DÝCHÁNÍ DÝCHÁNÍ ̶ 28. Ventilace, difuze, perfuze (přehledy nejčastějších nemocí) ̶ 29. Mechanika dýchání (funkce svalů, mechanismus pohybu žeber) ̶ 30. Statické a dynamické plicní objemy (jejich přehled, fyziologické hodnoty; metody vyšetření) ̶ 31. Transport a výměna dýchacích plynů (složení alveolárního a atmosférického vzduchu, gradienty pO2 a pCO2) ̶ 32. Nervová a chemická regulace dýchání ̶ 33. Hypoxie – druhy a projevy (např. výšková hypoxie a možnosti adaptace) DÝCHÁNÍ Soubor procesů sloužící k výměně dýchacích a krevních plynů: ̶ mezi vnějším prostředním a plícemi - vnější dýchání ̶ mezi krví a tkání - vnitřní dýchání Vnější dýchání zahrnuje ventilaci, distribuci a difuzi plynů aby bylo účinné, musí na to navazovat perfúze (prokrvení) plic DÝCHACÍ SOUSTAVA, JEJÍ FUNKCE Funkce dýchacích cest: ̶ zbavování mechanických nečistot – zachycení ve vrstvičce hlenu (řasinky ho pak sunou do faryngu) ̶ bariéra proti vniknutí infekce – lymfatická tkáň ̶ úprava teploty vdechovaného vzduchu – na tělesnou teplotu, zvlhčení ̶ aktivita hl. svaloviny – ovlivňuje plicní ventilaci ̶ hlasové vazy → základní tón Elsevier, Michelle M. Cloutier, MD, Respiratory physiology, Second edition DÝCHACÍ SOUSTAVA, JEJÍ FUNKCE Elsevier, Michelle M. Cloutier, MD, Respiratory physiology, Second edition DÝCHACÍ SOUSTAVA, JEJÍ FUNKCE Oběh: funkční (okysličení krve, krev z pravé komory) nutriční (výživa plic, krev z levé komory) ALVEOLÁRNÍ SYSTÉM Průměr alveolů: 0,1 – 0,3 mm Počet alveolů: 300 – 400 milionů Plocha alveolů: 50 – 100 m2 Tloušťka alveolu: desetina m → Účinná výměna plynů Složení alveolu • Pneumocyt I. typu - tvoří membránu alveolu • Pneumocyt II. typu - tvorba surfaktantu • Kapiláry – často menší než velikost krvinky • Makrofágy Elsevier, Michelle M. Cloutier, MD, Respiratory physiology, Second edition LAPLACEŮV ZÁKON r T P 2 = P: tlak v alveolu, T: tenze alveolární stěny, r: poloměr alveolu Laplaceův zákon (při konstantní tenzi): čím větší je poloměr alveolu, tím menší je tlak v alveolu → docházelo by k přesunu vzduchu z menšího alveolu do většího → kolaps menších alveolů T T Elsevier, Boron and Boulpaep, Medical Physiology, Updated edition DÝCHACÍ SVALY a) hlavní: • diaphragma (80 % dechové práce) • musculi intercostales externi b) pomocné: • musculi scaleni • m.serratus anterior, posterior superior • m.latissimus dorsi • m.pectoralis major, minor • m.subclavius • m.sternocleidomastoideus a) hlavní: • musculi intercostales interni b) pomocné: • svaly stěny břišní • m.serratus posterior inferior • m.quadratus lumborum VýdechovésvalyVdechovésvaly DÝCHACÍ SVALY nádech výdech Nádech je aktivní Klidový výdech pasivní - elastické vlastnosti plic a hrudního koše Usilovný výdech je aktivní TLAKY V PLICÍCH pohrudnice poplicnice Pleurální štěrbina – mezi poplicnicí a pohrudnicí Pleurální tekutina Pleurální tlak (vždy záporný) Alveolární (pulmonální) tlak SLOŽENÍ VZDUCHU BAROMETRICKÝ TLAK VZDUCHU NA ÚROVNI MOŘE 1 atmosféra = 760 mm Hg 1 kPa = 7,5 mm Hg (torr) O2 20,95 % FO2  0,21 N2 78,09 % FN2  0,78 CO2 0,03 % FCO2 0,0004 Ostatní složky = PO2 = 760 x 0,21 = ~160 mm Hg PN2 = 760 x 0,78 = ~593 mm Hg PCO2 = 760 x 0,0004 = ~ 0,3 mm Hg PARCIÁLNÍ TLAKY PLYNŮ SUCHÉHO VZDUCHU NA ÚROVNI MOŘE SLOŽENÍ SUCHÉHO ATMOSFERICKÉHO VZDUCHU DIFUZE PLYNŮ TRANSPORT O2 O2 je přenášen krví: • Fyzikálně rozpuštěný (1%) • V chemické vazbě s Hb (99%) HEMOGLOBIN hemoglobin hem • Hemoglobin: • 2 α, 2  podjednotky, • Každá podjednotka má 1 hem, který váže 1 O2 → hemoglobin váže 4 molekuly O2 • Fetální hemoglobin (2α, 2, vysoká afinita k O2) • Methemoglobin (Fe3+) • Karboxyhemoglobin (otrava CO) • Karbaminohemoglobin (navázaný CO2) • Oxyhemoglobin (navázaný O2) • Deoxyhemoglobin (bez navázaného plynu) DISOCIAČNÍ KŘIVKA Vazebnou křivku Hb ovlivňují změny: • pH krve • Obsahu CO2 v krvi • Teploty • Koncentrace 2,3 - BPG HYPOXIE • Hypoxická hypoxie – méně pO2 v arteriální krvi(menší pO2 ve vzduchu, vyšší nadmořská výška, porucha dýchacích svalů, dechového centra, opiáty, porucha ventilace-perfuze, snížená difuze přes alveolární membránu) • Anemická hypoxie – porucha přenosu kyslíku krví (méně krvinek, méně hemoglobinu, nefunkční hemoglobin, otrava CO) • Ischemická (cirkulační, stagnační) hypoxie – snížený průtok krve tkání (obstrukce arterie, selhávání srdce) • Histotoxická hypoxie - porušené využití O2 buňkami (toxiny, kianid) nedostatek kyslíku ve tkáních (neplést s ischemií) (ischemie – nedostatečné prokrvení tkáně – zahrnuje hypoxii, hyperkapnii, nahromadění metabolitů, nedostatek živin,….) TRANSPORT CO2 CO2 je přenášen krví: • Fyzikálně rozpuštěný (5%) • Ve formě bikarbonátových aniontů (85%) • V chemické vazbě s Hb a plazmatickými proteiny (10%) CO2 + H2O H2CO3 KAH H+ + Hb HCO3 - Cl- CO2 H+ + HCO3 CO2 + H2OHb H2CO3 KAH Cl- CO2 REGULACE DÝCHÁNÍ Elsevier, Michelle M. Cloutier, MD, Respiratory physiology, Second edition REGULACE DÝCHÁNÍ Elsevier, Michelle M. Cloutier, MD, Respiratory physiology, Second edition CHEMICKÁ REGULACE Centrální chemoreceptory Periferní chemoreceptory Elsevier, Boron and Boulpaep, Medical Physiology, Updated editionElsevier, Michelle M. Cloutier, MD, Respiratory physiology, Second edition REGULACE DÝCHÁNÍ Elsevier, Boron and Boulpaep, Medical Physiology, Updated edition Ventilace, difuze, perfuze Elsevier, Michelle M. Cloutier, MD, Respiratory physiology, Second edition OCHRANNÉ A OBRANÉ DÝCHACÍ REFLEXY • Kratschmerův apnoický reflex – různé škodliviny a chemické látky podrážděním sliznice nosu vyvolají zpomalení až zástavu dýchání, laryngo a bronchokonstrikci – ochrana před průnikem škodliviny do plic • Diving reflex – studený podnět na tváři a sliznici nosu vede k zástavě dýchání • Laryngální chemoreflex – podrážení laryngeálních chemoreceptorů vyvolá apnoi, laryngo- a bronchokonstrikci, hypertenzi a bradykardii (zástava dechu a šetření kyslíku pro mozek a srdce během apnoe) – ochrana dolních dýchacích cest před vstupem škodlivých látek • Kýchání – aktivované mechano a chemoreceptory v nose – silný nádech, zvýšení tlaku v plicích při zavřené hlasivkové štěrbině (kompresivní fáze), otevření štěrbiny a vypuzení cizího tělesa nebo hlenu ven (explozivní fáze) • Kašel - podobně jako kýchání, ale podrážděny jsou receptory laryngu, trachey a bronchů a cílem je posunout cizí těleso nebo hlen jen na laryngus • Expirační reflex – prudká respirace při podráždění hlasivek – ochrana před vstupem tělesa do dolních dýchacích cest ̶ Kromě výše popsaných reflexů jsou plíce chráněny před poškozením: ✓ přítomností chlupů (vibrissae) v dutině nosní (zachytává prachové částice) ✓ přítomností řasinkového epitelu krytého hlenem (řasinky posouvají hlen stále jedním směrem – do hltanu, nověji se hovoří o tzv. mukociliárním eskalátoru). ✓ plicními alveolární makrofágy (fagocytují cizorodé, např. prachové částice) ✓ přítomností protilátek v bronchiálním sekretu (IgA) SPIROMETRIE ̶ Principem je stanovení rychlosti proudění vzduchu z měřených rozdílů tlaků mezi vnitřní a vnější stranou membrány spirometru, objemy jsou dopočítávány (spirometry systému PowerLab). ̶ Principem je měření rychlosti proudění vzduchu definovaným průřezem z otáček turbínky a objemy jsou dopočítávány (Cosmed). ̶ Kroghův respirometr SPIROMETRIE V [l] Vt (0,5 l) • klidový dechový objem [Vt] – objem vzduchu vdechnutý do plic z polohy klidového výdechu • rezervní inspirační objem [IRV] – maximální objem vzduchu, který může být usilovně nadechnut navíc po normálním nádechu • rezervní expirační objem [ERV] – maximální objem vzduchu, který může být usilovně vydechnut navíc po normálním výdechu • reziduální objem [RV] – objem vzduchu, který zůstává v plicích po maximálně usilovném výdechu IRV (2,5 l) ERV (1,5 l) RV (1,5 l) SPIROMETRIE V [l] • rezervní inspirační kapacita [RIC]= IRV+Vt • rezervní exspirační kapacita [IRV]= ERV+Vt • vitální kapacita plic [VC] = IVR+Vt+ERV • funkční reziduální kapacita [FRC] = ERV+RV • celková plicní kapacita [TLC] = IRV+Vt+ERV+RV REZIDUÁLNÍ OBJEM c= 𝑛 𝑉V1 c1 V2=RV+V1 c2 V1× 𝑐1 = (𝑅𝑉 + 𝑉1) ×c2 𝑅𝑉 = 𝑉1 × 𝑐1 𝑐2 − 𝑉1 Heliová diluční technika SPIROMETRIE V [l] Čas [s] FVCRV 1 s FEV1 • FVC – usilovná vitální kapacita; maximální objem vzduchu, který lze po maximálním nádechu prudce vydechnout • FEV1 – usilovně vydechnutý objem za první sekundu; objem vzduchu vydechnutý s největším úsilím za 1. sekundu po maximální nádechu • FEV1/FVC (%) – Tiffeneaův index – kolem 80 % Dynamické plicní objemy • Ventilace plic, dechový minutový objem (VE) • Maximální minutová ventilace (MVV) SPIROMETRIE 1 s V [l] Čas [s] Obstrukční poruchy plic (FVC=N; FEV1=↓) • tracheální stenóza • astma bronchitis • CHOPN • nádor v dýchacích cestách 1 s V [l] Čas [s] FEV1 FEV1 Restrikční poruchy plic (FVC=↓; FEV1=N/ ↓) pulmonální příčiny • plicní fibróza • resekce plic • plicní edém • pneumonie extrapulmonální příčiny • ascites • kyfoskolióza • popáleniny • vysoký stav bránice FVC > FVC SPIROMETRIE • 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 MRTVÝ PROSTOR Elsevier, Boron and Boulpaep, Medical Physiology, Updated edition DĚKUJI ZA POZORNOST