Структурно-функціональні особливості легень у людини на етапах онтогенезу
Структурно-функціональні особливості легень у людини на етапах онтогенезу
Структурно-функціональні
особливості легень у людини на етапах онтогенезу
Вступ
Актуальність
роботи полягає в тому, що ми, спираючись на порівняльний та еволюційний
підхід до питання будови та функції органів дихальної системи (і особливо
легень), прагнули дати максимально чіткі вікові характеристики будови і функції
дихальної системи. Людина досягла найвищого ступеня складності у будові
дихальної системи. Тому важливим є детально висвітлити особливості будови
легень людини і їх функціонування на всіх етапах онтогенезу.
Легені
розвиваються з похідних двох зародкових листків: ектодерми і мезодерми.
Непарний ентодермальний зачаток епітеліального характеру виникає в ділянці
передньої кишки. Він виявляється вже у ембріона завдовжки 3 мм. У 4-міліметрового
зародка (біля 3 тижнів) від каудального кінця зачатка відходять дві нирки, що
формують в подальшому два головні бронхи. Потім, деревовидно розгалужуючись,
зачаток проникає в целомічну частину тіла. Тут він «одягається» по периферії
сомато-плевральною мезенхімою. До кінця першого місяця зачаток легені
представлений рихлим мезенхімним синцитієм, усередині якого знаходяться
епітеліальні тяжі, що галузяться, і трубки. Через 5 тижнів починається поділ
органу на долі.
У
розвитку легень в даний час виділяють три основні періоди, або стадії: 1)
залозисту, протягом якої розвиваються повітряносні шляхи; 2) каналікулярну,
коли формуються респіраторні бронхіоли; 3) альвеолярну, коли утворюються
альвеолярні ходи і альвеоли.
Метою
дослідження було встановлення шляхів онтогенетичного розвитку легень у
людини, детальне вивчення їх морфологічної, цитологічної та анатомічної будови,
дослідження їх функціонування.
Для
виконання дослідження було поставлено такі завдання:
-
на основі даних макро-, мікро морфологічного і гістохімічного
вивчення розглянути питання ембріогенезу легень, періодизацію їх формування;
-
визначити основні етапи розвитку легень у людини в постнатальному
періоді і їх функціональні зміни;
-
дати характеристику стану легень на пізніх етапах онтогенезу.
Наукова
новизна дослідження полягає в тому, що було взаємозв'язано проведено
аналіз ембріогенезу, будови і функцій легень у людини на всіх етапах
онтогенезу.
Практичне
значення роботи полягає в тому, що проведене дослідження може бути
використане у роботі вчителів, при викладанні у школі теми «Дихальна система
людини», а також у вищих навчальних закладах, що вивчають «Анатомію людини», «Гістологію»,
«Педіатрію».
1. Огляд літератури
1.1 Анатомічна будова легень людини
Дихання – необхідний для життя процес постійного обміну
газами між організмом і навколишнім середовищем. Дихання забезпечує постійне
надходження в організм кисню, необхідного для здійснення окислювальних
процесів, що є основним джерелом енергії. Без доступу кисню життя може
продовжуватися лише декілька хвилин. При окислювальних процесах утворюється
вуглекислий газ, який повинен бути видалений з організму [15].
Дихальна
система людини складається з тканин і органів, що забезпечують легеневу вентиляцію
і легеневий подих. До повітряносних шляхів відносяться: ніс, порожнина носа,
носоглотка, гортань, трахея, бронхи і бронхіоли. Легені складаються з бронхіол
і альвеолярних мішечків, а також з артерій, капілярів і вен легеневого кола
кровообігу. До елементів кістково-м'язової системи, зв'язаним з подихом,
відносяться ребра, міжреберні м'язи, діафрагма і допоміжні дихальні м'язи [8,
13].
Транспорт
газів і інших необхідних організму речовин здійснюється за допомогою кровоносної
системи, а дихальна система забезпечує надходження в організм кисню і видалення
вуглекислого газу; тобто функція дихальної системи зводиться лише до того, щоб постачати
в кров достатньою кількістю кисню і видаляти з неї вуглекислий газ.
У
поняття дихання включають наступні процеси [1, 11,! 4]:
1)
зовнішнє дихання – обмін газів між зовнішнім середовищем і легенями – легенева
вентиляція;
2)
легеневе дихання – обмін газів в легенях між альвеолярним повітрям і кров'ю
капілярів;
3) транспорт
газів кров'ю, перенесення кисню від легенів до тканин і вуглекислого газу з
тканин в легені;
4) обмін газів в тканинах;
5) внутрішнє, або тканинне, дихання – біологічні процеси, що
відбуваються в мітохондріях клітин. Цей етап дихання є предметом розгляду у
курсі біохімії. Порушення будь-якого з цих процесів створює небезпеку для життя
людини.
Бронхи
–
це кінцева система повітряносних шляхів, що розгалужуються від трахеї до
легеневих бронхіол, утворюючи бронхіальне дерево. Правий та лівий головні
бронхи розходяться від трахеї під кутом ~70° і прямують до воріт відповідної
легені. Правий головний бронх коротший та ширший за лівий, вертикальніше
спрямований і є немов би продовженням трахеї. Над правим головним бронхом
проходить непарна вена, а над лівим – дуга аорти. Стінки головних бронхів за
будовою подібні до стінки трахеї. Її основу складають півколові хрящі,
незамкнені ззаду. У воротах легень головні бронхи розгалужуються на бронхи
меншого діаметру, відповідно до часток та сегментів легень – часткові та
сегментарні бронхи. Справа розрізняють верхній частковий, стовбуровий, середній
частковий і нижній частковий бронхи; зліва – верхній і нижній часткові бронхи.
Їх відповідно поділяють на сегментарні та субсегментарні. З подальшими
дихотомічними поділами гілок сегментарних бронхів, які змінюються від 8 до 25
разів залежно від локалізації та індивідуальних особливостей розгалуження
бронхіального дерева. У їхній стінці поступово зменшується, а потім і зникає
хрящ, який замінюється перетинкою з еластичних та м’язових волокон. Слизова
оболонка бронхів вкрита війчастим епітелієм. Підслизовий прошарок містить
бронхіальні залози [1, 2, 6,14].
Бронхи
закінчуються бронхіолами, що переходять у термінальні бронхіоли, а останні – у
дихальні бронхіоли, на стінках яких є окремі легеневі пухирці – альвеоли.
Дихальні бронхіоли продовжуються в альвеолярні ходи, які закінчуються сліпими
розширеними кінцями – альвеолярними мішечками або альвеолами. До респіраторної
зони дихальної системи входять усі структурні елементи – від дихальних бронхіол
до альвеол [11, 14].
Епітеліальний
покрив слизової оболонки бронхів складається з псевдобагатошарового
призматичного війчастого епітелію, який на рівні субсегментарних бронхів
поступово переходить у циліндричний війчастий епітелій, а на рівні термінальних
бронхіол – в одношаровий кубічний війчастий епітелій. Дихальні бронхіоли вкриті
кубічними клітинами епітелію без війок, альвеоли – шаром альвеолярного
епітелію, розташованого на базальній мембрані [3, 11, 22].
Легені – масивний
орган, до складу якого входять права та ліва легені. Вони заповнюють майже всю
грудну порожнину (4/5 її об’єму), мають форму конуса, який основою прилягає до
діаграми, а верхівкою виходить за межі ребер і виступає на 20–30 мм вище
від ключиці. Між верхівкою і основою лежить тіло легень. Поверхня, що прилягає
до ребер і має на собі відбиток, називається реберною.
Нижня
частина легені (основа), що прилягає до діафрагми, називається діафрагмальною,
а частина легені, обернена в бік однойменної поверхні, протилежної легені, – медіальною
поверхнею. Медіальна поверхня називається ще середостінною (обернена до органів
середостіння) [3, 27].
Права
легеня більша за ліву, двома площинами (горизонтальною й косою) вона ділиться
на три частки: верхню, середню й нижню. Ліва легеня менша за розмірами,
ділиться вона косо на дві частки: верхню і нижню. Частки в свою чергу
поділяються на бронхолегеневі сегменти. У правій легені виділяють 11 сегментів,
у лівій – 10. До кожного сегмента входять сегментарний бронх і відповідна
гілочка легеневої артерії. На медіальній поверхні лівої легені є серцева ямка,
а на передньому краї – серцева вирізка (Додаток 1) [1, 14, 27].
Маса
легень 0,5–0,6 кг, колір у них сірувато-рожевий. На середостінній артерія й
нерви, що іннервують легені та бронхи, а виходять дві легеневі вени та легеневі
лімфатичні судини, зв’язані сполучною тканиною. Ці елементи утворюють корінь
легені, яким вона фіксується в грудній порожнині.
Легенева
часточка є структурною одиницею легень (приблизно 8 часточок в одному
сегменті), яка має форму неправильної піраміди, основою оберненою до зовнішньої
поверхні легень, а верхівкою – до внутрішньої. Часточки відділені одна від
одної сполучною тканиною.
Функціональною
одиницею легеневої часточки є ацинус. До складу легеневої часточки входить 16–18
ацинусів. Ацинус побудований із трьох частин:
1)
альвеолярних бронхіол (І, ІІ, ІІІ порядків);
2)
альвеолярних ходів (або проток);
3)
альвеолярних мішечків. [13, 15]
Альвеолярні
бронхіоли І порядку утворюються у результаті дихотомічного поділу термінальних
бронхіол. Вони мають таку ж довжину і діаметр, а також будову стінки, як і
термінальні бронхіоли, але епітелій їх не має війчастих клітин. Основною
відмінною рисою цих бронхіол є наявність у стінці маленьких комірок – альвеол.
Альвеолярні бронхіоли ІІ порядку мають меншу довжину, а кількість альвеол у
їх стінці зростає. Альвеолярні бронхіоли ІІІ порядку ще коротші – до 500
мкм і мають ще більше альвеол. Альвеолярні (респіраторні) ходи мають
діаметр у два рази більший, ніж альвеолярні бронхіоли, і велику кількість
альвеол, між якими лишаються невеликі проміжки власної стінки альвеолярної
протоки. Альвеолярні мішечки побудовані з кількох альвеол, розташованих
одна біля одної.
Альвеола
легені – це відкритий пухирець, заповнена повітрям комірка через тонку
стінку якої відбувається газообмін. Загальна кількість альвеол в одній легені
дорослого – 300 – 400 мільйонів. Максимальна поверхня усіх альвеол у дорослого
під час вдихання повітря досягає 100 м2
Внутрішня
поверхня альвеол покрита поверхнево-активною речовиною – сурфактантом
(Додаток 6). Вважають, що сурфактант є продуктом секреції гранулярних клітин і
до його складу входять фосфоліпіди, білки та глікопротеїди. Прийнято вважати,
що загальна поверхня альвеол (коливається в межах 40–120 мл), через яку
здійснюється газообмін, залежить від ваги тіла. З віком відзначається зменшення
площі поверхні альвеол [7].
1.2
Функції дихальної системи
Газообмін у легенях відбувається між повітрям
альвеол і кров’ю, яка їх обмиває. У свою чергу при диханні повітря альвеол
повинне обмінюватися із зовнішнім повітрям. Але якими б глибокими не були
дихальні рухи, повного обміну альвеолярного повітря на атмосферне ніколи не
буває. Прийнято визначати показники, що характеризують зовнішнє дихання, – статистичні
і динамічні. Більшість із них багато в чому залежить від о’єму грудної
порожнини і рухомості грудної клітки. До статистичних належать такі
показники.
1. Дихальний обсяг (ДО) – кількість повітря,
що надходить у легені за один спокійний вдих (500 мл.).
2. Резервний об’єм вдиху (РОвд) –
максимальна кількість повітря, яку людина може вдихнути після нормального вдиху
(2500 мл.).
3. Резервний обсяг видиху (РОвид) –
максимальна кількість повітря, яку людина може видихнути після спокійного
видиху (1000 мл.).
4. Життєва ємкість легень (ЖЄЛ) – найбільша
кількість повітря, яке людина може видихнути після максимального глибокого
вдиху. Цей сумарний показник легко визначити, знаючи попередні величини:
ЖЄЛ=ДО+РОвд+РОвид.
ЖЄЛ залежить від віку, статі, росту, маси тіла і
фізичного розвитку людини.
5. Залишковий обсяг (ЗО; 1000 мл.) –
повітря, яке залишається після максимально глибокого видиху.
6. Загальна ємкість легенів (ЗЄЛ) –
кількість повітря, яке міститься на висоті максимуму вдиху: ЗЄЛ=ЖЄЛ+ЗО.
7. Обсяг дихальних шляхів (» мертвий простір», МП) дорівнює
в середньому 150 мл.
8. Функціональна залишкова ємкість (ФЗЄ) – кількість
повітря, яка залишається в легенях у кінці видиху: ФЗЄ= РОвид+ЗО.
Вентиляція легень залежить від співвідношення обновлюваного за
кожний дихальний цикл об’єму повітря і об’єму повітря, що міститься в легенях.
Так, якщо при спокійному диханні в легені надходить близько 500 мл повітря, то
цей об’єм додається до ЗО і РОвид, який дорівнює близько 2000 мл. Але частина
повітря, що вдихається, не доходить до альвеол і залишається в дихальних шляхах.
У зв’язку з наявністю МП альвеолярна вентиляція відрізняється від
легеневої: із 500 мл повітря до альвеол не доходить 150 мл. Тобто за кожний дихальний
цикл до альвеол надходить близько 350 мл повітря, що складає приблизно 1/7
всього повітря, що міститься в альвеолах. Природно, що чим глибше дихання, тим
інтенсивніша альвеолярна вентиляція, оскільки з одного боку, при глибокому
видиху в легенях залишається менше повітря. А з другого – при форсованому
диханні істотно збільшується ДО.
Для характеристики дихання людини визначають ще ряд динамічних
показників, що дають уявлення про дихання за певний час (частіше за 1 хв).
До них належать такі.
1.
Частота дихальних рухів (ЧДР).
2.
Хвилинний об’єм дихання (ХОД) – кількість повітря, що
надходить у легені за 1 хв: ХОД=ДО∙ЧДР.
3.
Альвеолярна вентиляція (АВ) характеризує вентиляцію
альвеол: АВ=(ДО-МП)∙ЧДР.
4.
Максимальна вентиляція легень (МВЛ) – кількість повітря, яке
людина вдихає і видихає при максимальній глибині і частоті дихання.
5.
Резерв дихання – різниця між МВЛ і ХОД.
6.
Коефіцієнт легеневої вентиляції (КЛВ) – та частина повітря,
яка обмінюється в легенях під час кожного вдиху: КВЛ=(ДО – МП): ФЗЄ.
7.
Коефіцієнт альвеолярна вентиляція/легеневий кровотік: АВ: ЛК=4 л:
5 л =0,8.
Крім дихальної, легені виконують багато інших функцій:
метаболічну, терморегулівну, всмоктувальну, гемокоагуляційну,
секреторну, очисну і бар’єрну
Найвагоміша роль легень полягає у метаболізмі жирів.
Більшість ліпідів використовується для синтезу поверхнево-активних речовин –
сурфактанту, а також простогландинів. Близько 13 – 19% жирних кислот, які
надходять у легені, використовуються для бета-окислення і вивільнення енергії, необхідної
для біосинтезу сурфактант. без якого неможливе функціонування альвеол.
Здійснення терморегулівної функції легень
відбувається за рахунок екзотермічних процесів окислення і зміни капілярного
кровотоку.
Всмоктувальна функція легень реалізується
завдяки високій проникності біологічних мембран аерогематичного бар’єру для
жиро- і водорозчинних речовин з низькою молекулярною масою. Так, відбувається
всмоктування в кров випарів йоду, фосфору, ртуті, хлороформу, ефіру тощо.
Легені беруть активну участь у тромбопластиноутворенні,
метаболізмі гепарину, протромбіну, плазміногену, синантрину. Остання речовина
запобігає внутрішньо судинному згортанні крові.
Надзвичайно важливі секреторна, очисна і бар’єрна
функції дихальної системи, які реалізуються переважно мукоциліарним
апаратом бронхіального дерева. Секреторна функція здійснюється залозами і
секреторними клітинами трахеї і бронхів. Серозно-мукозний секрет, об’єм якого в
нормі становить 300–400 мл на добу і значно збільшується при патології,
зволожує і захищає поверхню дихальних шляхів, зменшує втрату води при
випаровуванні. Очисна і бар’єрна функції реалізуються за рахунок очищення
вдихуваного повітря й елімінації сторонніх частинок мукоциліарним апаратом,
судинно-лімфатичного механізму очищення і нейтралізації багатьох біологічно активних
речовин у малому колі кровообігу. Легені – важливий орган антипротеїнового
захисту організму. Синтезованим альфа-1-інгібітором протеїнах нейтралізуються
протеолітичні ензим екзо- й ендогенного походження.
В
анатомії та гістології застосовують різні методи дослідження. Найважливішими є
такі [3]:
1. Мікроскопія;
2. Соматоскопія;
3. Препарування;
4. Метод
мацерації;
5. Ін'єкційний
метод;
6. Просвітлення;
7. Корозійний
метод;
8. Рентгеноскопія
і рентгенографія органів і частин тіла;
9.
Макроскопічне дослідження за методом В.П. Воробйова;
10.
Метод розпилювання замороженого трупа або окремих його частин за М. І.
Пироговим;
11
Гістологічні та гістохімічні методи.
Сучасна
гістологія має широкий арсенал різноманітних методів дослідження. Усі ці методи
поєднує застосування спеціального приладу – мікроскопа, і тому вони є
мікроскопічними методами. Залежно від стану досліджуваного об’єкта ці методи
поділяють на вітальні – коли вивчається живі клітини, тканини, органи і
навіть цілі організми, та поствітальні – коли досліджують мертві фіксовані
об’єкти.
Становлення
поствітального методу або методу виготовлення постійного гістологічного
препарату, що називається методом класичної гістології.
Перший
етап під час виготовлення препарату – одержання матеріалу. Для вирізання
шматочка органу чи тканини, треба брати гострі ножиці чи лезо, не стискати
тканину пінцетом. Шматочки беруть невеликих розмірів – близько 1 см.
Матеріал повинен бути свіжим, брати його якомога швидше після забивання
експериментальної тварини або смерті людини.
Наступний
етап – фіксація матеріалу, яка здійснюється шляхом занурення взятого шматочка
у фіксальну рідину (етиловий, метиловий спирти, розчин формаліну)
Третій
етап – зневоднення фіксованого матеріалу. Для цього використовують
спирти різних концентрацій, що поступово зростають від 50–70 до 100 градусів.
Зневоднення необхідне для наступного етапу – ущільнення об’єкта, яке
здійснюється у парафіні, целоїдині, синтетичних смолах. Для просочення ними
матеріалу необхідно ретельно видалити воду з тканин, а потім просочити її
ксилолом (толуолом, бензолом), тобто речовиною, яка добре розчиняє парафін, а
також змішується зі 100-градусним етиловим спиртом. Після просочення об’єкта
рідким парафіном за температури 55–56˚С йому дають затверднути за
кімнатної температури разом з парафіном у спеціальних формочках. Так отримують
парафіновий блок. Ця процедура називається заливкою.
Ущільнення
матеріалу дає змогу виготовити з нього тонкі (завтовшки 5–7 мкм), півтонкі (0,5–1
мкм) зрізи, які використовують для світлової мікроскопії, для електронної
мікроскопії використовують ультратонкі зрізи (0,05–0,2 мкм). Виготовлення
зрізів проводять на спеціальних приладах – мікротомах і ультрамікртомах. Для
того, щоб розрізняти структурні деталі об’єкта, отриманий зріз треба фарбувати.
Страницы: 1, 2, 3, 4
|