PLICNÍ ALVEOLY: CHARAKTERISTIKA, FUNKCE, ANATOMIE - ANATOMIE A FYZIOLOGIE - 2025

Tyto plicní sklípky jsou malé váčky umístěné v plicích savců, obklopen síť krevních kapilár. Pod mikroskopem lze v alveolu rozeznat lumen alveolu a jeho stěny, tvořené epitelovými buňkami.

Obsahují také vazivová tkáňová vlákna, která jim dodávají jejich charakteristickou elasticitu. Ploché buňky typu I a buňky ve tvaru krychle typu II lze rozlišit v alveolárním epitelu. Jeho hlavní funkcí je zprostředkování výměny plynu mezi vzduchem a krví.

Jak dýchací proces nastává, vzduch vstupuje do těla přes průdušnici, kde putuje do řady tunelů v plicích. Na konci této složité sítě trubek jsou alveolární vaky, kde vzduch vstupuje a je přijímán krevními cévami.

Již v krvi je kyslík ve vzduchu oddělen od zbytku složek, jako je oxid uhličitý. Tato poslední sloučenina je vylučována z těla pomocí výdechového procesu.

Obecné vlastnosti

Uvnitř plic je houbovitá texturovaná tkáň tvořená poměrně velkým počtem plicních alveol: od 400 do 700 milionů ve dvou plicích zdravého dospělého člověka. Alveoly jsou sac-like struktury pokryté vnitřně lepivou látkou.

U savců každá plíce obsahuje miliony alveol, úzce spjatých s cévní sítí. U lidí, oblast plic se pohybuje mezi 50 a 90 m ² a obsahuje 1000 km krevních kapilár.

Tento vysoký počet je nezbytný pro zajištění požadovaného příjmu kyslíku, a proto musí být schopen vyhovět vysokému metabolismu savců, zejména v důsledku endotermie skupiny.

Dýchací systém u savců

Vzduch vstupuje nosem, konkrétně nosními dírkami; Ten přechází do nosní dutiny a odtud do vnitřních nosních dírek připojených k hltanu. Zde se sbíhají dvě cesty: dýchací a zažívací.

Glottis se otevře hrtanu a poté průdušnici. Toto je rozděleno do dvou průdušek, jedna v každé plíci; na oplátku se průdušky dělí na bronchioly, což jsou menší trubičky a vedou k alveolárním kanálkům a alveolům.

Funkce

Hlavní funkcí alveol je umožnit výměnu plynu, která je životně důležitá pro dýchací procesy, a umožnit kyslíku vstupovat do krevního řečiště a transportovat do tělních tkání.

Stejně tak se plicní alveoly účastní odstraňování oxidu uhličitého z krve během inhalačních a výdechových procesů.

Anatomie

Alveoly a alveolární kanály sestávají z velmi tenkého jednovrstvého endotelu, který usnadňuje výměnu plynů mezi vzduchem a krevními kapilárami. Mají přibližný průměr 0,05 a 0,25 mm, obklopené kapilárními smyčkami. Mají zaoblený nebo polyhedrální tvar.

Mezi každým následným alveolem je interalveolární septum, což je společná zeď mezi nimi. Hranice těchto septa tvoří bazální prsteny, tvořené buňkami hladkého svalstva a pokryté jednoduchým kvádrovým epitelem.

Na vnější straně alveolu jsou krevní kapiláry, které spolu s alveolární membránou tvoří alveolus-kapilární membránu, oblast, kde dochází k výměně plynu mezi vzduchem vstupujícím do plic a krví v kapilárách.

Plicní alveoly jsou díky své zvláštní organizaci připomínající voštinu. Na vnější straně jsou tvořeny stěnou epitelových buněk zvanou pneumocyty.

Doprovázející alveolární membránu jsou buňky odpovědné za obranu a čištění alveolů, nazývané alveolární makrofágy.

Typy buněk v alveolech

Struktura alveolů byla v literatuře široce popsána a zahrnuje následující typy buněk: typ I zprostředkující výměnu plynu, typ II se sekrečními a imunitními funkcemi, endoteliální buňky, alveolární makrofágy, které se účastní obranné a intersticiální fibroblasty.

Buňky typu I

Buňky typu I jsou charakterizovány neuvěřitelně tenkými a plochými, pravděpodobně pro usnadnění výměny plynu. Nacházejí se v přibližně 96% povrchu alveol.

Tyto buňky exprimují významné množství proteinů, včetně T1-a, aquaporinu 5, iontových kanálů, adenosinových receptorů a genů pro rezistenci na různá léčiva.

Obtížnost izolace a kultivace těchto buněk ztěžuje jejich hloubkové studium. Zvýšená je však možná funkce homosheze v plicích, jako je transport iontů, vody a účast na kontrole buněčné proliferace.

Způsob, jak překonat tyto technické potíže, je studium buněk pomocí alternativních molekulárních metod, nazývaných DNA microarrays. Použitím této metodologie bylo možné dojít k závěru, že buňky typu I se také podílejí na ochraně před oxidačním poškozením.

Buňky typu II

Buňky typu II mají tvar kvádru a jsou obvykle umístěny v rozích alveol u savců, nacházejí se pouze ve 4% zbývajícího alveolárního povrchu.

Mezi jeho funkce patří produkce a sekrece biomolekul, jako jsou proteiny a lipidy, které tvoří plicní povrchově aktivní látky.

Plicní povrchově aktivní látky jsou látky složené hlavně z lipidů a malé části bílkovin, které pomáhají snižovat povrchové napětí v alveolech. Nejdůležitější je dipalmitoylfosfatidylcholin (DPPC).

Buňky typu II se podílejí na imunitní obraně alveolů a vylučují různé typy látek, jako jsou cytokiny, jejichž úlohou je nábor zánětlivých buněk v plicích.

Kromě toho bylo na různých zvířecích modelech ukázáno, že buňky typu II jsou odpovědné za udržování alveolárního prostoru bez tekutin a jsou také zapojeny do transportu sodíku.

Intersticiální fibroblasty

Tyto buňky jsou ve tvaru vřetena a vyznačují se dlouhými aktinovými prodlouženími. Jeho funkcí je sekrece buněčné matrice v alveolu pro udržení její struktury.

Stejným způsobem mohou buňky řídit průtok krve a podle potřeby jej snižovat.

Alveolární makrofágy

Alveoly nesou buňky s fagocytárními vlastnostmi odvozenými od krevních monocytů zvaných alveolární makrofágy.

Tito jsou zodpovědní za vylučování cizími částicemi fagocytózy, které vstoupily do alveol, jako je prach nebo infekční mikroorganismy, jako je Mycobacterium tuberculosis. Kromě toho pohlcují krvinky, které by mohly vstoupit do alveol, pokud dojde k srdečnímu selhání.

Vyznačují se hnědou barvou a řadou různých rozšíření. V cytoplazmě těchto makrofágů jsou hojně hojné lysozomy.

Počet makrofágů se může zvýšit, pokud má tělo onemocnění související se srdcem, pokud jedinec používá amfetaminy nebo cigarety.

Kohn póry

Jedná se o řadu pórů umístěných v alveolech umístěných v meziobolárních přepážkách, které komunikují jeden alveolus s druhým a umožňují mezi nimi cirkulaci vzduchu.

Jak probíhá výměna plynu?

Výměna plynu mezi kyslíkem (O ₂) a oxidem uhličitým (CO ₂) je primárním účelem plic.

Tento jev se vyskytuje v plicních alveolech, kde se krev a plyn setkávají v minimální vzdálenosti přibližně jeden mikron. Tento proces vyžaduje dva řádně přečerpané kanály nebo kanály.

Jedním z nich je vaskulární systém plic poháněný pravou oblastí srdce, který posílá smíšenou žilní krev (tvořenou žilní krví ze srdce a jiných tkání skrze žilní návrat) do oblasti, kde se vyskytuje výměnou.

Druhým kanálem je trachebronchiální strom, jehož větrání je řízeno svaly zapojenými do dýchání.

Obecně se přeprava jakéhokoli plynu řídí hlavně dvěma mechanismy: konvekcí a difúzí; první je reverzibilní, zatímco druhý není.

Výměna plynu: parciální tlaky

Když vzduch vstoupí do dýchacího systému, změní se jeho složení, nasycené vodní párou. Po dosažení alveolů se vzduch mísí se vzduchem, který zůstal z předchozího dýchacího kruhu.

Díky této kombinaci stoupá parciální tlak kyslíku a tlak oxidu uhličitého. Protože parciální tlak kyslíku je vyšší v alveolech než v krvi, která vstupuje do kapilár plic, kyslík vstupuje do kapilár difúzí.

Podobně je parciální tlak oxidu uhličitého vyšší v kapilárách plic, ve srovnání s alveoly. Proto oxid uhličitý přechází do alveol jednoduchým difúzním procesem.

Transport plynů z tkání do krve

Kyslík a významné množství oxidu uhličitého jsou transportovány „respiračními pigmenty“, včetně hemoglobinu, který je nejoblíbenější mezi skupinami obratlovců.

Krev zodpovědná za transport kyslíku z tkání do plic musí také transportovat oxid uhličitý zpět z plic.

Oxid uhličitý však může být transportován jinými cestami, může být přenášen krví a rozpuštěn v plazmě; navíc se může šířit do krevních erytrocytů.

V erytrocytech je většina oxidu uhličitého přeměněna na kyselinu uhličitou enzymem karbonová anhydráza. Reakce probíhá následovně:

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

Vodíkové ionty z reakce se kombinují s hemoglobinem za vzniku deoxyhemoglobinu. Toto spojení zamezuje náhlému snížení pH v krvi; současně dochází k uvolňování kyslíku.

Bikarbonátové ionty (HCO ₃ ^-) opouštějí erytrocyt výměnou za ionty chloru. Na rozdíl od oxidu uhličitého mohou ionty bikarbonátu zůstat v plazmě díky své vysoké rozpustnosti. Přítomnost oxidu uhličitého v krvi by měla podobný vzhled jako u syceného nápoje.

Transport plynů z krve do alveol

Jak je naznačeno šipkami v obou směrech, výše popsané reakce jsou reverzibilní; to znamená, že produkt se může znovu stát počátečními reaktanty.

Jakmile krev dosáhne plic, bikarbonát znovu vstoupí do krvinek. Stejně jako v předchozím případě musí iont bikarbonátu vstoupit z buňky z chloru.

V této době dochází k reakci v opačném směru s katalýzou enzymu karboanhydrázy: hydrogenuhličitan reaguje s iontem vodíku a přeměňuje se zpět na oxid uhličitý, který difunduje do plazmy a odtud do alveol.

Nevýhody výměny plynu v plicích

Výměna plynu probíhá pouze v alveolech a alveolárních potrubích, které jsou umístěny na konci trubkových větví.

Z tohoto důvodu můžeme hovořit o „mrtvém prostoru“, kde vzduch prochází do plic, ale nedochází k výměně plynu.

Pokud to porovnáme s jinými skupinami zvířat, jako jsou ryby, mají velmi účinný jednosměrný systém výměny plynu. Podobně mají ptáci systém vzduchových vaků a parabronchi, kde dochází k výměně vzduchu, což zvyšuje účinnost procesu.

Lidská ventilace je tak neefektivní, že v nové inspiraci může být vyměněna pouze jedna šestina vzduchu, přičemž zbytek vzduchu je zachycen v plicích.

Patologie spojené s alveoly

Plicní epfyzém

Tento stav spočívá v poškození a zánětu alveol; v důsledku toho tělo není schopné přijímat kyslík, způsobuje kašel a ztěžuje regeneraci dechu, zejména při fyzických činnostech. Jednou z nejčastějších příčin této patologie je kouření.

Zápal plic

Pneumonie je způsobena bakteriální nebo virovou infekcí v dýchacích cestách a způsobuje zánětlivý proces s přítomností hnisu nebo tekutin uvnitř alveol, čímž zabraňuje příjmu kyslíku a způsobuje vážné potíže s dýcháním.

Reference

1. Berthiaume, Y., Voisin, G., & Dagenais, A. (2006). Buňky alveolárního typu I: nový rytíř alveolu? The Journal of Physiology, 572 (Pt 3), 609–610.
2. Butler, JP, a Tsuda, A. (2011). Transport plynů mezi prostředím a alveoly - teoretické základy. Comprehensive Physiology, 1 (3), 1301–1316.
3. Castranova, V., Rabovský, J., Tucker, JH, & Miles, PR (1988). Epiteliální buňka alveolárního typu II: multifunkční pneumocyt. Toxikologie a aplikovaná farmakologie, 93 (3), 472–483.
4. Herzog, EL, Brody, AR, Colby, TV, Mason, R., & Williams, MC (2008). Známí a neznámí Alveolus. Sborník American Thoracic Society, 5 (7), 778–782.
5. Kühnel, W. (2005). Barevný atlas cytologie a histologie. Panamerican Medical Ed.
6. Ross, MH, a Pawlina, W. (2007). Histologie. Textový a barevný atlas s buněčnou a molekulární biologií. 5aed. Panamerican Medical Ed.
7. Welsch, U. a Sobotta, J. (2008). Histologie. Panamerican Medical Ed.