Альвеолы

Что такое альвеолы

Альвеолы это маленькие шаровидные мешочки диаметром 200-500 мкм. ^[1], составляя жизненно важную часть дыхательной зоны человека легкие. Каждая альвеола (единственная) играет важную роль, позволяя кислороду и углекислому газу перемещаться в кровоток и из него во время вдоха и выдоха ^{[2, 3]}.

Где находятся альвеолы

Все альвеолы соединены между собой, образуя конечную часть бронхиального дерева. Происходят из альвеолярного протока, расположенного в конце каждой альвеолы. бронхиола ^[4]может быть несколько альвеол, возникающих из одного протока, часто в виде скоплений. ^[2].

Сколько альвеол находится в каждом легком

У здорового взрослого человека количество альвеол в легкие варьируется от 400 до 700 млн. ^{[1, 5]}.

Структура и анатомия альвеол

Шаровидные альвеолы занимают площадь около 70 квадратных метров внутри легкиеширокая площадь поверхности способствует более эффективному газообмену. ^[6].

Альвеолы

Альвеолярный эпителий

Стенки альвеол толщиной в одну клетку состоят из двух типов клеток эпителия дистальных дыхательных путей (пневмоцитов) ^[7].

Сквамозные альвеолярные эпителиальные клетки типа 1: Составляет 95% площади альвеолярной поверхности ^[8]Клетки первого типа очень тонкие и гибкие, что помогает в процессе диффузии газов, благодаря чему происходит обмен кислорода и углекислого газа между альвеолами и капиллярами. Однако эти клетки весьма уязвимы к повреждениям, поскольку они не способны к митозу (делению клеток). ^[9].

Большие альвеолярные эпителиальные клетки второго типа: Остальная часть 5% площади альвеолярной поверхности покрыта крупными, от кубических до круглых эпителиальных клеток второго типа, ответственных за секрецию легочного сурфактанта. ^[8] чтобы легкие могли сохранять свойство эластичной отдачи. Несмотря на то, что эпителиальные клетки второго типа занимают небольшую площадь, они превосходят по количеству сквамозные клетки ^[1]на долю которых приходится 60% от общего числа альвеолярных клеток ^[10]и способны к митозу для производства новых клеток первого типа для замены поврежденных. ^[6].

Вокруг альвеолярных скоплений имеется внеклеточный матрикс - узкое пространство, заполненное жидкостью, которое помогает отдельным мешочкам оставаться на своем месте и функционировать независимо друг от друга. ^[6].

Дыхательная мембрана

Тонкая мембрана, через которую проходит O₂-CO₂ происходит обмен, дыхательная мембрана состоит из сквамозной альвеолярной эпителиальной клетки и сквамозной эндотелиальной клетки легочного капилляра, а также их слившихся основных мембран ^[11]. Дыхательная мембрана, единственный барьер между богатым кислородом воздухом в альвеолах и богатой углекислым газом кровью, переносимой капиллярами, имеет толщину около 0,5 мкм в отличие от диаметра клеток крови, проходящих через капилляры, который составляет 7,5 мкм. ^[1].

Кровеносные капилляры

Альвеолы окружены тонкой сетью кровеносных капилляров, которые снабжаются небольшими ветвями легочной артерии ^[10]. Эти капилляры переносят CO₂-богатую кровь к легким для обмена на O₂.

Поры Кона

В стенках альвеол имеются небольшие проходы или поры, служащие для связи между соседними альвеолами ^[12]. Имея диаметр около 10 мкм, они позволяют воздуху проходить между отдельными альвеолами и функционируют как альтернативный путь для воздуха в случае обструкции ^[13]. Эти поры окаймлены нерегулярными сетчатыми эластичными волокнами ^[14].

Альвеолярная мертвая зона

Некоторые альвеолы не участвуют в процессе диффузии из-за некоторых повреждений, таких как инфекция, рубцы или ослабление дыхательной системы из-за возраста или некоторых медицинских процедур. ^[15]. Кислород, присутствующий в воздухе, который попадает в эти области, не обменивается с углекислым газом. Эти области называются альвеолярным мертвым пространством ^[6].

Многочисленные макрофаги (вид белых кровяных клеток) перемещаются в пространствах между воздушными мешками, чтобы очистить легкие от пыли или мусора, которые могли попасть в легкие во время вдыхания, предотвращая инфекцию. ^[8].

Какова функция альвеол в дыхательной системе

Человеческому организму необходим кислород для каждой важной клеточной функции, и когда мы вдыхаем, мы втягиваем этот важный газ из окружающей среды. Но как только воздух попадает в организм, газообразный кислород должен попасть в кровь, чтобы его можно было направить к каждой клетке тела. Кроме того, углекислый газ, образующийся в организме в результате клеточного дыхания, должен быть выведен через дыхательную систему, и для этого CO₂ должен попасть в дыхательные пути из крови. Оба этих процесса осуществляются в альвеолах ^[16].

Что происходит в альвеолах во время газообмена

Каждый раз, когда мы вдыхаем, вдыхаемый воздух перемещается вниз по глотка, гортаньи трахея в бронхипоступает в легкие через бронхиолы чтобы достичь альвеол ^[17]. Альвеолы приспособлены для газообмена благодаря большой площади поверхности, при этом каждая альвеола имеет стенку толщиной в 1 клетку и многочисленные капилляры, покрывающие ее ^[18]. Эти капилляры также имеют толщину в 1 клетку ^[19]оставляя барьер менее 1 мкм между насыщенным кислородом воздухом и кровотоком ^[20].

The O₂ и CO₂ обмен в альвеолах происходит в процессе диффузии, когда газ перемещается из области с высоким давлением в область с низким давлением для выравнивания давления воздуха в этих двух областях без какой-либо внешней силы или энергии ^[21]. Когда вдыхаемый воздух достигает альвеол, кислород переходит в кровь благодаря низкому парциальному давлению кислорода в них. С другой стороны, углекислый газ переходит в кровь при низком CO₂ область давления в альвеолах от высокого содержания CO₂ область давления в капиллярах ^{[22, 23]}.

Этикеточная диаграмма газообмена в альвеолах

Роль альвеол в производстве поверхностно-активных веществ

Основной задачей альвеолярных клеток второго типа является производство сурфактанта - жидкости, которая выстилает каждую альвеолу, помогая поддерживать их форму и поверхностное натяжение. ^[24]не позволяя им разрушаться во время дыхания. Этот поверхностно-активный комплекс липопротеинов работает в соответствии с законом Лапласа о поверхностном натяжении для поддержания эластичной отдачи альвеол, тем меньшей, чем больше их размер. бронхиолы и, в свою очередь, все легкие ^{[3, 6]}.

Сопутствующие условия

Ателектаз: Дыхательное осложнение, часто возникающее после серьезных операций, требующих анестезии, ателектаз означает частичный или полный коллапс легких из-за сдувания альвеол. Симптомы включают кашель и одышку, причем в незначительных случаях проблема проходит сама собой, как только альвеолы начинают нормально функционировать по мере ослабления действия анестезии. В серьезных случаях при наличии таких заболеваний, как тромб или опухоль, может потребоваться хирургическое вмешательство. ^[25].

Эмфизема: Эмфизема - это прогрессирующее заболевание дыхательных путей, при котором дыхание становится затрудненным из-за раздувания альвеол. ^[26]в результате чего они перестают функционировать должным образом. В итоге мешочки теряют свою эластичность, что приводит к постоянным проблемам с дыханием. ^[27]. Такое расширение альвеол характерно для курильщиков, а лечение включает в себя медикаменты, кислородную терапию и дыхательные упражнения ^[28].

Пневмония: Острая бактериальная или вирусная респираторная инфекция, которая вызывает воспаление, а также скопление жидкости или гноя в альвеолах (отек) ^{[29, 30]}прерывая процесс поступления кислорода, что затрудняет дыхание. Лечение этого потенциально опасного для жизни состояния обычно включает применение антибактериальных препаратов ^[31].

Легочный фиброз: Идиопатическое заболевание, характеризующееся повреждением, затвердением и рубцеванием воздушных мешков и окружающих их легочных тканей, характеризуется хроническим затруднением дыхания, которое со временем усугубляется. Обычно это заболевание лечится с помощью лекарств и стероидов, но в редких, тяжелых случаях может потребоваться пересадка легкого. ^[32].

Разрыв альвеол: Это может произойти как осложнение после общей анестезии, где лечение или управление зависит от основной причины и любых сопутствующих заболеваний ^[33].

Дисплазия альвеолярных капилляров (врожденное заболевание): Дисплазия альвеолярных капилляров, при которой легочные вены неправильно расположены во время развития плода, является редким врожденным пороком развития, который приводит к тяжелым, потенциально смертельным проблемам с дыханием в течение нескольких часов после рождения, причем смертность при этом состоянии составляет почти 1001ТП2Т. ^[34].