Dýchací systém Brno, září 2019 Přednáška 12 • Funkce • Epitelová výstelka • Dutina nosní • Hltan • Hrtan • Trachea • Plíce + Bronchiální strom • Bariéra krev-vzduch • Vývoj dýchacího systému • Regenerace plic Další funkce: • synthesis, activation and inactivation of vasoactive substances, hormones, neuropeptides, eicosanoids, lipoprotein complexes • hemostatic functions (thromboplastin, heparin) • lung defense: complement activation, leucocyte recruitment, cytokines, and growth factors • speech, vomiting, defecation, childbirth Dýchací systém – Funkce Dýchací funkce supply of O2 + elimination of CO2 Respiration = overall exchange of gasses between atmosphere and cells Involves: • pulmonary ventilation • gas exchange: External + Internal respiration • gas transport Dýchací systém – Celková stavba Horní dýchací cesty • nosní dutina • vedlejší nosní (paranazální) dutiny • nasopharynx (nosohltan) • oropharynx (hrdlo) Anatomické Funkční Dolní dýchací cesty • hrtan • průdušnice (trachea) • průdušky (bronchy (extra- + intrapulmonární) • průdušinky (bronchioly) primární a terminální • respirační bronchioly • alveolární chodbičky (ductus alveolares) • alveolární váčky (sacculi alveolares) • plicní sklípky (alveoly) Dýchycí cesty Respirační oddíl Dýchací cesty – Obecné znaky Funkce • Transport • Moistening • Filtering • Warming Stavba Bone and/or cartilage (mechanical support) Sliznice • Epitel • Lamina propria Dýchycí cesty – Nosní dutina + Paranazální dutiny Levostranná + Pravostranná nosní dutina (separated by osseous/cartilagineous nasal septum) Nozdra (naris) Lamina cribriformis čichové kosti Bulbus olfactorius Tractus olfactorius Čichový epitel Horní skořepa Sinus sphenoidalis Vnitřní nozdra Nasopharynx Vnější nozdra Sinus frontalis Střední skořepa Dolní skořepa Výstelka nosní dutiny Strop + Horní skořepa Nozdry + Předsíň Ostatní povrchy Čichový epitel Kůže • keratinizující vrstevnatý epitel • chlupy • potní + mazové žlázy • v předsíni přechod v ep. dých. cest Sliznice dých. cest „respirační“ Podklad: kost / chrupavka Žádné podslizniční/ podkožní vazivo Olfactory region Respiratory region Dýchycí cesty – Nosní dutina + Paranazální dutiny = respiratory mucosa – lines most of the conducting portion of the respiratory system Respiratory region Víceřadý cylindrický epitel s řasinkami (5 typů buněk) Lamina propria mucosae • řídké vazivo • arteriální a venózní pleteně • hojné smíšené seromucinózní žlázky • hojné lymfoidní elementy (uzlíky, žírné b., plazmatické b.) Mucous layer Bazální b. (stem cells) Řasinkové b. (most abundant) Pohárkové b. (mucin) Kartáčové b. (chemosensory) (similar to cells of taste buds) B. s malými granuly (Kulčického) DNES – diffuse neuroendocrine system Nosní dutina– Sliznice dýchacích cest Sliznice dýchacích cest Žíla Žlázka Víceřadý epitel Sliznice dýchacích cest – Nosní skořepa (Concha nasi) Kisselbachova pleteň (krvácení z nosu) Sliznice dýchacích cest - Epitel Exposure to toxic compounds Dlaždicová metaplazie epitelu • Víceřadý cylindrický epitel s řasinkami se mění ve vrstevnatý dlaždicový epitel • may develop into cell dysplasia (precancerous) Buňky s řasinkami Pohárkové buňky Sliznice dýchacích cest - Epitel Sliznice dýchacích cest – Hlen (Mucus) Pohárková buňka Mucus • mainly glycoproteins in water • ensures moisturing of musosa and air • contains IgA immunoglobulins (mucosal immunity) • traps airborne particles (dust etc.) • helps selfcleaning of the airways - more watery - thicker, lubricating Sliznice dýchacích cest – Hlen (Mucus) Cilia movement drives mucus towards pharynx. Speed of mucocilliary transport - 5 mm / minute. Sliznice dýchacích cest – Hlen (Mucus) Macrophages in the mucus layer Sliznice dýchacích cest – Hlen (Mucus) Nosní dutina – Předsíň (Vestibulum nasi) Location: 5 – 6 mm wide zone at the edge of nostrils Lining: transition of dermis to respiratory mucosa – hairs with sebaceous glands Nosní dutina – Čichový epitelOlfactory region Lokalizace: • strop nosní dutiny • horní část nosní přepážky • horní skořepa Barva: nažloutlá Rozměr: přibližně 7-10 cm2 Víceřadý cylindrický epitel • tloušťka 70 – 100 mm • 3 typy buněk Lamina propria mucosae • řídké vazivo • arteriální a venózní pleteně • axony smyslových buněk • Bowmanovy žlázky (tubulózní, rozvětvené, serózní) Nosní dutina – Čichový epitel Čichové buňky Podpůrné buňky (sustentacular) Bazální buňky • nízká bazofilní • kmenové buňky podpůrných i čichových buněk (regenerace neuronů !!!) Čichové buňky Podpůrné buňky (sustentacular) Bazální buňky • bipolární neuron - apex – dendrit – čichový vezikul • 10-20 nepohyblivých řasinek odstupuje z jednoho vezikulu • Modifikované řasinky obsahují receptory pro odoranty • báze buňky - axon • kartáčový lem - mikroklky • fyzická podpora + výživa Nosní dutina – Čichový epitel Nosní dutina – Čichový epitel Bone underlying the olfactory region Unmyelinated nerve Large vein Bowman’s glands Nosní dutina – Čichový epitel Flipped upside down compared to all previous pictures !!! Axons of olfactory cells (Fila olfactoria) Passage through the cribriform plate Synapse with secondary neurons in the olfactory bulb (N. olfactorius) Nosní dutina – Čichový epitel Nasní dutina – Paranazální dutiny (Sinus paranasales) • sinus maxillaris (15-25 cm3) • sinus ethmoidalis • sinus frontalis • sinus sphenoidalis Mucous lining • similar to airway mucosa • thinner • less glands • no sumbmucosa Nasopharynx (Pars nasalis pharyngis) + Oropharynx (Pars oralis pharyngis) Nasopharynx • vícevrstvý cylindrický epitel s řasinkami • tonsila pharyngea – infiltrace lamina propria lymfocyty • vyústění Eustachovy trubice Oropharynx • vrstevnatý dlaždicový epitel Křížení dýchacího a trávícího traktu Hrtan - Larynx Zodpovědný za tvorbu zvuků - hlas Larynx – Anatomie Shape of sand-glass Vestibulum Plica ventricularis (nepohyblivá) Plica vocalis (pohyblivá) Hrtanová dutina Ventriculus laryngealis Constriction = paired folds Frontal section Epiglottis Přibližně 4 cm Larynx – Výztuhy Chrupavky joint by ligaments and operated by muscles • Hyalinní • Elastické Plica vocalis Plica ventricularis Dolní část Horní část Larynx Plica ventricularis Plica vocalis Ventriculus laryngealis cartilage cartilage Epiglottis Larynx – Histologická stavba Plica ventricularis Plica vocalis Ligamentum vocale (elastický) Musculus vocalis (kosterní) Bež žlázek!!! Žlázky (seromucinózní) Vrstevnatý dlaždicový epitel Víceřadý cylindrický epitel s řasinkami Larynx – Sliznice Plica ventricularis Plica vocalis Reinke´s oedema exudate in Reinke´s space = hoarse voice Larynx Přechod epitelů na spodním okraji Plica vocalis Lamina propria mucosae M. vocalis Vrstevnatý dlaždicový epitel Víceřadý cylindrický epitel s řasinkami Larynx - Epiglottis Linguální stranaLaryngeální strana Víceřadý cylindrický epitel s řasinkami Vrstevnatý dlaždicový epitel Trachea Conducting portion Extrapulmonary position Length approx.: 12 cm Diameter approx.: 2 cm • hyaline • 10 to 12 rings • C-shaped Tracheal cartilage Trachea – příčný řez Annular ligaments Trachealis muscle Tracheal cartilage Airway epithelium Fibro-musculo-cartilaginózní vrstva Trachea - Stěna Esophagus Viceřadý cylindrický epitel s řasinkami Musculus trachealis Trachea Chrupavka Chrupavka Trachea - Stěna Viceřadý cylindrický epitel s řasinkami Perichondrium Chrupavka Lamina propria mucosae • fibroelastické vazivo + lymfoidní buňky Submucosa • tlustá, husté fibroelastické vazivo • četné seromucinózní žlázky – Tracheální žlázky • bohaté krevní a lymfatické zásobení Adventitia • fibroelastické vazivo Esophagus Trachea Bronchiální strom Primární bronchy – Extrapulmonární • the same structure as trachea • smaller diameter then trachea • accompanied by the pulmonary arteries , veins, and lymphatics Begins at bifurcation of trachea Bronchiální strom 15 to 20 dichotomic divisions in total Right lungLeft lung 2 sekundární bronchy – 2 laloky plic (Lobární bronchy) 3 sekundární bronchy – 3 laloky plic (Lobární bronchy) Terticiární bronchy (Segmental bronchi) • total number of 10 • diameter about 8 mm • further ramification 8x - 10x Bronchopulmonární segment • about 10 % of lung • own vasculature • enclosed in fibrous capsula • used in surgery Střední + Malé bronchy • diameter down to 1 mm • cartilage in their wall Primární bronchioly • diameter about 1 mm • no cartilage • one PB serve one pulmonary lobule Terminální bronchioly • 5 – 7 TB branched from one PB • diameter about 0,5 mm Plicní lalůček • pyramidal shape • surrounded by very thin fibrous capsule • volume 1 – 2 cm3 DO NOT MIX !!! Bronchy makroscopický obraz Bronchiální strom – Bronchy (lobární až malé) Diametr of bronchi • elastic fibres • smooth muscle • cartilage • glands • goblet cells • height of epithelium Mucosa • typical airway epithelium (or bilayered collumnar) • elastic fibers in lamina propria • bronchial glands in LP • BALT in LP (bronchi-associated lymphoid tissue) Submucosa • contains fewer glands • discontinuous layer of smooth muscle separates from lamina propria mucosae • muscle becomes more prominen in smaller size bronchi Fibrocartilaginous layer • cartilaginous plates Bronchus – Chrupavčité ploténky Trachea Bronchus Bronchus - Intrapulmonární CP CP CP CP Bronchus - Intrapulmonární Bronchus - Intrapulmonární Bronchioly - Primární + Terminální – Obecné vlastnosti Stěna • mucosa + muscle layer (bundles) + elastic and colagen fibers • NO cartilage • NO glands Epitelová výstelka • jednoduchý cylindrický až kubický ep. • many epithelial cells have cilia • NO Goblet cells • kyjovité buňky (dříve Clara buňky) Kyjovité buňky • tvar kupole • apex with microvili • secretions (antimicrobials, surfactant-like material) • P450 enzyme (detoxification) • stem cells to the area Bronchiolus Alveolus Alveolus Alveolus Alveolus Bronchiolus Alveoli Alveoli Bronchiole Blood vessel Epithelium Collagen fibers Muscle bundles Respirační oddíl Respiratoryportion REMINDER Pulmonary lobule • defined by ONE primary bronchiole • Include 5 to 7 Terminal bronchioles • pyramidal shape • surrounded by very thin fibrous capsule • volume 1 – 2 cm3 Terminal bronchiole NO alveoli Respiratory bronchiole Outpocketing alveoli Ductus alveolares - wall made by: • groups of cuboidal cells • individual alveoli • elastic fibers • smooth muscle cells surrounding alveolar entries Předsíň - Atrium entry into alveolar sac Sacculi alveolares group of alveoles opened into common atrium Respirační oddíl Respirační oddíl Respirační oddíl NO alveoli Some alveoli Respirační oddíl Terminální bronchiolus – nevyklenují se z něj alveoly Terminal bronchiolus Alveolus Alveolus Alveolus Alveolus Alveolus Respirační bronchiolus – vstupy do alveolů Respirační bronchiolus AD - Alveolar duct AS – Alveolar sac A - Alveolus V – Vein PA – Perialveolar artery Alveoly Features • diameter approx. 200 mm • total number approx. 300 millions • total surface about 100 – 140 m2 • interalveolar septa (elastin + type III collagen) • alveolar pores (Kohn´s; 8 – 60 mm diameter) Continuous capillaries Place of gas exchange Alveoly Elastic fibers Capillary Alveolární makrofág – „prašná buňka“ • migratory • some migrate up to pharynx and get swallowed/expectorated • some migrate via lymph vessels Pneumocyty typu I (membranózní) • very flat – about 80 nm thickness • occluding junctions • about 95% of alveolar surface Pneumocyty typu II (granulární) • cuboidal (10 mm) • more numerous than type I pneumocytes • lamellar bodies – surfactants SP-A, -B, -C, -D • stem cells to alveolar lining (type I and II pneu.) RDS (syndrom respirační tísně) lack of surfactants - collapse of alveoli Alveoly - Surfaktant Cytoplasm of type I pneumocyte Lumen of alveolus Surfaktant Alveoly - Surfaktant Alveoly – Makrofágy Makrofágy Alveoly – Interalveolární septum Alveoly – bariéra krev-vzduch Thickness: 0,1 – 1,5 μm Exchange of gasses: passively by diffusion based on gradient Nucleus of endothelial cell Surfactant layer Type I pneumocyte Fused basal laminae Endothelium I - Type I pneumocyte II - Type II pneumocyte Alv - Alveolus Cap - Capillary Mac - Macrophage ac ac ac ap ap ap lv lv lv lv Alveoly – bariéra krev-vzduch Capilaries Type II pneumocyte Alveoly – bariéra krev-vzduch Erytrocyt Alveoly – bariéra krev-vzduch Pleura Sheet that lines pleural cavities (left and right) Viscerální pleura – covers the lungs Parietální pleura – lines cavity wall Visceral pleura Parietalal pleura Pleura Mezotel (jednovrstvý dlaždicový ep.) Tenká vrstva vaziva (cca 1 mm) Krevní zásobení Plicní oběh „funkční“ Bronchiální oběh „nutritivní“ Pulmonární tepny Bronchiální tepny Kapiláry Bronchopulmonární segment Terciární bronchus Pulmonární žíly Vývoj plic Entoderm • epitel • žlázky Mezenchym • pojivová tkáň • chrupavka • svalovina Early week 4: Laryngotracheální výchlipka předního střeva (ventrální strana) Vývoj plic Komplexní interakce (signálování) mezi entodermem a přilehlým mezodermem Vnitřní strana ventrální stěny hltanu Časný 4. týden Časný 5. týden Pozdní 4. týden Lung development • Lumen nejprve obliteruje a později rekanalizuje • vyvíjí se Ventriculus pharyngealis + Plica ventricularis a Plica vocalis • vyvíjí se chrupavky + vazy + svaly hltanu (ze 4. and 5. žaberního oblouku) Vnitřní strana ventrální stěny hltanu 12. týden6. týden Vývoj plic – Postupné větvení bronchů Před narozením - 18 x Celkový počet větvení Po narození - 7x until 8 years of age Pozdní 6. týden Pozdní 5. týden Pozdní 8. týden Vývoj plic – Vznik pleuro-perikardových řas • bronchiální pupeny penetrují do primitivních pleurálních dutin • splanchnický mezoderm, pokrývající vnější povrch plic, vytváří viscerální pleuru • tělní mezoderm, vystýlající tělní dutinu, vytváří parietální pleuru • prostor mezi viscerální a pariteální pleurou dává vznik pleurální dutině Vývoj plic – Histogeneze (maturace) Stádium pseudožlázové (5. – 17. týden) • jsou vytvořeny terminální bronchioly • terminální bronchioly jsou slepě zakončeny – napodobují žlázu • jednovrstvý kubický epitel (entoderm) • respirační bronchioly ani alveoly nejsou vyvinuty Stádium kanálkové (13. – 25. týden) • vyvíjí se respirační bronchioly a váčky, vaskularizace • dýchání a přežití je možné, pouze ale s lék. pomocí • stále závažný stupeň nezralosti Stádium primitivních alveolů (24. týden - porod) • významný nárůst počtu váčků a alveolů s dobře diferencovanými pneumocyty • vytvořena bariéra krev-vzduch • od 26. týdne je možné přežití bez lék. pomoci (hmotnost plodu cca 1000 g) Stádium definitivních alveolů (32. týden - 8. rok) • nejdelší stádium • vývoj plic se ukončuje Děkuji za pozornost! ahampl@med.muni.cz Budova A1 – 1. patro