Дыхательные пути — это подразделение дыхательной системы , участвующее в процессе проведения воздуха в альвеолы для целей газообмена у млекопитающих . [1] Дыхательные пути выстланы респираторным эпителием в качестве респираторной слизистой оболочки. [2]
Воздух вдыхается через нос в носовую полость , где слой слизистой оболочки носа действует как фильтр и задерживает загрязняющие вещества и другие вредные вещества, находящиеся в воздухе. Затем воздух перемещается в глотку , проход, который содержит пересечение между пищеводом и гортанью . Отверстие гортани имеет специальный хрящевой клапан, надгортанник , который открывается, чтобы пропускать воздух, но закрывается, чтобы не допустить попадания пищи в дыхательные пути.
Из гортани воздух движется в трахею и вниз к перекрестку, известному как карина , который разветвляется, образуя правый и левый первичные (главные) бронхи . Каждый из этих бронхов разветвляется во вторичный (долевой) бронх , который разветвляется в третичные (сегментарные) бронхи , которые разветвляются на более мелкие дыхательные пути, называемые бронхиолами , которые в конечном итоге соединяются с крошечными специализированными структурами, называемыми альвеолами , которые функционируют в газообмене .
Легкие , расположенные в грудной полости , защищены от физического повреждения грудной клеткой . В основании легких находится пластина скелетных мышц, называемая диафрагмой . Диафрагма отделяет легкие от желудка и кишечника . Диафрагма также является основной дыхательной мышцей, участвующей в дыхании , и контролируется симпатической нервной системой .
Легкие заключены в серозную оболочку , которая сворачивается, образуя плевру — двухслойный защитный барьер. Внутренняя висцеральная плевра покрывает поверхность легких, а наружная париетальная плевра прикреплена к внутренней поверхности грудной полости. Плевры охватывают полость, называемую плевральной полостью , которая содержит плевральную жидкость . Эта жидкость используется для уменьшения трения, которое легкие испытывают во время дыхания.
Дыхательные пути делятся на верхние дыхательные пути и нижние дыхательные пути . Верхние дыхательные пути или верхние дыхательные пути включают нос и носовые ходы, околоносовые пазухи , глотку и часть гортани выше голосовых складок (связок). Нижние дыхательные пути или нижние дыхательные пути включают часть гортани ниже голосовых складок, трахею , бронхи и бронхиолы . Легкие могут быть включены в нижние дыхательные пути или как отдельное образование и включают респираторные бронхиолы, альвеолярные протоки , альвеолярные мешочки и альвеолы . [3]
Дыхательные пути также можно разделить на проводящую зону и респираторную зону , исходя из различия в транспортировке газов или их обмене .
Зона проведения включает структуры за пределами легких — нос , глотку , гортань и трахею , а также структуры внутри легких — бронхи, бронхиолы и терминальные бронхиолы. Зона проведения проводит вдыхаемый воздух, который фильтруется, согревается и увлажняется, в легкие. Она представляет собой 1-й по 16-й отдел дыхательных путей. Зона проведения — это большая часть дыхательных путей, которая проводит газы в легкие и из них, но исключает дыхательную зону, которая обменивается газами. Зона проведения также функционирует, предлагая путь с низким сопротивлением для воздушного потока. Она обеспечивает важную защитную роль в своих фильтрующих способностях.
Дыхательная зона включает в себя дыхательные бронхиолы, альвеолярные ходы и альвеолы и является местом обмена кислорода и углекислого газа с кровью. Дыхательные бронхиолы и альвеолярные ходы отвечают за 10% газообмена. Альвеолы отвечают за остальные 90%. Дыхательная зона представляет собой 16-й по 23-й отдел дыхательных путей.
От бронхов разделительные трубки постепенно уменьшаются, насчитывая приблизительно 20–23 деления, прежде чем закончиться альвеолой. [1]
Верхние дыхательные пути могут относиться к частям дыхательной системы, лежащим над голосовыми складками или над перстневидным хрящом . [4] [5] Гортань иногда включается как в верхние, так и в нижние дыхательные пути. [6] Гортань также называется голосовым аппаратом и имеет связанный с ней хрящ, который производит звук. Тракт состоит из носовой полости и околоносовых пазух , глотки ( носоглотки , ротоглотки и гортаноглотки ) и иногда включает гортань.
Нижние дыхательные пути или нижние дыхательные пути происходят из развивающейся передней кишки и состоят из трахеи , бронхов (первичных, вторичных и третичных), бронхиол (включая терминальные и респираторные) и легких (включая альвеолы ). [7] Иногда они также включают гортань.
Нижние дыхательные пути также называют респираторным деревом или трахеобронхиальным деревом , чтобы описать разветвленную структуру дыхательных путей, снабжающих воздухом легкие, и включают трахею, бронхи и бронхиолы. [8]
В каждой точке деления или поколении один дыхательный путь разветвляется на два меньших дыхательных пути. Человеческое дыхательное дерево может состоять в среднем из 23 поколений, в то время как дыхательное дерево мыши имеет до 13 поколений. Проксимальные отделы (те, что ближе всего к вершине дерева, такие как бронхи) в основном выполняют функцию передачи воздуха в нижние дыхательные пути. Более поздние отделы, включая респираторные бронхиолы, альвеолярные протоки и альвеолы, специализируются на газообмене .
Трахея — самая большая трубка в дыхательных путях, состоящая из трахеальных колец гиалинового хряща . Она разветвляется на две бронхиальные трубки, левый и правый главные бронхи . Бронхи разветвляются на более мелкие секции внутри легких, называемые бронхиолами . Эти бронхиолы дают начало воздушным мешочкам в легких , называемым альвеолами . [ 10]
Легкие являются крупнейшими органами нижних дыхательных путей. Легкие подвешены в плевральной полости грудной клетки. Плевры представляют собой две тонкие мембраны, толщиной в один слой клеток, которые окружают легкие. Внутренняя ( висцеральная плевра ) покрывает легкие, а внешняя ( париетальная плевра ) выстилает внутреннюю поверхность грудной стенки. Эта мембрана выделяет небольшое количество жидкости, позволяя легким свободно перемещаться в плевральной полости, расширяясь и сжимаясь во время дыхания. Легкие разделены на разные доли. Правое легкое больше левого по размеру, поскольку сердце расположено слева от средней линии. Правое легкое имеет три доли — верхнюю, среднюю и нижнюю (или верхнюю, среднюю и нижнюю), а левое легкое имеет две — верхнюю и нижнюю (или верхнюю и нижнюю), а также небольшую часть верхней доли в форме языка, известную как язычок. Каждая доля далее делится на сегменты, называемые бронхолегочными сегментами . Каждое легкое имеет реберную поверхность, которая прилегает к грудной клетке; диафрагмальную поверхность, которая обращена вниз к диафрагме; и средостенную поверхность, которая обращена к центру грудной клетки и прилегает к сердцу, крупным сосудам и карине, где от основания трахеи отходят два главных бронха.
Альвеолы — это крошечные воздушные мешочки в легких, где происходит газообмен. Среднее количество альвеол в легких человека составляет 480 миллионов. [11] Когда диафрагма сокращается, в грудной клетке создается отрицательное давление, и воздух устремляется внутрь, чтобы заполнить полость. Когда это происходит, эти мешочки наполняются воздухом, заставляя легкое расширяться. Альвеолы богаты капиллярами, называемыми альвеолярными капиллярами. Здесь эритроциты поглощают кислород из воздуха, а затем переносят его обратно в форме оксигемоглобина, чтобы питать клетки. Эритроциты также переносят углекислый газ (CO2 ) из клеток в форме карбаминогемоглобина и выделяют его в альвеолы через альвеолярные капилляры. Когда диафрагма расслабляется, в грудной клетке создается положительное давление, и воздух устремляется из альвеол, вытесняя углекислый газ.
Дыхательные пути покрыты эпителием , который меняется вниз по тракту. Есть железы и слизь, вырабатываемая бокаловидными клетками в некоторых частях, а также гладкие мышцы , эластин или хрящ . Эпителий от носа до бронхиол покрыт реснитчатым псевдостратифицированным столбчатым эпителием , обычно называемым респираторным эпителием . [12] Реснички бьют в одном направлении, перемещая слизь к горлу, где она проглатывается. Двигаясь вниз по бронхиолам, клетки становятся более кубовидными по форме, но все еще реснитчатыми.
Железы многочисленны в верхних дыхательных путях, но их меньше ниже и они отсутствуют, начиная с бронхиол. То же самое касается бокаловидных клеток, хотя они рассеяны в первых бронхиолах.
Хрящи присутствуют до мелких бронхов. В трахее они представляют собой С-образные кольца гиалинового хряща , тогда как в бронхах хрящ принимает форму перемежающихся пластин. Гладкая мышца начинается в трахее, где она присоединяется к С-образным кольцам хряща. Она продолжается вниз по бронхам и бронхиолам , которые она полностью окружает. Вместо твердого хряща бронхи и бронхиолы состоят из эластичной ткани.
Легкие состоят из тринадцати различных видов клеток, одиннадцати типов эпителиальных клеток и двух типов мезенхимальных клеток. [13] Эпителиальные клетки образуют слизистую оболочку трахеи и бронхиальных трубок, в то время как мезенхимальные клетки выстилают легкие.
Большая часть дыхательных путей представляет собой всего лишь систему трубопроводов, по которым воздух перемещается в легкие, а альвеолы — единственная часть легких, которая обменивается кислородом и углекислым газом с кровью .
Дыхание — это ритмичный процесс дыхания , при котором воздух втягивается в альвеолы легких посредством вдоха и затем выдыхается посредством выдоха . Когда человек вдыхает, воздух проходит по трахее, через бронхиальные трубки и попадает в легкие. Весь тракт защищен грудной клеткой, позвоночником и грудиной . В легких кислород из вдыхаемого воздуха переносится в кровь и циркулирует по всему телу. Углекислый газ (CO2 ) переносится из возвращающейся крови обратно в газообразную форму в легких и выдыхается через нижние дыхательные пути, а затем через верхние, чтобы завершить процесс дыхания .
В отличие от трахеи и бронхов , верхние дыхательные пути представляют собой складную, податливую трубку. Таким образом, они должны выдерживать давление всасывания, создаваемое ритмичным расширением грудной полости , которая всасывает воздух в легкие. Это достигается сокращением мышц верхних дыхательных путей во время вдоха, таких как подбородочно-язычная мышца (язык) и подъязычная мышца. В дополнение к ритмической иннервации из дыхательного центра в продолговатом мозге , двигательные нейроны , управляющие мышцами, также получают тоническую иннервацию, которая устанавливает базовый уровень жесткости и размера.
Диафрагма — это основная мышца , которая обеспечивает расширение и сокращение легких. Меньшие мышцы между ребрами, внешние межреберные , помогают в этом процессе.
Эпителиальная выстилка верхних дыхательных путей перемежается бокаловидными клетками , которые секретируют защитную слизь . Это помогает фильтровать отходы, которые в конечном итоге либо проглатываются в сильнокислую среду желудка, либо выбрасываются через плевки. Эпителий, выстилающий дыхательные пути, покрыт маленькими волосками, называемыми ресничками . Они ритмично выталкиваются из легких, перемещая секретируемую слизь инородных частиц к гортаноглотке вверх и наружу в процессе, называемом мукоцилиарным клиренсом , они предотвращают накопление слизи в легких. Макрофаги в альвеолах являются частью иммунной системы, которая поглощает и переваривает любые вдыхаемые вредные агенты.
Волосы в ноздрях играют защитную роль, задерживая твердые частицы, такие как пыль. [14] Кашлевой рефлекс выталкивает все раздражители из слизистой оболочки наружу. Дыхательные пути легких содержат кольца мышц. Когда проходы раздражаются каким-либо аллергеном, эти мышцы могут сокращаться.
Дыхательные пути являются распространенным местом распространения инфекций.
Инфекции верхних дыхательных путей, вероятно, являются наиболее распространенными инфекциями в мире.
Дыхательная система очень склонна к развитию инфекций в легких. У младенцев и пожилых людей вероятность развития инфекций в легких выше, поскольку их легкие не так сильны в борьбе с этими инфекциями. Большинство этих инфекций раньше были смертельными, но благодаря новым исследованиям и медицине теперь их можно лечить. При бактериальных инфекциях назначают антибиотики, тогда как вирусные инфекции лечить сложнее, но все же излечимы.
Простуда и грипп являются наиболее распространенными причинами инфекции верхних дыхательных путей, которые могут вызвать более серьезные заболевания, способные развиться в нижних дыхательных путях .
Пневмония является наиболее распространенной и частой инфекцией нижних дыхательных путей . Она может быть вирусной, бактериальной или грибковой. Эта инфекция очень распространена, потому что пневмония может передаваться воздушно-капельным путем, и когда вы вдыхаете эту инфекцию в воздухе, частицы попадают в легкие и перемещаются в воздушные мешочки. Эта инфекция быстро развивается в нижней части легкого и заполняет легкое жидкостью и избытком слизи. Это вызывает затруднение дыхания и кашель, поскольку нижние дыхательные пути пытаются избавиться от жидкости в легких. Вы можете быть более склонны к развитию этой инфекции, если у вас астма, грипп, заболевание сердца или рак [15]
Бронхит — еще одна распространенная инфекция, которая возникает в нижних дыхательных путях. Это воспаление бронхиальных трубок. Существует две формы этой инфекции: острый бронхит, который поддается лечению и может пройти без лечения, или хронический бронхит, который приходит и уходит, но всегда будет влиять на легкие. Бронхит увеличивает количество слизи, которая является естественной в ваших дыхательных путях. Хронический бронхит часто встречается у курильщиков, потому что смола от курения накапливается со временем, заставляя легкие работать усерднее, чтобы восстановиться. [16]
Туберкулез — одна из многих инфекций, которая возникает в нижних дыхательных путях. Вы можете заразиться этой инфекцией воздушно-капельным путем, и если вы вдыхаете ее, вы подвергаетесь риску этого заболевания. Это бактериальная инфекция, которая разрушает легочную ткань, что приводит к кашлю кровью. [17] Эта инфекция смертельна, если ее не лечить.
Некоторые из этих видов рака имеют экологические причины, такие как курение. При вдыхании табачного продукта дым парализует реснички, в результате чего слизь попадает в легкие. Частое курение со временем приводит к отмиранию волосков ресничек, и они больше не могут фильтровать слизь. Смола из вдыхаемого дыма попадает в легкие, превращая розовые легкие в черные. Накопление этой смолы может в конечном итоге привести к раку легких или хронической обструктивной болезни легких . [7]
Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) — распространенное заболевание нижних дыхательных путей, которое может быть вызвано воздействием вредных химических веществ или длительным употреблением табака. Это заболевание является хроническим и прогрессирующим, повреждение легких необратимо и в конечном итоге приводит к летальному исходу. ХОБЛ разрушает альвеолы и легочную ткань, что сильно затрудняет дыхание, вызывая одышку , гипервентиляцию и приподнятую грудную клетку. Уменьшение количества альвеол приводит к потере кислорода в легких и повышенному накоплению углекислого газа. Существует два типа ХОБЛ: первичный и вторичный. [ необходима цитата ] Первичная ХОБЛ может быть обнаружена у молодых людей. Этот тип ХОБЛ ухудшает состояние воздушных мешочков и массы легких. Вторичная ХОБЛ может быть обнаружена у пожилых людей, которые курят или курили и имеют анамнез бронхита. [ необходима цитата ] ХОБЛ включает симптомы эмфиземы и хронического бронхита . [ 18 ]
Бронхи являются основными проходами к правому и левому легким. Эти дыхательные пути переносят кислород к бронхиолам внутри легких. Воспаление бронхов и бронхиол может привести к их опуханию, что может привести к приступу астмы . Это приводит к хрипам , стеснению в груди и сильному затруднению дыхания. Существуют различные типы астмы, которые влияют на функции бронхиальных трубок. Аллергия также может вызвать аллергическую реакцию, вызывая опухание бронхиальных трубок; в результате дыхательные пути опухают или полностью закрываются. [19]
В общем, воздух вдыхается через нос . Его можно вдыхать через рот, если невозможно дышать через нос. Однако хроническое дыхание через рот может вызвать сухость во рту и привести к инфекциям. [20]