Đặc Điểm Hình Thái – Chức Năng Của Bộ Máy Hô Hấp
Bài 10.1
SINH LÝ HÔ HẤP: ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI – CHỨC NĂNG CỦA BỘ MÁY HÔ HẤP
MỤC TIÊUSau khi học xong bài này, sinh viên có khả năng: Trình bày được cấu tạo màng hô hấp, áp suất âm trong khoang màng phổi |
Cơ thể sống luôn luôn đòi hỏi được cung cấp oxy để sử dụng trong quá trình chuyển hóa chất và chuyển hóa năng lượng, đồng thời đào thải CO2 (sản phẩm của quá trình chuyển hóa) ra ngoài cơ thể nhằm duy trì một sự hằng định tương đối nồng độ oxy và CO2 trong nội môi. Cơ thể đơn bào có thể trao đổi trực tiếp với môi trường, nhận oxy từ môi trường và thải CO2 trực tiếp ra ngoài môi trường. Cơ thể đa bào, đặc biệt với cấu trúc phức tạp như cơ thể con người thì các tế bào không thể trao đổi trực tiếp oxy và CO2 với môi trường bên ngoài, mà chúng phải thông qua một bộ máy chuyên biệt để cung cấp oxy và đào thải CO2 đó là bộ máy hô hấp. Bộ máy hô hấp của người và động vật có vú bao gồm đường dẫn khí, phổi, lồng ngực và các cơ hô hấp. Chức năng hô hấp bao gồm chức năng thông khí, vận chuyển khí và hô hấp tế bào. Nội dung bài này chỉ đề cập đến chức năng thông khí, vận chuyển khí và điều hoà hô hấp. Rối loạn chức năng của một bộ phận nào của bộ máy hô hấp đều có thể dẫn đến những quá trình bệnh lý khác nhau.
1. ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI – CHỨC NĂNG CỦA BỘ MÁY HÔ HẤP
1.1. Đường dẫn khí
1.1.1. Đặc điểm hình thái của đường dẫn khí
Đường dẫn khí gồm có mũi hoặc miệng, sau đó đến hầu (họng), thanh quản, khí quản, phế quản, các tiểu phế quản, đến các tiểu phế quản tận là các tiểu phế quản ở trước ống phế nang, đến các túi phế nang và các phế nang.
– Mũi, miệng, hầu và thanh quản được xếp là đường hô hấp trên.
– Đường hô hấp dưới bắt đầu từ khí quản đến phế quản và các tiểu phế quản.
Để có thể xác định được vị trí giải phẫu và ứng dụng lâm sàng khi soi phế quản, đường hô hấp dưới được chia thành các thế hệ (các mức hoặc các đoạn). Thế hệ số không của đường hô hấp dưới là khí quản, sau đó hai phế quản gốc trái và phải được xếp là thế hệ thứ nhất, tiếp theo ở mỗi một bên của phổi cứ mỗi lần phế quản và các tiểu phế quản phân chia là một thế hệ. Có từ hai mươi đến hai mươi ba thế hệ trước khi đến phế nang.
Đường dẫn khí dưới được phủ một lớp biểu mô lát mặt trong, có xen kẽ các tuyến tiết nhầy và tiết nước, phía trên lớp biểu mô có hệ thống lông mao luôn luôn chuyển động theo hướng về phía hầu. Các tuyến ở lớp biểu mô luôn tiết dịch nhầy và có tác dụng làm bám dính các hạt bụi, vi khuẩn…
1.1.2. Chức năng của đường dẫn khí
Đường dẫn khí với các đặc điểm về cấu trúc và hình thái như đã trình bày ở trên có những chức năng chính sau đây:
– Chức năng dẫn khí.
Chức năng dẫn khí là chức năng quan trọng của đường dẫn khí, chức năng dẫn khí chỉ được thực hiện tốt khi đường dẫn khí được thông thoáng. Bình thường không khí ra hoặc vào phổi rất dễ dàng, chỉ cần có sự chênh lệch áp suất < 1 cmH2O là đủ để không khí di chuyển từ nơi có áp suất cao hơn đến nơi có áp suất thấp trong các động tác hô hấp. Để đánh giá mức độ thông thoáng của đường dẫn khí chúng ta có thể đo sức cản của đường dẫn khí. Sức cản của đường dẫn khí phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:
+ Thể tích phổi: khi hít vào sức cản của đường dẫn khí giảm xuống, khi thở ra sức cản của đường dẫn khí tăng lên.
+ Sự co của cơ trơn ở các tiểu phế quản.
+ Mức độ phì đại của niêm mạc đường dẫn khí.
+ Lượng dịch tiết ra trong lòng đường dẫn khí.
– Chức năng bảo vệ.
Chức năng bảo vệ được thực hiện ngay từ khi không khí đi qua đường mũi. Hệ thống lông mũi có tác dụng cản các hạt bụi to và chỉ có những hạt bụi có kích thước < 5 µm (còn gọi là bụi hô hấp) mới vào được đến phế nang.
Lớp dịch nhầy và sự chuyển động của hệ thống lông mao trên bề mặt các biểu mô lát mặt trong đường dẫn khí có tác dụng bám dính các hạt bụi, vi khuẩn… và đẩy chúng ra ngoài. Cơ chế này còn được gọi là cơ chế làm sạch không khí hữu hiệu. Hàng rào bảo vệ cơ thể của đường dẫn khí theo cơ chế nêu trên tuy mang tính cơ học nhưng đóng vai trò quan trọng. Nếu do một nguyên nhân nào đó (các chất hóa học độc hại, khói thuốc lá…) làm liệt chuyển động của hệ thống lông mao thì cũng có thể dẫn đến tình trạng dễ mắc các bệnh nhiễm trùng phổi.
– Chức năng làm ấm và bão hoà hơi nước của không khí khi hít vào.
Đặc điểm cấu trúc của đường hô hấp trên và đường hô hấp dưới có tác dụng làm cho không khí hít vào được sưởi ấm lên đến nhiệt độ của cơ thể là 37°C và được bão hoà hơi nước nhờ hệ thống mao mạch phong phú của đường dẫn khí và nhờ có các tuyến tiết nước, tiết nhầy trong lớp biểu mô lát mặt trong đường dẫn khí.
Như vậy không khí khi vào đến phế nang được làm sạch nhờ chức năng bảo vệ, được làm ấm lên bằng nhiệt độ cơ thể và được bão hoà hơi nước. Đây là những điều kiện tối ưu để cho không khí ở phế nang đi vào quá trình trao đổi khí.
– Các chức năng khác của đường dẫn khí.
Ngoài các chức năng kể trên, đường dẫn khí còn có một số chức năng khác như chức năng phát âm, chức năng góp phần biểu lộ tình cảm thông qua lời nói, tiếng cười, tiếng khóc…
1.2. Phổi – phế nang và màng hô hấp
1.2.1. Phổi – phế nang
Phổi nằm trong lồng ngực, gồm có phổi phải và phổi trái, đơn vị cấu tạo cuối cùng của phổi là các phế nang.
Phế nang là đơn vị cấu tạo cuối cùng của phổi và nó là đơn vị chức năng thực hiện quá trình trao đổi khí. Phế nang được các mao mạch phổi bao bọc như một mạng lưới. Mỗi phế nang như một cái túi nhỏ rất mỏng manh, nhận không khí từ nhánh tận cùng của cây phế quản là các ống phế nang. Từ các ống phế nang có các túi phế nang và đến các phế nang. Ở người có khoảng 300 triệu phế nang và có diện tích tiếp xúc giữa phế nang và mao mạch là khoảng 70-120 m2 tuỳ theo thì hô hấp là thở ra hay hít vào.
Phế nang được cấu tạo gồm một lớp biểu mô phế nang, trên bề mặt của lớp biểu mô phế nang có phủ một lớp dịch là chất hoạt diện còn được gọi là lớp surfactant có khả năng ổn định được sức căng bề mặt trong các phế nang. Lớp biểu mô phế nang có hai loại tế bào.
– Tế bào phế nang nhỏ hay còn gọi là tế bào phế nang typ I. Tế bào phế nang nhỏ có cấu tạo phần bào tương trải dài ra theo thành phế nang. Tế bào phế nang nhỏ là tế bào lót nguyên thuỷ của phế nang, nó mẫn cảm với mọi đột nhập có hại vào phế nang.
– Tế bào phế nang lớn hay còn gọi là tế bào phế nang typ II. Tế bào phế nang lớn thường đứng thành cụm từ 2 đến 3 tế bào đứng cạnh nhau. Trong bào tương của tế bào phế nang lớn, khi nghiên cứu dưới kính hiển vi điện tử người ta thấy chúng có hai loại khác nhau: loại tế bào phế nang lớn trong bào tương có nhiều ty thể và loại tế bào phế nang lớn trong bào tương có nhiều lysosom. Người ta cho rằng đây là hai giai đoạn hoạt động và phát triển của tế bào phế nang lớn. Tế bào phế nang lớn có khả năng bài tiết ra chất hoạt diện.
Các phế nang có thành phế nang hay còn gọi là lớp màng đáy phế nang. Lớp màng này tiếp xúc với mô liên kết nằm ở các khoảng kẽ giữa các phế nang hoặc tiếp xúc trực tiếp với thành mao mạch phế nang. Nơi tiếp giáp giữa phế nang và mao mạch là nơi xảy ra quá trình trao đổi khí giữa phế nang và mao mạch và còn được gọi là màng hô hấp là đơn vị trực tiếp xảy ra quá trình trao đổi khí.
1.2.2. Màng hô hấp
Màng hô hấp là đơn vị hô hấp của phế nang, nơi tiếp xúc giữa phế nang và mao mạch và là nơi trực tiếp xảy ra quá trình trao đổi khí. Nghiên cứu dưới kính hiển vi điện tử, màng hô hấp có cấu tạo gồm 6 lớp (hình 10.1). Từ phế nang đến mao mạch có các lớp sau:
– Lớp chất hoạt diện (lớp surfactant) là lớp dịch phủ trên lớp biểu mô phế nang có tác dụng giảm sức căng bề mặt trong lòng các phế nang nhỏ nhằm tránh tình trạng xẹp các phế nang nhỏ, phồng vỡ các phế nang lớn. Thành phần chính của lớp surfactant là các phospholipid và do tế bào phế nang lớn tiết ra.
– Lớp biểu mô phế nang có tế bào phế nang nhỏ và tế bào phế nang lớn
– Lớp màng đáy phế nang là thành phế nang lót ở dưới lớp biểu mô phế nang tiếp giáp với lớp liên kết hoặc trực tiếp với lớp màng đáy mao mạch, nó được cấu tạo bởi lớp chất tạo keo.
– Lớp liên kết hoặc còn gọi là lớp khoảng kẽ có các sợi liên kết, sợi chung đôi khi người ta bắt gặp xác của các đại thực bào ăn mỡ hoặc ăn bụi trong lớp liên kết này.
– Lớp màng đáy mao mạch, nó là thành mao mạch, là lớp lót dưới nội mạc mao mạch và cũng được cấu tạo bởi lớp chất tạo keo.
– Lớp nội mạc mao mạch được cấu tạo bởi các tế bào nội mạc và có cấu tạo giống như các tế bào phế nang nhỏ.
Màng hô hấp tuy được cấu tạo bởi 6 lớp nhưng rất mỏng, bề dày trung bình của màng hô hấp chỉ vào khoảng 0,6 µm, có chỗ chỉ khoảng 0,2 µm. người trưởng thành diện tích của màng hô hấp trong khoảng 50-100 m2 và lượng máu chứa trong hệ mao mạch phổi khoảng 60-140 ml. Đường kính mao mạch chỉ khoảng 5 µm trong khi đó đường kính hồng cầu khoảng 7,5 µm, do đó khi đi qua mao mạch hồng cầu phải tự kéo dài ra mới đi lọt, tạo điều kiện cho quá trình khuếch tán khí được dễ dàng.
1.3. Lồng ngực
Lồng ngực là một buồng hoàn toàn kín chứa phổi và tim là hai cơ quan chính ở bên trong lồng ngực, xung quanh là khung xương bao bọc, phía trên có các cơ và mô liên kết ở vùng cổ, phía dưới có cơ hoành ngăn cách với ổ bụng. Cơ hoành có hai vòm và được cấu tạo bởi các sợi cơ vân. Thành lồng ngực có xương ức ở phía trước, 12 đôi xương sườn, các cơ liền sườn và các mô liên kết làm cho thành lồng ngực có tính đàn hồi, phía sau có cột sống gồm các đốt xương sống. Lồng ngực có tính đàn hồi và có khả năng thay đổi kích thước lồng ngực trong một giới hạn nhất định nhờ hoạt động của các cơ hô hấp.
1.4. Màng phổi và cơ chế tạo áp suất âm trong khoang màng phổi, ý nghĩa của áp suất âm
1.4.1. Màng phổi và khoang màng phổi
Màng phổi có hai lá là lá thành và lá tạng được tạo thành bởi một lớp mô liên kết xơ mỏng trong đó có những tế bào sợi và đại thực bào, những bó sợi chun chạy dọc theo các hướng khác nhau và được lợp bởi một lớp trung biểu mô.
Lá thành bao mặt trong của thành ngực và cơ hoành, lá tạng bao bọc mặt ngoài phổi, chúng áp sát nhau và liên tục với nhau ở rốn phổi. Giữa hai lá có một ít dịch mỏng tạo cho chúng dễ trượt lên nhau và cũng khó tách rời nhau. Màng phổi có nhiều mao mạch máu và mao mạch bạch huyết. Lá thành của phổi có một số sợi thần kinh chi phối có nguồn gốc từ các dây thần kinh hoành và thần kinh liên sườn. Lá tạng có các nhánh của thần kinh giao cảm và phó giao cảm. Lá thành và lá tạng liên tiếp nhau tạo thành một khoang gọi là khoang màng phổi và là một khoang ảo vì bình thường giữa lá thành và lá tạng không có một khoảng trống nào mà chúng áp sát vào nhau với một lớp dịch rất mỏng. Trong một số trường hợp bệnh lý làm cho lá tạng và lá thành tách rời nhau, giữa chúng tạo thành khoang thực chứa khí hoặc chứa dịch như trong các trường hợp tràn dịch, tràn khí màng phổi…
1.4.2. Áp suất âm và cơ chế tạo áp suất âm trong khoang màng phổi
Áp suất trong khoang màng phổi thấp hơn áp suất khí quyển được gọi là áp suất âm trong khoang màng phổi. Áp suất âm trong khoang màng phổi có thể đo được bằng cách đo trực tiếp hoặc gián tiếp.
Cơ chế tạo thành áp suất âm trong khoang màng phổi: mô phổi có tính đàn hồi do đó theo tính chất vật lý của các sợi đàn hồi thì nếu càng bị kéo căng ra thì lực đàn hồi co lại càng lớn. Phổi ở thì hít vào bị căng giãn ra do đó có xu hướng co về phía rốn phổi. Phổi càng giãn nở to thì lực đàn hồi co về phía rốn phổi càng lớn trong khi đó lồng ngực được coi là một bình kín và cứng tuy có khả năng đàn hồi nhưng nhỏ hơn rất nhiều so với mô phổi. Ở thì hít vào lồng ngực tăng kích thước, lá thành bám sát vào thành ngực còn lá tạng áp sát vào phổi, do tính chất đàn hồi của phổi lá tạng có xu hướng tách ra khỏi lá thành làm cho thể tích trong khoang ảo của màng phổi tăng lên. Theo định luật vật lý, trong một bình kín nếu nhiệt độ không thay đổi, áp suất trong bình sẽ giảm khi thể tích của bình tăng lên. Chính vì lý do trên nên khi thể tích của khoang ảo màng phổi có xu hướng tăng lên thì áp suất trong khoang ảo sẽ giảm xuống làm cho áp suất trong khoang màng phổi đã âm lại càng âm hơn. Khi phổi càng nở ra ở thì hít vào thì lực đàn hồi co lại của phổi càng lớn và làm cho áp suất càng âm. Khi phổi càng thu nhỏ lại ở thì thở ra thì áp suất sẽ bớt âm hơn do lực đàn hồi co lại về phía rốn phổi giảm xuống, lá tạng giảm bớt lực co tách khỏi lá thành và thể tích của khoang ảo dần trở về trạng thái ban đầu.
Để giải thích cơ chế áp suất âm trong khoang màng phổi người ta còn dựa vào sự tăng trưởng kích thước của lồng ngực ở đứa trẻ sau khi sinh, kích thước của lồng ngực thường tăng nhanh hơn phổi vì thế khiến cho thành ngực và đi liền với nó là lá thành có xu thế tách khỏi mặt ngoài của phổi tức là tách khỏi lá tạng vì lá tạng áp sát mặt ngoài của phổi. Mặt khác áp suất khí quyển thông qua đường dẫn khí tác động vào các phế nang luôn làm phổi nở thêm và bám sát theo thành ngực. Do tính chất đàn hồi của mô phổi nên phổi lại có xu hướng co nhỏ lại không theo độ nở của thành ngực. Sự co kéo ngược chiều nhau (lồng ngực nở to ra, mô phổi co nhỏ lại) đã tạo ra áp suất âm trong khoang màng phổi. Một yếu tố nữa góp phần tạo áp suất âm trong khoang màng phổi là dịch màng phổi được bơm liên tục vào các mạch bạch huyết.
Tính chất đàn hồi của phổi và lồng ngực là yếu tố chính tạo nên áp suất âm trong khoang màng phổi.
– Ở cuối thì thở ra bình thường áp suất âm trong khoang màng phổi khoảng -4 mmHg.
– Ở cuối thì hít vào bình thường áp suất âm trong khoang màng phổi khoảng -7 mmHg.
– Khi hít vào hết sức áp suất âm trong khoang màng phổi có thể xuống tới -30 mmHg.
– Khi thở ra hết sức áp suất âm trong khoang màng phổi còn khoảng -1 mmHg.
1.4.3. Ý nghĩa của áp suất âm trong khoang màng phổi
Áp suất âm trong khoang màng phổi có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong sinh lý học hô hấp và tuần hoàn.
– Áp suất âm trong khoang màng phổi làm cho phổi dễ dàng nở ra bám sát với thành ngực làm cho lá tạng luôn dính sát vào lá thành, làm cho phổi đi theo các cử động của lồng ngực một cách dễ dàng.
– Áp suất âm trong khoang màng phổi làm cho lồng ngực có áp suất thấp hơn các vùng khác nên máu về tim dễ dàng và máu lên phổi dễ dàng, làm nhẹ gánh cho tim phải.
– Áp suất âm trong khoang màng phổi làm cho hiệu suất trao đổi khí đạt được cao nhất vì khi hít vào không khí vào phổi nhiều nhất là lúc áp suất âm nhất và máu về phổi nhiều nhất tạo nên sự trao đổi khí tốt nhất nhờ sự tương đồng giữa thông khí và tưới máu phổi.
Cập nhật thông tin mới nhất về kiến thức y học và test y học tại facebook TEST Y HỌC
Tham gia nhóm zalo: Tài Liệu Y Học Tổng Hợp
Ôn thi nội trú, sau đại học TẠI ĐÂY
