Основната функция на респираторната система е обмена на кислорода и въглеродния двуокис между кръвта и околната среда.

 Дишането се инициира в инспираторните неврони на дихателния център разположен в областта на четвърти мозъчен вентрикул, след това се активират низходящите моторни неврони разположени латерално и вентрално в гръбначния мозък, в предните му рога се образуват синапсите с нервите инервиращи дихателната мускулатура. Основният дихателен мускул е диафрагмата. Отпускането на диафрагмата предизвиква понижение на интраплевралното налягане, едновременно с това се осъществява съкращение на мускулите разширяващи горните дихателни пътища (alae nasi, tensor palatini, palatoglossus, myoglossus, posterior cricoarythenoid), което предизвиква отваряне на дихателните пътища и предотвратява развитието на колабиращи сили. Раменните и междураменните мишци също се съкращават, което стабилизира горната част на гръдната клетка и способства за разширението на долният й отдел.

 Въздуха преминава обикновено първо през носа, където се овлажнява и затопля, след това въздушната струя преминава през ларинкса, трахеята и бронхите достигайки до терминалните бронхиоли. В алвеолите газообмена се осъществява по пътя на дифузията. Издишанията въздух се разпространява в белите дробове неравномерно и преимуществено в най-перфузируемите части на белите дробове. Кислорода дифундира в алвеолите, както бе описано по горе, след това дифундира през алвеоларния епител, базалната мембрана и ендотела на капилярите в плазмата и еритроцитната мебрана, като в еритроцита се свързва с хемоглобина. Въглеродния двуокис дифундира в обратно направление.

 Издишването е предимно пасивен акт осъществяван за сметка на еластичните енергии в белите дробове и гръдната стена. Когато обема на въздуха в белите дробове достигне функционалния остатъчен обем активността на експираторните неврони спада, а на инспираторните се увеличава, което поставя началото на следващият дихателен цикъл.

 АНАТОМИЯ НА ДИХАТЕЛНАТА СИСТЕМА

 Горни дихателни пътища и ларинкс

 При дишането функцията на носа, устата и фаринкса е да провеждат свеж въздух до ларинкса. Тези структури също така затоплят, овлажняват и филтрират газовете. По време на нормално носово вдишване тази част от дихателната система генерира 2/3 от общата резистентност на въздушния поток в респираторната система. Фаринкса може да се разгледа като мускулна тръба без ригидни структури в нея, която може да увеличи съпротивлението на въздушния поток допълнително в зависимост от мускулния тонус на органа. Ларнкса има 3 главни функции:

1. Регулация на експираторния въздушен поток, тази функция е важна за вокализацията, кашлечния рефлекс и за контрола върху крайния експираторен белодробен обем.

2. Протекция на долните дихателни пътища. Гласовите връзки се затварят и така се предотвратява инхалирането на чужди тела в белия дроб.

3. Вокализация

Проводни белодробни пътища

Респираторната система се дели на газ провеждаща част и газ обменяща част.

Проводната система започва от трахеята и се подразделя на 16 подгенерации образуваща бронхите и бронхиолите. Освен това има 7 допълнителни генерации, които са също респираторни пътища. Тези 23 генерации са описани в класификацията на Вейбел.

Трахеята е тръба дълга 11 ст.и е 18 мм в диаметър „тапицирана“ с цилиндричен епител“ и съдържаща рецептори чувствителни към механични или химични стимули, които медиират респираторния и кашличен рефлекс.

Главните бронхи (генерация 2-4) се поддържат отворени от цилиндрични хрущялни пръстени. Десния главен бронх е по широк от левия е се отделя от трахеята под ъгъл от 25 градуса, докато левия главен бронх се отделя от трахеята под ъгъл 45 градуса. Поради това неправилната интубация или поглъщането на чуждо тяло е по вероятно да заангажира десния главен бронх отколкото левия. Същото се отнася и за флуидната аспирация.

Малките бронхи (генерация 5-11) са умалена версия на големите, но мукозата тук е кубична, а не цилиндрична. Те участват в регулиране съпротивлението на въздушният поток също.

Бронхиолите (генерация 12-16) са с диаметър под 1 мм, те не съдържат хрущял, а стените им са изградени от гладка мускулатура. Финалната 16 генерация на бронхиолите се наричат „терминални бронхиоли“.

Газ обменящата част на респираторната система се състои от респираторни бронхиоли (генерации 17-19) и алвеоарни дуктуси и сакове (генерации 20-23). В стената на респираторните бронхиоли все още има мускулен слой, който образува „сфинктери“ около отвора на алвеолите; кубоидния епител тук е много тънък. Алвеолите са баизсната единица в газообмяната на организма и са с диаметър около 0.3 мм. В белия дроб се съдържат около 300 000 милиона алвеоли, което дава обща газообменна повърхност от 50-100 квадратни метра. Алвеолите са изградени от 3 типа, клетки които покриват повърхността им: тип І покриват около 80% от повърхността на алвеолите и произлизат от тип ІІ клетки, те са с ограничена метаболитна активност, което ги прави лесно раними; тип ІІ са с изразена метаболитна и ензимна активност и произвеждат сърфъктанта; тип ІІІ са алвеоларните макрофаги, които играят голяма роля в защитната функция на белия дроб, те съдържат протеолитични ензими, които се отделят от тях при белодробно нараняване, което спомага за разпространението на увреждащият процес. Стената на алвеолите съдържа порите на Кон (8-10 микрона в диаметър), през които се осъществява коллатералната вентилация между съседни алвеоли. Подобни, но по големи пори (30 микрона в диаметър има и между респираторните бронхиоли. Алвеоларно капилярната мембрана се намира между алвеоларното пространство и капилярния лумен и съдържа алвеоларен епителиум, интерстициална тъкан и ендотелиум, тя осъществява 2 важни функции: (1) газовата обмяна и (2) флуидната обмяна. Кръвно газовата бариера се намира между пулмоналните газове и пулмоналната капилярна кръв и през нея се осъществява кръвно газовата обмяна. Тя се състои от 3 компонента: (1) алвеоларен епителиум на тип І алвеолоцити; (2) интерстициална тъкан и (3) ендотел на пулмоналните капиляри.

Кръвоносна и лимфна система на белия дроб

Белият дроб се подразделя на лобове, всеки от които се осигурява от собствена кръвоносна и лимфна система. Бронхите се кръвоснабдяват от бронхиалните артерии, които произлизат директно от аортата. Артериолите са опаковани от капиляри, през които се осъществява газовата обмяна. Пулмоналните лимфни пътища придружават кръвоносните съдове от алвеолите до белодробния хилус и се дренират директно в торакалния лимфен дуктус.

 КОНТРОЛ ВЪРХУ ДИШАНЕТО

 Дишането се регулира от респираторните неврони (по известни като дихателен център) с цел поддържане на хомеостазата. Дишането се изменя под въздействие на много фактори: (1) парциалното налягане на въглеродния двуокис и кислорода в кръвта, както и от нейната киселинност; (2) въздействия произлизащи от мозъчната кора; (3) физическата активност на организма; (4) храненето; (5) различни емоции и други подобни.

 Дихателният център е разположен на дъното на 4-ти мозъчен вентрикул. Неговите рецептори реагират на различни неврохуморални фактори, като генерират дихателния ритъм вкл.произлизащи и от изменения в хуморалния състав на гръбначно мозъчната течност.

 Периферните хеморецептори са разположени обособени телца в каротидните синуси и аортата, те се разглеждат предимно като сензори на кислородната доставка, защото реагират предимно на изменения на парциалното налягане на кислорода, така и на изменения в скоростта на кръвотока. Каротидните телца контролират ефективно обезпечението на мозъка с кислород, докато централните хеморецептори реагират предимно на измененията в рН на кръвта.

 РЕСПИРАТОРНИ РЕФЛЕКСИ

 Кашлица: кашлицата се явява начин за отделяне на нежелани материали от дихателната система. Тя повишава ефективността на мукоцилиарният апарат. Кашлицата може да се иницира и съзнателно, но по често тя е спонтанна реакция която се развива следствие стимулация на рецептори разположени в дихателните пътища. За ефективна кашлица са необходими 3 елемента: (1) адекватен инспираторен обем; (2) адекватно инспираторно усилие и (3) добре функциониращи гласови връзки.

 Ларингоспазъм: това е примитивен рефлекс предназначен да защитава дихателните пътища от вредни вещества. Той се инициира както от химически, така и от тактилни рецептори разположени от двете страни на гласовите връзки.

 ДИХАТЕЛНИ ОБЕМИ

 Общият респираторен обем на респираторната система при средно тежък възрастен индивид е 3-6 литра и зависи предимно от ръста на човека и в по малка степен от неговото телесно тегло. Той може да бъде разделен на части участващи в газообмена (алвеоларен обем) и на част неучастваща в газообмена (мъртво пространство). Алвеоларния обем може да бъде разделен на част, която може да бъде изменена от (жизнена вместимост на белите дробове) и на част, която остава в белите дробове дори след максимално издишване (остатъчен обем). Тези обеми малко зависят от положението на тялото.

  Дихателните обеми зависят от възрастта, пола и размеря на тялото. Дихателните обеми са следните:

1. Общ белодробен капацитет (TLC) – обема газ който пациентът може да поеме при максимално дълбоко вдишване. Норма 4000 – 6000 мл.

2. Дихателен обем (Vt) – обема газ, който се приема и отделя при нормално вдишване и издишване. Норма 500 мл.

3. Инспираторен резервен обем (IRV) – това е допълнителното количество газ, което може да бъде поето от пациентът след извършване на нормално вдишване. Норма 1900 – 3300 мл.

4. Експираторен резервен обем (ERV) – това е допълнителното количество газ, което може да бъде форсирано издишано от пациентът след нормално издишване. Норма 700-1000 мл.

5. Остатъчен обем (RV) – количеството газ, което остава в белите дробове след максимално форсирано издишване. Норма 1100 – 1200 мл.

6. Витален капацитет (VC) – максималното количество газ, което може да бъде издишано след максимална инспирация

Функционалния резидуален капацитет е белодробния обем в края на нормална експирация, и може да бъде представен като сбора на остатъчния обем плюс експираторния резервен обем. Функционалния резидуален капацитет се намаля при: (1) напредване на възрастта; (2) анестезия и хирургия; (3) пулмонална фиброза; (4) белодробен оток; (5) абдоминално подуване; (6) редуциран мускулен тонус. Функционалния резидуален капацитет се увеличава при: (1) позитивно интраторакално налягане; (2) белодробен емфизем; (3) бронхиална астма.

Мъртво пространство: то може да бъде разделено на: (1) анатомично мъртво пространство, което кореспондира с проводните белодробни пътища и (2) алвеоларно мъртво пространство. Сумата от анатомичното мъртво пространство и алвеоалрното мъртво пространство образува физиологичното мъртво пространство. Анатомичното мъртво пространство има обем около 2 мл/кг или 150 мл при средно тежък възрастен човек. Алвеоларното мъртво пространство има обем около 350 мл при средно тежък възрастен пациент.

 СЪРФЪКТАНТ

 Това е гликопротеинов комплекс обезпечаващ стабилността на алвеолите. Съвфъктанта се образува от 28-мата гестационна седмица от алвеолоцитите.

 РЕСПИРАТОРНА МЕХАНИКА

 Процесът на придвижване на газ вътре и извън белия дроб е механичен процес, който зависи от следните фактори:

1. Респираторни мускули и тяхното действие: респирацията може да се подраздели на вдишване и издишване, като вдишването обикновено е активен процес, а издишването – пасивен. По време на вдишването се наблюдават следните два процеса: (1) изместване надолу на абдоминалното съдържание от контракцията на диафрагмата и (2) радиално изместване на торакалната клетка от допълнителните дихателни мускули. Диафрагмата е основния дихателен мускул, който спомага за осъществяване около 75% от газообмена. Акцесорните дихателни мускули се състоят от външните интеркостални мускули, стерноклеидомастоидеуса и скалениусите. За разлика от вдишването по време на издишване диафрагмата релаксира, а гръдната стена и абдоминалните мускули компресират белия дроб. Форсираното издишване по време на кашлица или при повишено съпротивление на въздухопроводните пътища изисква включването на абдоминалните мускули и вътрешните интеркостални мускули. Парализата на абдоминалните мускули по време на регионалната анестезия обикновено не повлиява алвеоларната вентилация.

2. Разтегливостта на гръдната стена и белия дроб – механично погледнато респираторната система се състои от 2 главни компонента: (1) белия дроб и (2) гръдната клетка вкл.диафрагмалната повърхност. Тези два компонента се движат едновременно и в синхрон.

3. Газовия поток във въздушните пътища

ЕФЕКТ НА АНЕСТЕЗИЯТА ВЪРХУ ПУЛМОНАЛНАТА МЕХАНИКА

Ефект върху белодробните обеми: индукцията в анестезията се съпровожда с допълнително намаление на 15-20% от форсирания витален капацитет (около 400 мл при повечето пациенти), трябва да се има предвид че самото заемане на легнало положение преди анестезията намаля форсирания витален капацитет самостоятелно. Това намаление на форсирания витален капацитет по време на анестезията се дължи на цефаладното извиване на диафрагмата вследствие от загубата на мускулен тонус. От друга страна промяната в диафрагмалната позиция и промените в гръдната стена намалят общия белодробен обем. Намалението на форсирания респираторен обем може да персистира няколко часа след анестезията. Индукцията на анестезията в седнало положение не повлиява форсирания респираторен обем сигнификантно, дори когато пациентът е напълно анестезиран.

Ефект върху въздушната резистентност: редукцията на форсирания респираторен капацитет, която споменахме по горе е съпроводена с увеличение на въздушната резистентност в белия дроб. Това обаче е чисто теоретично разсъждение, на практика това се антагонизира от бронходилататорните свойства на инхалаторните анестетици. В този смисъл увеличаване на въздушната резистентност (ако се наблюдава в практиката) се дължи най-често на патологични фактори: (1) задно изместване на езика; (2) ларингоспазъм; (3) бронхоконстрикция; (4) повишена секреция в бронхите (на мукус или на кръв) и (5) наличие на туморна маса или на проблеми с анестезиологичната екипировка: малка интубационна тръба; малфункция на клапите или обструкция по хода на въздухопроводите.

ГАЗООБМЯНА

Екстракорпоралното кислородно налягане на въздуха на морското равнище е около 20 кРа, докато интракорпоралното кислородно налягане на ниво митохондрии е 0.5 кРа. Транспорта на кислорода в низходяща посока се нарича кислородна каскада и включва различни транспортни механизми, конвекция, дифузия на газта в течна среда и транспортна връзка с хемоглобина. Същият процес, но в обратна посока се наблюдава при въглеродния двуокис.