background image

 

1

 

 

         

 

 

 

                                  

RESPIRATORY SYSTEM

         

Dr.Firdous

     

 

    It consists of two regions:  
1-Conducting portion: The  main conducting airways  in the  upper part of the  respiratory 
tract  have  walls  that  are  reinforced  with  bone  or  cartilage  to  keep  them  open,  and  their 
mucosal  lining  is  adapted  for  cleaning  and  conditioning  air  on  its  way  to  the  lungs.  The 
incoming  air  passes  through  a  succession  of  cavities  and  passageways,  namely  the  nasal 
cavities, nasopharynx, larynx, trachea, and next enters several generations of progressively 
smaller bronchi, followed by a larger number of different orders of bronchioles.                       
2-  Respiratory  portion:  includes:  respiratory  bronchioles,  alveolar  ducts,  sacs,  and    
alveoli.                                                                                                                                
    The main functions of the conducting part are:                  
1-   Act as a conduit (pathway) to transport air to and from lungs. This is achieved by the 

presence of cartilage, to support the walls, and prevents the collapse of its  lumen. The 
walls  are  richly  supplied  with  elastic  fibers  for  the  flexibility,  while  smooth  muscles 
regulate air flow during inspiration and expiration, by their contraction.  

2-  Conditioning of air: through: 

a-  Vibrissae:  they  are  specialized  hair  which  is  thick  and  short,  present  in  the  inner 
surface of the nostrils, to remove coarse dust particles. 
b- Layer of mucous and serous secretion in the nasal fossae traps the particles and gas 
impurities, and moistens the air.  
c- Presence of conchae, where the air pass through them, to increase the surface area, 
and turbulence of air flow. 

The main function of the respiratory portion  is the exchange of oxygen and carbon dioxide 
between inspired air and blood. 
 

RESPIRATORY EPITHELIUM 

 

          Pseudostratified  columnar  ciliated  epith.,  with  goblet  cells.  It  lines  most  of  the 
conducting part. It consists of five types of cells: 
1-  Ciliated  columnar  cells:  represent  the  most  common  type.  Each  cell  has                                                                        

about  300  cilia  on  the  apical  surface.  Beneath  these  cilia,  there  is  a  basal  body,  and 
small mitochondria, to supply ATP for ciliary beating.  
   Ciliary  movement  transports  a continuous  layer  of  mucous  to  the  pharynx.  Foreign 
particles  will  be  traped  in  this  mucous,  so  this  will  protect  lungs  from  any  particulate 
matter and any bacteria. 


background image

 

2

 

   Immotile  cilia  syndrome,  a  disorder  that  causes  infertility  in  men  and  chronic 
respiratory tract  infections in  both sexes, is caused by immobility of cilia and flagella 
induced, in some cases, by deficiency of  dynein; protein  normally present  in the cilia. 
Dynein participates in the ciliary movement .  

2-  Mucous goblet cells:  they  are  global  in  shape,  and  their  apical  part  contains  mucous 

droplets composed of glycoproteins.        

3-  Brush cells: they have numerous microvilli on their apical surface. They are considered 

as  sensory  receptors  due  to  the  presence  of  afferent  nerve  endings  on  their  basal 
surface. 

4-  Basal (short) cells: small, rounded cells, lie on the basal  lamina, but do not extend to 

the  luminal surface of the epithelium. They are believed to be the  generative cells for 
other cell types. 

5-  Small  granule  cells:  small,  rounded  cells,  with  numerous  granules,  100-300  nm  in 

diameter,  with  dense  core.  They  are  part  of  the  diffuse  neuro  endocrine  system 
(DNES),
also  known  as  Kulchtsky  cells.  They  produce  calcitonin,  somatostatin, 
serotonin,  and  bombesin.  These  cells  are  demonstrated  by  using  silver  stain,  which 
react  with  their  granules.  With  the  use  of  EM,  granule  cells  show  fine  tapering 
cytoplasmic  processes  towards  the  lumen.  The  function  of  granule  cells  is  still  not 
understood  well,  but  they  may  function  in  reflexes  regulating  the  air-way  or  vascular 
caliber.  

 

        From the  nasal cavity through the  larynx, portions of the  epithelium are stratified 
squamous.  This  type  of  epithelium  is  evident  in  regions  exposed  to direct  airflow  or 
physical  abrasion  (eg,  oropharynx,  epiglottis,  vocal  folds);  it  provides  more  protection 
from attrition than does typical respiratory epithelium. If airflow currents are altered or 
new  abrasive  sites  develop,  the  affected  areas  can  convert  from  typical  ciliated 
pseudostratified  columnar  epithelium  to  stratified  squamous  epithelium.  Similarly,  in 
smokers, the proportion of ciliated cells to goblet cells  is altered to aid  in clearing the 
increased  particulate  and  gaseous  pollutants  (eg,  CO,  SO  2  ).  Although  the  greater 
numbers of goblet cells  in a smoker's epithelium provide for a more rapid clearance of 
pollutants,  the  reduction  in  ciliated  cells  caused  by  excessive  intake  of  CO  results  in 
decreased  movement  of  the  mucous  layer  and  frequently  leads  to  congestion  of  the 
smaller airway 
 

NASAL CAVITY 

 

    It  is  opened  anteriorly  into  the  nares,  and  posteriorly  into  the  nasopharynx,  at  the 
choanae.  
Its wall is well supported by bone and cartilage. 
 
 
 


background image

 

3

 

        Nasal cavity consists of two structures: 
1-  Vestibule: it is the most anterior and dilated part of the nasal cavity. The nares(nostrils) 

are the  anterior openings and are covered by skin(stratified seq. keratinized ), which  is 
rich  in  sebaceous  and  sweat  glands,  in  addition  to  the  thick  short  hair,  or  vibrissae. 
Inside the vestibule, the epith. will change into respiratory epith.  

2-  Nasal  fossae:  They  are  two  cavernous  chambers  within  the  skull,  separated  by  nasal 

septum.  From  each  lateral  wall  projects  three  boney  shelf-like  projections;  the 
chonchae
,  or  turbinates.  The  middle  and  inferior  ones  are  lined  by  respiratory  epith. 
Superior choncha is covered by a specialized olfactory epith. It is about 10 cm

3

 in area, 

and up to 100µm in thickness. It is composed of three types of cells: 

a-  Supporting cells: they have broad cylindrical apices with narrow bases. 

On their free surface, are microvilli  which are covered by fluid  layer. Well developed 
junctional complexes bind these cells to the adjacent olfactory cells. The nucleus lies in 
the  upper  half  of  the  cell.  The  cytoplasm  contains  RER,  SER,  and  mitochondria.  A 
yellow pigment is found in the cytoplasm similar to lipofuscin. Theses cells act as glial 
cells, providing both metabolic and mechanical support. 

b-  Basal  cells:  small,  spherical  or  cone  shaped  cells,  rest  on  the  basement  membrane. 

Their  cytoplasm  contains  few  organelles,  and  they  act  as  stem  cells  for  other 
respiratory cells. 

c-  Olfactory  cells:  Bipolar  neurons.  Their  nuclei  lie  in  a  level  bellow  that  of  the 

supporting  cells.  The  apices  have  elevated  and  dilated  areas;  the  olfactory  vesicle
from  which  arise  6-8  non  motile  long  cilia,(although  some  research  suggest  some 
limited  motility).  The  plasma  membrane  of  cilia  contains  odorant-binding  protein 
that act as receptors for smell sensation .These cilia extend radially in a plane parallel 
to  the  surface  epithelium.  The  afferent  axons  of  bipolar  cells  unite  to  form  the 
olfactory  nerve,  which  traverse  the  cribriform  plate  of  ethmoid  bone,  then  enter 
olfactory bulbs of olfactory cortex. Olfactory cells have a life span of one month, and 
they are replaced if injured, so they are the only neurons that replaced during postnatal 
life. 

     Lamina  propria  of  the  olfactory  epith.contains  the  glands  of  Bowman,  a  branched 
tubuloalveolar  serous  glands,  which  secretes  a  fluid  around  the  olfactory  cilia  to 
facilitate the dissolve of odoriferous substances to stimulate olfactory cells. The lamina 
propria of the concha contains large venous plexuses known as the swell bodies. Every 
20-30 minutes the swell bodies on one side of the nasal fossae become engorged with 
blood,  resulting  in  distention  of  the  conchal  mucosa,  and  decrease  in  the  flow  of  air. 
These periodic intervals of occlusion reduce the air flow, allowing the respiratory epith. 
to recover from dryness.  
   Allergic reactions and inflammation can cause abnormal engorgement of swell bodies 
in both fossae, severely restricting the air flow. 
 
 
 
                                


background image

 

4

 

PARANASAL SINUSES

 

 

    They  are  closed  cavities  in  the  frontal,  maxillary,  ethmoidal,  and  sphenoid  bones. 
They  are  lined  by  thin  respiratory  epith.,  with  few  goblet  cells.  Their  lamina  propria 
contains  small  glands.  They  communicate  with  nasal  cavity  through  small  openings. 
Mucous produced in the sinuses is swept into nasal cavity by ciliated cells. 
   Sinusitis is an inflammatory process of the sinuses that may persist for long periods of 
time,  mainly  because  of  obstruction  of  drainage  orifices.  Chronic  sinusitis  and 
bronchitis  are  components  of  immotile  cilia  syndrome,  which  is  characterized  by 
defective ciliary action. 
 

NASOPHARYNX

 

 
     

It  is the first part of the pharynx,  lined by respiratory epith. At the contact with soft 

palate. It communicates with  middle ear by Eustachian tube. Its wall  is rich  in diffuse 
and nodular lymphatic tissue. 
 

LARYNX

 

 
     

An    irregular  tube  that  connects  the  pharynx  to  the  trachea.  The  skeleton  of  the 

larynx  is made of cartilage within the  lamina propria. The  large cartilages are  hyaline, 
while the small ones are elastic. These cartilages support the larynx to maintain an open 
air way, and prevent swallowed food from entering the trachea, also they  participate  in 
sound  production  (phonation).Larynx  also  counteract  obstruction  or  irritation  by 
coughing. 
    Epiglottis:  is  one  the  small  elastic  cartilages  that  projects  from  the  anterior  wall  of 
the larynx. It has both lingual and laryngeal surfacesLingual surface(anterior surface), 
 and the apical part of epiglottis  is covered by stratified seq.non keratinized epith. The 
lower part of the laryngeal surface (posterior surface)is covered by respiratory epith.   
    Bellow the epith., the lamina propria contains both mucous and serous glands. 
    Bellow the epiglottis, the mucosa forms two pairs of folds that projects into the lumen 
of  the  larynx.  The  upper  pair  constitutes  the  false  vocal  folds,  which  are  covered  by 
respiratory epith. The lower pair represents  the true vocal cords, and lined by stratified 
seq.  epith.  These  folds  are  oriented  in  an  antero-posterior  direction,  and  define  the 
lateral boundaries of the opening of the larynx;  rima glottis. Within these folds, there is 
large bundles of parallel  elastic fibers composing the  vocal ligament. The tention and 
length  of  vocal  ligament  determines  the  kind  of  sounds  produced.  Parallel  to  this 
ligament, are bundles of skeletal muscle fibers; the vocalis muscle 
 
 


background image

 

5

 

TRACHEA

 

 

           

Thin  walled  tube,  about  10cm  length,  and  2.5  cm  diameter,  extends  from  the 

larynx into the thorax    where it bifurcates into two primary bronchi. The wall consists of 
three layers:                          

1-  Mucosa:  consists  of  respiratory  epith.  and  lamina  propria  of  loose  connective 

tissue, with diffuse lymphatic tissue, some times of nodular form.  

2-  Submucosa:  loose  connective  tissue,  rich  in  lymphatic  tissue.  It  is  separated 

from  lamina  propria  by  an  elastic  membrane.  .  Muco-serous  glands;  tracheal 
glands
 also present that produce mucous fluid. 

3-  Cartilage  layer:  There  are  16-20  C-  shaped  hyaline  cartilage  to  keep  tracheal 

lumen opened. 
   A  fibro-elastic  ligament  binds  the  open  ends of  the  cartilage  to  prevent  over 
distention  of  the  lumen.  Deep  to  this  ligament,  a  band  of  smooth  muscle 
trachealis
  muscle  regulates  the  lumen  of  trachea.  The  more  flexible  area 
between  the  cartilages  is  supported  by  dense  fibroelastic  connective  tissue 
continuous  with  the  perichondrium,  to  facilitate  the  extension  of  trachea  if  the 
head is tilted back, or during respiration. 
 

4-  Adventitia: loose connective tissue rich in blood vessels and nerves. 

 

BRONCHEAL TREE

 

 

       The trachea divides into two main bronchi, each enters the  lung through the hilum, 
where arteries, veins, and lymphatics enter and leave the lungs, where they are nvested by 
dense connective tissue. 
       Each  primary  bronchus  course  downwards  dividing  into  three  bronchi  in  the  right 
lung, and two in the left lung, each supply a pulmonary lobe. These lobar bronchi divide 
repeatedly into bronchioles, then 5-7 terminal bronchioles. 

 
Bronchus: 

     

Primary  bronchus  has  the  same  histological  structure  as  trachea,  except  that  the 

cartilage is a  complete ring. At  the level of  secondary bronchus, the  cartilage become  as 
an isolated plates.  
      Lamina propria is rich  in elastic fibers, mucous  and serous glands, lymphocytes,  and 
lymphatic nodules. Well  developed smooth muscle fibers also present. 

Bronchioles: 

      They are an intralobular air ways with a diameter of  1-5mm or less. They are lined by 
respiratory epith., with  few goblet cells. No glands and no cartilage  present in their  wall. 
 
 


background image

 

6

 

Terminal bronchioles: 

      

They are lined by simple columnar or simple cuboidal cells, ciliated with Clara cells. 

Clara  cells  are  non  ciliated,  and  have  an  apical  secretary  granules  that  secrete 
glycosaminoglycans,  which  has  a  protective  function  against  oxidative  agents  and 
inflammation, and has a detoxifying effect on noxious inhaled particulate matters.   Goblet 
cells disappear above the level  where ciliated  cells disappear.  
    Lamina  propria  has  smooth  muscle  fibers  and  elastic  fibers  arranged  in  a  helical 
crisscrossing pattern. 
    Bronchioles  also  exhibit  specialized  regions  called  neuroepithelial  bodies.  These  are 
formed by  groups of  80-100 cells  that contain  secretory granules  and receive  cholinergic 
nerve endings. Their function is poorly understood, but they are probably  chemoreceptors 
that  react  to  changes  in  gas  composition  within  the  airway.  They  also  may    involved  in 
the reparative  process of airway epithelial  cell  renewal  after injury. 
   The  increase  in  bronchiole  diameter  in  response  to  stimulation  of  the  sympathetic 
nervous  system  explains  why  epinephrine  and  other  sympathomimetic  drugs  are 
frequently used to relax smooth muscle during asthma attacks. When the thickness of the 
bronchial  walls  is  compared  with  that  of  the  bronchiolar  walls,  it  can  be  seen  that  the 
bronchiolar  muscle  layer  is  more  developed.  Increased  airway  resistance  in  asthma  is  
believed to be due mainly  to contraction of bronchiolar smooth muscle. 

Respiratory bronchioles: 

     Each  terminal  bronchiole  gives  two  or  three  respiratory  bronchioles.  These  are  lined 
by simple ciliated  cuboidal cells, with  non ciliated  Clara cells. 
       Lamina  propria  is  rich  in  smooth  muscle  fibers  and  elastic  fibers.  The  wall  of 
respiratory  bronchioles  is  interrupted  by  the  alveolar  sacs  and  alveolar  ducts,  where  the 
epith. changes into simple  seq. epith. 
      
 

Alveolar duct: 

     It is a  tubular structure that  is connected to  the respiratory bronchioles.  It is lined  by 
simple seq. epith.  
       Lamina  propria  has  smooth  muscles  which  disappear  distally

,  and  replaced  by 

elastic and reticular fibers. 
Alveolar sac:  

       
    It  is  a  space  where  a  group  of  alveoli  open  at  each  other.  It  is  lined  by  simple  seq. 
epith., and invested by elastic and reticular fibers. The elastic fibers are for the expansion 
and contraction, while reticular  fibers prevent over distention

Alveoli: 

     Sac  like  evaginations  of  respiratory  bronchioles,  alveolar  ducts,  and  sacs.  They  are 
about 200µm  in diameter,  and are  specialized  for O

2

  and CO

2

  exchange between  air  and 

blood. 


background image

 

7

 

        Each alveolus is lined by simple seq. epith., and is separated  from adjacent  alveolus 
by the inter-alveolar septum. Within this septum, we have the Blood- Air Barrier which 
separates the air in the alveolus  from blood in the capillaries. 
 
 
         Blood-Air barrier consists of the following structures: 
1-  Cytoplasm of the alveolar cell wall. 
2-  Fused basal laminae of alveolar and capillary endothelial cells. 
3-  Cytoplasm of endothelial cells. 
This barrier is about 0.1-1.5 µm in thickness. 
       There are four types of cells in the inter-alveolar  septum: 
1-  Endothelial  cells:  extremely  thin,  where  the  nucleus  and  organelles  are  clustered  in 

one side to increase the efficiency of gas  exchange. It is of the continuous type,  with 
no fenestrae. The cytoplasm contains large number of pinocytotic vesicles. 

2-  Type Ι (sequamus alveolar  cell): extremely thin cells, and constitute about 97% of the 

alveolar surface. The organelles are grouped  around the nucleus, leaving large area  of 
free  cytoplasm  with  large  number  of  pinocytotic  vesicles,  to  remove  contaminants. 
These cells act as a barrier with minimal  thickness. 

3-  Type  ΙΙ  (great  alveolar  cells)  or  septal  cells:  they  form  only  3%  of  the  alveolar 

surface,  found  in  between  type  Ι  cells,  and  connected  to  them  by  desmosomes  and 
occluding junctions. They are cuboidal in shape, and found in groups at the angles of 
alveolar  wall.  These  cells  are  rich  in  mitochondria,  RER,  well  developed  Golgi 
apparatus, with  microvilli  on  their  apical surface.  Their  cytoplasm  contains  lamellar 
bodies 
of 1-2µm in diameter,  that contain concentric or parallel  lamellae limited  by  a 
membrane.  These  bodies  contain  phospholipids,  glycosaminoglycans,  and  proteins, 
which  are  continuously  synthesized  and  released  at  the  apical  surface.  The  lamellar 
bodies produce the pulmonary surfactant, which spread over the alveolar surface as a 
coating to lower their surface tension, so, less inspiratory force is needed to inflate the 

alveoli,  and  also  to  prevent  alveolar  collapse  during  expiration.  Type  ΙΙ  cells  divide 
by mitosis to replace their own type and type Ι cells. 

4-  Macrophage: They are called dust cells, and seen on the surface of alveoli, also in the 

connective tissue around major blood vessels or in the pleura. These cells phagocytize 
debries  that  passed  from  alveolar  lumen  by  pinocytotic  vesicles  of  typeΙ  cells. 
Macrophages  that  found  on  the  outer  surface  of  the  surfactant  are  carried  to  the 
pharynx and  swallowed.  These macrophages  originate  from circulating  monocytes  in 
adjacent capillaries.

 

   In  congestive  heart  failure,  the  lungs  become  congested  with  blood,  and  erythrocytes 
pass  into  the  alveoli,  where  they  are  phagocytosed  by  alveolar  macrophages.  In  such 
cases,  these  macrophages  are  called  heart  failure  cells  when  present  in  the  lung  and 
sputum;  they  are  identified  by  a  positive  histochemical  reaction  for  iron  pigment 
(hemosiderin). 


background image

 

8

 

         Alveolar  pores:  These  are  pores  of  10-15µm  diameter,  found  at  the  inter-alveolar 
septum.  They  equalize  the  pressure  between  alveoli  and  act  as  collateral  of  air  if  a 
bronchiole is obstructed. 
 
 
 
 

Pulmonary blood vessels 

 

       They include two systems: 
     Systemic  circulation:  is  the  nutrient  circulation  for  the  lung.  The  vessels  follow  the 
bronchial  tree  up  to  the  respiratory  bronchioles,  where  they  will  anastamose  with  small 
branches of the pulmonary artery.  
     Pulmonary  circulation:  represents  the  functional  circulation.  Pulmonary  arteries  are 
thin  walled,  because  of  the  low  pressure(25mmHg/5mmHg).  Within  the  lungs,  these 
arteries  branch,  up  to  the  level  of  alveolar  ducts,  where  they  will  give  off  capillary 
network  in  the  inter-alveolar  septum.  Venules  collect  blood  from  capillaries.  They  have 
thin wall  of connective tissue, and they follow the bronchial tree towards the hilum. 
 
 
 
 

Pulmonary lymphatic vessels 

 

      

Superficial network: present at the visceral pleura, and it drains lymph into hilum.   

      Deep network:  follow the bronchi and  pulmonary vessels, drain into the hilar  lymph 
nodes. Lymphatic vessels are absent in the terminal  bronchioles and alveolar  ducts. 
 

Pleura 

 

      

Serous  membrane  that  covers  the  lungs.  It  consists  of  two  layers;  parietal  and 

visceral.  Pleura  consists  of  mesothelial  cells  that  rest  on  fine  connective  tissue  layer  of 
collagen  and  elastic  fibers.  There  is  a  cavity  between  parietal  and  visceral  pleurae  which 
is lined by mesothelial cells, called  pleural cavity. It contains a thin film of liquid act as a 
lubricant for smooth sliding during respiration.

  

    Lungs lie  protected by  the thoracic  cage.  Each lung  is invaginated  into its  own  pleural 
cavity,  which  is  accordingly  reduced  to  a  narrow  potential  space  .  This  cavity  is  lined 
with  simple  squamous  serosal  mesothelium,  which  together  with  a  subserosal  layer  of 
dense fibroelastic  connective  tissue constitutes  a  lining layer  known  as the  pleura.  At  the 
hilum  of  the  lung,  the  site  at  which  major  blood  vessels,  air  passages,  lymphatics,  and 
nerves  enter  or  emerge,  the  parietal  pleura  lining  the  walls  of  the  pleural  cavity  is 
continuous with the visceral  pleura investing  the lung.

  




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 6 أعضاء و 107 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل