PĽÚCNE ALVEOLY: CHARAKTERISTIKA, FUNKCIE, ANATÓMIA - ANATÓMIA A FYZIOLÓGIA - 2024

Tieto pľúcne mechúriky sú malé vačky umiestnené v pľúcach cicavcov, obklopený sieť krvných kapilár. Pod mikroskopom v alveole je možné rozlíšiť lúmen alveoly a jej steny, tvorený epitelovými bunkami.

Obsahujú tiež spojivové tkanivové vlákna, ktoré im dodávajú charakteristickú elasticitu. Ploché bunky typu I a bunky v tvare kocky typu II sa dajú rozlíšiť v alveolárnom epiteli. Jeho hlavnou funkciou je sprostredkovanie výmeny plynu medzi vzduchom a krvou.

Keď dýchací proces nastáva, vzduch vstupuje do tela cez priedušnicu, kde putuje do celého radu tunelov v pľúcach. Na konci tejto zložitej siete rúrok sú alveolárne vaky, kde vzduch vstupuje a je prijímaný krvnými cievami.

Už v krvi je kyslík vo vzduchu oddelený od ostatných zložiek, napríklad oxidu uhličitého. Táto posledná zlúčenina sa vylučuje z tela pomocou výdychového procesu.

Všeobecné charakteristiky

Vo vnútri pľúc sa nachádza špongiovité textúrované tkanivo tvorené pomerne vysokým počtom pľúcnych alveol: od 400 do 700 miliónov v dvoch pľúcach zdravého dospelého človeka. Alveoly sú vakovité štruktúry pokryté vnútorne lepivou látkou.

U cicavcov obsahuje každá pľúca milióny alveol úzko spojených s vaskulárnou sieťou. U ľudí, oblasť pľúc sa pohybuje medzi 50 a 90 m ² a obsahuje 1000 km krvných kapilár.

Tento vysoký počet je nevyhnutný na zaistenie požadovaného príjmu kyslíka, a teda na splnenie vysokého metabolizmu cicavcov, najmä v dôsledku endotermie skupiny.

Dýchací systém u cicavcov

Vzduch vstupuje nosom, konkrétne nosnými dierkami; To prechádza do nosnej dutiny a odtiaľ do vnútorných nosných dierok pripojených k hltanu. Tu sa zbiehajú dve cesty: dýchacie a zažívacie.

Glottis sa otvára hrtanu a potom priedušnici. Je rozdelená do dvoch priedušiek, jedna v každej pľúcach; priedušiek sa rozdelí na priedušky, ktoré sú menšie trubice a vedú k alveolárnym kanálikom a alveolám.

Vlastnosti

Hlavnou funkciou alveol je umožniť výmenu plynov, ktorá je nevyhnutná pre dýchacie procesy, umožnenie prenosu kyslíka do krvného riečišťa do tkanív tela.

Rovnakým spôsobom sa pľúcne alveoly podieľajú na odstraňovaní oxidu uhličitého z krvi počas inhalačných a exhalačných procesov.

anatómia

Alveoly a alveolárne kanáliky pozostávajú z veľmi tenkého jednovrstvového endotelu, ktorý uľahčuje výmenu plynov medzi vzduchom a krvnými kapilárami. Majú približný priemer 0,05 a 0,25 mm, obklopené kapilárnymi slučkami. Majú zaoblený alebo viacstenný tvar.

Medzi každým po sebe idúcim alveolom je medzistavcové septum, ktoré je spoločnou stenou medzi nimi. Hranica týchto septa tvorí bazálne krúžky tvorené bunkami hladkého svalstva a pokryté jednoduchým kvádrovým epitelom.

Vo vonkajšej časti alveolu sú krvné kapiláry, ktoré spolu s alveolárnou membránou tvoria alveolus-kapilárnu membránu, oblasť, v ktorej dochádza k výmene plynov medzi vzduchom, ktorý vstupuje do pľúc, a krvou v kapilároch.

Vďaka ich zvláštnej organizácii pľúcne alveoly pripomínajú plást. Z vonkajšej strany sú tvorené stenou epitelových buniek nazývaných pneumocyty.

Spolu s alveolárnou membránou sú bunky zodpovedné za obranu a čistenie alveol, nazývané alveolárne makrofágy.

Typy buniek v alveolách

Štruktúra alveol bola v literatúre široko opísaná a zahŕňa nasledujúce typy buniek: typ I, ktorý sprostredkúva výmenu plynov, typ II so sekrečnými a imunitnými funkciami, endoteliálne bunky, alveolárne makrofágy, ktoré sa zúčastňujú na obranné a intersticiálne fibroblasty.

Bunky typu I

Bunky typu I sú charakterizované tým, že sú neuveriteľne tenké a ploché, pravdepodobne na uľahčenie výmeny plynu. Nachádzajú sa približne v 96% povrchu alveol.

Tieto bunky exprimujú významný počet proteínov, vrátane T1-a, aquaporínu 5, iónových kanálov, adenozínových receptorov a génov na rezistenciu na rôzne liečivá.

Problémy s izoláciou a kultiváciou týchto buniek bránili ich hĺbkovému štúdiu. Zvýšila sa však možná funkcia homošézy v pľúcach, ako napríklad transport iónov, voda a účasť na kontrole bunkovej proliferácie.

Spôsob, ako prekonať tieto technické ťažkosti, je štúdium buniek alternatívnymi molekulárnymi metódami, ktoré sa nazývajú DNA microarrays. Použitím tejto metodológie bolo možné dospieť k záveru, že bunky typu I sa tiež podieľajú na ochrane pred oxidačným poškodením.

Bunky typu II

Bunky typu II majú tvar kvádra a sú zvyčajne umiestnené v rohoch alveol u cicavcov, nachádzajú sa iba v 4% zostávajúceho alveolárneho povrchu.

Medzi jeho funkcie patrí produkcia a sekrécia biomolekúl, ako sú proteíny a lipidy, ktoré tvoria pľúcne povrchovo aktívne látky.

Pľúcne povrchovo aktívne látky sú látky zložené hlavne z lipidov a malej časti bielkovín, ktoré pomáhajú znižovať povrchové napätie v alveolách. Najdôležitejším je dipalmitoylfosfatidylcholín (DPPC).

Bunky typu II sa podieľajú na imunitnej obrane alveol, vylučujú rôzne typy látok, ako sú napríklad cytokíny, ktorých úlohou je získavanie zápalových buniek v pľúcach.

Ďalej sa na niekoľkých zvieracích modeloch ukázalo, že bunky typu II sú zodpovedné za udržiavanie alveolárneho priestoru bez tekutín a sú tiež zapojené do transportu sodíka.

Intersticiálne fibroblasty

Tieto bunky sú v tvare vretena a vyznačujú sa dlhými aktínovými extenziami. Jeho funkciou je sekrécia bunkovej matrice v alveole na udržanie jej štruktúry.

Rovnakým spôsobom môžu bunky riadiť tok krvi a podľa potreby ho znižovať.

Alveolárne makrofágy

Alveoly obsahujú bunky s fagocytárnymi vlastnosťami odvodenými od krvných monocytov nazývaných alveolárne makrofágy.

Tieto látky sú zodpovedné za elimináciu cudzích častíc fagocytózou, ktoré vstúpili do alveol, napríklad prachu alebo infekčných mikroorganizmov, ako je napríklad Mycobacterium tuberculosis. Okrem toho pohlcujú krvné bunky, ktoré by mohli v prípade zlyhania srdca vstúpiť do alveol.

Vyznačujú sa hnedou farbou a radom rôznych rozšírení. V cytoplazme týchto makrofágov je dosť hojný lyzozóm.

Počet makrofágov sa môže zvýšiť, ak má telo ochorenie súvisiace so srdcom, ak jednotlivec používa amfetamíny alebo cigarety.

Kohnove póry

Ide o sériu pórov umiestnených v alveolách nachádzajúcich sa v medzalveolárnych priečkach, ktoré navzájom komunikujú jeden alveol a umožňujú medzi nimi cirkuláciu vzduchu.

Ako prebieha výmena plynu?

Výmena plynov medzi kyslíka (O ₂ ) a oxid uhličitý (CO ₂ ) je primárnym účelom pľúc.

Tento jav sa vyskytuje v pľúcnych alveolách, kde sa krv a plyn stretávajú v minimálnej vzdialenosti približne jeden mikrón. Tento proces vyžaduje dva správne prečerpávané kanály alebo kanály.

Jedným z nich je vaskulárny systém pľúc poháňaný pravou oblasťou srdca, ktorý posiela zmiešanú venóznu krv (tvorenú venóznou krvou zo srdca a iných tkanív prostredníctvom žilového návratu) do oblasti, kde sa vyskytuje výmenou.

Druhým kanálom je trachebronchiálny strom, ktorého vetranie je riadené svalmi zapojenými do dýchania.

Preprava akéhokoľvek plynu sa spravidla riadi hlavne dvoma mechanizmami: prúdením a difúziou; prvý je reverzibilný, zatiaľ čo druhý nie.

Výmena plynu: čiastočné tlaky

Pri vstupe vzduchu do dýchacieho systému sa mení jeho zloženie a stáva sa nasýteným vodnou parou. Po dosiahnutí alveol sa vzduch zmieša so vzduchom, ktorý zostal z predchádzajúceho dýchacieho kruhu.

Vďaka tejto kombinácii stúpa parciálny tlak kyslíka a tlak oxidu uhličitého. Pretože parciálny tlak kyslíka je vyšší v alveolách ako v krvi, ktorá vstupuje do kapilár pľúc, kyslík vstupuje do kapilár difúziou.

Podobne je parciálny tlak oxidu uhličitého vyšší v kapilároch pľúc v porovnaní s alveolmi. Preto oxid uhličitý prechádza do alveol jednoduchým difúznym procesom.

Transport plynov z tkanív do krvi

Kyslík a významné množstvo oxidu uhličitého sú prenášané „respiračnými pigmentmi“ vrátane hemoglobínu, ktorý je najobľúbenejší medzi skupinami stavovcov.

Krv zodpovedná za prenos kyslíka z tkanív do pľúc musí tiež prenášať oxid uhličitý späť z pľúc.

Oxid uhličitý sa však môže prenášať inými spôsobmi, môže sa prenášať krvou a rozpúšťať sa v plazme; okrem toho sa môže šíriť do krvných erytrocytov.

V erytrocytoch sa väčšina oxidu uhličitého premieňa enzýmom karboanhydrázou na kyselinu uhličitú. Reakcia nastáva nasledovne:

CO ₂ + H ₂ O ↔ H ₂ CO ₃ ↔ H ⁺ + HCO ₃ ^-

Vodíkové ióny z reakcie sa kombinujú s hemoglobínom za vzniku deoxyhemoglobínu. Toto spojenie zabraňuje náhlemu poklesu pH v krvi; súčasne dochádza k uvoľňovaniu kyslíka.

Hydrogénuhličitan ióny (HCO ₃ ^- ) opustiť erytrocytov prostredníctvom výmeny na ióny chlóru. Na rozdiel od oxidu uhličitého môžu ióny hydrogénuhličitanu zostať v plazme vďaka svojej vysokej rozpustnosti. Prítomnosť oxidu uhličitého v krvi by spôsobila podobný vzhľad ako nápoj sýtený oxidom uhličitým.

Transport plynov z krvi do alveol

Ako je naznačené šípkami v oboch smeroch, vyššie opísané reakcie sú reverzibilné; to znamená, že produkt sa môže znova stať pôvodnými reaktantmi.

Hneď ako krv dosiahne pľúca, bikarbonát znovu vstúpi do krvných buniek. Rovnako ako v predchádzajúcom prípade, aby ión hydrogenuhličitanu vstúpil, musí ión chlóru opustiť bunku.

V tomto čase prebieha reakcia v opačnom smere pri katalýze enzýmu karboanhydráza: hydrogenuhličitan reaguje s vodíkovým iónom a premieňa sa späť na oxid uhličitý, ktorý difunduje do plazmy a odtiaľ do alveol.

Nevýhody výmeny plynu v pľúcach

Výmena plynu sa uskutočňuje iba v alveolách a alveolárnych kanáloch, ktoré sú umiestnené na konci rúrových ramien.

Z tohto dôvodu môžeme hovoriť o „mŕtvom priestore“, kde vzduch prechádza do pľúc, ale nedochádza k výmene plynu.

Ak to porovnáme s inými skupinami zvierat, ako sú ryby, majú veľmi efektívny jednosmerný systém výmeny plynov. Podobne majú vtáky systém vzduchových vakov a parabronchi, v ktorých dochádza k výmene vzduchu, čo zvyšuje účinnosť procesu.

Ľudská ventilácia je taká neefektívna, že pri novej inšpirácii je možné vymeniť iba jednu šestinu vzduchu, pričom zvyšok vzduchu zostáva v pľúcach.

Patológie spojené s alveolmi

Pľúcny epfyzém

Tento stav spočíva v poškodení a zápale alveol; v dôsledku toho telo nie je schopné prijímať kyslík, spôsobuje kašeľ a sťažuje regeneráciu dychu, najmä počas fyzických aktivít. Jednou z najbežnejších príčin tejto patológie je fajčenie.

Zápal pľúc

Pneumónia je spôsobená bakteriálnou alebo vírusovou infekciou v dýchacích cestách a spôsobuje zápalový proces s prítomnosťou hnisu alebo tekutín vo vnútri alveol, čím bráni prijímaniu kyslíka a spôsobuje vážne problémy s dýchaním.

Referencie

1. Berthiaume, Y., Voisin, G., & Dagenais, A. (2006). Bunky alveolárneho typu I: nový rytier alveoly? The Journal of Physiology, 572 (Pt 3), 609 - 610.
2. Butler, JP, a Tsuda, A. (2011). Transport plynov medzi prostredím a alveolmi - teoretické základy. Comprehensive Physiology, 1 (3), 1301–1316.
3. Castranova, V., Rabovský, J., Tucker, J. H. & Miles, PR (1988). Alveolárna epitelová bunka typu II: multifunkčný pneumocyt. Toxikológia a aplikovaná farmakológia, 93 (3), 472–483.
4. Herzog, EL, Brody, AR, Colby, TV, Mason, R. a Williams, MC (2008). Známe a neznáme Alveolus. Zborník americkej hrudnej spoločnosti, 5 (7), 778 - 782.
5. Kühnel, W. (2005). Farebný atlas cytológie a histológie. Panamerican Medical Ed.
6. Ross, MH, a Pawlina, W. (2007). Histológie. Textový a farebný atlas s bunkovou a molekulárnou biológiou. 5aed. Panamerican Medical Ed.
7. Welsch, U. a Sobotta, J. (2008). Histológie. Panamerican Medical Ed.