Aparatul respiratorAparatul respirator cuprinde căile respiratorii şi plămânii. Căile

respiratorii sunt reprezentate de cavitatea nazală, faringe, laringe, trahee şi bronhii.Căile respiratorii

Cavitatea nazalăCavitatea nazală este formată din două spaţii simetrice numite

fose nazale, situate sub baza craniului şi deasupra cavităţii bucale. Fosele nazale sunt despărţite de septul nazal şi comunică cu exteriorul prin orificiile narinare, iar cu faringele, prin coane. Anterior, fosele nazale prezintă piramida nazală, cu rolul de a le proteja, dar şi cu rol estetic.

În jurul orificiilor narinare sunt muşchi ai mimicii. În interior, fosele sunt acoperite de mucoasa nazală, care are o structură deosebită în partea superioară, la acest nivel aflându-se mucoasa olfactivă, care conţine neuronii bipolari. De la aceste celule pleacă nervii olfactivi. Partea inferioară, numită mucoasa respiratorie, este mai întinsă şi are o vascularizaţie bogată. Are în structura sa un epiteliu cilindric ciliat.

Din cavităţile nazale, aerul trece prin faringe, care reprezintă o răspântie între calea respiratorie şi cea digestivă.

LaringeleEste un organ cu dublă funcţie: respiratorie şi fonatorie.Laringele are formă de trunchi de piramidă triunghiular cu baza

in sus. Baza comunică cu faringele printr-un orificiu, delimitat anterior de epiglotă şi posterior de cartilajele aritenoide. Vârful laringelui se continuă în jos cu traheea.

Laringele este format din cartilaje legate între ele prin ligamente şi articulaţii. Pe cartilaje se prind muşchii laringelui, care sunt striaţi.

Aspectul interior al laringelui. Pe pereţii laterali ai laringelui se află două perechi de pliuri cu direcţie antero-posterioară: două superioare — vestibulare şi două inferioare, corzile vocale, care delimitează orificiul glotic.

Funcţia fonatorie a laringelui. Laringele este organul vorbirii, graţie corzilor vocale. Producerea sunetelor este determinată de apropierea corzilor vocale, care astfel îngreunează glota. Cu cât corzile vocale sunt mai apropiate una de cealaltă sunetele emise sunt mai înalte. Sunetele sunt produse prin vibraţia corzilor vocale la ieşirea aerului din plămâni. Ele vor fi întărite atât de cavităţile toracică, nazale, bucală, cât şi de sinusurile paranazale, care au rol de cutie de rezonanţă. La producerea sunetelor articulate mai participă limba, buzele, dinţii şi vălul palatin. Din combinarea sunetelor articulate rezultă vorbirea.

TraheeaTraheea este un organ în formă de tub care continuă laringele

până la vertebra toracală T4, unde se împarte în cele două bronhii. Are o lungime de 10-12 cm. În structura traheei se întâlneşte schelet fibro-cartilaginos, format din inele cartilaginoase incomplete posterior, la acest nivel existând muşchiul traheal cu fibre musculare netede.

BronhiileLa nivelul vertebrei T4, traheea se împarte în cele două bronhii

principale – dreaptă şi stângă. Aceste bronhii pătrund in plămân prin hil, unde se ramifică intrapulmonar, formând arborele bronşic. Structura bronhiilor principale este asemănătoare traheei, bronhiile principale fiind formate din inele cartilaginoase incomplete posterior.

PlămâniiPlămânii sunt principalele organe ale respiraţiei. Sunt situaţi în

cavitatea toracică, având o capacitatea totală de 5 800 cm3 de aer, cu variaţii individuale. Consistenţa plămânilor este elastică, buretoasă.

Faţa externă a plămânilor este convexă şi vine în raport cu coastele. Pe această faţă se găsesc şanţuri adânci, numite scizuri, care împart plămânii în lobi.

Plămânul drept prezintă două scizuri, care îl împart în trei lobi: superior, mijlociu şi inferior. Plămânul stâng are o singură scizură, care îl împarte în doi lobi: superior şi inferior.

Faţa internă este plană şi vine în raport cu organele din mediastin. Pe această faţă se află hilul pulmonar, pe unde intră sau ies din plămâni vasele, nervii şi bronhia principală.

Baza plămânilor este concavă şi vine în raport cu diafragma. Vârful plămânului depăşeşte în sus prima coastă şi vine în raport cu organele de la baza gâtului.

Structura plămânilor. Plămânii sunt constituiţi din: arborele bronşic, lobuli (formaţiuni piramidale situate la nivelul ultimelor ramificaţii ale arborelui bronşic), ramificaţiile vaselor pulmonare şi bronşice, nervi şi vase limfatice, toate cuprinse în ţesut conjunctiv.

Arborele bronşic. Bronhia principală, pătrunzând în plămân prin hil, se împarte în bronhii lobare, iar acestea, la rândul lor, se împart în bronhii segmentare, care asigură aeraţia segmentelor. Acestea reprezintă unităţi anatomice şi patologice ale plămânilor. Ele au limite, aeraţie, vascularizaţie şi patologie proprii. Plămânul drept are 10 segmente, iar cel stâng, 9. Bronhiile segmentare se divid in bronhiole lobulare, care deservesc lobulii pulmonari, unităţi morfologice ale plămânului de formă piramidală, cu baza spre periferia plămânului şi vârful spre hil. Bronhiolele lobulare, la rândul lor, se ramifică în bronhiole terminale, care se continuă cu bronhiolele respiratorii, de la care pleacă ductele alveolare, terminate prin săculeţi alveolarL Pereţii săculeţilor alveolari sunt compartimentaţi in alveole pulmonare.

Bronhiolele respiratorii, împreună cu formaţiunile derivate din ele – ducte alveolare, săculeţi alveolari şi alveole pulmonare – formează acinii pulmonar. Acinul este unitatea morfo-funcţională a plămânului.

Alveolele pulmonare au forma unui săculeţ mic, cu perete extrem de subţire, adaptat schimburilor gazoase. În jurul alveolelor se găseşte o bogată reţea de capilare, care, împreună cu pereţii alveolelor, formează membrana alveolo-capilară (membrana respiratorie), la nivelul căreia au loc schimburile de gaze dintre alveole şi sânge.

Vascularizaţia plămânilor. Plămânii au o dublă vascularizaţie: nutritivă şi funcţională. Vascularizaţia nutritivă este asigurată de arterele bronşice, din aorta toracală, care aduc la plămân sânge cu

oxigen. Ele intră în plămân prin hil şi însoţesc arborele bronşic. Sângele venos ajunge în sistemul azygos, care se termină în vena cavă superioară. Vascularizaţia nutritivă a plămânului face parte din marea circulaţie. Vascularizaţia funcţională aparţine micii circulaţii. Ea începe prin trunchiul arterei pulmonare care îşi are originea în ventriculul drept. Trunchiul arterei pulmonare aduce la plămân sânge încărcat cu CO2. El se împarte în arterele pulmonare dreaptă şi stângă care, prin ramurile terminale, ajung în jurul alveolelor, cedând CO2. Sângele oxigenat este preluat de venele pulmonare şi transportat în atriul stâng.

PleuraFiecare plămân este învelit de o seroasă numită pleură care

prezintă o foiţă parietală, ce căptuşeşte pereţii toracelui, şi o foiţă viscerală, care acoperă plămânul. Între cele două foiţe există o cavitate virtuală, cavitatea pleurală, în care se află o lamă fină de lichid pleural.

MediastinulEste spaţiul cuprins între cei doi plămâni. Anterior ajunge până la

stern, posterior – până la coloana vertebrală, inferior – până la diafragmă, iar superior comunică larg cu baza gâtului.Fiziologia respiratiei

Respiraţia reprezintă schimbul de oxigen şi dioxid de carbon dintre organism şi mediu. Din punct de vedere funcţional, respiraţia prezintă:

ventilaţia pulmonară — deplasarea aerului în ambele sensuri între alveolele pulmonare şi atmosferă

difuziunea O2 şi CO2 între alveolele pulmonare şi sânge transportul O2 şi CO2 prin sânge şi lichidele organismului

către şi de la celule reglarea ventilaţiei.

1. Ventilaţia pulmonarăCirculaţia alternativă a aerului se realizează ca urmare a

variaţiilor ciclice ale volumului cutiei toracice, urmate de mişcările în acelaşi sens ale plămânilor, solidarizaţi cu aceasta prin intermediul pleurei. Variaţiile ciclice ale volumului aparatului toraco-pulmonar se realizează în cursul a două mişcări de sens opus, definite ca mişcarea inspiratorie şi mişcarea expiratorie.

Mecanica ventilaţiei pulmonareDimensiunile plămânilor pot varia prin distensie şi retracţie în

două moduri: 1. prin mişcările de ridicare şi coborâre ale diafragmului care alungesc

şi scurtează cavitatea toracică2. prin ridicarea şi coborârea coastelor, care determină creşterea şi

descreşterea diametrului antero-posterior al cavităţii toracice. Respiraţia normală, de repaus, se realizează aproape în întregime

prin mişcările din prima categorie. în timpul inspiraţiei, contracţia diafragmei trage în jos faţa bazală a plămânilor. Apoi, în timpul expiraţiei liniştite, diafragma se relaxează, iar retracţia elastică a plămânilor, a peretelui toracic şi a structurilor abdominale comprimă plămânii.

A doua cale de expansionare a plămânilor o reprezintă ridicarea grilajului costal. În poziţia de repaus, acesta este coborât, permiţând sternului să se apropie de coloana vertebrală; când grilajul costal se ridică, acesta proiectează înainte sternul, care se îndepărtează de coloana vertebrală, ceea ce măreşte diametrul antero-posterior cu aproximativ 20% în inspiraţia maximă faţă de expiraţie. Muşchii care determină ridicarea grilajului costal se numesc muşchi inspiratori şi sunt, în special, muşchii gâtului. Muşchii care determină coborârea grilajului costal sunt muşchi expiratori; de exemplu, muşchii drepţi abdominali.

Presiunea pleurală este presiunea din spaţiul cu-prins între pleura viscerală şi cea parietală. În mod normal, există o sucţiune permanentă a lichidului din acest spaţiu, ceea ce duce la o presiune negativă la acest nivel (mai mică decât valoarea celei atmosferice). Presiunea pleurală variază cu fazele respiraţiei.

Presiunea alveolară este presiunea din interiorul alveolelor pulmonare. În repaus, când glota este deschisă, aerul nu circulă între plămâni şi atmosferă; în acest moment, presiunea în orice parte a arborelui respirator este egală cu presiunea atmosferică, considerată 0 cm H2O. Pentru a permite pătrunderea aerului în plămâni în timpul inspiraţiei, presiunea în alveole trebuie să scadă sub presiunea atmosferică; în timpul unei inspiraţii normale ea devine negativă. Această presiune negativă uşoară este suficientă pentru ca, în cele două secunde necesare inspiraţiei, în plămâni sa pătrundă aproximativ 500 ml de aer. Variaţii opuse apar în timpul expiraţiei: presiunea alveolară creşte ceea ce forţează 500 ml de aer să iasă din plămâni în cele 2-3 secunde, cât durează expiraţia.

Forţele elastice pulmonare (de recul) care stau la baza realizării expiraţiei sunt de două tipuri: 1. forţele elastice ale ţesutului pulmonar însuşi şi 2. forţele elastice produse de tensiunea superficială a lichidului care căptuşeşte la interior pereţii alveolari (surfactant) şi alte spaţii aeriene pulmonare. Deoarece suprafaţa internă a alveolelor este acoperită de acest strat subţire de lichid, iar în alveole există aer, aici apar forte de tensiune superficială. întrucât acest fenomen este prezent în toate spaţiile aeriene pulmonare, efectul este o forţă rezultantă a întregului plămân, numită forţa de tensiune superficială şi care se adaugă elasticităţii ţesutului pulmonar, favorizând expiraţia.

Volume şi capacităţi pulmonare. 0 metodă simplă pentru studiul ventilaţiei pulmonare este înregistrarea volumului aerului deplasat spre interiorul şi, respectiv, exteriorul plămânilor, procedeu numit spirometrie (datorită denumirii aparatului utilizat – spirometru .

Există patru volume pulmonare diferite care, adunate, reprezintă volumul maxim pe care îl poate atinge expansiunea pulmonară. Semnificaţia acestor volume este următoarea:

1. Volumul curent este volumul de aer inspirat şi expirat în timpul respiraţiei normale; în medie – 500 ml.

2. Volumul inspirator de rezervă este un volum suplimentar de aer care poate fi inspirat peste volu-mulcurent-3000ml.  

3. Volumul expirator de rezervă reprezintă cantitatea suplimentară de aer care poate fi expirată în urma unei expiraţii forţate, după expirarea unui volum curent - 1100 ml.

4. Volumul rezidual este volumul de aer care rămâne în plămâni şi după o expiraţie forţată — 1200 ml. Capacităţile pulmonare sunt sume de două sau mai multe volume pulmonare: Capacitatea inspiratorie, egală cu suma dintre volumul curent şi

volumul inspirator de rezervă, reprezintă cantitatea de aer pe care o persoană o poate respira, pornind de la nivelul expirator normal până la distensia maximă a plămânilor (3500ml).

Capacitatea reziduală funcţională, egală cu suma dintre volumul expirator de rezervă şi volumul rezidual, reprezintă cantitatea de aer care rămâne în plămâni la sfârşitul unei expiraţii normale.

Capacitatea vitală, egală cu suma dintre volumul inspirator de rezervă, volumul curent şi volumul expirator de rezervă, reprezintă volumul maxim de aer pe care o persoană îl poate scoate din plămâni după o inspiraţie maximă (4600 ml).

Capacitatea pulmonara totală, egală cu capacitatea vitală plus volumul rezidual, reprezintă volumul maxim până la care pot fi expansionaţi plămânii prin efort inspirator maxim (5800 ml).

Toate volumele şi capacităţile pulmonare sunt cu 20-25% mai mici la femei decât la bărbaţi.

Cu excepţia volumului rezidual, celelalte volume pulmonare se măsoară spirometric. Pentru măsurarea volumului rezidual, ca şi a capacităţilor care îl includ, se utilizează metode de măsurare speciale. Minut volumul respirator sau debitul respirator este cantitatea totală de aer deplasată în arborele respirator în fiecare minut şi este egal cu produsul dintre volumul curent şi frecvenţa respiratorie.

Ventilaţia alveolară este volumul de aer care ajunge în zona alveolară a tractului respirator în fiecare minut şi participă la schimburile de gaze respiratorii. Ventilaţia alveolară este unul dintre factorii majori care determină presiunile parţiale ale oxigenului şi dioxidului de carbon în alveole.2. Difuziunea

După ventilaţia alveolară, urmează o nouă etapă a procesului respirator; aceasta este difuziunea oxigenului din alveole în sângele capilar şi difuziunea în sens invers a dioxidului de carbon.

Procesul are loc doar în condiţiile în care există o diferenţă de presiune, iar sensul procesului va fi totdeauna orientat dinspre zona cu presiune mare câtre zona cu presiune mică.

Concentraţia gazelor în aerul alveolar este foarte diferită de cea din aerul atmosferic. Există câteva cauze ale acestor diferenţe. Mai întâi, cu fiecare respiraţie, aerul alveolar este înlocuit doar parţial cu aer atmosferic. în al doilea rând, din aerul alveolar este extras oxigenul, şi acesta primeşte permanent dioxid de carbon din sângele pulmonar. În al treilea rând, aerul atmosferic uscat care pătrunde în căile respiratorii este umezit înainte de a ajunge la alveole.

Aerisirea lentă la nivel alveolar este foarte importantă pentru prevenirea schimbărilor bruşte ale concentraţiei sangvine a gazelor.

Membrana alveolo-capilară (respiratorie) este alcătuită din: 1. endoteliul capilar; 2. interstiţiul pulmonar; 3. epiteliul alveolar; 4. surfactant. Grosimea sa medie este de 0,6 microni, putând atinge în anumite locuri 0,2 microni. Suprafaţa sa totală este de 50-100 m2.

Difuziunea oxigenului se face din aerul alveolar spre sângele din capilarele pulmonare, deoarece presiunea parţială a O2 în aerul alveolar este de 100 mm Hg, iar în sângele care intră în capilarele pulmonare este de 40mmHg. După ce traversează membrana respiratorie, moleculele de O2 se dizolvă în plasmă, ceea ce duce la creşterea presiunii parţiale a O2 în plasmă; consecutiv, O2 difuzează în hematii, unde se combină cu hemoglobina. În mod normal, egalarea presiunilor parţiale, alveolară şi sangvină, ale O2 se face în 0,25 secunde. Hematia petrece, în medie, 0,75 secunde în capilarul pulmonar; dacă echilibrarea apare în 0,25 secunde, rămâne un interval de 0,50 secunde, numit margine de siguranţă şi care asigură o preluare adecvată a O2 în timpul unor perioade de stress (efort fizic, expunere la altitudini mari etc.).

Difuziunea CO2 se face dinspre sângele din capilarele pulmonare spre alveole, deoarece presiunea parţială a CO2 în sângele din capilarele pulmonare este de 46 mm Hg, iar în aerul alveolar, de 40 mm Hg. Deşi gradientul de difuziune al CO2 este de doar o zecime din cel al O2, CO2 difuzează de 20 de ori mai repede decât O2, deoarece este de 25 de ori mai solubil în lichidele organismului decât O2. În mod normal, egalarea presiunilor parţiale, alveolară şi sangvină, ale CO2 se face în 0,25 secunde.3. Transportul gazelor

Transportul sanguin al oxigenului se face în proporţie de 1% sub formă dizolvată în plasmă şi restul sub forma unei combinaţii labile cu hemoglobina (Hb), denumită oxihemoglobină.

Datorită fierului bivalent pe care îl conţine, Hb se combină foarte rapid cu oxigenul, fiecare din cei doi atomi de fier ai grupărilor hem putând fixa o moleculă de oxigen. În repaus, sângele arterial transportă, sub formă de oxihemoglobină, 97,5% din cantitatea totală de oxigen. Forma dizolvată, deşi minimă comparativ cu cea combinată cu Hb, din punct de vedere funcţional este cea mai importantă, deoarece se află în schimburi directe cu lichidele interstiţiale şi, prin acestea, cu celulele.

Transportul sanguin al dioxidului de carbon se face în mică măsură (aproximativ 8%) sub formă dizolvată în plasmă şi în cea mai mare parte sub forma unor combinaţii chimice labile (bicarbonaţi, carbohemoglobină). Dioxidul de carbon rezultat din oxidările celulare ajunge prin difuziune în lichidul interstiţial. În sânge, se dizolvă în lichidele plasmatice şi pătrunde cu uşurinţă în eritrocite, datorită difuzibilităţii sale ridicate.

Atât în plasmă, cât şi în eritrocite, sub influenţa anhidrazei carbonice, dioxidul de carbon se hidratează, rezultând acid carbonic care se disociază rapid, eliberând anionul bicarbonic, care se combină cu ionul de potasiu în eritrocit şi cu cel de sodiu în plasmă. Sub formă

de bicarbonaţi se transportă în sânge aproximativ 80% din dioxidul de carbon, din care 10% în eritrocite şi 70% în plasmă.4. Reglarea respiraţieiA. Mecanismele sistemului nervos central

Muşchii respiratori sunt muşchi scheletici, aşadar, pentru a se contracta, au nevoie de stimuli electrici transmişi de la nivelul sistemului nervos central. Aceşti stimuli sunt transmişi prin neuroni somatici. Muşchiul inspirator cel mai important, diafragma, este inervat prin fibre motorii ale nervilor frenici, care îşi au originea în regiunea cervicală a măduve spinării. Impulsurile ajung la nivelul nervilor frenici pe căi voluntare sau involuntare ale SNC. Această dualitate a căii de conducere permite controlul voluntar al respiraţiei în timpul unor activităţi cum sunt vorbitul, cântatul, înotul, alături de controlul involuntar, care permite oamenilor să respire automat, fârâ efort conştient.

Centrii bulbariRitmul de bază, involuntar, automat al respiraţiei este generat în

bulbul rahidian. Respiraţia spontană are loc atât timp cât bulbul şi măduva spinării sunt intacte.

Bilateral, în bulb există două grupuri de neuroni care generează ritmul de bază: grupul respirator dorsal (GRD) şi grupul respirator ventral (GRV). Activitatea nervoasă din alte zone ale SNC şi aferenţele nervilor vag (pneumogastric), glosofaringian şi ale nervilor somatici influenţează activitatea GRD şi a GRV.

GRD se află bilateral în bulb, localizat în nucleul tractului solitar. Neuronii acestui grup sunt neuroni inspiratori (descarcă impulsuri în timpul inspiraţiei). Sunt consideraţi generatorii ritmului primar al respiraţiei, deoarece activitatea lor creşte gradat în timpul inspirului. Astfel, în respiraţia normală, semnalul începe foarte slab şi creşte uniform, în timp de două secunde, luând aspectul unei pante ascendente. Înceteazâ brusc pentru următoarele trei secunde şi apoi se reia un alt ciclu; acest model se repetă pemnanent.

Activitatea GRD este stimulată de scăderea presiunii parţiale a oxigenului, de creşterea presiunii partiale a CO2, de scăderea pH-ului, de creşterea activităţii la nivelul SRAA. Activitatea GRD este inhibată de destinderea plămânilor.

Eferenţele de la GRD merg la motoneuronii intercostali si la nervul frenic controlaterali, precum si la GRV.

GRV, localizat anterior şi lateral de GRD, conţine neuroni care rămân aproape total inactivi în timpul respiraţiei normale liniştite. Când semnalele pentru creşterea ventilaţiei pulmonare devin mai mari decât normal, semnalele respiratorii se îndreaptă dinspre mecanismul oscilator de bază al GRD către GRV;

Aceşti neuroni contribuie atât la inspiraţie, cât şi la expiraţie. în plus, ei sunt implicaţi în elaborarea unor semnale expiratorii puternice cĂtre muşchii abdominali in timpul expiraţiei forŢate (astfel, aceastĂ arie operează ca un mecanism de suprastimulare, când sunt necesare nivele înalte ale ventilaţiei pulmonare).

Centrii pontini

Sunt arii ale trunchiului cerebral care modifică activitatea centrilor bulbari respiratori.

Centrul apneustic se găseşte în zona inferioară a punţii, dar nu a fost identificat ca entitate neuronală. Eferenţele de la acest centru determină creşterea duratei inspiraţiei, micşorând frecvenţa respiratorie; rezultatul este un inspir mai adânc şi mai prelungit.

Centrul pneumotaxic, localizat dorsal, in puntea superioară, transmite continuu impulsuri câtre aria inspiratorie. Efectul principal al acestora este de a controla punctul de întrerupere al pantei inspiratorii, determinând, astfel, durata inspirului (limitează inspiraţia). În acelaşi timp, însă, un semnal pneumotaxic puternic poate creşte frecvenţa respiratorie până la 40 pe minut.

Chemoreceptorii centrali (aria chemosenzitivă a centrului respirator), localizaţi la nivelul bulbului rahidian, sunt stimulaţi de creşterea concentraţiei ionilor de hidrogen din lichidul cefalorahidian (LCR) şi din lichidul interstiţial. lonii nu pot traversa bariera hematoencefalică; CO2 poate traversa această barieră, apoi se hidratează, rezultând H2CO3 care disociază în H- şi HCO3

-, ceea ce modifică concentraţia H- în LCR şi ţesutul cerebral: astfel, dioxidul de carbon sangvin are un efect foarte mic de stimulare directă asupra acestor chemoreceptori, în schimb, efectul său direct, prin H- este remarcabil. Aproximativ 85% din controlul bazal al respiraţiei prin mecanism chimic se realizează prin efectul stimulator al dioxidului de carbon asupra chemoreceptorilor centrali. Restul de 15% se realizează cu ajutorul chemoreceptorilor periferici.B. Chemoreceptorii periferici

Se găsesc în afara SNC, la nivelul corpilor aortici şi carotidieni. Ei sunt stimulaţi de scăderea presiunii parţiale a O2, creşterea presiunii parţiale a CO2 şi scăderea pH-ului în sângele arterial. Chemoreceptorii periferici sunt singurii din organism care detectează modificarea presiunii parţiale a O2 în lichidele organismului. Sunt stimulaţi de scăderea presiunii parţiale a oxigenului în sângele arterial sub 60-80 mmHg. Impulsurile aferente de la aceşti receptori sunt transmise sistemului nervos central prin nervii vag (de la corpii aortici) şi glosofaringian (de la corpii carotidieni), consecinţa stimulării lor fiind creşterea frecvenţei şi amplitudinii respiraţiilor.