Adobe Systems
Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno
1
Přednášky z lékařské biofyziky
Biofyzika dýchání. Spirometrie

2
Obsah přednášky
Mechanismus výměny plynů mezi organismem a okolím (dýchací pohyby – mechanika dýchání, difuze a
rozpouštění plynů)
Dechové objemy a kapacity
Dechový odpor
Dechová práce
Spirometrie
Některé biofyzikální aspekty dýchání

3
Ventilační pohyby
Účastní se především mezižeberní svaly a bránice
dýchání hrudní (převažuje u žen) a břišní (převažuje u mužů)
cfm?article_ID=ZZZ8PPLCGJC&sub_cat=285
Dle: http://www.medem.com/MedLB/article_detaillb.

4
Difuze O2 a CO2 v plazmě
Molekulové hmotnosti:
MO2 = 32
MCO2 = 44
Bunsenovy koeficienty rozpustnosti (a) pro plyny v krvi o tělesné teplotě.  Jednotkou rozpustnosti
je (ml plynu při standardní teplotě a tlaku)*(ml krve)-1 *(101,3 kPa)-1
CO2
0,52
CO
0,018
N2
(Voda: 0,013;
Tuk: 0,065)
O2
0,022

5
Výměna plynů
Prostředí
Druh
transportu
pO2  (kPa)
pCO2  (kPa)
alveoly
proudění
13,3
5,2
alveolo-kapilární stěna
difuze
-
Krevní oběh: tepny                   žíly
proudění
12,7
5,3
5,5
6,0
Kapilární stěna, buněčná membrána
difuze
-
Buňka
difuze
4,0
6,7

6
 Výměna dýchacích plynů
PLYNY

7
Změny negativního nitrohrudního tlaku během dýchání
6-8

8
Dechové objemy a kapacity
Øvzduch v dýchacích trubicích - mrtvý prostor - 150 ml
Øreziduální objem vzduchu v alveolech - RO - 1 l
Øexspirační rezervní objem -      ERO - 1,5 l
Ø(klidový) dechový objem -           DO - 0,5 l
Øinspirační rezervní objem -         IRO - 2,5 l
Øvitální kapacita      VK = ERO + DO + IRO
Øfunkční reziduální kapacita
                  FRK = RO + ERO
Ø
ØMírou ventilace plic je minutový objem
MO = DO·f
6-10
Příklad spirogramu
V [l]

9
Pneumothorax
Pneumothorax_2
http://www.pennhealth.com/health/health_info/Surgery/graphics/Pneumothorax_2.jpg

10
Dýchací odpory
Elastický odpor plic a hrudníku - dán napětím elastických vláken v plicní tkáni, podobný vliv má
povrchové napětí alveolů.
Neelastický odpor tkání (též tkáňový viskózní odpor). Vzniká třením plicní tkáně, hrudníku,
dýchacích svalů a orgánů dutiny hrudní.
Proudový odpor dýchacích cest - komplex odporů, které kladou vzdušnému proudu dýchací cesty –
příčinou je viskozita vzduchu a turbulence, k nimž dochází i místech větvení dýchacích cest.

11
Dýchací práce
a obrázek k zamyšlení
Při překonávání souhrnu dýchacích odporů platí:
W = pDV           p je rozdíl tlaku nitrohrudního a nitroplicního
obr6_10
Dýchací práce. A) - při nádechu, B) - při výdechu. Plocha 0ACD0 - elastická práce konaná na úkor
energie organismu (při nádechu) nebo pružnými tkáněmi přeměnou potenciální energie (při výdechu).
Plocha ABCA je při nádechu aktivní prací proti neelastickému odporu. Plocha ACEA je prací proti
neelastickému odporu při výdechu, na úkor potenciální energie nahromaděné při nádechu (podle
Pilewského).

12
Výpočty dýchací práce
při klidovém dýchání:
minutový objem MO = 7 l
dechová frekvence DF = 14 min-1
tlak p: 0,7 kPa
dechový objem V: 0,5 l (5·10-4 m3)
práce W = 0,35 J - pro jeden vdech
294 J - za 1 hodinu
při velké zátěži:
MO = 200 l
DF 100 min-1
p = 0,7 kPa
V = 2 l (2·10-3 m3)
W = 1,4 J - pro jeden vdech
8400 J - za 1 hodinu
homersleep Fightsmall

13
Měření dechových objemů - spirometrie
spiro Výsledek obrázku pro spirography Výsledek obrázku pro spirometrie

14
Spirogram
Měříme závislost objemu na čase
nebo
velikosti toku na dechovém objemu
art-asthma_fig5_2

15
Další biofyzikální aspekty dýchání
Projevy fyzikálních vlastností plic v některých oblastech diagnostiky a terapie:
Ønejvětší plocha kontaktu s vnějším prostředím
Ømožnost ovlivnění funkcí organismu prostřednictvím dýchání (hyperventilace)
Ørušivý vliv dýchacích pohybů na diagnostické obrazy
Ønegativní kontrast při rtg. vyšetřeních
Ørizika v UZ diagnostice a při litotrypsi

16
Autor:
Vojtěch Mornstein
Obsahová spolupráce:
C.J. Caruana, I. Hrazdira
Poslední revize a ozvučení: březen 2021