Βρέφος και Ανάπτυξη - Ο μηχανισμός της αναπνοής

Ποια είναι η λειτουργία των πνευμόνων;

Οι πνεύμονες είναι η έδρα της αναπνοής.

Τι είναι όμως αυτό, που ονομάζουμε «αναπνοή»;

Κατά την αναπνοή εισπνέουμε αέρα πλούσιο σε οξυγόνο και εκπνέουμε αέρα πλούσιο σε διοξείδιο του άνθρακα. Επομένως, κατά την αναπνοή ο οργανισμός μας «ανταλλάσσει» το διοξείδιο του άνθρακα με οξυγόνο.

Στους πνεύμονες γίνεται η λεγόμενη «ανταλλαγή των αερίων».

• Η καρδιά μέσω των πνευμονικών αρτηριών διοχετεύει στους πνεύμονες αίμα πλούσιο σε διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο προέρχεται από τους ιστούς, που έχουν «καταναλώσει» το οξυγόνο.
• Στους πνεύμονες το αίμα «ανταλλάσσει» το διοξείδιο του άνθρακα (το οποίο εκπνέουμε) με οξυγόνο (το οποίο προέρχεται από τον αέρα, που εισπνέουμε).
• Το πλούσιο σε οξυγόνο αίμα διοχετεύεται στην καρδιά μέσω των πνευμονικών φλεβών.
• Μέσω της καρδιάς και των αρτηριών το πλούσιο σε οξυγόνο αίμα διοχετεύεται στους ιστούς.
• Οι ιστοί χρησιμοποιούν το οξυγόνο, για να καλύψουν τις ανάγκες τους και παράγουν με τη σειρά τους διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο και «περνάει» στο αίμα.
• Το πλούσιο σε διοξείδιο του άνθρακα αίμα μέσω των φλεβών επιστρέφει στην καρδιά και μέσω αυτής και των πνευμονικών αρτηριών διοχετεύεται στους πνεύμονες και ο κύκλος συνεχίζεται για όσο ζούμε.

Ολίγη από ανατομία…

Η δομή των πνευμόνων είναι τέτοια, ώστε να επιτελείται η λειτουργία της ανταλλαγής των αερίων.

Ο αέρας εισέρχεται στο σώμα μας μέσω της μύτης και του στόματος (βλ εικόνα). Η ρινική κοιλότητα και οι παραρρινικοί κόλποι (κοιλότητες, που βρίσκονται εκατέρωθεν της μύτης, στο μέτωπο και στην άνω γνάθο) επικοινωνούν με το φάρυγγα, με τον οποίο συνδέεται στο οπίσθιο μέρος της και η στοματική κοιλότητα.

Ο φάρυγγας είναι ένας σωλήνας μήκους περίπου 15 εκατοστών, που χωρίζεται σε δύο σωλήνες: πίσω (προς την αυχενική μοίρα της σπονδυλικής στήλης) στον οισοφάγο, δια του οποίου οι τροφές φθάνουν στο στομάχι, και μπρος στο λάρυγγα, δια του οποίο ο αέρας ρέει από και προς τους πνεύμονες. Η είσοδος του φάρυγγα προστατεύεται από την επιγλωττίδα, ώστε κατά την κατάποση, οι τροφές να μην οδηγούνται στους πνεύμονες.

Επομένως, ο φάρυγγας αποτελεί τμήμα τόσο του αναπνευστικού, όσο και του πεπτικού συστήματος.

Ο λάρυγγας, στον οποίο εντοπίζονται και οι φωνητικές χορδές, αποτελεί συνέχεια του φάρυγγα.

Συνέχεια του λάρυγγα αποτελεί η τραχεία.

Η τραχεία, εισερχόμενη στη θωρακική κοιλότητα, χωρίζεται στους δύο στελεχιαίους βρόγχους, το δεξιό και τον αριστερό (ένας για κάθε πνεύμονα).

Ο αριστερός βρόγχος, όταν εισέλθει στον αριστερό πνεύμονα, διαχωρίζεται σε δύο λοβαίους βρόγχους μικρότερης διαμέτρου. Ο κάθε ένας από τους βρόγχους αυτούς αντιστοιχεί σε έναν πνευμονικό λοβό. Ο αριστερός πνεύμονας έχει δύο πνευμονικούς λοβούς, δηλαδή τμήματα, τα οποία ως έναν βαθμό «λειτουργούν» ανεξάρτητα το ένα από το άλλο.

Αντίστοιχα ο δεξιός στελεχιαίος βρόγχος διαιρείται σε 3 λοβαίους βρόγχους, οι οποίοι αντιστοιχούν στους 3 λοβούς του δεξιού πνεύμονα, ο οποίος είναι μεγαλύτερος από τον αριστερό, αφού ο αριστερός «πρέπει να κάνει χώρο» και στην καρδιά.

Οι βρόγχοι αυτοί χωρίζονται μέσα στους πνεύμονες σε σωλήνες όλο και μικρότερης διαμέτρου μέχρι να δημιουργηθούν σωλήνες εξαιρετικά μικρής διαμέτρου, που ονομάζονται βρογχιόλια.

Το κάθε βρογχιόλιο καταλήγει σε μια ομάδα από πολύ μικρούς σάκους, που λέγονται κυψελίδες. Κάθε κυψελίδα περιβάλλεται από ένα μεγάλο αριθμό διακλαδισμένων τριχοειδών (λεπτών σαν τρίχα δηλαδή) αιμοφόρων αγγείων.

Οι κυψελίδες είναι και η έδρα της «ανταλλαγής των αερίων», που περιγράψαμε πιο πάνω. Σε αυτές φθάνει από την καρδιά μέσω των λεπτών αρτηριών αίμα πλούσιο σε διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο αποβάλλεται στις κυψελίδες, ενώ το οξυγόνο, που βρίσκεται μέσα στις κυψελίδες «εμπλουτίζει» το αίμα στις λεπτές φλέβες, το οποίο και επιστρέφει στην καρδιά.

Έτσι σχηματίζεται το λεγόμενο τραχειοβρογχικό δέντρο. Ένα «ανάποδο» δέντρο δηλαδή, που για κορμό έχει την τραχεία, η οποία διαιρείται σε όλο και μικρότερα «κλαδιά» μέχρι να φθάσει στις κυψελίδες.

Η αναπνοή «πέρα» από τους πνεύμονες…

Ίσως η παραπάνω φράση να φαντάζει σε έναν βαθμό παραπλανητική, καθότι – όπως ήδη ειπώθηκε – οι πνεύμονες είναι η έδρα της αναπνοής. Εντούτοις, η όλη διαδικασία της αναπνοής περιλαμβάνει, σύμφωνα και με τα όσα αναφέρονται και σε μελέτη του 2020 (Webster & Karan, 2020), εκτός των πνευμόνων:

• το κεντρικό νευρικό σύστημα
• εξειδικευμένους υποδοχείς
• τους αναπνευστικούς μυς

Δια της συντονισμένης λειτουργίας των μερών αυτών του σώματος ρυθμίζεται η αναπνοή, η οποία αποσκοπεί στον εμπλουτισμό του αίματος με επαρκείς για της μεταβολικές ανάγκες του σώματος ποσότητες οξυγόνου και στην απομάκρυνση από αυτό του διοξειδίου του άνθρακος.

Το κεντρικό νευρικό σύστημα και η λειτουργία της αναπνοής

Σύμφωνα με την ανωτέρω αναφερθείσα μελέτη του 2020 (Webster & Karan, 2020) τα κέντρα του εγκεφάλου, τα οποία είναι «υπεύθυνα» για τη ρύθμιση της αναπνοής εντοπίζονται στην περιοχή, που ονομάζεται στέλεχος (βλ. εικόνα). Τα κέντρα αυτά αλληλεπιδρούν με τις περιοχές του εγκεφάλου, που είναι «επιφορτισμένα» με τις ανώτερες πνευματικές – λειτουργίες προκειμένου να ασκηθεί επί της αναπνοής αφενός ο ενσυνείδητος έλεγχός (π.χ. το «κράτημα» της ανάσας), αφετέρου ο ασυνείδητος έλεγχος (π.χ. η ομιλία, το τραγούδι, ο βήχας).

Τι είναι οι υποδοχείς;

Όπως περιγράφεται και σε επιστημονικό κείμενο του 2023 (Marzvanyan & Alhawaj, 2023), με τον όρο «υποδοχείς», όταν πρόκειται για το νευρικό σύστημα, αναφερόμαστε σε συγκεκριμένα κύτταρα ή όργανα, που μετατρέπουν την ενέργεια από το περιβάλλον σε ηλεκτρικά σήματα, τα οποία είναι δυνατόν να «μεταδοθούν» στο κεντρικό νευρικό σύστημα, όπου και θα υποστούν επεξεργασία.

Οι υποδοχείς, που εμπλέκονται στη λειτουργία της αναπνοής εντοπίζονται σε μεγάλα αγγεία του σώματος και του εγκεφάλου και «μετράνε» τα επίπεδα του οξυγόνου και του διοξειδίου του άνθρακος στο αίμα, καθώς και το ph του αίματος. Επανερχόμενοι στην προαναφερθείσα μελέτη του 2020 (Webster & Karan, 2020), συγκεκριμένοι υποδοχείς «στέλνουν» πληροφορίες στο κεντρικό νευρικό σύστημα υπό τη μορφή ηλεκτρικών ερεθισμάτων, όπου και ρυθμίζονται οι παράμετροι της αναπνοής (ο ρυθμός και το βάθος).

Οι αναπνευστικοί μύες

Όπως λεπτομερώς περιγράφεται σε μελέτη του 2013 (Sieck και συνεργάτες, 2013) οι μύες, που εμπλέκονται στη διαδικασία της αναπνοής μπορούν να χωριστούν σε δύο βασικές ομάδες:

• μύες, που λειτουργούν εν είδει αντλίας
• μύες της ανώτερης αναπνευστικής οδού

Οι μύες, που λειτουργούν εν είδει αντλίας

Πρόκειται για τους καθαυτούς αναπνευστικούς μυς, αφού δια της σύσπασής τους επιτυγχάνεται η έκπτυξη (το «άνοιγμα») του θωρακικού κλωβού και κατ’ επέκτασιν και των πνευμόνων και η εισροή αέρα κατά την εισπνοή.

Οι κυριώτεροι αναπνευστικοί μύες είναι:

• το διάφραγμα - όπως περιγράφεται σε επιστημονικό κείμενο του 2023 (Tang & Bordoni, 2023), το διάφραγμα είναι ένας μυς σε σχήμα θόλου, που χωρίζει την περιτοναϊκή κοιλότητα (έτσι ονομάζεται η κοιλιά) από τη θωρακική κοιλότητα, όπου βρίσκονται οι πνεύμονες. Τα δε άκρα του θόλου αυτού, όπως απεικονίζεται σχηματικά παρακάτω. προσφύονται στο στέρνο, σε πλευρές και στη σπονδυλική στήλη.

• οι μεσοπλεύριοι μύες – όπως και το όνομά τους υποδηλώνει είναι μύες, που εκτείνονται μεταξύ των πλευρών. Διακρίνουμε τρία στρώματα μεσοπλεύριων μυών (βλ. εικόνα) το επιφανειακό στρώμα (έξω μεσοπλεύριοι) το μεσαίο στρώμα (έσω μεσοπλεύριοι) και το έσω στρώμα (εσώτατοι μεσοπλεύριοι). Οι έξω και οι έσω μεσοπλεύριοι προσφύονται («κολλάνε» δηλαδή) στο κάτω χείλος της ανώτερης πλευράς και στο άνω χείλος της κατώτερης πλευράς, ενώ οι εσώτατοι στην πίσω επιφάνεια της ανώτερης πλευράς και στην πίσω επιφάνεια της κατώτερης πλευράς. Παρατηρούμε από την εικόνα, πως οι μυϊκές ίνες του κάθε στρώματος μεσοπλεύριων μυών έχουν διαφορετική διεύθυνση: με κίτρινο χρώμα σημειώνεται η διεύθυνση των μυϊκών ινών των έξω, με κόκκινο των έσω και με κυανό των εσώτατων.

Δια της σύσπασής του διαφράγματος και των έξω αναπνευστικών μυών επιτυγχάνεται έκπτυξη του θωρακικού κλωβού και των πνευμόνων κατά την εισπνοή. Στην ήδη αναφερθείσα μελέτη του 2023 (Tang και συνεργάτες, 2023) περιγράφεται, πως ένεκα της σύσπασης των μυϊκών ινών του διαφράγματος αυτό «επιπεδώνεται» και έτσι αυξάνεται η κάθετη διάμετρος των πνευμόνων, ενώ ένεκα της σύσπασης των μυϊκών ινών των έξω μεσοπλεύριων αυξάνεται η εγκάρσια διάμετρος των πνευμόνων.

Όπως περιγράφεται και στην ήδη αναφερθείσα μελέτη του 2013 (Sieck και συνεργάτες, 2013), η εκπνοή είναι κατά κανόνα μία «παθητική» διαδικασία, η οποία επιτυγχάνεται από την «αυτόματη» σύμπτυξη (το «μάζεμα») των πνευμόνων ένεκα της εγγενούς ελαστικότητας του, αλλά και της ελαστικότητας του θωρακικού κλωβού, που αποτελείται μεταξύ άλλων από τις πλευρές, το στέρνο, τη σπονδυλική στήλη και τους μεσοπλεύριους μυς.

Δρ ΜΕΝΕΛΑΟΣ ΚΩΝ. ΛΥΓΝΟΣ, MSc, PhD
ΜΑΙΕΥΤΗΡ ΧΕΙΡΟΥΡΓΟΣ ΓΥΝΑΙΚΟΛΟΓΟΣ
Master of Science University College London
Διδάκτωρ Μαιευτικής Γυναικολογίας

^{Ενδεικτική βιβλιογραφία}

^{Webster LR, Karan S. The Physiology and Maintenance of Respiration: A Narrative Review. Pain Ther. 2020 Dec;9(2):467-486. doi: 10.1007/s40122-020-00203-2. Epub 2020 Oct 6. PMID: 33021707; PMCID: PMC7648809.}

^{Marzvanyan A, Alhawaj AF. Physiology, Sensory Receptors. [Updated 2023 Aug 14]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2024 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK539861/}

^{Sieck GC, Ferreira LF, Reid MB, Mantilla CB. Mechanical properties of respiratory muscles. Compr Physiol. 2013 Oct;3(4):1553-67. doi: 10.1002/cphy.c130003. PMID: 24265238; PMCID: PMC3977503.}

^{Tang A, Bordoni B. Anatomy, Thorax, Muscles. [Updated 2023 Jul 24]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2024 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK538321/}