ADEMHALINGSSYSTEEM: FUNCTIES, ONDERDELEN, WERKING - BIOLOGIE - 2025

Het ademhalingssysteem of ademhalingssysteem bestaat uit een reeks gespecialiseerde organen die de gasuitwisseling bemiddelen, waarbij zuurstof wordt opgenomen en kooldioxide wordt verwijderd.

Er zijn een reeks stappen die de aankomst van zuurstof naar de cel en de eliminatie van kooldioxide mogelijk maken, inclusief de uitwisseling van lucht tussen de atmosfeer en de longen (ventilatie), gevolgd door de diffusie en uitwisseling van gassen op het longoppervlak , zuurstoftransport en gasuitwisseling op cellulair niveau.

Door LadyofHats, Jmarchn, via Wikimedia Commons

Het is een gevarieerd systeem in het dierenrijk, samengesteld uit verschillende structuren, afhankelijk van de afstamming van studie. Vissen hebben bijvoorbeeld functionele structuren in een aquatisch milieu, zoals kieuwen, zoogdieren hebben longen en de meeste ongewervelde dieren hebben luchtpijpen.

Eencellige dieren, zoals protozoa, hebben geen speciale structuren nodig voor ademhaling en gasuitwisseling vindt plaats door eenvoudige diffusie.

Bij mensen bestaat het systeem uit de neusholtes, keelholte, strottenhoofd, luchtpijp en longen. De laatste zijn achtereenvolgens vertakt in bronchiën, bronchiolen en longblaasjes. Passieve uitwisseling van zuurstof- en koolstofdioxidemoleculen vindt plaats in de longblaasjes.

Definitie van ademhaling

De term "ademhaling" kan op twee manieren worden gedefinieerd. Wanneer we het woord ademen gebruiken, beschrijven we op een informele manier de werking van het opnemen van zuurstof en het elimineren van kooldioxide naar de externe omgeving.

Het concept van ademen omvat echter een breder proces dan het eenvoudig binnenkomen en verlaten van lucht in de ribbenkast. Alle mechanismen die betrokken zijn bij zuurstofgebruik, bloedtransport en kooldioxide-productie vinden plaats op cellulair niveau.

Een tweede manier om het woord ademhaling te definiëren is op cellulair niveau en dit proces wordt cellulaire ademhaling genoemd, waarbij de reactie van zuurstof plaatsvindt met anorganische moleculen die energie produceren in de vorm van ATP (adenosinetrifosfaat), water en kooldioxide.

Daarom is een nauwkeuriger manier om te verwijzen naar het proces van het opnemen en verdrijven van lucht door middel van thoracale bewegingen de term 'ventilatie'.

Kenmerken

De belangrijkste functie van het ademhalingssysteem is het orkestreren van de processen van zuurstofopname van buitenaf door middel van ventilatie en cellulaire ademhalingsmechanismen. Een van de afvalstoffen van het proces is kooldioxide dat de bloedbaan bereikt, in de longen terechtkomt en uit het lichaam in de atmosfeer wordt verwijderd.

Het ademhalingssysteem heeft de leiding over al deze functies. Het is met name verantwoordelijk voor het filteren en bevochtigen van de lucht die het lichaam binnenkomt, naast het filteren van ongewenste moleculen.

Het is ook verantwoordelijk voor het reguleren van de pH van lichaamsvloeistoffen - indirect - door de concentratie van CO _{2 te} regelen , ofwel vast te houden of te elimineren. Aan de andere kant is het betrokken bij de regulering van de temperatuur, de secretie van hormonen in de longen en helpt het het reuksysteem bij het detecteren van geuren.

Bovendien vervult elk element van het systeem een ​​specifieke functie: de neusgaten verwarmen de lucht en bieden bescherming tegen ziektekiemen, de keelholte, het strottenhoofd en de luchtpijp bemiddelen bij de doorgang van lucht.

Bovendien is de keelholte betrokken bij de doorgang van voedsel en het strottenhoofd bij het fonatieproces. Ten slotte vindt in de longblaasjes het proces van gasuitwisseling plaats.

Ademhalingsorganen in het dierenrijk

Bij kleine dieren, kleiner dan 1 mm, kan gasuitwisseling via de huid plaatsvinden. In feite voeren bepaalde dierlijke geslachten, zoals protozoa, sponzen, cnidarians en sommige wormen, het proces van gasuitwisseling uit door middel van eenvoudige diffusie.

Bij grotere dieren, zoals vissen en amfibieën, is ook huidademhaling aanwezig om de ademhaling door de kieuwen of longen aan te vullen.

Kikkers kunnen bijvoorbeeld het hele proces van gasuitwisseling via de huid uitvoeren in de winterslaapstadia, omdat ze volledig ondergedompeld zijn in vijvers. In het geval van salamanders zijn er exemplaren die volledig geen longen hebben en door de huid ademen.

Met de toename van de complexiteit van dieren is de aanwezigheid van gespecialiseerde organen voor gasuitwisseling echter noodzakelijk om te voldoen aan de hoge energiebehoeften van meercellige dieren.

De anatomie van de organen die gasuitwisseling in verschillende diergroepen bewerkstelligen, wordt hieronder in detail beschreven:

Luchtpijpen

Door BruceBlaus. Bij gebruik van deze afbeelding in externe bronnen kan deze worden aangehaald als: Blausen.com staff (2014). "Medische galerij van Blausen Medical 2014". WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. , van Wikimedia Commons

Insecten en sommige geleedpotigen hebben een zeer efficiënt en direct ademhalingssysteem. Het bestaat uit een systeem van buisjes, luchtpijp genaamd, die zich door het hele lichaam van het dier uitstrekken.

De luchtpijp vertakt zich in smallere buisjes (ongeveer 1 µm in diameter) die tracheala's worden genoemd. Ze worden ingenomen door vloeistof en eindigen in directe verbinding met de celmembranen.

Door Indolences (File: Throat Diagram.svg), via Wikimedia Commons

Lucht komt het systeem binnen via een reeks klepachtige openingen, zogenaamde blaasgaten. Deze hebben het vermogen om te sluiten als reactie op waterverlies om uitdroging te voorkomen. Evenzo heeft het filters om het binnendringen van ongewenste stoffen te voorkomen.

Bepaalde insecten, zoals bijen, kunnen lichaamsbewegingen uitvoeren die gericht zijn op ventilatie van het luchtpijpsysteem.

Kieuwen

De kieuwen, ook wel kieuwen genoemd, zorgen voor een effectieve ademhaling in wateromgevingen. Bij stekelhuidigen bestaan ​​ze uit een verlenging van het oppervlak van hun lichaam, terwijl ze bij zeewormen en amfibieën bosjes of bosjes zijn.

De meest efficiënte zijn in vis en bestaat uit een systeem van interne kieuwen. Het zijn draadvormige structuren met voldoende bloedtoevoer die tegen de stroom in gaat. Met dit "tegenstroom" -systeem kan de maximale extractie van zuurstof uit het water worden gegarandeerd.

De ventilatie van de kieuwen hangt samen met de bewegingen van het dier en het openen van de bek. In terrestrische omgevingen verliezen de kieuwen de drijvende ondersteuning van het water, drogen ze uit en smelten de filamenten samen, wat leidt tot de ineenstorting van het hele systeem.

Om deze reden stikken vissen wanneer ze uit het water komen, ook al hebben ze grote hoeveelheden zuurstof om zich heen.

Longen

De longen van gewervelde dieren zijn inwendige holtes, voorzien van overvloedige bloedvaten die tot taak hebben gasuitwisseling met bloed te bemiddelen. Bij sommige ongewervelde dieren spreken we van "longen", hoewel deze structuren niet homoloog aan elkaar zijn en veel minder efficiënt.

Bij amfibieën zijn de longen heel eenvoudig, vergelijkbaar met een zak die bij sommige kikkers is onderverdeeld. Het oppervlak dat beschikbaar is voor uitwisseling neemt toe in de longen van niet-aviaire reptielen, die zijn onderverdeeld in talrijke onderling verbonden zakjes.

In de lijn van vogels neemt de efficiëntie van de longen toe dankzij de aanwezigheid van luchtzakjes, die dienen als reserve voor lucht in het ventilatieproces.

De longen bereiken hun maximale complexiteit bij zoogdieren (zie volgende paragraaf). De longen zijn rijk aan bindweefsel en zijn omgeven door een dunne laag epitheel, de viscerale pleura genaamd, die doorgaat in de viscerale pleura, uitgelijnd met de wanden van de borstkas.

Amfibieën gebruiken positieve druk voor het binnendringen van lucht in de longen, terwijl niet-aviaire reptielen, vogels en zoogdieren negatieve druk gebruiken, waarbij lucht in de longen wordt geduwd door de uitzetting van de ribbenkast.

Delen (organen) van het ademhalingssysteem bij mensen

Bij de mens, en bij de rest van de zoogdieren, bestaat het ademhalingssysteem uit het bovenste gedeelte, bestaande uit de mond, neusholte, keelholte en strottenhoofd; het onderste gedeelte bestaat uit de luchtpijp en bronchiën en het gedeelte van het longweefsel.

Bovenste gedeelte of bovenste luchtwegen

Neusgaten zijn de structuren waardoor lucht binnenkomt, deze worden gevolgd door een neuskamer met een epitheel dat slijmstoffen afscheidt. De interne neusgaten verbinden zich met de keelholte (wat we gewoonlijk de keel noemen), waar de kruising van twee routes plaatsvindt: de spijsvertering en de luchtwegen.

Lucht komt binnen door de opening van de glottis, terwijl voedsel zich een weg baant door de slokdarm.

De epiglottis bevindt zich op de glottis, om te voorkomen dat voedsel de luchtwegen binnendringt, waardoor een grens ontstaat tussen de oropharynx - gedeelte achter de mond - en het laryngopharynx - laagste segment -. De glottis komt uit in het strottenhoofd ("strottenhoofd") en dit maakt op zijn beurt plaats voor de luchtpijp.

Onderste deel of onderste luchtwegen

De luchtpijp is een buisvormig kanaal met een diameter van 15-20 mm en een lengte van 11 centimeter. De wand is verstevigd met kraakbeenweefsel om te voorkomen dat de structuur instort, hierdoor is het een semi-flexibele structuur.

Kraakbeen bevindt zich in een halvemaanvormige vorm in 15 of 20 ringen, dat wil zeggen dat het de luchtpijp niet volledig omgeeft.

De tranquea vertakt zich in twee bronchiën, één voor elke long. Rechts is meer verticaal in vergelijking met links, maar ook korter en omvangrijker. Na deze eerste deling volgen opeenvolgende onderverdelingen in het longparenchym.

De structuur van de bronchiën lijkt op de luchtpijp door de aanwezigheid van kraakbeen, spieren en slijmvliezen, hoewel de kraakbeenplaten afnemen totdat ze verdwijnen, wanneer de bronchiën een diameter van 1 mm bereiken.

Binnenin verdeelt elke bronchus zich in kleine buisjes die bronchiolen worden genoemd en die naar het alveolaire kanaal leiden. De longblaasjes hebben een enkele, zeer dunne cellaag die gasuitwisseling met het capillaire systeem vergemakkelijkt.

Longweefsel

Macroscopisch worden de longen door kloven in lobben verdeeld. De rechterlong bestaat uit drie lobben en de linker heeft er maar twee. De functionele eenheid van gasuitwisseling is echter niet de longen, maar de alveolocapillaire eenheid.

De longblaasjes zijn kleine zakjes in de vorm van druiventrossen die zich aan het einde van de bronchiolen bevinden en overeenkomen met de kleinste onderverdeling van de luchtwegen. Ze vallen onder twee soorten cellen, I en II.

Alveoli

Type I-cellen worden gekenmerkt doordat ze dun zijn en de diffusie van gassen mogelijk maken. Die van type II zijn meer dan klein dan de vorige groep, minder dun en hun functie is om een ​​stof van het type oppervlakteactieve stof af te scheiden die de uitzetting van de longblaasjes bij ventilatie vergemakkelijkt.

De cellen van het epitheel worden afgewisseld met vezels van bindweefsel, zodat de long elastisch is. Evenzo is er een uitgebreid netwerk van longcapillairen waar gasuitwisseling plaatsvindt.

De longen zijn omgeven door een wand van mesotheliaal weefsel, de pleura. Dit weefsel wordt meestal virtuele ruimte genoemd, omdat het binnenin geen lucht bevat en slechts in zeer kleine hoeveelheden vloeistof bevat.

3D illustratie van strottenhoofd luchtpijp bronchiën deel van het ademhalingssysteem.

Nadelen van de longen

Een nadeel van de longen is dat gasuitwisseling alleen plaatsvindt in de alveoli en het alveolaire kanaal. Het luchtvolume dat de longen bereikt maar zich in een gebied bevindt waar geen gasuitwisseling plaatsvindt, wordt dode ruimte genoemd.

Daarom is het ventilatieproces bij mensen zeer inefficiënt. Normale ventilatie kan slechts een zesde van de lucht in de longen vervangen. Bij een geforceerde ademhaling wordt 20-30% van de lucht opgesloten.

ribbenkast

ribbenkast

De ribbenkast herbergt de longen en bestaat uit een reeks spieren en botten. De botcomponent bestaat uit de cervicale en dorsale wervelkolom, de ribbenkast en het borstbeen. Het diafragma is de belangrijkste ademhalingsspier die zich achter in het huis bevindt.

Er zijn extra spieren ingebracht in de ribben, intercostals genaamd. Anderen nemen deel aan ademhalingsmechanica, zoals de sternocleidomastoïde en de scalenes, die uit het hoofd en de nek komen. Deze elementen worden in het borstbeen en in de eerste ribben ingebracht.

Hoe werkt het?

De opname van zuurstof is essentieel voor de processen van cellulaire ademhaling, waarbij de opname van dit molecuul plaatsvindt voor de productie van ATP op basis van de voedingsstoffen die tijdens het voedingsproces worden verkregen door middel van metabolische processen.

Met andere woorden, zuurstof dient om moleculen te oxideren (verbranden) en daardoor energie te produceren. Een van de restanten van dit proces is kooldioxide, dat uit het lichaam moet worden verdreven. Ademhaling omvat de volgende gebeurtenissen:

Ventilatie

Het proces begint met het opvangen van zuurstof in de atmosfeer door middel van inspiratie. Lucht komt het ademhalingssysteem binnen via de neusgaten en gaat door de hele reeks beschreven buizen, totdat het de longen bereikt.

Lucht inademen - ademen - is een normaal onvrijwillig proces, maar kan van automatisch naar vrijwillig gaan.

In de hersenen zijn neuronen in het ruggenmerg verantwoordelijk voor de normale regulatie van de ademhaling. Het lichaam is echter in staat de ademhaling te regelen, afhankelijk van de zuurstofbehoefte.

Een gemiddelde persoon in rust ademt gemiddeld zes liter lucht per minuut in, en dit cijfer kan oplopen tot 75 liter tijdens periodes van intensieve inspanning.

Gasuitwisseling

Zuurstof in de atmosfeer is een mengsel van gassen, bestaande uit 71% stikstof, 20,9% zuurstof en een klein deel van andere gassen, zoals kooldioxide.

Wanneer lucht de luchtwegen binnendringt, verandert de samenstelling onmiddellijk. Het inspiratieproces verzadigt de lucht met water en wanneer de lucht de longblaasjes bereikt, vermengt het zich met de resterende lucht van eerdere inademingen. Op dit punt neemt de partiële zuurstofdruk af en die van kooldioxide toe.

In ademhalingsweefsels bewegen gassen zich volgens concentratiegradiënten. Omdat de partiële zuurstofdruk hoger is in de longblaasjes (100 mm Hg) dan in het bloed van de longcapillairen, gaat zuurstof (40 mm Hg) door een diffusieproces naar de haarvaten.

Evenzo is de concentratie koolstofdioxide hoger in de longcapillairen (46 mm Hg) dan in de longblaasjes (40 mm Hg), daarom diffundeert het kooldioxide in de tegenovergestelde richting: van de bloedcapillairen naar de longblaasjes in de longen.

Door Fluid-filled_alveolus2_ja.svg: gebruiker: delldot (gewijzigd door Hatsukari715) afgeleid werk: OSH FPaD (Fluid-filled_alveolus2_ja.svg), via Wikimedia Commons

Gastransport

In water is de oplosbaarheid van zuurstof zo laag dat er een transportmiddel moet zijn om aan de metabolische eisen te voldoen. Bij sommige kleine ongewervelde dieren is de hoeveelheid zuurstof die in hun vloeistoffen is opgelost voldoende om aan de eisen van het individu te voldoen.

Bij mensen zou de op deze manier getransporteerde zuurstof echter slechts voldoende zijn om aan 1% van de vereisten te voldoen.

Om deze reden wordt zuurstof - en een aanzienlijke hoeveelheid kooldioxide - gedragen door pigmenten in het bloed. Bij alle gewervelde dieren zijn deze pigmenten beperkt tot rode bloedcellen.

In het dierenrijk is het meest voorkomende pigment hemoglobine, een eiwitmolecuul dat ijzer in zijn structuur bevat. Elk molecuul bestaat uit 5% heem, verantwoordelijk voor de rode kleur van bloed en omkeerbare binding met zuurstof, en 95% globine.

De hoeveelheid zuurstof die aan hemoglobine kan binden, is afhankelijk van vele factoren, waaronder de zuurstofconcentratie: wanneer deze hoog is, zoals in haarvaten, bindt hemoglobine zich aan zuurstof; bij een lage concentratie geeft het eiwit zuurstof af.

Andere respiratoire pigmenten

Hoewel hemoglobine het ademhalingspigment is dat aanwezig is in alle gewervelde dieren en sommige ongewervelde dieren, is het niet de enige.

In sommige tienpotige kreeftachtigen, koppotige schaaldieren en weekdieren is er een blauw pigment dat hemocyanine wordt genoemd. In plaats van ijzer heeft dit molecuul twee koperatomen.

In vier families van polychaeten is er het pigment chlorocruorin, een eiwit met ijzer in zijn structuur en groen van kleur. Het is vergelijkbaar met hemoglobine in structuur en functie, hoewel het niet beperkt is tot een cellulaire structuur en vrij is in plasma.

Ten slotte is er een pigment met een zuurstofdragend vermogen dat veel lager is dan dat van hemoglobine, hemeritrine genaamd. Het is rood van kleur en komt voor in verschillende groepen ongewervelde zeedieren.

Veelvoorkomende ziektes

Astma

Het is een pathologie die de luchtwegen aantast en de zwelling veroorzaakt. Bij een astma-aanval raken de spieren rond de luchtwegen ontstoken en wordt de hoeveelheid lucht die het systeem kan binnendringen drastisch verminderd.

De aanval kan worden veroorzaakt door een reeks stoffen die allergenen worden genoemd, waaronder de vacht van huisdieren, mijten, koude klimaten, chemicaliën in voedsel, schimmels en pollen.

Longoedeem

Een longoedeem bestaat uit de ophoping van vocht in de longen, waardoor het moeilijk wordt om te ademen. De oorzaken zijn over het algemeen geassocieerd met congestief hartfalen, waarbij het hart niet genoeg bloed pompt.

De verhoogde druk in de bloedvaten duwt de vloeistof in de luchtruimten in de longen, waardoor de normale beweging van zuurstof in de longen wordt verminderd.

Andere oorzaken van longoedeem zijn nierfalen, de aanwezigheid van vernauwde slagaders die bloed naar de nieren transporteren, myocarditis, aritmieën, overmatig hoge lichamelijke activiteit, gebruik van bepaalde medicijnen, onder andere.

De meest voorkomende symptomen zijn kortademigheid, kortademigheid, schuim of bloed spugen en een versnelde hartslag.

Longontsteking

Longontsteking zijn infecties van de longen en kunnen worden veroorzaakt door een verscheidenheid aan micro-organismen, waaronder bacteriën zoals Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, Mycoplasmas pneumoniae en Chlamydias pneumoniae, virussen of schimmels zoals Pneumocystis jiroveci.

Het presenteert zich als een ontsteking van de alveolaire ruimtes. Het is een zeer besmettelijke ziekte, omdat de veroorzakers via de lucht kunnen worden verspreid en snel kunnen worden verspreid door niezen en hoesten.

De mensen die het meest vatbaar zijn voor deze pathologie zijn onder meer personen ouder dan 65 jaar en met gezondheidsproblemen. Symptomen zijn onder meer koorts, koude rillingen, ophoesten van slijm, kortademigheid, kortademigheid en pijn op de borst.

In de meeste gevallen is ziekenhuisopname niet nodig en de ziekte kan worden behandeld met orale antibiotica (in het geval van bacteriële longontsteking), rust en drinkvloeistoffen.

Bronchitis

Bronchitis treedt op als een ontstekingsproces in de buizen die zuurstof naar de longen transporteren, veroorzaakt door infectie of om andere redenen. Deze ziekte is geclassificeerd als acuut en chronisch.

Symptomen zijn onder meer algemene malaise, ophoesten van slijm, kortademigheid en druk op de borst.

Om bronchitis te behandelen, wordt het aanbevolen om aspirine of paracetamol te nemen om koorts te verlagen, grote hoeveelheden vocht te drinken en te rusten. Als het wordt veroorzaakt door een bacterieel middel, worden antibiotica ingenomen.

Referenties

1. French, K., Randall, D., & Burggren, W. (1998). Eckert. Dierfysiologie: mechanismen en aanpassingen. Mc Graw-Hill Interamericana
2. Gutiérrez, AJ (2005). Persoonlijke training: bases, basisprincipes en toepassingen. INDE.
3. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Geïntegreerde principes van zoölogie (Deel 15). New York: McGraw-Hill.
4. Smith-Ágreda, JM (2004). Anatomie van de organen van spraak, zicht en gehoor. Panamerican Medical Ed.
5. Taylor, NB, & Best, CH (1986). Fysiologische basis van de medische praktijk. Pan-Amerikaans.
6. Vived, À. M. (2005). Basisprincipes van fysiologie van fysieke activiteit en sport. Panamerican Medical Ed.