VENTILACE A PLICNÍ OBJEMY • ventilace • dýchací soustava • plicní objemy • onemocnění dýchací soustavy • vitální kapacita plic • sekundová vitální kapacita plic Respirace – dýchání – plicní ventilace o zevní dýchání = výměna plynů (O[2], CO[2]) mezi organizmem a vnějším prostředím o vnitřní (buněčné) dýchání = oxidace živin (tvorba E pro životní pochody v mitochondriích aerobní respirací) ¢ hypoxie (prostředí s nedostatkem O[2]) - už 1 cm od zdroje cévy = max. rozestup mezi cévami (zásobování všech částí tkáně O[2]) ¢ difuze - zásobování buněk O[2] na malou vzdálenost → dýchací orgány - rozvádění O[2 ]po těle krevním oběhem (žábry, plíce) ¢ propojení dýchací a oběhové soustavy – O[2 ]proudí přes alveolokapilární stěnu na základě koncentračního spádu prostou difúzí, pak se rozpouští v krvi (ne dobře → vyvinutý systém krevních barviv → přenos do krve) ¢ proteiny schopné vázat O[2] = červený hemoglobin obsahující Fe (krevní plazma kroužkovců, korýšů, plžů a červené krvinky obratlovců) a modrý hemocyanin s Cu (plazma korýšů a většiny měkkýšů) Vývoj dýchacích orgánů ¢ vznik z ektodermu ¢ epidermální dýchání – příjem O[2] celým povrchem těla (vodní bezobratlí, ploštěnci) ¢ kožní dýchání – výměna plynů přes kůži (vodní obratlovci, kroužkovci, obojživelníci) ¢ suchozemští živočichové – ventilace úzkými vnějšími otvory (brání ztrátám vody) ¢ vzdušnice (tracheje) – dýchání bez účasti oběhové soustavy; plyny se pohybují velmi rychle na základě difúze; O[2] se dostává drobnými vzdušnicemi přímo k jednotlivým buňkách; pohyb plynů se může urychlovat pulzací tělní stěny; velmi vysoká účinnost (suchozemští členovci) ¢ žábra (branchiae) – povrch je obrácen ven a vytváří záhyby; O[2] se dostává z vody do krve po koncentračním spádu přes stěnu vlásečnic; difuze O[2] ve vodě je pomalejší než ve vzduchu – v blízkosti žáber musí stále proudit čerstvá voda (u ryb jsou v žaberní dutině); voda proudí jedním směrem - nasávání ústy, proudění okolo žáber a ústí ven žaberními otvory; velká hustota vody - na udržení jednosměrného proudu je třeba méně E než na pohyb tam a zpět u plic (mořští kroužkovci, korýši, mlži, členovci, paryby, ryby, pulci obojživelníků) ¢ plicní vaky – zanoření žáber pod povrch těla; dvojdyšné ryby - pomocný dýchací orgán; ptáci – pomocné vzdušné vaky vybíhající z plic (pavoukovci, suchozemští plži, někteří klepítkatci) ¢ plíce – povrch určený k dýchání je obrácen dovnitř a tvoří dutinu; plyny se vyměňují difuzí po koncentračním spádu mezi vzduchem v dutině plic a krví nebo hemolymfou (suchozemští obratlovci) Dýchací soustava • výměna dýchacích plynů • uplatnění při řeči • metabolické funkce (přeměna angiotenzinu I na angiotenzin II, odstraňování látek z krevního oběhu - serotonin) ¢ dýchací cesty • horní = dutina nosní, vedlejší nosní dutiny, nosohltan, ústní dutina; nosní sliznice (čistící, zvlhčující a oteplovací funkce) • dolní = hrtan, průdušnice (trachea) → v hrudníku dělení na 2 hlavní průdušky vstupující do plic → větvení na drobnější průdušinky → malé dutiny - alveoly vystlané tenkým respiračním epitelem; sklípky jsou opředeny sítí krevních vlásečnic z oblasti tepny plicní - přivádí do plic žilní krev; stěnou alveolů se O[2] dostává do krve, do červených krvinek, kde se váže na hemoglobin a naopak z krve do alveolů přichází CO[2] ¢ čištění vdechovaného vzduchu - prachové částice jsou zachycovány na hlenu nosohltanové dutiny, v trachei a bronších; cizí částice jsou fagocytovány makrofágy a nebo s hlenem zpětně transportovány řasinkovým epitelem bronchů zpět do trachey Plíce (pulmo) ¢ vlastní dýchací párový orgán ¢ houbovitá a elastická tkáň ¢ průdušinky se větví do sklípkových chodbiček - nasedají na ně plicní váčky a sklípky ¢ vnitřní povrch sklípků pokrývá vrstva tekutiny (surfaktant) usnadňující dýchání (vrstva tuků a bílkovin) ¢ levá plíce je menší – utlačována srdcem ¢ plicní sklípky (alveoly) zvětšují plochu (90 m^2 → 40x více než plocha těla), asi 300 mil ¢ pohrudnice (pleura parietalis) - vystýlá hrudník a dotýká se mezižeberních svalů ¢ poplicnice (p. pulmonalis) - pokrývá plíce ¢ mezi nimi je intrapleurální štěrbina vyplněná tekutinou (tlak je nižší než tlak v plících), tvoří se podtlak → udržování plic v nataženém stavu Plicní ventilace • plíce mají tendenci zmenšovat objem (elasticita plic, povrchové napětí v alveolech) • tekutina v pleurální štěrbině není roztažitelná = ve štěrbině vzniká podtlak a plíce jsou trvale rozepnuté • plíce pasivně následují pohyby bránice a hrudního koše a střídavě se rozpínají (nádech) a smršťují (výdech) ¢ nádech (vdech, inspirium) - aktivní proces = cirkulace vzduchu, vznik podtlaku, nasávání vzduchu z prostředí • stah (oploštění) bránice • zdvih žeber (zvětšení hrudníku) stahem mezižeberních svalů • usilovné dýchání: + ostatní pomocné dechové svaly (zvedají a rozšiřují hrudní koš) ¢ výdech (exspirium) - pasivní proces = povolení svalů, smrštění plic a návrat do původního stavu • pasivní zmenšení hrudního koše a plic v důsledku jejich tíhy a elasticity • zesílený výdech: + svaly břišní stěny (břišní lis) a mezižeberní svaly (vytlačují bránici nahoru) • výměna plynů probíhá pouze v alveolech - pronikne do nich jen část dechového objemu, zbytek je objem mrtvého prostoru = dutiny sloužící k přívodu vzduchu, na výměně plynů se nepodílí; funkce: přívod vdechovaného vzduchu do alveolů, jeho čištění, zvlhčování a ohřívání; součást hlasového aparátu • anatomicky mrtvý prostor (0,15 l) = dutina ústní, nosní a hrtan, trachea a bronchy • fyziologicky mrtvý prostor = AMP + nefunkční plicní sklípky (patologické stavy) Typy dýchání ¢ eupnoe – normální klidové dýchání (respirační objem) ¢ hyperpnoe – prohloubené dýchání (rezervní objemy), nádech i výdech je zvětšený, zvýšená VKP (sportovci) ¢ hypopnoe – mělké dýchání, snížená VKP (poškození plic) ¢ apnoe – dočasná zástava dechu volním úsilím, po určité době je volní kontrola překonána; délka závisí na parciálním tlaku O[2] a CO[2] v arteriální krvi a na stupni útlumu inspiračního centra vlivem mozkové kůry; trvalá volní zástava dechu není možná; schopnost zadržet dech je individuální, závisí na tělesné zdatnosti, na stupni tréninku a dalších faktorech ¢ inspirační apnoická pauza = úmyslné zadržení dechu po vdechu (60 sek); po hyperventilaci až 2-3 min ¢ expirační apnoická pauza = zadržení dechu po výdechu (30 sek) ¢ dyspnoe – ztížené dýchání se subjektivním pocitem dušnosti (pocit krátkého dechu = dechové nedostatečnosti) • abdominální (břišní) - muži vs. torakální (hrudníkové) dýchání - 80% žen (při těhotenství by se stlačoval plod) Řízení dýchání (centrum dýchání) ¢ prodloužená mícha • inspirační centrum (řídí nádech) • exspirační centrum (řídí výdech) • vzájemná inaktivace • regulace aktivity na základě změn chemizmu krve + korová centra ¢ do center přicházejí informace z: • baroreceptorů v plicích (↑ tlak aktivuje výdech) • chemoreceptorů v cévách (informace o pH krve - registrují nedostatek O[2], nadbytek CO[2]) • proprioreceptorů ve svalech a šlachách (práce zintenzivňuje dýchání) • termoreceptorů (teplo zintenzivňuje dýchání) ¢ z center vedou motorické neurony inervující dýchací svalovinu (bránici a mezižeberní svaly) ¢ při mluvení, kašlání, apod. se řízení dýchání účastní i vyšší nervová centra = mozková kůra, hypothalamus, limbický systém Plicní objemy Statické plicní objemy ¢ klidový respirační (dechový) objem (VT) = 0,5 l = rozdíl mezi vdechem a výdechem (množství vzduchu při nádechu nebo výdechu v klidu) ¢ inspirační (nádechový) rezervní objem (IRV) = 2,5 l (♂ 3,5 l; ♀ l,2 l) = množství vzduchu, které lze volním úsilím nadechnout po klidovém nádechu ¢ expirační (výdechový) rezervní objem (ERV) = 1,5 l (2x VT; ♂ 1 l; ♀ 0,7 l) = množství vzduchu, které lze ještě vydechnout po klidovém výdechu ¢ reziduální objem (RV) = 1,5 l (♂ 1,2 l; ♀ 1,1 l) = množství vzduchu, které zůstává v plících po maximálním výdechu; zabrání pneumotoraxu (splasknutí plíce); s věkem ↑ = stařecký emfyzém ¢ VT+IRV+ERV = vitální kapacita plic (VKP, VC) = ♂ 4,4 l, ♀ 3,4 l = množství vzduchu vypuzené z plic max. výdechem po max. nádechu ¢ VT+IRV+ERV+RV = celková (totální) plicní kapacita (TLC) = 6 l = maximální výdech po maximálním nádechu ¢ poranění hrudní stěny (protržení, proděravení) → plíce kolabuje - vypudí se z ní většina vzduchu (kolapsový objem) + velká část RV, rozšiřuje se hrudní dutina a dojde k vyrovnání tlaku s vnějším prostředím = pneumotorax (1. pomoc – zabránit průniku vzduchu) ¢ kolaps plic i po jejich vyjmutí z hrudníku - zůstává v nich malé množství vzduchu - minimální objem (první nádech po narození) ¢ zcela bezvzdušné plíce - pouze u plodu v průběhu nitroděložního vývoje a u mrtvě narozeného jedince; bezvzdušné plíce klesají ve vodě ke dnu, plíce s minimálním objemem vzduchu plavou na vodní hladině - zkouška v soudním lékařství (dítě narozené mrtvé) Dynamické plicní objemy (závisí na čase) ¢ klidová dechová frekvence (f) = 15 dechů/min (♂ 16, ♀ 18, novorozenci 44 dechů/min) • oligo- (bradypnoe) – snížená frekvence dýchání • poly- (tachypnoe) – rychlé dýchání (zvýšená frekvence dýchání) ¢ klidová minutová ventilace (VE) = 5-8 l/min ¢ maximální minutová ventilace ¢ sekundová expirační kapacita (SEK) = forced expiratory volume in 1sec (FEV1) = maximální objem vzduchu vydechnutý za 1 sek ¢ relativní sekundová kapacita (RSK) = forced vital capacity (FVC) RSK = SEK/VKP = objem vydechnutý s nejvyšším úsilím z polohy nejvyššího nádechu do maximálního výdechu; trvání ne delší než 5 vteřin; FVC 60 mmol/l) → „slané děti“ o časté (někdy trvalé) záněty dýchacího ústrojí způsobené bakteriemi (Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, Burkholderia cepacia) o 98% mužů je neplodných o neprospívání, objemné mastné stolice o záněty slinivky o ↓ mobilita trávicí trubice či cirhóza jater Léčba o zejména dýchacího ústrojí - inhalace, fyzioterapie, antibiotika o trávicí enzymy v kapslích o polovina nemocných se v ČR dožívá alespoň 32 let Rozedma plic (emphysema) • ztráta elasticity plic a ničení stěny alveol = vzduch protéká hůře a plicní tkáň se ztenčuje • při výdechu je třeba velkého úsilí a je tedy pomalejší • nahromadění vzduchu do plicních sklípků → potrhání přepážek mezi sklípky – nevratný stav Příznaky o chronický zánět průdušek (chronická bronchitida) - chronický kašel; dlouhotrvající → chronická obstrukční plicní nemoc + dušnost, zpočátku jen při námaze, později i v klidu – ↓ respirační kapacita plic; ↓ množství O[2] v krvi → promodralá kůže i sliznice (cyanóza) o později hubnutí a celkové chátrání; zhoršený průtok krve plícemi → přetěžování a selhávání pravé srdeční komory o infekční onemocnění dýchacích cest → možné náhlé zhoršení chronického stavu Příčiny o kouření, opakované akutní infekce dýchacích cest (neléčená chronická bronchitida), negativní vlivy pracovního a životního prostředí; vystavování se toxickým chemikáliím, prašné prostředí Léčba o nevratné poškození přepážek nelze léčit; v některých případech chirurgický zákrok; farmakoterapie + celková změna životního stylu; dechová cvičení Astma (asthma) • bronchioly jsou v křeči, ucpou se mukózní sekrecí a průtok vzduchu je omezen • spouštěcí mechanizmy = infekce horních cest dýchacích, stres, alergeny (prach a pyl), znečištění vzduchu (kouř, výfukové zplodiny), extrémní změny teplot a cvičení • dlouhodobý zánět sliznic v dýchacím ústrojí → ztížené dýchání až dechová nedostatečnost; dlouhodobý průběh → nevratné zúžení dýchacích cest Výskyt o v dětství nejčastější chronické onemocnění (10 % dětí, většinou ♂); v dospělosti více u ♀ (5% populace) o pozdější výskyt → z určité části způsobeny specifickou alergickou reakcí o alergické a nealergické astma Příznaky a symptomy o chronické zhoršené dýchání - dušnost, sípot, chrčení, kašel, svírání a svědění hrudníku, neschopnost fyzické aktivity Příčiny o geneticky podmíněné faktory + vliv okolního prostředí (pasivní kouření, kouření matek v těhotenství; znečištění vzduchu výfukovými plyny a nadměrné koncentrace ozónu; porod pomocí císařského řezu - důsledek vystavení pozměněné bakteriální populaci v porovnání s přirozeným porodem - vliv na IS → hypotéza přemíry hygieny; psychický stres) ¢ částečná ochrana = respirační onemocnění v útlém věku, společný život se sourozenci a pobyt v zařízeních denní péče Astmatický záchvat o akutní zhoršení stavu nemocného (jinak nemusí být téměř nebo vůbec žádné známky choroby) o může se objevit náhle, trvání minuty až hodiny o příznaky: nedostatečnost dechu (dušnost), sípání, chrčení nebo kašel s vykašláváním průhledného hlenu; prodloužená fáze výdechu, zrychlení srdečního rytmu, chraplavé zvuky v plicích, paradoxní puls (puls je slabší při nádechu a silnější v průběhu výdechu) a nadměrné nadmutí hrudi o možné zmodrání v důsledku nedostatku O[2], bolesti hrudi, ztráta vědomí + zástava dýchání a smrt o předtím často ztráta citlivosti končetin, ledově studená chodidla a pocení dlaní Patofyziologie o zánět průdušek + bronchokonstrikce (křeče průdušek) → zúžení dýchacích cest (zkrácení okolního hladkého svalstva, otok tkáně způsobený imunitní reakcí na alergeny) o zanícené průdušinky reagují na spouštěče v okolí → zúžení a zvýšené vylučování hlenu → ztížené dýchání Léčba o inhalátor - rozprašuje lék přímo na postižené dýchací cesty → redukce odporu dýchacích cest o obsahuje svalové relaxans (zamezí křeči bronchů a indukuje dilataci bronchiol) + protizánětlivé látky o u častějších záchvatů pravidelná medikace nebo chirurgické odstranění příčin onemocnění Kroghův / Hutchinsonův spirometr VKP závisí na: ¢ věku ¢ výšce ¢ hmotnosti ¢ povrchu těla ¢ pohlaví ¢ trénovanosti ¢ poloze těla VKP se mění: o za patologických stavů o s přibývajícím věkem se zmenšuje Měření vitální kapacity plic = rozdíl mezi maximálním vdechem a maximálním výdechem Hutchinsonův spirometr – válcová nádoba naplněná vodou; nad vodní hladinu je vyvedena trubka, do které vydechujeme vzduch (uzavřený systém); do vody je ponořen lehký zvon zvedající se proudem vydechovaného vzduchu; výška zdvihu se odečítá na měřítku na vnější straně zvonu; 1 dílek odpovídá 1ml vydechnutého vzduchu ¢ náustek před měřením nasunout na hadici spirometru ¢ páčka na spirometru musí být ve správné poloze (uzavření systému) ¢ po max. nádechu bude proveden max. výdech (na rychlosti nezáleží) ¢ na stupnici odečteme objem vydechnutého vzduchu ¢ přepnutím páčky vzduch ze spirometru vypustíme a páčku vrátíme do původní polohy (spuštění válce dolů); náustek sundáme a ponecháme pro další měření ¢ nejvyšší hodnotu ze 3 měření zapíšeme ¢ velikost tělesného povrchu závisí na výšce a hmotnosti - tabulky nebo pomocí normogramu Výpočet VKP ¢ pro objektivní hodnocení slouží % vyjádření aktuální velikosti VKP z náležité hodnoty VKP (NVKP) v ml - můžeme ji vypočítat z velikosti povrchu těla: NVKP (♂) = povrch těla (m^2) x 2500 NVKP (♀) = povrch těla (m^2) x 2000 ¢ nebo použijeme rovnici (Cournand a Beldwin, 1941), kdy jsou respektovány výška a věk: NVKP (♂) = [27,63 - (0,112 × věk)] × výška v cm NVKP (♀) = [21,78 - (0,112 × věk)] × výška v cm ¢ výpočet teoretické VKP (obyvatelé Evropy) VKP[teoretická] (♂) = 5,2 x výška (metry) – 0,022 x věk (roky) – 3,6 (±0,58) VKP[teoretická] (♀) = 5,2 x výška (metry) – 0,018 x věk (roky) – 4,36 (±0,42) Zjistíme: — VKP = maximální nádech – výdech (ml) — VKP vztažená na velikost povrchu těla = VKP/S (ml/m^2) — VKP vzhledem k výšce a věku (Cournand-Beldwin) — VKP teoretická MĚŘENÍ SEKUNDOVÉ EXPIRAČNÍ VKP (SVKP, SEK, VKP[SEK]) = objem vydechnutý maximálním úsilím • po maximálním nádechu maximální výdech s co největším úsilím, co nejrychleji • vydechnut musí být veškerý vzduch, který je možné vydechnout = Kroghův spirometr - válec se závažím + náustek ¢ křivka musí mít hladký průběh a VKP se nesmí výrazně lišit od VKP zjištěné na Hutchinsonově spirometru Zjistíme: ¢ VKP[počítač] ¢ sekundová expirační kapacita (SEK) ¢ relativní sekundová kapacita (RSK) = SEK/ VKP[počítač] v % Měření • Respirační objemy • normální objemy (+ ERV – expirační rezervní objem; FVC – usilovná vitální kapacita) • vliv průměru dýchací trubice → obstrukční choroby • vliv omezení funkčního dýchacího prostoru → restrikční choroby • Faktory ovlivňující respiraci • surfaktant • pneumotorax • Změny v dýchání – podle tělesných potřeb, regulace měřením P[CO2] a udržováním stálých hodnot P[O2] a P[CO2] v plících a krvi • rychlé dýchání - ↓ produkce CO[2] • opětovný nádech - ↑ P[CO2] v alveolách (a následně v krvi) • zadržení dechu – nedochází k žádné výměně plynů mezi alveolami a krví • Srovnávací spirometrie • normální dýchání • rozedma • astma • astma po použití inhalátoru • cvičení Test • Co je to inspirium a expirium? • Jaké faktory ovlivňují vitální kapacitu plic? • Jak spolupracují dýchací a cévní soustava? • Kde dochází k výměně dýchacích plynů? • Co se stane při pneumotoraxu? Příště: Trávení