Fizjologia układu oddechowego PDF

Preview

Summary

Opracowanie pod zajęcia z układu oddechowego...

Description

Prawa gazowe • Prawo Daltona: całkowite ciśnienie wywierane przez mieszaninę gazów jest sumą ciśnień wywieranych przez składniki tej mieszaniny.' • Ciśnienia parcjalne (cząstkowe) - wynikają wyłącznie z zawartości gazu w mieszaninie: 78% pN2, 21% pO2, pCO2' • Przepływ gazów - zgodny z gradientem ciśnień, we wdechu ciśnienie w pęcherzykach musi być niższe niż atmosferyczne, żeby gaz wpłynął do płuc, ciśnienie parcjalne napędza przepływ danych gazów (np. O2 z pęcherzyków do krwi)' • Prawo Boyle’a-Marriotta - gazy są ściśliwe; zmniejszając objętość gazów, zwiększy się ciśnienie (P1V1 = P2V2)'

Mechanika oddychania WDECH

WYDECH

stosunek czasu trwania % w spoczynku

1

1,1-1,37

stosunek czasu trwania w trakcie mówienia

1

5-7

typ aktu

czynny

bierny

działanie mięśni

skurcz (obniżenie) przepony ' i mm. międzyżebrowych zewnętrznych

rozkurcz mięśni, ' bez dodatkowych skurczów

mięśnie dodatkowe zaangażowane przy natężonym oddychaniu

MOS, pochyłe, podobojczykowe, dźwigacz łopatki, równoległoboczne, górna cz. czworobocznego, piersiowe mniejsze, najszerszy grzbietu, prostownik grzbietu, zębaty przedni i tylny górny

międzyżebrowe wewnętrzne, prosty brzucha, skośne brzucha wewnętrzne i zewnętrzne, poprzeczny brzucha i klatki piersiowej, czworoboczny lędźwi, najszerszy grzbietu, zębaty przedni i tylny dolny

objętość

wzrasta

maleje

ciśnienie

maleje

wzrasta

Ciśnienia w klatce piersiowej przed rozpoczęciem wdechu • ciśnienie pęcherzykowe = ciśnienie atmosferyczne > ciśnienie w jamie opłucnej' • poziom zerowy: ciśnienie atmosferyczne = 760 mmHg ' • ciśnienie pęcherzykowe (Pa) - suma sił retrakcji (Pr) i ciśnienia wewnątrz KP (Ppl) działających dośrodkowo' • ciśnienie w jamie opłucnej („ujemne”, bo = atmosferyczne-4 mmHg) - działa jak siła ssąca skierowana odśrodkowo, dzięki której płuca są rozprężone. * Wypadkowa 3 przeciwstawnych sił (Ppl = Patm - Pr - Ss):'

- retrakcji: ←do środka, wywołane rozciągnięciem sieci włókien sprężystych, które promują zamykanie pęcherzyków'

- napięcia powierzchniowego: ←do środka' - sprężyste ścian KP (Ss): na zewnątrz→, ciągną płuca do ścian' jest bardziej ujemne w górnej części opłucnej → większe ciśnienie przezpłucne rozprężające płuca → płuca bardziej rozciągnięte w górnej części, pęcherzyki większe o mniejszej podatności'

Mechanizm wdechu • Gdy KP zwiększa swoje wymiary, ciśnienie maleje (prawo Boyle’a) do ok -8 mmHg' 1. impulsy z ośrodka oddechowego w rdzeniu przedłużonym n. przeponowym i międzyżebrowymi docierają do mięśni → skurcz 2. powiększenie przednio-tylnego wymiaru KP, obniżenie przepony o 1-2 cm (max 10) 3. ↓ciśnienia pęcherzykowego (o 1-1,5 mmHg) poniżej atmosferycznego i ↓ciśnienia w jamie opłucnej (z -2,5 do -6 mmHg) 4. powietrze zostaje zassane do pęcherzyków (wynik gradientu ciśnień), płuca się rozszerzają

Mechanizm wydechu • Gdy KP zmniejsza swoje wymiary, ciśnienie w niej rośnie' 1. rozluźnienie mięśni wdechowych 2. ↓objętości KP wskutek działania sił retrakcji 3. ↑ciśnienia pęcherzykowego (0→1 mmHg) ponad atmosferyczne 4. usunięcie powietrza z płuc, aż ciśnienie się nie zrównuje • objętość zamykania (CV) - ilość powietrza, która może być usunięta z płuc po rozpoczęciu się zamykania dróg oddechowych' • pojemność zamykania (CC) = suma objętości zamykania i zalegające' • w końcowej fazie wydechu w krtani - dodatnie ciśnienie końcowowydechowe (PEEP)' • podczas wydechu w drobnych drogach i pęcherzykach utrzymuje się dodatnie ciśnienie, które zapobiega zapadaniu się pęcherzyków i utrzymuje czynnościową pojemność zalegającą (FRC)' • natężony wydech - kaszel, poród, defekacja, gra na instrumentach dętych * Ciśnienie rośnie ponad ciśnienie atmosferyczne i węwnątrzoskrzelowe → zmniejszenie średnicy oskrzeli → zapadanie drobnych i więźnięcie powietrza w pęcherzykach' • mięśnie wydechowe działają podczas również podczas mówienia czy śmiania'

Odma opłucnowa (pneumothorax) • dzięki płynowi opłucnemu blaszki opłucnej ślizgają się względem siebie, a jednocześnie ciężko je rozdzielić (jak szyby, między którymi jest woda) i płuca przylegają do ścian KP • otwarcie jamy opłucnej → napłynięcie do niej powietrza → ciśnienie zrównuje się z atmosferycznym → brak ujemnego ciśnienia → brak styczności płuc ze ścianami KP → siły retrakcji płuc przeważają nad siłami sprężystości klatki → zapadnięcie płuc • przyczyny:

- uraz KP, uszkodzenie miąższu płuc' - jatrogenna - powikłanie po zabiegu medycznym' - samoistna - bez uchwytnej przyczyny' • leczenie:

- mała nie wymaga leczenia' - podanie tlenu - przyspiesza wchłanianie powietrza z jamy opłucnej' - nakłucie ściany KP za pomocą igły wenflonu (nie zawsze możliwe i skuteczne)' - drenaż opłucnej - wprowadzenie rurki przez ścianę klatki piersiowej, którą podłącza się do zastawki wodnej (system rurek, który umożliwia wydostanie się powietrza na zewnątrz, ale uniemożliwia jego powrót)' • hydrothorax - płyn w jamie opłucnej spowodowany przesiękiem (płyn przedostaje się poza układ krwionośny opłucnej przy prawidłowej budowie ich ściany), wysiękiem (w wyniku zapalenia przy zwiększonej przepuszczalności naczyń), krwotokiem (uraz płuca/ naczyń) lub chłonkotokiem (zatkanie przewodu piersiowego lub uszkodzenie jego ściany)'

Pojemności płuc • TV - objętość oddechowa (0,5 l) - wdychana i wydychana podczas swobodnego oddechu' • IRV - zapasowa objętość wdechowa (3 l) - dodatkowa ilość powietrza jaką można nabrać ' • IC - pojemność wdechowa (3,5 l) - maksymalna ilość powietrza jaką można nabrać (TC+IRV)' • ERV - zapasowa objętość wydechowa (1,2 l) - ilość usunięta po wykonaniu maksymalnego wydechu' • RV - objętość zalegająca (1,2 l) - ilość, której nie da się usunąć przy wydechu, dzięki której płuca się nie zapadają (niemierzona przez spirometr)' • VC - pojemność życiowa płuc (4-5 l) - całkowita ilość powietrza, którą można nabrać podczas maksymalnego wdechu i usunąć podczas maksymalnego wydechu. Zależy od siły mięśni, budowy ciała, podatności płuc i KP, drożności dróg oddechowych, pozycji ciała' • TLC - całkowita pojemność płuc (6 l) • FRC - czynnościowa pojemność zalegająca (2,4 l) - ilość powietrza pozostająca w płucach po normalnym wydechu' • objętość minimalna - pozostaje nawet po zapadnięciu płuc'

Spirometria dynamiczna - pomiar objętości płuc przeprowadzany na maksymalnym wdechu i wydechu • pozwala określić objętość oddechową, zapasową objętość wdechową, pojemność wdechową, zapasową objętość wydechową, pojemność życiową płuc i wentylację minutową' • nie jest w stanie określić objętości zalegającej, czynnościowej pojemności zalegającej i całkowitej pojemności płuc' • wyznacza się: '

- FEV1 - natężoną objętość wydechową pierwszosekundową - objętość usunięta z płuc podczas pierwszej sekundy natężonego wydechu, umożliwiająca określenie stopnia obturacji'

- FVC - natężoną pojemność życiową - objętość usuniętą podczas pełnego wydechu' - PEF - szczytowy przepływ wydechowy' - wskaźnik Tiffneau - % stosunek FEV1 do pojemności życiowej płuc (46 mmHg

MITOCHONDRIUM

5 mmHg

?

Wymiana gazów w pęcherzykach płucnych - kaskada tlenu • podczas transportu następuje stopniowa redukcja pO2 oraz wzrost pCO2, wskazujące na transport zgodny z gradientem stężeń' • b. cienka ściana (0,5 um) i duża powierzchnia pęcherzyków płucnych ułatwia dyfuzję' • bariera pęcherzykowo-włośniczkowa (1 um): płyn wyścielający pęcherzyki, pneumocyty, macierz śródmiąższowa (włókna kolagenowe + tk. łączna), błony podstawne naczyń, śródbłonek naczyń (bariera dyfuzyjna: +warstwa osocza, błona erytrocytu)' • średnica włośniczek w płucach jest tak mała, że erytrocyt się w nich spłaszcza, stykając się ze ścianą błonami, a to ułatwia dyfuzję i skraca dystans, który pokonuje hemoglobina' • salicylany - zwiększają podatność erytrocytów na odkształcanie, przez co wzrasta pojemność dyfuzyjna płuc' • hemoglobina wysyca się tlenem w 0,25 s od wejścia erytrocytu do naczynia (⅓ czasu, w którym tam są)' • O2 dyfunduje biernie, ze względu na dużą różnicę pO2 między powietrzem pęcherzykowym, a krwią żylną we włośniczkach (104-45=59 mmHg) • CO2: gradient ciśnienia mniejszy (46-40=6 mmHg), bariera stawia mniejszy opór (dzięki czemu mniejszy gradient nie ma takiego wpływu i czas dyfuzji jest bliski)' • krew w końcowej części włośniczek ma takie same pO2 i pCO2 jak powietrze w pęcherzykach ' • z powodu przecieku żylnego, krew w tętnicach ma mniejsze pO2 niż opuszczająca płuca'

Pojemność dyfuzyjna • pojemność dyfuzyjna gazu - zdolność gazu do przechodzenia przez barierę dyfuzyjną'

- pojemność dyfuzyjna O2 < CO2 → wyższa różnica ciśnień w przypadku O2 między pęcherzykiem a naczyniem włosowatym'

- utrudniona dyfuzja tlenu przez barierę → stosowanie tlenoterapii

• pojemność dyfuzyjna płuc - badanie zdolności dyfuzji gazów w płucach. * Objętość CO, który przejdzie z gazu pęcherzykowego do krwi (mmol/min/kPa) w ciągu minuty, podzielona przez średni gradient ciśnienia CO przez barierę pęcherzykową.' • oparte na prawie Ficka:'

- większa powierzchnia dyfuzji → więcej gazu przechodzi przez błonę' - większa stała dyfuzyjna → więcej gazu przechodzi przez błonę' - większy gradient ciśnienia parcjalnego gazu → więcej gazu przechodzi przez błonę' - grubsza błona dyfuzyjna → mniej gazu przechodzi przez błonę' • badanie: wynik prawidłowy = 80-120% wartości należnej 1. głęboki wdech mieszaniny z CO do wartości pojemności życiowej, zatrzymanie wdechu na 10s i wydech 2. określenie różnicy między zawartością CO w powietrzu wdechowym i wydechowym (miary gazu, który dyfundował) i skorygowanie jej z zawartością Hb w krwi

Czynniki wpływające na wielkość (pojemność) dyfuzji • grubość bariery pęcherzykowo-włośniczkowej - im grubsza, tym mniejsza dyfuzja • powierzchnia wymiany gazowej - im większa, tym większa dyfuzja • objętość płuc - przy nabraniu głębszego wdechu dyfuzja będzie większa • stosunek wentylacji do perfuzji - optymalizacja np. w pozycji leżącej zwiększa • stężenie hemoglobiny we krwi - im większe, tym większa dyfuzja • wiek, płeć, wzrost, rasa • choroby i stany:

- zmniejszające: włóknienie płuc, rozedma, resekcja płuca, POChP, zatorowość płucna, odczyny polekowe, sarkoidoza, azbestoza, choroby tkanki łącznej (twardzina, toczeń rumieniowaty, RZS), ciąża, otyłość - powodują wzrost stosunku V/Q'

- zwiększające: wysiłek fizyczny, krwotok, niedodma, astma oskrzelowa- obniżają stosunek V/Q'

Próba Valsavy - zmniejsza pojemność dyfuzyjną → próba wykonania wydechu przy zamkniętej głośni → wzrost ciśnienia w jamie opłucnej → zahamowanie powrotu żylnego, skurcz oskrzeli → gwałtowny spadek akcji serca ' → koniec wydechu → spadek ciśnienia w kp, wraca powrót żylny → mnóstwo krwi wraca do serca → nagły wzrost ciśnienia → baroreceptory i chemoreceptory → silna reakcja układu przywspółczulnego → spadek ciśnienia oraz akcji serca, przyspieszenie wentylacji'

Niedotlenienie (hipoksja) - niedobór tlenu w tkankach • hipoksyczna - wynikająca z obniżonego ciśnienia parcjalnego tlenu • krążeniowa - wynikająca ze zwolnionego przepływu krwi przez tkankę' • anemiczna - wynikająca z niedoboru hemoglobiny (anemia, zatrucie CO)' • histotoksyczna - wywołana przez substancję toksyczną, uniemożliwiająca przepływ krwi przez tkanki (np. cyjanki)' *hipoksemia - niedobór O2 we krwi (pO2 < 85 mmHg)

Wpływ ciśnienia atmosferycznego na oddychanie i wymianę gazową Wskutek zmian ciśnienia gaz znajdujący się w różnych jamach ciała ulega kompresji lub rozprężeniu, powodując uszkodzenie tkanek oraz ból (barotraumę) np. uszu, przewodu pokarmowego, płuc, oczu, zatok. Przewlekłe działanie hipoksji, może doprowadzić do przewlekłego nadciśnienia płcunego, powiększenia sylwetki serca, nadkrwistości (więcej erytrocytów). Choroba wysokogórska - zespół objawów związany z narażeniem na zmniejszone pO2 w wysokich górach; kiedy ciśnienie na zewnątrz spada, spada też pO2 w pęcherzykach płucnych i do krwi dostaje się mniejsza ilość tlenu • fizjologicznie organizm się broni, zwiększając częstość oddechów i czynność serca, ale nie jesteśmy w stanie zaadoptować się do ekstremalnie dużych wysokości • objawy (1,5 km n.p.m.): bóle głowy, zmniejsza się apetyt, zawroty głowy, nudności, wymioty, biegunki • ciężkie objawy (5,5 km n.p.m.): obrzęk mózgu, płuc, utrata przytomności, śpiączka • zasada alpinistów „wspinaj się wysoko, śpij nisko” - w ciągu dnia mogą wyjść 1000 m wyżej, ale powinni wrócić 500 m niżej na nocleg • acetazolamid, sterydy, przenośna komora hiperbaryczna - zmniejsza objawy towarzyszące Choroba dekompresyna (kesonowa) - gdy nurek wynurza z dużych głębkości, ciśnienie i rozpuszczalność azotu spadają, co powoduje wytwarzanie się pęcherzyków we krwi i tkankach • pęcherzyki mogą uszkadzać tkanki, co daje objawy takie jak świąd, zaczerwienienie skóry, ból mięśni i stawów po 1 do 6 godzin po wynurzeniu oraz powodować zatorowość płucną i uszkodzenia mózgu oraz rdzenia kręgowego (mają dużą zawartość lipidów, a N2 łatwiej rozpuszcza się w tłuszczach)

Ośrodek oddechowy w rdzeniu przedłużonym i moście Regulacja polega na złożonym oddziaływaniu neuronów w sieci, ma 2 strefy: • neurony oddechowe grupy grzbietowej (DRG) - jądro pasma samotnego:

- kontrola mięśni wdechowych (nn. przeponowe, międzyżebrowe)'

- otrzymuje informację czuciową z chemo- i mechanoreceptorów przez n. błędny i językowo-gardłowy'

- wysyłają impulsację do neuronów mostu → początek i koniec wdechu' - mostowa grupa neuronów oddechowych (ośrodek pneumotaksji) - zapewnia toniczną impulsację siedzi rdzeniowych, koordynując równy rytm oddechowy ' • neurony oddechowe grupy brzusznej - obejmują wiele stref:

- kompleks pre-Bötzingera - spontanicznie depolaryzujące się neurony, rozrusznik rytmu oddechowego'

- kompleks Bötzingera i podgrupa ogonowa - pojawiają się w trakcie wysiłku i kontrolują mięśnie nasilonego oddychania (nieprawidłowe rozluźnienie podczas snu prowadzi do obturacyjnego bezdechu sennego)'

- podgrupa dogłowowa (jądro dwuznaczne) - unerwia m. krtani, gardła i języka w celu utrzymania drożności dróg oddechowych' Zintegrowane działanie: rozrusznik zaczyna każdy cykl (pre-B) → neurony wdechowe DRG stopniowo zwiększają stymulację m. wdechowych (wskutek dodatniego sprzężenia zwrotnego, pojedyncze nerwy wdechowe pociągają za sobą depolaryzację kolejnych) → koniec wdechu: nagłe wstrzymanie depolaryzacji, rozluźnienie m. oddechowych → bierny wydech dzięki sprężystości m. wdechowych i tk. płuc

Receptory układu oddechowego Chemoreceptory wrażliwe na O2 i CO2: • obwodowe (poza OUN) - monitorują zmiany pO2, pH i pCO2 osocza:

- kłębki szyjne w t. szyjnych: ↓pO2 (komórki typu I), ↓pH lub ↑pCO2 → zwiększenie wentylacji'

- tlen nieistotny (musiałby zmaleć do 60 mmHg, jakby wyjść do 3 km n.p.m. to spoko)' - impuls → aktywacja kanałów K+ → depolaryzacja komórek receptora → otwarcie napięciozależnych kanałów dla Ca2+ → przekazanie neuroprzekaźnika dla neuronu czuciowego → sieć neuronów oddechowych w pniu mózgu → zwiększenie wentylacji'

- pCO2 się zwiększa → znaczne wzmożenie wentylacji, ale gdy pozostaje na wysokim poziomie kilka dni → adaptacja chemoreceptorów i powrót do normy' • centralne (w OUN) - monitorują zmiany stężenia CO2 w płynie mózgowordzeniowym:'

- ustalają tempo oddychania, zapewniając ciągłą impulsację' - ↑pCO2 → przekroczenie CO2 przez barierę krew-mózg → przekształcenie CO2 w kwas węglowy → dysocjacja na jon wodorowęglanowy i H+ → ↑pH → aktywacja receptorów → zwiększenie częstości i głębokości wentylacji do eliminacji CO2'

- adaptują się do stale podwyższonego pCO2, odpowiadają też na jego spadek' Mechanoreceptory:

• receptory C wrażliwe na czynniki drażniące błony śluzowej dróg oddechowych:

- neurony czuciowe → ośrodki w OUN → skurcz oskrzeli, kaszel, kichanie' • receptory J w tkance śródmiąższowej między naczyniami a pęcherzykami:

- pobudzane przez zwiększenie przestrzeni zewnątrzkomórkowej, w momencie obrzęku płuc reagują powodując np. duszność' • receptory wrażliwe na rozciąganie w płucach:

- wolno adaptujące się (SAR) - w m. gładkich dróg oddechowych; zapobiegają nadmiernemu rozdęciu płuc i hamują wdech'

- przekroczenie pewnej objętości oddechowej → sygnał przez n. błędny do rdzenia przedłużonego → zahamowanie wdechu przez neurony wdechowe'

- inflacyjny odruch Herringa-Breuera z receptorów SAR:' - pobudzenie n. błędnego unerwiającego mm. górnych dróg oddechowych (krtani, tchawicy, oskrzeli) → zwężenie mięśni → wzrost oporu oddechowego → wydłużenie wydechu, przeciwdziałanie zapadaniu się pęcherzyków → skrócenie fazy wdechu → przyspieszenie rytmu oddechowego

- eliminacja → pogłębienie i zwolnienie ruchów oddechowych' - u dzieci odgrywa ważną rolę w ograniczaniu objętości oddechowych' - u dorosłych w hiperwentylacji: zmniejsza pracę oddechową, ogranicza zużycie energii, zwiększa częstość pracy serca i pojemność minutową, rozszerza naczynia'

- szybko adaptujące się (RAR) - pobudzane przez nagłe rozdęcie lub zapadnięcie płuc, pobudzają wdech, skracają wydech, poprawiają wentylację; zwężenie oskrzeli, kaszel

Wpływ układu limbicznego, podwzgórza i kory ruchowej na oddychanie • układ limbiczny - stany emocjonalne i współczulne (strach, podniecenie) mogą przyspieszyć oddech, rozkurczyć oskrzela i zmniejszyć wydzielanie śluzu oskrzelowego' • podwzgórze - ośrodek termoregulacji:'

- hipertermia → wzrost częstości oddechowej przy względnie stałej objętości oddechowej → wzrost wentylacji pęcherzyków nieproporcjonalny do metabolizmu (parowanie wody z błon śluzowych dróg oddechowych zmniejsza temperaturę) → spadek pCO2 we krwi tętniczej → zmniejszenie przepływu krwi przez mózg'

- hipotermia → hiperwentylacja → spadek temperatury głębokiej ciała → hipowentylacja proporcjonalna do spadku metabolizmu' • kora ruchowa - możemy świadomie wstrzymać oddech, ale to pobudzenie jest ograniczone przez sygnały z chemoreceptorów, które wywołują niezależną od woli potrzebę nabrania oddechu' Inne: • zmiany w płucach z dojrzewaniem - w inwolucji po 30 r.ż. zmniejsza się V w pęcherzykach, a rośnie w drogach • oczyszczanie powietrza pod względem histologicznym - niekoniecznie to to, ale niżej jest opisany klirens śluzowo-rzęskowy

Podstawowe informacje o układzie oddechowym Składowe:' • drogi oddechowe - łączą środowisko zewnętrzne i płuca'

- górne - jama ustna, jama nosowa, gardło, krtań (struny głosowe - pasma tk. łącznej wibrujące i napinające się)'

- dolne (odc. piersiowy) - tchawica (półsztywna dzięki chrząstkowym półpierścieniom w kształcie litery C), oskrzela główne (2-11 podziałów), oskrzela, oskrzeliki segmentalne i subsegmentalne, oskrzeliki końcowe i oddechowe (przejście między drogami a pęcherzykami)'

- analogicznie do UK powierzchnia przekroju łożyska wzrasta i prędkość przepływu maleje'

- ogrzewają (zimne powietrze uszkodziłoby pęcherzyki) ciepłem ciała - do temp. 37C'

- nawilżają (do osiągnięcia 100% stopnia wilgotności) - parą wodną błony śluzowej' - filtrują w tchawicy i oskrzelach (rzęski zanurzone w rzadkiej wydzielinie zol+żel; śluz kom. kubkowych wyłapuje cz. od 2 um; * klirens śluzowo-rzęskowy - przemieszczanie śluzu z Ig przez rzęski (3-10 uderzeń/s) w kierunku gardła, z gardła jest połykany i mikroorganizmy są trawione. ) W mukowiscydozie - za gęsty śluz, rzęski nie mogą się poruszać i nie można oczyścić śluzu)* W zespole nieruchomych rzęsek - genetycznie upośledzony transport' • oskrzeliki oddechowe, przewody pęcherzykowe (10%) i pęcherzyki płucne (90%; ok. 300 mln, 80 m2) - powierzchnia wymiany gazowej'

- otoczone workami opłucnowymi złożonymi z blaszek ściennej i trzewnej (włókna elastyczne tk. łącznej, naczynia włosowate)'

- płyn opłucnowy (25-30 ml) - umożliwia ślizgani...