Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity1 Spirometrie. Rozepsaný výdech vitální kapacity. Zevní projevy dýchání Praktické cvičení z fyziologie (podzimní semestr: 7. – 9. týden) Studijní materiály byly vytvořeny za podpory projektu MUNI/FR/1474/2018 Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity2 Pneumografie Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity3 Regulace dýchání Vyšší centra CNS (kortex) DC (m. oblongata) Centrální chemoreceptoryPeriferní chemoreceptory Respiračnísvaly Mechanoreceptory Krev Krev Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity4 Pneumografie = metoda registrace dýchacích pohybů ̶ Dýchací svaly ̶ Hlavní inspirační svaly: bránice a zevní mezižeberní svaly ̶ Pomocné dýchací svaly: musculus sternocleidomastoideus a skupina skalenových svalů ̶ Exspirační (výdechové) svaly: vnitřní mezižeberní svaly a svaly přední břišní stěny ̶ Nádech – aktivní děj ̶ Výdech – v klidu je pasivní (elasticita plic táhne hrudní stěnu zpět do výdechové polohy )usilovný výdech je aktivní (použití výdechových svalů) nádech výdech Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity5 Chemické řízení ventilace ̶ Ventilace = dechový objem * frekvence dýchání ̶ Objem vzduchu prodýchaný za čas (l/min) ̶ Frekvence dýchání v pneumografii – dána délkou dechového cyklu (BI), délkou inspiria (Ti) a expiria (Te) ̶ Hloubka dýchání v pneumografii – amplituda dechu (Amp) ̶ Chemická regulace ventilace: hloubky a frekvence dýchání na základě informací z chemoreceptorů ̶ Chemoreceptory ̶ Centrální - buňky v prodloužené míše blízko respiračního centra ̶ Periferní – karotické a aortální Amp Ti Te BI Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity6 Centrální chemoreceptory ̶ V prodloužené míše poblíž dechového centra ̶ CO2 proniká hematoencefalickou bariérou do cerebrospinální a mezibuněčné tekutiny mozku CO2+H2O →CHO3 - + H+ ̶ ↑Koncentrace H+ v mozkomíšním moku stimuluje chemoreceptory → zvýšení ventilace Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity7 Periferní chemoreceptory ̶ Obsahují ostrůvky dvou typů buněk ̶ Typ I: Naléhají na nervová vlákna ̶ Typ II: charakter glie (každá obklopuje 4-6 buněk I. Typu) ̶ Registrace pO2 rozpuštěného v krevní plazmě za čas ̶ Stimulace poklesem pO2 a nebo poklesem průtoku krve ̶ Periferní receptory registrují také pCO2, pH Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity8 Mrtvý prostor ̶ Objem vzduchu v konduktivní oblasti dýchacích cest, kde neprobíhá výměna plynů s krví ̶ Anatomický MP: objem respiračního systému mimo alveoly (150-200 ml) ̶ Funkční (fyziologický) MP: Objemem vzduchu, který se neúčastní výměny plynů s krví – zahrnuje neprokrvené alveoly ̶ U zdravých jedinců jsou oba mrtvé prostory stejné Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity9 Složení atmosférického vzduchu ̶ Parciální tlak – tlak, který zabírá plyn v celkovém tlaku směsi plynů (vzduchu) = objemový podíl plynu ve vzduchu * tlak vzduchu ̶ Barometrický tlak vzduchu na úrovni moře: 1 atmosféra = 760 mm Hg na ve 3048 mnm = 523 mmHg plyn % ve vzduchu Podíl v suchém vzduch Výpočet (úroveň moře) Parciální tlak plynu na úrovni moře Výpočet (3 048 mnm) Parciální tlak plynu ve 3048 mnm) O2 20,98 0,21 760 x 0,21 160 523 x 0,21 110 N2 78,06 0,78 760 x 0,78 593 523 x 0,78 408 CO2 0,04 0,0004 760 x 0,0004 0,3 523 x 0,0004 0,21 1 kPa = 7,5 mm Hg (torr) 10 Parciální tlaky plynů (mm Hg) ̶ v různých částech respirační a oběhové soustavy ̶ V alveolárním vzduchu se ještě musí počítat s parciálním tlakem vodních par ̶ Suchý atmosferický vzduch:159 ̶ Zvlhčený zahřátý atmosferický vzduch:149 ̶ Ideální alveolární plyn:105 ̶ Arteriální krev:77 ̶ Cytoplazma – mitochondrie:3-10 ̶ Smíšená žilní krev:40 ̶ Žilní krev:20 plyn % ve vzduchu Podíl v suchém vzduch Parciální tlak plynu na úrovni moře Parciální tlak plynu v alveolech na úrovni moře Parciální tlak plynu ve 3048 mnm) Parciální tlak plynu v alveolech ve 3048 mnm O2 20,98 0,21 160 100 110 67 CO2 0,04 0,0004 0,3 40 0,21 36 11 Tlaky v plicích nádech výdech pohrudnice http://worldartsme.com/images/happy-lungs-clipart-1.jpg poplicnice Pleurální štěrbina – mezi poplicnicí a pohrudnicí Pleurální tekutina Alveolární (pulmonální) tlak Pleurální (štěrbinový) tlak (vždy záporný) Objem vdechovaného vzduchu atmosférický tlak (zde 0) Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity12 Plicní poddajnost (compliance, C) ̶ 𝐶 = ∆𝑉 ∆𝑃 (na grafu sklon křivky) ̶ C je nejvyšší při klidovém dýchání ̶ C je dána ̶ Vlastní tkáňovou elasticitou (vlákna elastinu a kolagenu) ̶ Silami povrchového napětí (síly povrchového napětí v alveolech: rozhraní tekutinavzduch, surfaktantem) 3 2 1 0 -80 -1 -40 0 40 80 120 160 křivka usilovného inspiria křivka relaxačnho tlaku respiračního systému křivka usilovného expiriaklidová výdechová poloha (relaxační objem) Vitálníkapacita Objemovázměnaodhodnoty relaxačníhoobjemu(l) Intrapulmonální tlak (mmHg) (0=atmosférický tlak) Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity13 Spirometrie 14 Statické objemy plic ̶ Statické plicní objemy: ̶ dechový objem Vt (0,5 l) ̶ inspirační rezervní objem IRV (2,5 l) ̶ exspirační rezervní objem ERV (1,5 l) ̶ reziduální objem RV (1,5 l) VtIC IRV EC ERV RV VC FRC V (l) t ̶ Statické plicní kapacity: ̶ vitální kapacita plic VC (4,5 l) = IRV+VT+ERV ̶ celková kapacita plic TC (6 l) = IRV+DV+ERV+RV ̶ inspirační kapacita IC (3 l) = IRV+DV ̶ funkční reziduální kapacita FRC (3 l) = ERO+RO ̶ Závisí na výšce, váze, věku a pohlaví – (RV se zvyšuje, VC se snižuje s věkem) ̶ Všechny objemy lze měřit spirometricky kromě RV a FRC Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity15 Frekvence a hloubka dýchání Zněny frekvence dýchání Bradypnoe – zpomalené dýchání Tachypnoe – zrychlené dýchání Eupnoe – normální dýchání Hyperpnoe – prohloubené dýchání Hypopnoe – mělké dýchání Zněny hloubky dýchání Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity16 Dynamické parametry ̶ Klidové dýchání: ̶ Frekvence dýchání 10 – 18 dechů/min ̶ Minutová ventilace – objem vzduchu prodýchání za minutu (Vt x frekvence dýchání) 5 – 9 l/min ̶ Maximální minutová ventilace(MMV) – množství vzduchu, které může být ventilováno při maximálním úsilí (až 160 l/min) ̶ Ventilace se zvyší zvýšením jak frekvence dýchání tak prohloubením ̶ Dechová rezerva = maximální ventilace/klidová ventilace ̶ Parametry rozepsaného usilovného výdechu Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity17 Rozepsaný výdech Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity18 Plicní poruchy ̶ Obstrukce : zvýšený podpor dýchacích cest (astma, bronchitida, otok hlasivek, tracheální sténoza, CHOPN, nádor v dýchacích cestách) ̶ Restrikce: snížené plicní objemy (nádor, zánět, otoky plic, pneumotorax,… ) ̶ Zvýšení dechové frekvence při konstantním dechovém objemu vede k relativnímu nárůstu mrtvého prostoru 19 Rozepsaný usilovný výdech ̶ Usilovná vitální kapacita FVC (maximální objem vzduchu, který lze po maximálním nádechu prudce vydechnout) ̶ Absolutní jednosekundová vitální kapacita FEV1 (objem vzduchu vydechnutý s největším úsilím za 1. sekundu po maximální nádechu) FVC 0 1 2 3 4 1s 1 s V [l] FEV1 ̶ Relativní jednosekundová vitální kapacita: Tiffaneův index = FEV1/FVC ≈ 0,7 – 1 20 Usilovný výdech – obstrukční porucha ̶ Obstrukce : zvýšený podpor dýchacích cest ̶ Příčiny: astma, bronchitida, otok hlasivek, tracheální sténoza, CHOPN, nádor v dýchacích cestách ̶ Snížené FEV1, Tiffaneův index < 0,7 FVC 0 1 2 3 4 1s 1 s V [l] FEV1 obstrukce Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity21 Odpor dýchacích cest (Hagen-Poiseuillův zákon) ̶ Odpor dýchacích cest (Rd) vzniká následkem vnitřního tření mezi proudícím plynem a stěnou dýchacích cest. 𝑹 𝒅 = ∆𝑃 𝑄 = 8 ∙ 𝑙 ∙ 𝜂 𝜋 ∙ 𝒓 𝒅 𝟒 ̶ Malá změna poloměru dýchacích cest (rd) způsobí podstatně větší změnu jejich odporu vůči proudění vzduchu (Rd). ̶ Ke zúžení (obstrukci) dýchacích cest dochází při kompresi hrudníku, zduření sliznice, otoku hlasivek, konstrikci hladkých svalů dýchacích cest při vdechnutí cizího tělesa, astmatickém záchvatu či jiné alergické reakci ̶ Na odporu se nejvíce podílí bronchioly: velký podíl hladké svaloviny a žádná chrupavčitá výztuha, obsahují receptory pro různé působky (histamin – bronchiolokonstrikce, adrenalin - bronchiolodilatace) 22 Usilovný výdech – restrikční porucha ̶ Usilovná vitální kapacita FVC (maximální objem vzduchu, který lze po maximálním nádechu prudce vydechnout) ̶ Restrikce: snížené plicní objemy ̶ Snížený FVC, Tiffaneův index blízký 1 restrikce FVC 0 1 2 3 4 1s 1 s V [l] FEV1 ̶ pulmonální příčiny ̶ plicní fibróza ̶ resekce plic ̶ plicní edém ̶ pneumonie ̶ extrapulmonální příčiny ̶ ascites ̶ kyfoskolióza ̶ popáleniny ̶ vysoký stav bránice ̶ Pokud jsou výdechové svaly dostatečně silné, může být tiffaneův index=1 a není to žádná patologie. Proto diagnostika restrikční poruchy na jeho základě není vhodná. 23 Křivka průtok-objem ̶ PEF – vrcholový výdechový průtok; nejvyšší rychlost na vrcholu usilovného výdechu (odpovídá vzduchu v horních DC) ̶ MEF – maximální výdechové průtoky (rychlosti) na různých úrovních FVC, kterou je ještě třeba vydechnout (nejčastěji na 75 %, 50 % a 25 % FVC) PEF MEF25% MEF50% MEF75 % TLC IRV Vt ERV RV IRC VC FRC RV Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity24 Pneumotorax ̶ nahromadění vzduchu či jiného plynu v pleurální dutině s částečným nebo úplným kolapsem plíce ̶ Může být traumatický (poranění hrudníku, zlomenina žeber), spontánní (není znám původ), důsledek onemocnění (CHOPN, cysticá fibróza), způsobený chirurgickým zákrokem ̶ Projevy: dušnost, bolest, vyšší odpor plic, snížení srdečního plnění, pokles krevního tlaku, tachykardie, snížená saturace krve kyslíkem Tenzní pneumotorax: vzniká tzv. ventilovým mechanismem, kdy při nádechu proniká do pleurální dutiny vzduch a při výdechu se defekt uzavírá, čímž se vzduch hromadí v dutině. Nejnebezpečnější, protože vzduch hromadící se v dutině hrudní postupně utlačuje všechny orgány mediastina na nepostiženou stranu, čímž se utlačuje i druhá plíce, zhoršuje funkce srdce a hrozí poškození velkých cév.