 mm Hg) decât în ​​sângele capilarelor pulmonare, oxigenul (40 mm Hg) trece în capilare printr-un proces de difuzie.

De asemenea, concentrația de dioxid de carbon este mai mare în capilarele pulmonare (46 mm Hg) decât în ​​alveole (40 mm Hg), prin urmare dioxidul de carbon difuză în direcția opusă: de la capilarele sanguine la alveolele din plămâni.

De Fluid-plena_alveolus2_ja.svg: utilizator: delldot (modificat de Hatsukari715) lucrare derivată: OSH FPaD (Fluid-plena_alveolus2_ja.svg), prin Wikimedia Commons

Transportul de gaz

În apă, solubilitatea oxigenului este atât de scăzută încât trebuie să existe un mijloc de transport pentru a satisface cerințele metabolice. În unele nevertebrate mici, cantitatea de oxigen dizolvat în fluidele lor este suficientă pentru a satisface cerințele individului.

Cu toate acestea, la om, oxigenul transportat în acest fel ar fi suficient pentru a satisface 1% din cerințe.

Din acest motiv, oxigenul - și o cantitate semnificativă de dioxid de carbon - sunt transportate de pigmenți în sânge. La toate vertebrele, acești pigmenți se limitează la globulele roșii.

În regnul animal, cel mai frecvent pigment este hemoglobina, o moleculă proteică care conține fier în structura sa. Fiecare moleculă este formată din 5% heme, responsabilă de culoarea roșie a sângelui și legarea reversibilă cu oxigenul și 95% globină.

Cantitatea de oxigen care se poate lega de hemoglobină depinde de mulți factori, inclusiv de concentrația de oxigen: când este mare, la fel ca în capilare, hemoglobina se leagă de oxigen; când concentrația este scăzută, proteina eliberează oxigen.

Alți pigmenți respiratori

Deși hemoglobina este pigmentul respirator prezent la toate vertebrele și la unele nevertebrate, nu este singurul.

În unele crustacee decapodice, crustacee cefalopode și moluște există un pigment albastru numit hemocianină. În loc de fier, această moleculă are doi atomi de cupru.

În patru familii de poliacete există clorocruorina pigmentară, o proteină care are fier în structura sa și are culoare verde. Este similară cu hemoglobina în structură și funcție, deși nu se limitează la nicio structură celulară și este liberă în plasmă.

În cele din urmă, există un pigment cu o capacitate de transport a oxigenului mult mai mică decât cea a hemoglobinei numită hemeritrină. Are culoare roșie și este prezent în diferite grupuri de nevertebrate marine.

Boli frecvente

Astm

Este o patologie care afectează tractul respirator, provocând umflarea acesteia. În cazul unui atac de astm, mușchii din jurul căilor respiratorii se inflamează, iar cantitatea de aer care poate intra în sistem este redusă drastic.

Atacul poate fi declanșat de o serie de substanțe numite alergeni, inclusiv blană pentru animale de companie, acarieni, climă rece, substanțe chimice din alimente, mucegai, polen, printre altele.

Edem pulmonar

Un edem pulmonar constă în acumularea de lichid în plămâni, ceea ce îngreunează individul să respire. Cauzele sunt în general asociate cu insuficiență cardiacă congestivă, unde inima nu pompează suficient sânge.

Presiunea crescută în vasele de sânge împinge lichidul în spațiile de aer din interiorul plămânilor, reducând astfel mișcarea normală a oxigenului în plămâni.

Alte cauze ale edemului pulmonar sunt insuficiența renală, prezența arterelor înguste care duc sângele către rinichi, miocardită, aritmii, activitate fizică excesiv de mare, utilizarea anumitor medicamente, printre altele.

Cele mai frecvente simptome sunt scurtarea respirației, lipsa respirației, scuiparea spumei sau sângelui și creșterea frecvenței cardiace.

Pneumonie

Pneumonia sunt infecții ale plămânilor și pot fi cauzate de o varietate de microorganisme, inclusiv bacterii precum Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, Mycoplasmas pneumoniae și Chlamydias pneumoniae, virusuri sau ciuperci precum Pneumocystis jiroveci.

Se prezintă ca o inflamație a spațiilor alveolare. Este o boală extrem de contagioasă, deoarece agenții cauzali pot fi răspândiți prin aer și răspândiți rapid prin strănut și tuse.

Persoanele cele mai sensibile la această patologie includ persoane cu vârste peste 65 de ani și cu probleme de sănătate. Printre simptome se numără febră, frisoane, tuse de flemă, lipsa respirației, respirație și dureri în piept.

Majoritatea cazurilor nu necesită spitalizare, iar boala poate fi tratată cu antibiotice (în cazul pneumoniei bacteriene) administrată oral, odihnă și băuturi lichide.

Bronşită

Bronsita apare ca un proces inflamator în tuburile care transportă oxigenul către plămâni, cauzată de infecție sau din alte motive. Această boală este clasificată drept acută și cronică.

Printre simptome se numără starea generală de rău, tuse de mucus, respirația și presiunea toracică.

Pentru a trata bronșita, se recomandă administrarea de aspirină sau acetaminofen pentru a scădea febra, bea cantități mari de lichide și odihnă. Dacă este cauzată de un agent bacterian, se iau antibiotice.

Referințe

1. Franceză, K., Randall, D., și Burggren, W. (1998). Eckert. Fiziologia animalelor: mecanisme și adaptări. Mc Graw-Hill Interamericana
2. Gutiérrez, AJ (2005). Pregătire personală: baze, baze și aplicații. INDE.
3. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Principii integrate ale zoologiei (Vol. 15). New York: McGraw-Hill.
4. Smith-Ágreda, JM (2004). Anatomia organelor vorbirii, vederii și auzului. Editura Medicală Panamericană.
5. Taylor, NB, & Best, CH (1986). Baza fiziologică a practicii medicale. Pan American.
6. Vivi, À. M. (2005). Fundamentele fiziologiei activității fizice și sportului. Editura Medicală Panamericană.