Układ oddechowy

Układ oddechowy
Płuca + system przewodów, które łączą miejsca wymiany gazowej ze środowiskiem zewnętrznym.
Dostarczanie organizmowi (komórkom) tlenu z powietrza i usuwanie nadmiaru CO2
Øcześć przewodząca (przeprowadzająca)
Øokolica oddechowa
Ømechanizm 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
Jama nosowa
Powierzchnie jam nosowych wysłane dwoma rodzajami błony śluzowej:
ü część oddechowa – ogrzewa i zwilża powietrze
ü 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
Część węchowa – błona śluzowa
U człowieka zajmuje ok. 6cm2 tylnej części jamy nosa oraz większą część
przegrody nosowej
Ż
Gruczoły
Kość sitowa
P
Błona węchowa
v nabłonek węchowy – wielorzędowy walcowaty
v błona śluzowa
- tkanka łączna
- gruczoły węchowe (pęcherzykowe) – uwalniają
w sposób ciągły
v Nabłonek błony węchowej
Komórki
węchowe
komórki
podporowe
Komórki
podstawne
ü Komórki podstawne (bazalne)
ü Niedojrzałe lub różnicujące się neurony węchowe
ü Dojrzałe neurony węchowe (30 – 60 dni) (10 mln)
ü Komórki podporowe (bogate w organelle,
podobne do komórek glejowych)
Nici węchowe
Rzęski
6-12 rzęsek
Kolbki
węchowe
Dendryt
ØMikrokosmki na powierzchni,
kompleksy połączeń
z neuronami węchowymi.
Zawierają
żółty
barwnik
nadający
barwę
błonie
węchowej.
Neuryt
ØNeurony węchowe - typowe
neurony dwubiegunowe.
Akson w nabłonku bez
osłonki mielinowej, otoczony
nią po opuszczeniu nabłonka
przez glejowe komórki
produkujące mielinę.
ØMałe, owalne lub kształtu
trójkątnego, aktywne
mitotycznie ® niedojrzałe
neurony węchowe ® neurony
węchowe.
Nici węchowe
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
Komórka węchowa
I neuron drogi
nerwowej
Ok. 10 tysięcy różnych rodzajów woni:
receptory błonowe błony rzęsek neuronów
węchowych
Opuszka węchowa
Komórki
Podporowe
I neuron – komórki węchowe nabłonka
II neuron – komórki mitralne
Tkanka łączna właściwa,
mięsnie gładkie
Tchawica
Pierścień
chrząstki
szklistej
16 – 20
pierścieni
chrzęstnych
Błona
śluzowa
Światło tchawicy
Przewody
wyprowadzające
gruczołów
Chrząstka szklista
v Błona śluzowa
Ø Nabłonek wielorzędowy walcowaty
urzęsiony (oddechowy)
Ø Blaszka właściwa błony śluzowej
Tkanka łączna właściwa, z dużą
ilością włókien elastycznych,
liczne limfocyty rozproszone i grudki
chłonne ® MALT , komórki
plazmatyczne (IgA)
v Błona podśluzowa
Ø Gruczoły tchawicze (śluzowe
oraz nieliczne komórki surowicze
Ø Chrząstki tchawicy
v Przydanka
Nabłonek tchawicy
*
*
*
Nabłonek tchawicy – wielorzędowy migawkowy walcowaty
ØKomórki walcowate z migawkami (300 migawek na powierzchni
komórki), w cytoplazmie małe mitochondria – ruch migawek.
ØKomórki kubkowe
ØKomórki 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
ØKomórki podstawne wykazujące aktywność mitotyczną
ØMałe komórki ziarniste
§ komórki neurosekrecyjne produkujące katecholaminy
§ komórki dokrewne produkujące hormony peptydowe (APUD) –
serotonina, peptyd kalcytoninopodobny, bombesyna, somatostatyna)
ØLimfocyty śródnabłonkowe
Zespół nieruchomych rzęsek
Schorzenie, które może przyczyną przewlekłej infekcji
dróg oddechowych u obu płci oraz być powodem
niepłodności u mężczyzn
.
Brak dyneiny.
Drzewo oskrzelowe
Tchawica
Ù
Rozgałęzienie
Jednego oskrzelika końcowego
Oskrzela duże,
wnikają do płuc
Ù
Jednostka funkcjonalna
Gronko płucne
Oskrzela średnie
Ù
Oskrzela małe (wnika do zrazika płuc)
Ù
Oskrzeliki f 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
Ù
Zrazik płucny
Oskrzelik
końcowy
Oskrzelik
oddechowy
Miocyty
gładkie
Przewód
pęcherzykow
y
Ù
Oskrzeliki oddechowe
Ù
Przewodziki pęcherzykowe
kończą się ślepo
lub
Ù
Miejsca, gdzie zachodzi
wymiana gazowa
Pęcherzyki płucne
Oskrzeliki końcowe
Woreczki
pęcherzykowe
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:
ü chrząstka ma przebieg mniej regularny (płytki chrzęstne)
ü pojawiają się miocyty gładkie
ü w miarę ubywania chrząstki pojawiają się liczne włókna sprężyste
ü w oskrzelikach małych nabłonek wielorzędowy staje się niższy
ü zawierają tkankę limfoidalną (BALT)
BALT
Drzewo oskrzelowe
Oskrzeliki
ü Nabłonek jednowarstwowy walcowaty
ü Wzrost zawartości mięśni gładkich i włókien sprężystych
ü Rozdzielenie wiązek mięśni tkanką łączną
ü 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
Oskrzeliki końcowe
Drzewo oskrzelowe
Oskrzeliki oddechowe
Komórka Clary
Przejście części przewodzącej w okolicę oddechową.
ØUrzęsiony nabłonek sześcienny i komórki Clary
ØMięśnie gładkie i włókna elastyczne
Przewody oddechowe
Woreczki pęcherzykowe
Pęcherzyki płucne – woreczki powietrzne, stanowiące główne miejsce wymiany gazowej
W normalnym, zdrowym płucu jest 150 – 200 milionów pęcherzyków.
Stanowi przestrzeń f ok. 250mm. Połączenie pomiędzy pęcherzykami
stanowią pory o f 1-12mm (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.
Pęcherzyki płucne
Nabłonek pęcherzyków płucnych (nabłonek oddechowy):
Ø pneumocyty typu I
Ø pneumocyty typu II
Ø pneumocyty III (chemoreceptory?)
Typu II
Typu I
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.
Ciała
wieloblaszkowe
II
Mikrokosmki
Funkcja: produkcja surfaktantu
Pneumocyty typu II i surfaktant
v 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
v Po uwolnieniu, surfaktant tworzy warstwę pokrywającą wewnętrzną powierzchnię
pęcherzyka - warstwa hydrofilna zwrócona jest do powierzchni komórek, hydrofobowa na
zewnątrz
v Surfaktant: obniża napięcie powierzchniowe, zapobiega zapadaniu się pęcherzyków podczas
wydechu i ułatwia ich poszerzanie w trakcie wdechu
v Ułatwia dyfuzję gazów przez fazę powietrze-płyn
v Działa bakteriobójczo
Ciała wieloblaszkowate
Makrofagi pęcherzykowe
Makrofag pęcherzykowy
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.
ü Podobne do makrofagów innych tkanek
ü Mają zdolność do ruchu
ü Mogą proliferować (tylko kilka podziałów)
ü Po fagocytozie opuszczają światło pęcherzyka ® oskrzeliki
® gardło
ü w czasie wędrówki mogą nadal pełnić swą funkcję
ü 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.
Bariera krew-powietrze
Pneumocyt typu I
Surfaktant
Surfaktant
Kapilara
śródbłonek
Pneumocyt
typu II
Wspólna
łona
podstawna
Przegroda
Ø Cytoplazma pneumocyta typu I
Ø Błona podstawna (powstaje drogą fuzji błony podstawnej pneumocytów i komórek śródbłonka
Ø Cytoplazma komórek śródbłonka
Ø Błona erytrocytu
Przegroda międzypęcherzykowa (Interstycjum)
Monocyt
Makrofag pęcherzykowy przechodzący
przez por Kohna
*
Pneumocyt
typu I
Naczynie
Zlane błony
podstawne
pneumocyta I
i śródbłonka
Przegroda pęcherzykowa:
ü pojedyncze fibrocyty
ü nieliczne makrofagi
ü wędrujące leukocyty
ü liczne włókna sprężyste
ü włókna kolagenowe
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.
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
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.
Ø Cząsteczki większe niż 10 mm są wychwytywane w jamie nosa
Ø Cząsteczki 2 – 10 mm są wychwytywane przez śluz zlokalizowany na
powierzchni nabłonka oddechowego
Mechanizmy niespecyficzne
Ø Mniejsze cząsteczki są usuwane przez makrofagi pęcherzykowe
Ø Procesy immunologiczne - BALT
Przełyk
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.
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 lewy
górny
Płat prawy górny
P
L
Pączki
płucne
5. tydzień
Płat prawy
środkowy
Płat lewy
dolny
6. tydzień
8. tydzień
Tchawica
Opłucna trzewna
Jama opłucnej
Oskrzelik
oddechowy
Naczynia
Krwionośne
włosowate
Oskrzele
Cienki
płaski
nabłonek Płaska komórka
śródbłonka naczynia
włosowatego
Nabłonek
sześcienny
Opłucna
ścienna
15- 25 tydz
Oskrzelik
oddechowy
Cienki nabłonek
płaski
Tkanka płucna
noworodka
Oskrzelik oddechowy
Koniec 6
początek
7 m-ca
Stadium woreczków pęcherzykowych
Stadium kanalikowe (od 15 –
lub pęcherzyków pierwotnych
do 25 tygodnia)
Cienkie komórki wchodzą w kontakt
Oskrzeliki wysłane nabłonkiem z naczyniami – pęcherzyki pierwotne. Duża
1w-wym walcowatym, naczynia ilość naczyń – dobra wymiana gazowa
w bliskim sąsiedztwie.
(dojrzałość morfologiczna) , obecność
surfaktantu
(dojrzałość
biochemiczna)
pozwala na przeżycie wcześniaków.
Naczynie krwionośne
włosowate
Dojrzały pęcherzyk
Nabłonek
sześcienny
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
ØRóżnicowanie się komórek wydzielających surfaktant w nabłonku endodermalnym - pod
wpływem mezenchymy.
ØMorfologiczne 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.
ØWytwarzanie surfaktantu stymuluje EGF
ØIlość surfaktantu zwiększa się znacznie krótko przed porodem – glikokortykosteroidy
wydzielane przed porodem przez nadnercza płodowe.
ØWraz z płynem płucnym dostaje się do płynu owodniowego i krąży w płynach płodowych.
Płyn płucny.
ØWypełnia płuca - częściowe rozciągnięcie pęcherzyków płucnych, zapobieganie zapadaniu.
ØWytwarzanie: endodermalne komórki (bezrzęskowe) nabłonka oskrzeli, oskrzelików,
pneumocyty typu II.
ØSkład: białka, surfaktant, elektrolity – zbliżony do osocza krwi, podobne ciśnienie
osmotyczne i pH. Zmienia się pod koniec życia płodowego.
ØKrążenie: miesza się z płynem owodni (w gardzieli) i krąży między owodnią, przewodem
pokarmowym i płucami.
ØResorpcja 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.
v Rozwój pęcherzyków zależy również od ciśnienia hydrostatycznego
Płuca wcześniaków, płodów martwo urodzonych i zdrowych
noworodków
Zespół niedomogi oddechowej (RDS – Respiratory Distress Syndrome)
q 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
q U płodów martwo urodzonych płyn płuc nie jest resorbowany
(płuca po umieszczeniu na powierzchni wody ulegają zatopieniu).
q Wzrost płuc po urodzeniu jest wynikiem zwiększenia liczby oskrzelików i pęcherzyków,
a tylko w niewielkim stopniu wynikiem zwiększenia wielkości pęcherzyków.
q Płuca noworodka zawierają 1/6 liczby pęcherzyków płuca dorosłych. Pozostałe pęcherzyki
powstają w czasie pierwszych 10. lat życia po urodzeniu.
Wady rozwojowe płuc
Ø Ślepo zakończona tchawica bez płuc
Ø Brak jednego płuca
Ø Zaburzenia dychotomicznych podziałów
oskrzeli (nadliczbowe płaciki)
Ø Ektopowe płaty płuc (dodatkowe pączki
oddechowe jelita przedniego)
Ø Wrodzone torbiele płuca (rozszerzenia
końcowych lub większych oskrzeli)
Połączenie
przełyku
z tchawicą