ЛЕГЕНЕВІ АЛЬВЕОЛИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦІЇ, АНАТОМІЯ - АНАТОМІЯ ТА ФІЗІОЛОГІЯ - 2025

У легеневих альвеолах маленькі мішечки , розташовані в легенях ссавців, оточеній мережею кровоносних капілярів. Під мікроскопом у альвеолі можна виділити просвіт альвеолу та його стінку, складену з епітеліальних клітин.

Вони також містять волокна сполучної тканини, які надають їм характерну еластичність. Плоскі клітини I типу і кубикоподібні клітини II типу можна виділити в альвеолярному епітелії. Основна його функція - опосередкувати обмін газами повітря і крові.

По мірі того, як відбувається процес дихання, повітря потрапляє в організм через дихальну трубу, де він прямує до ряду тунелів всередині легені. В кінці цієї заплутаної мережі трубок знаходяться альвеолярні мішечки, куди повітря потрапляє і приймається кровоносними судинами.

Вже в крові кисень у повітрі відділяється від решти компонентів, таких як вуглекислий газ. Ця остання сполука виводиться з організму за допомогою процесу видиху.

Загальна характеристика

Усередині легенів знаходиться губчаста текстурована тканина, утворена досить великою кількістю легеневих альвеол: від 400 до 700 мільйонів у двох легенях здорової дорослої людини. Альвеоли - це мішкоподібні структури, покриті внутрішньо липкою речовиною.

У ссавців кожна легеня містить мільйони альвеол, тісно пов’язаних із судинною мережею. У людини площа легенів становить від 50 до 90 м ² і містить 1000 км кровоносних капілярів.

Ця велика кількість має важливе значення для забезпечення необхідного поглинання кисню і, таким чином, для забезпечення високого метаболізму ссавців, в основному за рахунок ендотермії групи.

Дихальна система у ссавців

Повітря потрапляє через ніс, конкретно через «ніздрі»; Це переходить у носову порожнину і звідти у внутрішні ніздрі, з'єднані з глоткою. Тут сходяться два маршрути: дихальний і травний.

Глотис відкривається до гортані, а потім трахеї. Це ділиться на два бронхи, по одному в кожній легені; у свою чергу бронхи поділяються на бронхіоли, які є меншими трубочками та ведуть до альвеолярних протоків та альвеол.

Особливості

Основна функція альвеол полягає в тому, щоб забезпечити газообмін, життєво необхідний для дихальних процесів, дозволяючи кисню надходити в кров, щоб транспортуватися до тканин організму.

Таким же чином легеневі альвеоли беруть участь у виведенні вуглекислого газу з крові під час процесів вдиху та видиху.

Анатомія

Альвеоли та альвеолярні протоки складаються з дуже тонкого одношарового ендотелію, який полегшує обмін газами між повітрям і кровоносними капілярами. Вони мають приблизний діаметр 0,05 і 0,25 мм, оточені капілярними петлями. Вони мають округлу або багатогранну форму.

Між кожною послідовною альвеолою розташована міжальвеолярна перегородка, яка є спільною стінкою між ними. Межа цих септів утворює базальні кільця, утворені клітинами гладкої мускулатури і покриті простим кубоїдним епітелієм.

На зовнішній стороні альвеоли розташовані кров’яні капіляри, які разом з альвеолярною мембраною утворюють альвеоло-капілярну мембрану, область, де відбувається обмін газом між повітрям, яке потрапляє в легені, і кров'ю в капілярах.

Завдяки своїй своєрідній організації легеневі альвеоли нагадують соти. Зовні вони складаються стінкою епітеліальних клітин, що називаються пневмоцитами.

Супутньою альвеолярною мембраною є клітини, відповідальні за захист та очищення альвеол, які називаються альвеолярними макрофагами.

Типи клітин в альвеолах

Будова альвеол широко описана в літературі і включає такі типи клітин: тип I, що опосередковує газообмін, тип II з секреторною та імунною функціями, клітини ендотелію, альвеолярні макрофаги, які беруть участь у захисні та інтерстиціальні фібробласти.

Клітини I типу

Клітини типу I характеризуються неймовірно тонкими і плоскими, імовірно, для полегшення газообміну. Вони знаходяться приблизно в 96% поверхні альвеол.

Ці клітини експресують значну кількість білків, включаючи Т1-α, аквапорин 5, іонні канали, рецептори аденозину та гени стійкості до різних лікарських засобів.

Труднощі виділення та культивування цих клітин перешкодили їх поглибленому вивченню. Однак підвищена можлива функція гомосизації в легенях, наприклад транспортування іонів, води та участь у контролі проліферації клітин.

Шлях подолання цих технічних труднощів полягає в дослідженні клітин альтернативними молекулярними методами, званими ДНК мікроматрицями. Використовуючи цю методологію, можна було зробити висновок, що клітини I типу також беруть участь у захисті від окисного пошкодження.

Клітини II типу

Клітини II типу мають кубоподібну форму і, як правило, розташовуються в куточках альвеол у ссавців, виявляються лише у 4% решти альвеолярної поверхні.

Її функції включають виробництво та секрецію біомолекул, таких як білки та ліпіди, що входять до складу легеневих поверхнево-активних речовин.

Легеневі поверхнево-активні речовини - це речовини, що складаються в основному з ліпідів і невеликої порції білка, які допомагають зменшити поверхневий натяг в альвеолах. Найважливішим є дипальмітоілфосфатидилхолін (DPPC).

Клітини II типу беруть участь в імунному захисті альвеол, виділяючи різні види речовин, такі як цитокіни, роль яких полягає в наборі запальних клітин всередині легенів.

Крім того, у кількох моделях тварин було показано, що клітини II типу відповідають за збереження альвеолярного простору без рідини, а також беруть участь у транспортуванні натрію.

Інтерстиціальні фібробласти

Ці клітини веретеноподібної форми і характеризуються довгими актиновими розширеннями. Його функція - секреція клітинного матриксу в альвеолі для підтримки його структури.

Таким же чином клітини можуть керувати кровотоком, зменшуючи його за необхідності.

Альвеолярні макрофаги

Клітини альвеоли містять фагоцитарні властивості, отримані з моноцитів крові, званих альвеолярними макрофагами.

Вони відповідають за процес фагоцитозу сторонніх частинок, які потрапили в альвеоли, таких як пил або інфекційні мікроорганізми, такі як Mycobacterium tuberculosis. Крім того, вони охоплюють клітини крові, які могли б потрапити в альвеоли, якщо є серцева недостатність.

Для них характерно представлення коричневого кольору та серії різноманітних розширень. Лізосоми досить рясні в цитоплазмі цих макрофагів.

Кількість макрофагів може збільшитися, якщо в організмі є захворювання, пов’язані з серцем, якщо людина вживає амфетаміни або вживання сигарет.

Пони Кон

Вони являють собою низку пор, що знаходяться в альвеолах, розташованих в міжрельвеолярних перегородках, які зв’язують одну альвеолу з іншою і дозволяють циркулювати повітря між ними.

Як відбувається обмін газом?

Газообмін між киснем (O ₂ ) і вуглекислим газом (CO ₂ ) є основною метою легень.

Це явище виникає в легеневих альвеолах, де кров і газ зустрічаються на мінімальній відстані приблизно в один мікрон. Цей процес вимагає двох правильно відкачаних трубопроводів або каналів.

Однією з них є судинна система легенів, керована правою областю серця, яка надсилає змішану венозну кров (що складається з венозної крові з серця та інших тканин через венозне повернення) до області, куди вона відбувається в обмін.

Другий канал - це трахебронхіальне дерево, вентиляція якого рухається м’язами, що беруть участь у диханні.

Загалом, транспортування будь-якого газу регулюється переважно двома механізмами: конвекцією та дифузією; перший - оборотний, а другий - ні.

Газообмін: частковий тиск

При попаданні повітря в дихальну систему його склад змінюється, перетворюючись в насичений водяною парою. Дійшовши до альвеол, повітря змішується з повітрям, яке залишилося від попереднього дихального кола.

Завдяки цій комбінації парціальний тиск кисню падає, а вуглекислий газ збільшується. Оскільки парціальний тиск кисню в альвеолах вище, ніж у крові, яка надходить у капіляри легені, кисень потрапляє в капіляри шляхом дифузії.

Так само парціальний тиск діоксиду вуглецю вище в капілярах легенів порівняно з альвеолами. Тому вуглекислий газ переходить в альвеоли шляхом простого дифузійного процесу.

Транспорт газів з тканин у кров

Кисень та значна кількість вуглекислого газу транспортуються "дихальними пігментами", включаючи гемоглобін, який є найпопулярнішим серед груп хребетних.

Кров, відповідальна за транспортування кисню з тканин до легенів, повинна також транспортувати вуглекислий газ назад з легенів.

Однак вуглекислий газ може транспортуватися іншими шляхами, він може передаватися через кров і розчинятися в плазмі; крім того, він може дифундувати до еритроцитів крові.

В еритроцитах більша частина вуглекислого газу перетворюється на вугільну кислоту ферментом вуглекислим ангідразою. Реакція відбувається наступним чином:

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

Іони водню з реакції поєднуються з гемоглобіном, утворюючи дезоксигемоглобін. Цей союз дозволяє уникнути різкого зниження pH в крові; одночасно відбувається виділення кисню.

Іони бікарбонату (HCO ₃ ^- ) залишають еритроцит шляхом обміну на іони хлору. На відміну від вуглекислого газу, іони бікарбонату можуть залишатися в плазмі завдяки високій розчинності. Присутність в крові вуглекислого газу викликало б вигляд, схожий на вигляд газованого напою.

Транспорт газів з крові в альвеоли

Як зазначено стрілками в обох напрямках, описані вище реакції є оборотними; тобто продукт може знову стати вихідними реагентами.

Як тільки кров досягає легенів, бікарбонат знову потрапляє в клітини крові. Як і в попередньому випадку, для введення іона бікарбонату іон хлору повинен вийти з клітини.

У цей час реакція відбувається в зворотному напрямку з каталізом ферменту вуглекислого ангідрази: бікарбонат вступає в реакцію з іоном водню і перетворюється назад у вуглекислий газ, який дифундує в плазму і звідти в альвеоли.

Недоліки газообміну в легенях

Газообмін відбувається лише в альвеолах і альвеолярних протоках, які розташовані в кінці гілок трубки.

З цієї причини ми можемо говорити про "мертвий простір", де повітря потрапляє в легені, але газообмін не відбувається.

Якщо порівнювати його з іншими групами тварин, наприклад рибами, вони мають дуже ефективну однонаправлену газообмінну систему. Так само у птахів є система повітряних мішків та парабронхів, де відбувається обмін повітрям, підвищуючи ефективність процесу.

Вентиляція людини настільки неефективна, що за нового вдиху можна замінити лише шосту частину повітря, залишаючи решту повітря в пастці.

Патології, пов’язані з альвеолами

Легенева ефізема

Цей стан складається з пошкодження та запалення альвеол; отже, організм не в змозі отримувати кисень, викликає кашель і утруднює відновлення дихання, особливо під час фізичних навантажень. Однією з найпоширеніших причин цієї патології є куріння.

Пневмонія

Пневмонія викликається бактеріальною або вірусною інфекцією в дихальних шляхах і викликає запальний процес з наявністю гною або рідини всередині альвеол, тим самим перешкоджаючи надходженню кисню, викликаючи сильні труднощі з диханням.

Список літератури

1. Berthiaume, Y., Voisin, G., & Dagenais, A. (2006). Клітини альвеолярного типу I: новий лицар альвеола? Журнал фізіології, 572 (Pt 3), 609–610.
2. Батлер, Дж. П. та Цуда, А. (2011). Транспорт газів між навколишнім середовищем та альвеолами - теоретичні основи. Комплексна фізіологія, 1 (3), 1301–1316.
3. Кастранова, В., Рабовський, Дж., Такер, JH, & Miles, PR (1988). Епітеліальна клітина альвеолярного типу II: багатофункціональний пневмоцит. Токсикологія та прикладна фармакологія, 93 (3), 472–483.
4. Герцог, Е.Л., Броді, А.Р., Колбі, ТВ, Мейсон, Р., та Вільямс, МС (2008). Знання та невідомі альвеоли. Праці Американського торакального товариства, 5 (7), 778–782.
5. Kühnel, W. (2005). Кольоровий атлас цитології та гістології. Panamerican Medical Ed.
6. Ross, MH, і Pawlina, W. (2007). Гістологія. Текстовий та кольоровий атлас із клітинною та молекулярною біологією. 5aed. Panamerican Medical Ed.
7. Welsch, U., & Sobotta, J. (2008). Гістологія. Panamerican Medical Ed.