Ανατομία dsfsf dsfsf Αναπνευστικό Σύστημα dsfsf Ελευθερία Θωμαΐδου ,Pt

Structure and function of the respiratory system

Μαθησιακά Αποτελέσματα Ποιες είναι οι κύριες δομές του αναπνευστικού συστήματος; Ποιος είναι ο μηχανισμός της αναπνοής; Αναπνευστικοί όγκοι και χωρητικότητες; Ρύθμιση του πνευμονικού αερισμού;

Αναπνοή http://www.youtube.com/watch?v=hc1YtXc_84A&hd=1

An overview Respiration Internal respiration External respiration Pulmonary ventilation Gas exchange between lung air spaces and blood Transportation of O2 and CO2 by the blood Gas exchange between the blood and tissues

An overview (1) External Respiration Oxygenated blood Deoxygenated blood Fig. 16.1 Stanfield

An overview (2) Internal Respiration Oxygenated blood Deoxygenated blood Fig. 16.1 Stanfield

Ανατομικά στοιχεία του αναπνευστικού συστήματος

Τα ανατομικά στοιχεία του αναπνευστικού συστήματος είναι: ο λάρυγγας η τραχεία Οι βρόγχοι και Οι πνεύμονες

The Upper Respiratory Tract

Anatomy of the RS Lungs: location; 3 lobes right and 2 left Upper airways: air passages in the head and neck: Nasal cavity and/or oral cavity Pharynx: a muscular tube for both food and air Respiratory tract: Larynx (vocal cords); (Glottis; Epiglottis) Conducting zone Respiratory zone Structure of the thoracic cavity

Ο λάρυγγας ο λάρυγγας βρίσκεται κάτω από το υοειδές οστούν, αντίστοιχα στους 4ο – 5ο – 6ο αυχενικούς σπονδύλους και εκβάλλει προς τα πάνω μεν στο φάρυγγα και προς τα κάτω στην τραχεία.

The Lower Respiratory Tract

Η τραχεία και οι βρόγχοι Η τραχεία είναι σωλήνας ινοχόνδρινος μήκους 10- 11 εκ. που αρχίζει από το ύψος του 6 ου αυχενικού σπονδύλου και τελειώνει με το διχασμό της στους δύο βρόγχους στο ύψος του 4ου θωρακικού σπονδύλου. Αποτελείται από 16-20 χόνδρινα ημικρίκια τα οποία ενώνονται μεταξύ των με τους μεσοκρίκιους συνδέσμους Ο αυλός της τραχείας είναι πάντα ανοικτός για τη δίοδο του αέρα το δε εσωτερικό της τοίχωμα καλύπτεται από βλεννογόνο

Η τραχεία και οι βρόγχοι Στο ύψος του 4ου θωρακικού σπονδύλου η τραχεία χωρίζεται στο δεξιό και τον αριστερό βρόγχο. Στο σημείο του διχασμού της ο βλεννογόνος σχηματίζει μία πτυχή που λέγεται τροπίς η οποία στενεύει και αποκλίνει ελαφρά το στόμιο του αριστερού βρόγχου. Για το λόγο αυτό εάν μπει ένα ξένο σώμα στην τραχεία κατευθύνεται συχνότερα προς το δεξιό βρόγχο Μετά την είσοδό τους στους πνεύμονες οι βρόγχοι χωρίζονται σε λοβαίους βρόγχους, που εξυπηρετούν ο καθένας , τον αντίστοιχο λοβό του πνεύμονα

Οι πνεύμονες Το κύτος του θώρακα διαιρείται με τα δύο πέταλα του υπεζωκότα σε 3 κοιλότητες( τη μέση ή μεσοπνευμόνιο και τις δύο κοιλότητες του υπεζωκότα. Οι πνεύμονες είναι δύο ,περικλείονται μέσα στις κοιλότητες του υπεζωκότα και αποτελούν το κύριο όργανο του αναπνευστικού συστήματος όπου γίνονται η ανταλλαγή αερίων, δηλαδή η πρόσληψη του οξυγόνου και η αποβολή του διοξειδίου του άνθρακα από τον οργανισμό

Κάθε πνεύμονες έχει σχήμα ατελούς κώνου του οποίου διακρίνουμε κορυφή, κάτω ή διαφραγματική επιφάνεια ,έξω ή πλευρική επιφάνεια και έσω ή μεσοπνευμόνια επιφάνεια Και 2 χείλη το πρόσθιο και το κάτω

Οι βάσεις και των δύο πνευμόνων ακουμπούν στους θόλους του διαφράγματος. ΔΕΞΙΑ ΑΡΙΣΤΕΡΑ Στο δεξιό λοβό του ήπατος στο στομάχι και το σπλήνα

Στη μεσοπνευμόνια επιφάνεια παρατηρούμε, προς το μέσο της τις πύλες του πνεύμονα από τις οποίες μπαίνουν σ’ αυτόν ο σύστοιχος βρόγχος, ο κλάδος της πνευμονικής αρτηρίας, οι βρογχικές αρτηρίες και τα νεύρα και βγαίνουν από αυτόν οι δύο πνευμονικές φλέβες και τα λεμφαγγεία με τα λεμφογάγγλια

Λοβοί των πνευμόνων ΔΕΞΙΟΣ ΠΝΕΥΜΟΝΑΣ Χωρίζεται με δύο μεσολόβιες σχισμές σε τρείς λοβούς (ανω – μέσο – κάτω) ΑΡΙΣΤΕΡΟΣ ΠΝΕΥΜΟΝΑΣ Χωρίζεται με μία μεσολόβια σχισμή σε δύο λοβούς( άνω και κάτω)

Lobes of the lung

Η μεσοπνευμόνια επιφάνεια χωρίζεται ατελώς με τον πνευμονικό συνδεσμο( πτυχή υπεζωκότα) σε δύο μοίρες την πρόσθια και τη οπίσθια Στην πρόσθια μοίρα υπάρχει ο καρδιακός βόθρος( θέση καρδιάς)

Lobes of the lung – surface anatomy Importance of listening to posterior chest – for lower lobes

ΒΡΟΓΧΙΚΟ ΔΕΝΤΡΟ ΒΡΟΓΧΟΙ ΑΝΙΩΝ ΚΛΑΔΟΣ ΑΝΩ ΛΟΒΟΣ -> ΣΤΕΛΕΧΙΑΙΟΣ- > 3 ΤΜΗΜΑΤΙΚΟΙ ΜΕΣΟΣ ΛΟΒΟΣ->ΣΤΕΛΕΧΙΑΙΟΣ-> 2 ΤΜΗΜΑΤΙΚΟΙ ΔΕΞΙΑ ΚΑΤΩ ΛΟΒΟΣ ->ΣΤΕΛΕΧΙΑΙΟΣ-> 5 ΤΜΗΜΑΤΙΚΟΙ ΒΡΟΓΧΟΙ ΑΝΙΩΝ ΚΛΑΔΟΣ ΑΝΩ ΛΟΒΟΣ-> ΣΤΕΛΕΧΙΑΟΣ ΚΑΤΙΩΝ ΚΛΑΔΟΣ ΑΡΙΣΤΕΡΑ ΚΑΤΩ ΛΟΒΟΣ->ΣΤΕΛΕΧΙΑΙΟΣ-> 4 ΤΜΗΜΑΤΙΚΟΙ ΒΡΟΓΧΙΚΟ ΔΕΝΤΡΟ

Οι τμηματικοί κλάδοι των βρόγχων με τη συστηματική τους απόσχιση καταλήγουν στα τελικά βρόγχια ή βρογχιόλια και αυτά σε κυψελωτούς πόρους, των οποίων το τοίχωμα αποτελείται από πυκνές κυψελίδες Στις κυψελίδες καταλήγει τελικά ο εισπεόμενος αέρας όπου έρχεται σε επικοινωνία με τα τριχοειδή αγγεία ( ανταλλαγή αερίων)

Functions of the lung Means of gas exchange between the external environment and the body Replacing O2 Removing CO2 Regulation of acid-base balance Ventilation Mechanical process of moving air into and out of lungs Diffusion Random movement of molecules from an area of high concentration to an area of lower concentration

Αγγεία του πνεύμονα Κάθε πνεύμονας έχει δύο είδη αιμοφόρων αγγείων: Κάθε πνεύμονας έχει δύο είδη αιμοφόρων αγγείων: Τα πνευμονικά ( μικρή κυκλοφορία) και Τα βρογχικά για τη θρέψη του πνευμονικού ιστού

Πνευμονικά αγγεία Τα πνευμονικά αγγεία είναι : Η πνευμονική αρτηρία με την οποία έρχεται το φλεβικό αίμα από τη δεξιά κοιλία και δύο πνευμονικές φλέβες που μεταφέρουν το οξυγονωθέν στους πνεύμονες αίμα στον αριστερό κόλπο της καρδιάς

Οι πνευμονικές αρτηρίες( δεξιά και αριστερή) μπαίνουν στους πνεύμονες από τις πύλες των και ακολουθούν τις πορείες και διακλαδώσεις των βρόγχων μέχρι του τελικού τμήματος των( κυψελίδες) Η αριστερή πνευμονική αρτηρία συνδέεται με το αορτικό τόξο με δεσμίδα ινώδους συνδέσμου( αρτηριακός σύνδεσμος) Τα βρογχικά αγγεία είναι οι βρογχικές αρτηρίες και φλέβες

Νεύρα Τα νεύρα των πνευμόνων προέρχονται από το ΑΝΣ και είναι κλάδοι του συμπαθητικού( διαστολή βρόγχων- σύσπαση αγγείων) και του παρασυμπαθητικού ( σπασμός βρόγχων- διαστολή αγγείων)

Υπεζωκότας Ο υπεζωκότας είναι ένας υμένας που παρουσιάζει δύο πέταλα. Το ένα καλύπτει από μέσα το τοίχωμα της θωρακικής κοιλότητας και λέγεται τοιχωματικό ή περίτονο και το άλλο καλύπτει τον πνεύμονα και λέγεται περισπλάχνιο ή πνευμονικό

Το περισπλάχνιο πέταλο καλύπτει όλο σχεδόν τον πνεύμονα εκτός της περιοχής των πυλών κάτω από τις οποίες σχηματίζει τον πνευμονικό σύνδεσμο. Η σύστασή του είναι ένα πολύ λεπτό στρώμα συνδετικού ιστού , ελαστικών ινών και πλακώδους επιθηλίου

Any questions

Respiratory tract Diameter (mm) 20-25 12-16 Conducting zone 1-12 0.5-1 Respiratory zone Diameter (mm) 20-25 12-16 1-12 0.5-1 < 0.5 0.3 diameter & cartilage smooth muscle Fig. 16.3 Stanfield

Functions of the conducting zone Provide a passageway for air to enter the respiratory zone Holds ‘dead space’ (~150 ml) Adjust air temperature Humidify air

Structure of the respiratory zone Respiratory bronchioles Alveolar ducts Alveoli (alveolus) Alveolar sacs (in cluster)

Structure of the respiratory zone terminal bronchiole alveolar duct sacs respiratory bronchiole capillary network alveoli (a) (b) Fig. 16.5 Standfield

Function of the respiratory zone Gas exchange between air and blood Location – respiratory membrane Mechanism – by simple diffusion

Structure of the thoracic cavity lung intercostal muscle rib lung intercostal muscles pleural sac visceral pleura parietal pleura diaphragm intrapleural space pleural sac Chest wall (rib cage, sternum, thoracic vertebrae, connective tissue, intercostal muscles) Fig. 16.7 Stanfield

Pulmonary Pressures Pressure within the lungs is called intrapulmonary, or intra-alveolar, pressure. Between breaths = atmospheric pressure (760 mmHg) Inspiration = the volume of the thoracic cavity ↑ causing intrapulmonary pressure to ↓ below atmospheric pressure. This is also known as a negative pressure. Since air moves from areas of high to low air pressure, air flows into the lungs.

Pulmonary Pressures Intrapleural pressure – the pressure within the pleural cavity Intrapleural pressure – always negative, which acts like a suction to keep the lungs inflated Three main factors: 1. The surface tension of the alveolar fluid. This tends to pull each of the alveoli inward and therefore pulls the entire lung inward.   Surfactant reduces this force.

Pulmonary Pressures 2. The elasticity of the lungs. The abundant elastic tissue in the lungs tends to recoil and pull the lung inward. As the lung moves away from the thoracic wall, the cavity becomes slightly larger.   3. The elasticity of the thoracic wall. The elastic thoracic wall pulls away from the lung, further enlarging the pleural cavity and creating this negative pressure.  

Pulmonary pressures at rest Patm 760 mmHg (0 as ref) chest wall pleural sac Pip 756 mmHg (-4 rel) Palv 760 mmHg (0 rel) lung pleural sac Chest wall FRC diaphragm Palv = 0 mmHg Pip = - 4 mmHg Fig. 16.8 Germann

Inspiration and expiration Inspiratory is active – muscles contract under nerve control Normal (quiet) expiration is passive Forceful expiration involves contraction of expiratory muscles (active expiration)

Muscles of ventilation Inspiration Expiration Fig. 16.11 Stanfield

Mechanics of breathing Movement of air occurs via bulk flow Movement of molecules due to pressure difference Inspiration Diaphragm pushes downward, ribs lift outward External intercostal muscles contract  Volume of lungs increases Intrapulmonary pressure lowered Expiration Diaphragm relaxes, ribs pulled downward Volume of lungs decreases Intrapulmonary pressure raised

Changes in alveolar pressure & volume Inspiration Expiration Intra-alveolar pressure (mm Hg relative to Patm) Breath volume (l) Fig. 16.10 Germann

Lung compliance The change in lung volume that results from a given transpulmonary pressure It depends on: The elasticity of the lungs (elastic fibres) The surface tension of the fluid lining the alveoli (the work required to  surface area)

Airway resistance Total resistance of the airway Regulated by: Smooth muscle in the walls of the bronchioles Extrinsic (neural, hormonal) Intrinsic (O2, CO2) Diseases: Asthma and COPD (chronic obstructive pulmonary diseases)

Airway resistance

Airway resistance

Effects of airway R Patm - Palv Air flow = ————— R Airway resistance  (eg. asthma) Same change in volume Bigger change in pressure Or airway resistance ↓ Same change in pressure Smaller change in volume

Lung volumes and capacities (1) Tidal volume (VT): the volume of air that moves into and out of the lungs during a single,unforced breath (~ 500 ml) Inspiratory reserve volume (IRV): the maximum volume of air that can be inspired from the end of a normal inspiration (~ 3000 ml) Expiratory reserve volume (ERV): the maximum volume of air that can be expired from the end of a normal expiration (~ 1000 ml) Residual volume (RV): the volume of air remaining in the lungs after a maximum expiration (~1200ml)

Spirometry Spirometry means the measuring of breath Spirometry is a method of assessing lung function by measuring the volume of air someone is able to expel from the lungs after a maximal inspiration Vitalograph is a reliable method of differentiating between obstructive airways disorders (e.g. COPD, asthma)

Spirometry Spirometers produce: a volume-time curve, showing volume (litres) along the Y-axis and time (seconds) along the X-axis a flow-volume loop, which graphically depicts the rate of airflow on the Y-axis and the total volume inspired or expired on the X-axis

Spirometry measurements End of maximum inspiration Lung volumes Lung capacities End of normal inspiration IRV IC VC TLC VT ERV FRC RV End of maximum expiration Fig. 17.17 Germann

Lung volumes and capacities (2) Inspiratory capacity (IC): the maximum volume of air that can be inspired at the end of a resting expiration (VT + IRV) Vital capacity (VC): the maximum volume of air that can be expired following a maximum inspiration (VT + IRV + ERV) Functional residual capacity (FRC): the volume of air remaining in the lungs at the end of a tidal expiration (ERV + RV) Total lung capacity (TLC): the volume of air in the lungs at the end of a maximum inspiration (TLC = VT + IRV + ERV + RV)

Alveolar ventilation Anatomical dead space – non exchanging airways (~30% of breathed in air) Minute ventilation – the total amount of air that flows into or out of the respiratory system in a min = VT x No. of breath/min (respiration rate, or ventilation rate) Alveolar ventilation – the amount of air that reaches the alveoli each minute (exc dead space V) Alveolar ventilation = (VT– DSV) xRR = (500 ml– 150 ml) x12 = 4200 ml/min

Regulation of ventilation Regulation of minute alveolar ventilation (frequency and volume of breaths) to maintain normal PO2 & PCO2 Central regulation Chemoreceptors * - the most important type of sensory input to the control centres Local regulation - effects of PO2 & PCO2 on smooth muscles around arteriole and bronchiole (to regulate the ventilation-perfusion ratio)

Central regulation of ventilation Neural control of breathing by motor neurons Generation of rhythm in the brainstem Peripheral input to respiratory centres

Brain stem respiratory control centres

Chemoreceptors To detect changes in chemical concentrations Central chemoreceptors - neurons located in the medulla oblongata; responding to changes in [H+] (from CO2) in the CerebroSpinal Fluid around them (not sensitive to PO2 ) Peripheral chemoreceptors - specialised sensory cells located in the carotid bodies near the carotid sinus; responding to changes in arterial PO2 (only when it falls < 60 mm Hg) or pH (following changes in PCO2 )

Location of peripheral chemoreceptors Pons Medulla Carotid body Carotid bifurcation Carotid body Carotid sinus baroreceptors Common carotid artery Fig. 17.18 Stanfield

Regulation of minute ventilation Fig. 17.22 Stanfield

Recommended reading Marieb – Essentials of Human Anatomy and Physiology, chapter 13 The respiratory system