Arnas-aparatu

Arnas-aparatua (arnas sistema eta aireztatze-sistema ere barne) sistema biologiko bat da, animalietan eta landareetan gasa trukatzeko erabiltzen diren organo eta egitura espezifikoek osatua. Gas-trukea eragiten duten organoen anatomia eta fisiologia asko aldatzen dira, organismoaren tamainaren, bizi den ingurunearen eta eboluzio-historiaren arabera. Lurreko animalien kasuan, arnas gainazala inbaginazio gisa barneratzen da, birikak osatuta. Biriketako gas-trukea milioika aire-zaku txikitan gertatzen da; ugaztun eta narrastietan albeoloak deritze, eta hegaztietan aurikulak.

Aire-zaku mikroskopiko horiek oso odol-horniketa aberatsa dute, eta horrek airea odolarekin kontaktuan jartzen du.  Aire-zaku horiek kanpo-ingurunearekin komunikatzen dira arnasbide edo hodi hutsen sistema baten bidez. Sistema horretatik handiena trakea da, eta bi bronkio nagusietara adarkatzen da bularraren erdian. Horiek biriketan sartzen dira, eta bigarren mailako eta hirugarren mailako bronkioetan adarkatzen dira, gero eta estu eta txikiagoetan, bronkioloetan, hain zuzen. Hegaztietan, ordea, bronkioloei parabronkioak esaten zaie.

Bronkioloak ugaztunetan eta parabronkioak hegaztietan, albeolo eta aurikula mikroskopikoetan  adarkatzen dira, hurrenez hurren. Airea ingurunetik albeolo edo atrioetara ponpatu behar da, arnasketa-muskuluek eragiten duten arnasketa-prozesuaren bidez.

Anatomia

Arnasbideak: atal eroaleak 
Goitik hasita, hauexek dira arnas aparatuaren atalak:

 Sudur-bideak: aire sarrera errazten duten bi barrunbeei deritze, euren funtzioa bertan hezetu, iraitzi eta berotzea delarik pituitarioen bitartez.

 Faringea:airea beheko arnasbideetara bideratzea baimentzen duen mintz ehundura duen muskulu-hodia.

 Epiglotisa: orofaringe eta laringofaringe arteko mugan kokatzen den tapa itxurako kartilagoa da elikagaiak laringe eta trakean sartzea ekiditen dutena.

 Laringea: arnasturiko airearen iraizpena funtzio nagusitzat duen hodia da. Era berean airearen igarotzea baimentzen du zintzur-heste eta birikarantz. Funtzio fonatzailea du, alegia, ahotsa sorrarazten du.

 Trakea: airea birikarantz barneratu eta birikatik kanporatzen den bidea.

 Bronkio: bronkiolorantz bideratzen du zintzur-hesteko airea.

 Bronkiolo: bronkioetatik datorren airea albeolorantz bideratzen du.

Birika parenkima: Arnas atala 

 Arnas bronkioloak

 Albeolo: zaku formako egitura txikiak dira. Pareta oso mehea dute eta odol-hodiz estalita daude. Gas-trukea egiteko balio dute.
 Hodi edo konduktu albeolarrak

 Birika: zaku formako bi organo dira. Bronkioloz eta milaka albeoloz osatuak daude.

 Saihets arteko muskuluak: Arnasgora eta arnasbehera egiten laguntzen dute.
 Kaxa torazikoa: birikak babesten dituen hezurrek osatzen dute.

 Diafragma: arnasgora eta arnasbehera mugimenduak diafragmari esker gertatzen dira.

Odol-hodiak 

 Biriketako arteriak
 Biriketako zainak

Beste batzuk 

 Pleura

Arnas aparatuaren garapena enbrioiaren faseetan 
Sakontzeko, irakurri: «Arnas aparatuaren enbrioi garapena» Giza enbrioi baten birika hastapenen garapena non lobuluak nabarmentzen hasten diren Birika hastapenak fase garatuago batean

Arnas aparatua aurreko hestearen sabelaldeko hormatik garatzen den hasikina da. Laringe, zintzur-heste, bronkio eta albeoloetako epitelioak endodermoan izango du jatorria, kartilago, muskulu eta konektibo ehunez osaturiko atalak mesodermotik eratorriak direlarik. Garapenaren 4. astean septu edo trenkada trakeoesofagikoak bitan banatzen du aurreko hestea, aurrean birika hastapena eta atzean hestegorria kokatuz. Bi hauen arteko kontaktua 4. eta 6. faringe-arkuetako ehunetik garatutako laringearen bitartez gauzatzen da. Trenkatze ezegoki bat izanez gero esofago edo hestegorriko atresia eta fistula trakeoesofagikoen (GNS:Q39) agerpena gerta liteke.

Birika hastapena bi bronkio nagusi garatzen ditu:

 Eskuinekoak hiru bronkio sekundario edo bigarren mailakoak osatuko ditu eta hiru lobulu

 Ezkerrekoak bi bronkio sekundario eta bi lobulu osatuto ditu.

Sasiguruin eta hodixka aroen ostean, bronkiolo kuboideetako zelulak argaldu egiten dira zelula lauak edo zapalak, albeolo-epitelioko I motako zelulak (edo I motako pneumozitoak) sortuz, odol eta linfa kapilarrekin estuki elkarturik edo loturik daudenak.

7. hilabetean, odol eta airearen arteko gas elkartrukea posible da albeolo primitiboan. Jaio aurretik birikak osagai proteiko txikia, muki zerbait eta gai surfaktantea duen likidoz beterik daude. Azken honek fosfolipidozko geruza bat osatuko du albeolo-mintzean. Arnasketa hastean biriketako likidoa xurgatu egiten da surfaktantearen geruza izan ezik, zeinek albeoloen kolapsoa ekidingo duen arnasbeheran aire-odol kapilar interfasean gainazal tentsioa txikiaraziz. Surfaktantearen gabeziak edo gutxiegitasunak ume goiztiarretan jaioberriaren arnas distresaren sindromea (RDS ingelesez) mintz hialinoen gaixotasuna (GNS: P22.0) eragiten du albeolo primitiboaren kolapsoa dela eta. Biriken hazkuntza jaio ostean gehien bat arnas bronkiolo eta albeolo kopuruaren biderkatzea dela eta jazotzen da eta ez albeoloen tamainaren handipenagatik. Gainera jaio osteko aroan, 10 urte izan arte umeen biriketan albeolo berriak sortuko dira.

Orokorki garapen hau 4 alditan banatzen da:

 Sasiguruin aroa (5. - 16. asteak): adarkatzea dela eta arnas hodiek bukaerako bronkioloak  osatzen dituzte, baina ez dira ageri arnas bronkioloak ezta albeoloak. Lobulu bakarra aurki daiteke birika hastapen bakoitzean.

 Hodixka aroa (16. - 26. astea): bukaerako bronkiolo bakoitza bi arnas bronkiolo bilakatzen da ondoren 3-6 albeolo hodi garatzeko. Maila histologikoan kuboide epitelioa birikako odol hodietara gerturatu egiten dira.

 Bukaerako sakuluaren aroa (26. astea -jaiotza):  bukaerako sakuluak, alegia, albeolo primitiboak izango direnak, kontaktu estua lortzen dute odol eta linfa kapilarren endotelioarekin, kuboide zelulak mehetzean.

 Albeolo aroa (jaiotza - 18 urte): albeolo helduek ondo garaturiko kontaktuak garatzen dituzte kapilarretako endotelio epitelioarekin.

Ornodunen arnas aparatua 
Arnas aparatu moten dibertsitate oso zabala aurkitu dezakegu animalia erreinuaren baitan. Hala ere, arnas aparatu nagusiak ondorengoak dira.

Ugaztunen arnas aparatua atal hauetaz osaturik egon ohi da, zona kranialetik zona kaudalera (hau da, burualdetik buztanaldera) ordenatuta: Ahoa eta sudurzuloak, barrunbe nasala, barrunbe nasalak, faringea, laringea, trakea, bronkio primarioen hasierak eta birikak, gainera, biriken barruan bronkiolo primarioen bukaerak,brankiolo sekundario eta tertziarioak eta, azkenik, bronkioloak daude. Hauez gain, arnasketan laguntzen duen muskulu nagusia dugu, diafragma hain zuzen.

Hegaztien arnas aparatua atal hauez osaturik egon ohi da, zona kranialetik zona kaudalera (hau da, burualdetik buztanaldera) ordenatuta: Ahoa eta sudurzuloak, hutsune paranasalak, barrunbe paratinpanikoak, faringea, laringea, trakea, bronkio primarioa, eta birika; azken honen barne atalak bronkio sekundarioak, mesobronkioa, dorsobronkioa, parabronkioak eta bentrobronkioa dira. Gainera, arnas aparatua animalia hauetan aire zaku zerbikalak, aire zaku klabikularrak, aire zaku torazikoek eta aire zaku abdominalak ere osatzen dute. Hauez gain, arnasketan laguntzen duen muskulu nagusia dugu, diafragma hain zuzen.

Narrastien taldeak aparatu ez horren garatua dute ugaztunekin konparatuta eta atal hauek bereizten dira, zona kranialetik zona kaudalera (hau da, burualdetik buztanaldera) ordenatuta: sudurzuloak, trakea, bronkioak, birikak. Talde honetan ere ez da diafragmarik garatu.

Anfibioen taldean bizi-zikloaren arabera organo ezberdinak erabiltzen dituzte, hauen jasaten duten metamorfosiaren eskutik. Hala ere, atal hauek bereiz daitezke, zona kranialetik zona kaudalera (hau da, burualdetik buztanaldera) ordenatuta eta garapenaren faseetan ordenatuta: brankiak bakarrik larba fasean eta ahoa eta sudurzuloak, birikak eta azala fase helduan.

Arrainen taldean beraien bizi guztiz urtarraren ondorioz, atal gutxi batzuz osatutako arnas aparatua dute, lehendabizi ahoa eta operkuluak uraren sarrera bermatzeko eta atzetik arku brankialak non gas trukea gertatzen den, bertan baitaude kokatuta brankiak.

Ugaztunak 

Gizakiongan eta beste ugaztun batzuetan, arnas sistema ohikoena arnas traktua da. Traktua goiko eta beheko arnasbideetan banatzen da (1.irudia). Goiko traktuan sudurra, sudur-zuloak, sudur-sinuak, faringea eta laringearen goiko aldea sartzen dira, ahots-korden gainetik. Beheko traktua (2. irudia) laringearen beheko aldeak, trakeak, bronkioek, bronkioloek eta albeoloek osatzen dute.

Albeoloak arnas aparatuaren azken terminal hilak dira; horrek esan nahi du sartzen den edozein aire bide beretik atera behar dela. Horrelako sistema batek espazio hila deritzona sortzen du, aire-bolumen bat (150 ml ingurukoa pertsona helduengan), arnasbideetan aire kanporatzean kanporatu gabe gelditzen dena. Inhalazioaren amaieran, arnasbideak inguruko airez beteta daude gehienbat, eta hori zuzenean gas trukaketarik gertatu gabe kanporatzen da.

Hegaztiak 

Hegaztien arnas aparatua ugaztunen arnas aparatuaren oso antzekoa ez da. Lehenik eta behin, birika zurrunak dituzte; arnas zikloan ez dira ez uzkurtu, ez hedatzen. Horren ordez, aire-zakuen sistema zabal bat (3. irudia) gorputzean zehar sakabanatuta erabiltzen dute zakuetan inguruneko airea sartu eta ateratzeko, behin airea biriketatik igaro ondoren(6. irudia eta 7. irudia). Hegaztiek gainera ez dute diafragmarik.

Hegaztien birikak antzeko tamainako ugaztunenak baino txikiagoak dira, baina animaliaren bolumenaren zati handiagoa betetzen dute hegaztiek. Hauen aire-zakuek gorputz-bolumen osoaren % 15 betetzen baitute, eta ugaztunetan aurkitzen ditugun albeoloek % 7, ordea. 

Arnas hartzea eta kanporatzea, barrunbe torakoabdominal osoaren (edo zelomaren) bolumena handitu eta txikituz egiten da, txandaka, muskulu abdominal eta saihetseko muskuluak erabiliz.  Arnas hartzean, orno-saihetsei atxikitako muskuluak (4. irudia) aurrerantz eta kanporantz uzkurtzen dira. Horrek beherantz eta aurrerantz bultzatzen die bular-saihetsei, bularrezurra norabide berean bultzatuz. (4. irudia) Horrek enborraren zati torazikoaren diametro bertikalak nahiz zeharkakoak handitzen ditu. Bularrezurraren mugimenduak, zona abdominaleko bolumena handitzea ere eragiten du. Enborraren barrunbe osoaren bolumena handitzeak gutxitu egiten du airearen presioa aire torakoabdominaleko zaku guztietan, eta beraz, hauek airez betetzea eragiten da.

Kanporatzean, kanpoko muskulu zeiharrak, bularrezurrari eta orno-saihetsei bentralki eta pelbisari dortsalki lotuta dagoenak (4. irudia), inhalazio mugimendua inbertitzen du. Horrela, animaliaren zonalde abdominalean presioa eragiten du eta aire zakuetako gasak ateratzea bultzatzen du.

Arnastean, airea trakean sartzen da sudurretik eta ahotik. Ondoren, siringologiatik harago jarraitzen du; trakea bi bronkio primariotan adarkatzen da eta bi biriketara joaten da (5. irudia). Bronkio primarioak biriketan sartzen dira monobakar barneko bronkio bihurtzeko. Geroago, multzo paralelo adarkatu bat igortzen dute, bentrobronkioi izenekoa eta pixka bat aurrerago, dortoko-multzo baliokide bat aurkitzen da (5. irudia). Izpi barneko bronkioen muturrek airea askatzen dute atzeko aire-zakuetan, hegaztiaren isats-muturrean. Dortso-bentrobronkio pare bakoitza aire-kapilar mikroskopiko paralelo (edo parabronkio) ugariren bidez konektatuta dago, eta han gertatzen da gas-trukea (5. irudia). Hegaztiak arnasten duenean, trakea-airea biriken barnean dauden bronkioen bidez mugitzen da atzeko aire-zakuetara, baita bizkarrekoetara ere, baina ez bentrobronkikoetara (6. irudia eta 7. irudia). Bronkioen arkitekturari zor zaio hori,  arnastutako airea bentrobronkioen irekiduretatik urrun bideratzen baitu, bizkarrezur barneko bronkioak atzeko aldera eta atzeko aire-zakuetara jarraitzen du. Bizkar-hezurretatik arnastutako airea parabronkioetatik igarotzen da (eta, beraz, gas-trukagailutik) bentrobronkioetaraino, eta hortik hedatzen ari den aireak aurreko aire-zakuetara bakarrik ihes egin dezake. Beraz, inhalatzean, bai atzeko aire-zakuak bai aurrekoak hedatu egiten dira, atzeko aire-zakuak arnastutako aire freskoz betetzen dira, eta aurreko aire-zakuak biriketatik igaro berri den aire "gastatuz" (oxigeno gutxidun airez) betetzen dira.

Arnasa botatzean, handitu egiten da atzeko aire-zakuetako presioa, aipatutako muskulu zeiharren uzkurduraren ondorioz. Atzealdeko aire-zakuen irekiduren eta dortsobronkiaren eta barneko bronkioen arteko irekiduren aerodinamikak ziurtatzen du aireak zaku horiek biriken norabidean mugitzen duela (dortsobronkiotik), bronkio intrapulmonarretatik itzuli beharrean (6. irudia eta 7. irudia). Dortsobronkiotik atzeko aire-zakuetako aire freskoa parabronkian zehar mugitzen da (inhalazioko norabide berean) bentrobronkira. Bentrobronkioak eta aurreko aire-zakuak bronkio intrapulmonarrei lotzen zaizkie aire "gastatua", hau da, bi organo horien oxigeno pobrea, bideratzen dute trakeara, handik kanpora askatzeko. Beraz, aire oxigenatua etengabe jariatzen da (arnasketa-ziklo osoan) norabide bakarrean parabronkian zehar. 

Trakea espazio hila duen eremua da: exhalazioaren amaieran dagoen aireak oxigeno gutxi dauka eta atzeko aire-zakuetan eta biriketan berriro sartzen den lehen airea da. Hegazti batean trakearen espazio hilaren bolumena 4,5 aldiz handiagoa da tamaina bereko ugaztunetan baino, batez beste. Lepo luzea duten hegaztiek trakea luzeak izango dituzte ezinbestean, eta, beraz, ugaztunek baino sakonago arnastu behar dute, espazio hila handiagoa dutelako ondorioz. Hegazti batzuetan (adibidez: Beltxarga oihularian (Cygnus cygnus), Mokozabal zurian (Platalea leucorodia), Amerikar kurriloan (Grus americana), eta Pauxi pauxi espeziean), trakeak, kasu batzuetan 1,5 m-ko luzera izan dezake. Hori dela eta, hau kiribilduta aurkitzen da gorputzean zehar, hala ere,  ez daki inork zer aparteko onurarik lortu dezaketen ezaugarri honekin, ez zer helbururekin garatu zen.

Narrastiak 
Narrastien biriketako egitura anatomikoa ez da ugaztunena bezain konplexua. Hau da, narrastien birikek ez dute zuhaitz formako egiturarik. Ondorioz, gas-trukaketarako azalera txikiagoa daukate ugaztunekin konparatuz gero. Narrastien kasuan, ugaztunetan bezala, gas-trukaketa albeoloetan gertatzen da.  Narrastiek ez dute diafragmarik. Hori dela eta, gorputzaren barrunbearen bolumena aldatuz gertatzen da arnasketa.  Narrasti guztietan, dortoketan izan ezik, arnasketa saihets arteko muskuluen uzkurduraren eta erlaxapenaren bidez kontrolatzen da. Azken hauetan saihetseko muskulu pare espezifiko batzuen uzkurdurek arnasgora eta arnasbehera agintzen dute.

Anfibioak 
Anfibio helduek biriken eta azalaren bitartez arnasten dute. Anfibio batzuek, batez ere garapenaren lehenengo etapetan, brankiak dituzte (adibidez, igel-zaparradak). Aldiz, beste batzuek helduaroan garatzen dituzte (adibidez, arrabio batzuek). Normalean heldutasunera heltzen direnean brankiak funtzionalak izateari uzten diote eta soilik biriken eta azalaren bitartez arnasten hasten dira.

Anfibioen taldean biriketako aireztapena gerta dadin presio positibo bat sortu behar da. Horretarako, muskuluek aho-barrunbearen oina jaisten eta handitzen dute, horrela barruranzko aire fluxu bat sortzen da. Sudurra eta ahoa itxita, aho-barrunbearen zorua gorantz bultzatzen da eta, ondorioz, airea trakeatik biriketara bultzatzen da. Anfibioen azala oso baskularizatua eta hezea da. Zelula espezializatu batzuk muki-jariaketaren bidez hezetasun hori mantentzeaz arduratzen dira. Odolaren eta kanpo medioko airearen artean (uretatik kanpo dagoenean) gasa trukatzeko lehen mailako organoak dira birikak. Oxigeno askoko uretan, berriz, azalak gas-trukaketa azkarra ahalbidetzen du. Hala ere, maila ezberdinean izan arren, biak erabiltzen dira ingurune guztietan.

Arrainak 

Oxigenoa ez da oso disolbagarria uretan. Arnas gasen difusio-koefizientea (hau da, kontzentrazio handiko eskualde batetik kontzentrazio txikiko eskualde batera hedatzen den abiadura) baldintza estandarretan airean uretan baino 10.000 bizkorragoa izan ohi da. Gainera, erabat aireztatutako ur gezak 8-10 ml O2/litro besterik ez du; aireak, aldiz, 210 ml/litroko O2-kontzentrazioa dauka.  Beraz, oxigenoak 17,6 mm2/s-ko difusio-koefizientea du airean, baina 0,0021 mm2/s baino ez uretan.

Arrainek brankiak garatu dituzte arazo horiei aurre egiteko (8. irudia). Brankiak organo espezializatuak dira eta lameletan banatzen diren harizpiak dituzte. Lamelek horma meheko sare kapilar trinko bat dute, eta bertatik igarotzen diren ur-bolumen handiei gasa trukatzeko azalera handia ematen die.

Brankiek korrontez kontrako truke-sistema bat erabiltzen dute, uraren oxigeno-xurgapenaren eraginkortasuna handitzeko. Ahoa zeharkatuz irensten den ur oxigenatu freskoa etengabe bultzatzen da brankien bidez norabide batean; lameletako odola, berriz, kontrako norabidean jariatzen da eta odol- eta ur-fluxua sortzen da (9. irudia).

Ura ahotik ateratzen da operkulua itxiz eta aho-barrunbea handituz (10. irudia). Era berean, zakatz-barrunbeak handitu egiten dira, ondorioz, presio txikiagoa sortzen da ahoan baino, eta ura zakatzetara jariatzen da.  Ondoren, aho-barrunbea uzkurtu egiten da eta, horretarako, ahozko balbula pasiboak itxi egiten dira, ahoko ur-errefluxua saihesteko (10. irudia). Ahoko ura, aldiz, brankien gainean bortxatzen da; brankia-ganberak, berriz, uzkurtu egiten dira eta, horretarako, hodi-irekiduren bidez husten dute ura (10. irudia). Horrela, aho-barrunbea eta zakatz-ganbarak xurgatze-ponpa eta presio-ponpa gisa aritzen dira txandaka, brankien gaineko ur-fluxu konstante bat norabide batean mantentzeko.  Kapilar lamelarretako odola uraren kontrako norabidean jariatzen denez, odolaren eta uraren korrontez kontrako fluxuak kontzentrazio-gradiente nabarmenak ditu kapilar bakoitzaren luzera osoan zehar (9. irudia). Beraz, oxigenoa gai da gradientea odolean etengabe sakabanatzeko, eta karbono dioxidoak gradientea jaitsi egiten du uretan.  Teorikoki, kontrakorronteko truke-sistemei esker, arnas-gas bat ia erabat transferi daiteke trukagailuaren alde batetik bestera; hala ere, arrainen kasuan brankien gainean dabilen uraren oxigenoaren % 80 baino gutxiago odolera transferitzen da.

Lotutako gaixotasunak 
Arnas gaixotasunen artean hauexek ditugu: Tuberkulosia, bronkitiak eta neumoniak. Neumologoak bereziki arduratzen dira euretaz.

Sortzetiko gaixotasunak 

 Jaioberriaren arnas-distresaren sindromea
 Hestegorriko sortzetiko malformazioak

Erreferentziak

Kanpo estekak 

Arnas aparatua
Pneumologia