Copyright by $taś. Układ oddechowy

Transkrypt

1 Układ oddechowy 1. Transport CO2 we krwi 2. Krzywa dysocjacji CO2, efekt Haldene a i Bohra 3. Transport tlenu we krwi 4. Hemoglobina 5. Krzywa dysocjacji hemoglobiny i czynnik na nią wpływające 6. Karboksyhemoglobina 7. Regulacja oddychania 8. kompleks oddechowy pnia mózgu 9. Wpływ wyższych ośrodków nerwowych oraz ośrodka pneumotaksycznego i apneustycznego 10. Rytmogeneza 11. Odruch Heringa-Breuera 12. Chemoreceptory płucne 13. Chemoreceptory obwodowe 14. Chemoreceptory centralne 15. Krążenie płucne - cechy 16. Profil ciśnień w krążeniu płucnym 17. Opór w płucnym układzie naczyniowym 18. Regulacja krążenia płucnego 19. Metaboliczna funkcja płuc 20. Stosunek przepływu krwi w płucach do wentylacji pęcherzykowej płuc 21. Przestrzeń martwa anatomiczna 22. Przestrzeń martwa fizjologiczna 23. Objętości i pojemności płucne 24. Rola FRC i metody oznaczania 25. Mechanizm wdechu i wydechu 26. Gra oskrzelowa i czynniki zmieniające średnicę oskrzeli 27. Podatność płuc 28. Praca oddychania 29. Opory wentylacji i sposoby ich oceny 30. Opory sprężyste 31. Opory niesprężyste 32. Spirograficzne pomiary dynamiczne 33. Surfaktant 34. Drzewo oskrzelowe 35. Dyfuzja. Prawa gazowe 36. Pojemność dyfuzyjna O2 i CO2 37. Regulacja oddychania w czasie snu 38. Oddychanie a wysiłek fizyczny 39. Pułap tlenowy 40. Hipoksja 41. Aklimatyzacja do niskiego ciśnienia parcjalnego tlenu 1

2 Transport CO2 we krwi - CO2 jest transportowany we krwi (żylnej) z tkanek do płuc w 3 postaciach: Jako rozpuszczony fizycznie CO2 w płynie osocza i krwinek 10% Jako jony wodorowęglanowe 70% Jako związki karbaminowe (karbaminiany) w postaci połączeń CO2 z grupami aminowymi Hb i białek osocza. 20% o Zawartość CO2 we krwi żylnej mieszanej to około 52ml/100ml krwi - Transport w krwi tętniczej o Zawartość CO2 we krwi tętniczej jest około 2 razy większa niż tlenu i wynosi ok. 48 ml/100ml krwi o Transportowany jest w postaci: Rozpuszczony fizycznie à 6% W postaci karbaminianówà 6% Wodorowęglanyà 88% - Jony wodorowęglanowe o Powstający w tkankach CO2 dyfunduje do krwi przechodząc do wnętrza ciałek czerwonych o W erytrocytach dzięki katalitycznemu działaniu anhydrazy węglanowej, zostaje szybko uwodniony do H2CO3 Proces ten w osoczu zachodzi bardzo powolià dlatego w osoczu stężenie CO2 jest około 100 razy większe niż H2CO3 o Zaraz potem niemal 99,9% H2CO3 ulega dysocjacji do HCO3- o Jony HCO3- przechodzą z krwinek do osocza W ich miejsce (zgodnie z równowagą Gibbsa-Donnana) wnikają z osocza do krwinek jony Cl- W związku z przesunięciami elektrolitów i większą aktywnością osmotyczną Cl- niż HCO3- wzmaga się ciśnienie osmotyczne krwinekà przenika woda z osocza do krwinekà zwiększenie objętości krwinek - Związki karbaminianowe o To połączenia CO2 z wolnymi grupami aminowymi aminokwasów zasadowych Hb i białek osocza Hb-NH2 + CO2 Hb-NHCOOH Hb-NHCOO - + H + powstaje karbaminohemoglobina z aminokwasami końca N białek osocza dwutlenek węgla tworzy odpowiednie karbaminiany CO2 + R-NH2à RNHCOO - + H + 2

3 - Gdy ciśnienie parcjalne obniży się, jak ma to miejsce w płucach, anhydraza węglanowa przyspiesza proces rozkładu H2CO3 powstającego z HCO3- i w ten sposób około 70% CO2 transportowanego z tkanek do płuc, tj. około 5ml na każde 100 ml przepływającej krwi, zostaje wydalone do pęcherzyków. - W płucach z łatwością rozpadają się związki karbaminianowe i następuje odszczepienie CO2, co ułatwione jest przez kwaśny charakter powstającej HbO2. Dzięki temu około 20% wydalanego w płucach CO2 pochodzi z rozpadu związków karbaminianowych. - Reszta, czyli około 10% pochodzi z CO2 rozpuszczonego fizycznie Krzywa dysocjacji CO2, efekt Haldene a i Bohra Pomiędzy ciśnieniem parcjalnym CO2 a ilością tego gazu, zarówno rozpuszczonego fizycznie, jak i związanego chemicznie we krwi, zachodzi zależność określana krzywą dysocjacji CO2. Wzajemne stosunki CO2 do O2 transportowanego we krwi określają dwa efekty: Haldane a i Bohra - EFEKT HALDANE A o polega na tym, że wzrost ciśnienia parcjalnego tlenu ułatwia usuwanie CO2 z mieszanki krwi żylnej do pęcherzyków płucnych. o Wynika to stąd że HbO2 jest kwasem silniejszym, ma mniejsze powinowactwo do CO2, tworzy mniej związków karbaminowych, słabiej wiąże H+ i przez to ułatwia usuwanie CO2 z krwi do pęcherzyków płucnych o W tkankach zaś odwrotnie, zredukowana Hb (HbH) wiąże więcej CO2 niż HbO2. o Przyjmuje się że dzięki efektowi Haldane a uwalnia się w płucach około 50% CO2 pochodzącego z krwi żylnej do pęcherzyków płucnych - EFEKT BOHRA o Polega na tym, że spadek ph proporcjonalny do wzrostu zawartości CO2 przesuwa krzywą dysocjacji na prawo zmniejszając powinowactwo Hb do tlenu a przez to ułatwiając oddawanie tlenu tkankom o To stosunkowo mniej ważne fizjologicznie zjawisko o W płucach, gdzie następuje spadek ciśnienia parcjalnego CO2 z powodu zwiększonego wydalania CO2 na zewnątrz, wzmaga się zdolność wiązania tlenu przez Hb Transport tlenu we krwi - prawidłowo blisko 99% O2 we krwi znajduje się w postaci związanej z hemoglobiną, a tylko ok. 1,4% w roztworze fizycznym w osoczu i płynie wewnątrzkomórkowym krwinek o krew tętnicza 0,3 ml tlenu/100ml krwi à rozpuszczony fizycznie 19,5 ml tlenu/100ml krwià związany z Hbà 97% o krew żylna 0,12 ml tlenu/100 ml krwi à rozpuszczony fizycznie 15,2 ml tlenu/100 ml krwià w związku chemicznym z Hbà 70% stanowi to rezerwę w sytuacjach większego zapotrzebowania na tlen - przepływ krwi żylnej przez płuca i zamiana jej na krew tętniczą łączy się z poborem w płucach około 5 ml tlenu na każde 100 ml krwià a przy przepływie przez kapilary każde 100 ml krwi oddaje około 5ml tlenu tkankom - 1g Hb wiąże ok. 1,34 ml O2 - maksymalna ilość tlenu która może być transportowana przez Hb nosi nazwę pojemności tlenowej 3

4 - krzywa dysocjacji Hb, czyli krzywa zależności pomiędzy procentowym wysyceniem Hb tlenem a ciśnieniem parcjalnym O2, posiada kształt litery S. - Krew opuszczająca płuca posiada Hb wysyconą w 97% O2, a ciśnienie parcjalne wynosi 95 mmhg. - Krew żylna opuszczająca tkanki posiada Hb o średnim wysyceniu 70%, a ciśnienie parcjalne tlenu wynosi ok. 40 mmhg. - Biorąc pod uwagę że 1g Hb może związać 1,34 ml tlenu, więc przy maksymalnym wysyceniu (ale wiadomo że normalnie nie ma w takim stopniu wysyconej całej Hb) tlenem w 100 ml krwi zawierającej 15g Hb powinno się znajdować 20,1 ml O2 (a średnio Hb w krwi tętniczej przenosi około 19,5 ml tlenu/100ml krwi) - odsetek hemoglobiny, która oddaje swój tlen tkankom podczas przechodzenia przez kapilary tkanek, nosi nazwę współczynnika zużycia tlenu. o W warunkach spoczynkowych wynosi on około 25%, a podczas ciężkiej pracy fizycznej wzrasta nawet do 75% - Transport tlenu jest uzależniony od: o Prężności tlenu o ph o temperatury o zawartości difosfoglicerynianu (2,3-DPG) i innych fosforanów organicznych o hematokrytu optimum około 40% zarówno zwiększenie jak i zmniejszenie Ht zmniejszają zdolność krwi do transportu tlenu w nadkrwistościà mimo zwiększonej zawartości Hb, znacznie zwiększa się lepkość krwi i obniża pojemność minutowa sercaà zmniejszenie ilości transportowanego O2 w niedokrwistościà zmniejszenie ilości Hb o pojemność minutowa serca ma niewielki wpływ na transport i zużycie tlenu przez tkanki, chyba że zachodzą jej duże odchylenia od stanu prawidłowego o rodzaj Hb np. HbF (płodu) ma wyższe powinowactwo do tlenu i wiąże go silniej niż HbA o cząsteczki nieorganiczne wiążące się z Hb żelazo związane z porfiryną w prawidłowej Hb jest na drugim stopniu utlenienia poza tlenem może ono wiązać inne substancje nieorganiczne wytworzone w ten sposób wiązanie jest na ogół trwalsze niż wiązanie Hb z tlenem i Hb nie tylko traci możliwość przenoszenia O2, lecz także zmniejsza zdolność pozostałej HbO2 do oddawania tlenu tkankom, co wynika z przesunięcia krzywej dysocjacji w lewo Do takich związków należą: COà powstaje karboksyhemoglobina cyjanki amoniak tlenek azotu o zmiana stopnia utleniania Fe w Hb z drugiego na trzeci, który jest wynikiem jego utleniania przez różne związki chemiczne (azotyny, sulfonamidy), powoduje zamianę Hb na methemoglobinę (methb), która jest niezdolna do łączenia z tlenem i jego transportu. W warunkach fizjologicznych też tworzy się troszkę methb, ale zostaje ona zredukowana z powrotem do Hb przez nukleotyd difosfopirydynowy (DPNH) o Sulfhemoglobina Powstaje pod działaniem pewnych leków na Hb Niezdolna do transportu tlenu 4

5 Hemoglobina - Średnia masa hemoglobiny w erytrocycie (MCH) o 27,5-33,2 pg - Średnia koncentracja hemoglobiny w erytrocycie (MCHC) o g/l - Prawidłowo hemoglobina o M: g/l o K: g/l - Wskaźnik barwny to stosunek zawartości Hb do krwinek czerwonychà około 1 - Hb zbudowana jest z globiny i barwnika hemu o Globina składa się z 4 łańcuchów polipeptydowych, z których każdy jest połączony z grupą hemu zbudowanego z 4 pierścieni pirolowych powiązanych ze sobą w większy układ pierścieniowy zwany porfiryną o Synteza hemu w mitochondriach a globuliny w obrębie rybosomów - Łańcuchy polipeptydowe globiny posiadają odcinki o strukturze alfa-helix i tworzą całość cząsteczki Hb w ten sposób że cząsteczki hemu znajdują się z pobliżu powierzchni w zagłębieniach łańcucha polipeptydowego, co zapewnia im dużą łatwość wiązania się z Fe2+ układu hemowego - Żelazo każdej cząsteczki hemu ma zdolność do nietrwałego, luźnego przyłączenia do jednej cząsteczki tlenu, która z drugiej strony łączy się z resztą histydyny zawartej w łańcuchu peptydowym - Hemoglobina jest białkiem allosterycznym i przyłączenie cząsteczki tlenu jest regulowane na zasadzie interakcji allosterycznej tzn. interakcji jakie zachodzą pomiędzy przestrzennie różnymi ugrupowaniami poprzez zmiany konformacyjne globiny; wiązanie tlenu do Hb wzmaga jej powinowactwo do wiązania dalszych cząsteczek tlenu do tej samej cząsteczki - Powinowactwo Hb do tlenu zależy od o Prężności CO2 o ph o Stężenia pewnych organicznych fosforanów (2,3-BPG) - Rodzaje Hb u dorosłych o 97% stanowi HbA1 (2 łańcuchy alfa i 2 łańcuchy β) o 2,5% stanowi HbA2 (2 łańcuchy alfa i 2 łańcuchy delta) o 0,5% stanowi HbF (2 łańcuchy alfa i 2 łańcuchy gamma) - metody oznaczania Hb o w spektrofotometrze o przez określenie pojemności tlenowej krwi o metoda Sahliego porównanie próbek rozcieńczonej krwi z serią wzorców stałych barw - główną funkcją Hb jest transport tlenu z płuc do tkanek i CO2 z tkanek do płuc. Hb jako bufor białkowy spełnia rolę w utrzymaniu ph osocza 5

6 Krzywa dysocjacji hemoglobiny i czynniki na nią wpływające Czynniki wpływające na krzywą: - prężność tlenu o stroma część krzywej dysocjacji, która ma charakter esowaty przypada na zakres PO2 poniżej 40 mmhg a więc na taki, jak stwierdza się w tkankach. Umożliwia to oddawanie tkankom tlenu. Gdy PO2 w płynie tkankowym spadnie do 20 mmhg, wysycenie Hb tlenem obniża się do 35%, a przy ciśnieniu 15 mmhg obniża się do 20% - ph o spadek phè krzywa w PRAWO o przemieszczenie krzywej dysocjacji Hb pod wpływem zmian ph znane jest ogólnie jako efekt Bohra o Spadek ph uwarunkowany głównie nagromadzeniem CO2, kwasu mlekowego i innych kwaśnych metabolitów, przesuwa krzywą dysocjacji Hb na prawo, czyli ułatwia dysocjację HbO2 i oddawanie tlenu tkankom (zmniejsza powinowactwo Hb do tlenu). o Spadek ph, niezależnie od przyczyny, ułatwia oddawanie tlenu tkankom oraz hamuje glikolizę w erytrocytach, powodując zmniejszenie stężenie 2,3-BPG o w płucach zachodzą zjawiska przeciwne podwyższone ph spowodowane wydalaniem CO2 przesuwa krzywą dysocjacji w lewo, co wzmaga wiązanie tlenu przez Hb - temperatura o wzrost temperaturyà krzywa w PRAWO o spadek temperaturyà krzywa w LEWO o ułatwia to utlenianie krwi w płucach, gdzie temperatura jest nieco niższa i oddawanie tlenu tkankom, np. mięśniom, gdzie temperatura jest nieco wyższa, zwłaszcza w czasie zwiększonej aktywności skurczowej mięśni - 2,3-BPG i inne fosforany organiczne o przesuwają krzywą dysocjacji na PRAWO o 2,3-BPG powstaje w krwinkach w przebiegu beztlenowej glikolizy o do czynników prowadzących do wzrostu zawartości 2,3-DPG w erytrocytach należą: wysiłek fizyczny (powyżej 60 min) pobyt na dużych wzniesieniach (po 6h) 6

7 niedokrwiskość choroby przebiegające z przewlekłą hipoksją o mechanizm jego działania polega na zmniejszaniu powinowactwa Hb do tlenu w wyniku łączenia sięich ze zredukowaną Hb. Ponadto 2,3-DPG łącząc się z podjednostką β Hb, uniemożliwia zmiany jej konformacji, jakie są niezgędne do łączenia się jej z O2 - pco2 o w wyniku nagromadzenia CO2 krzywa dysocjacji przesuwa się w PRAWO czyli przesunięcie krzywej dysocjacji w prawo (zmniejszenie powinowactwa Hb do tlenuà ułatwianie oddawanie tlenu tkankom) w wyniku: - wzrost temp - nagromadzenie CO2 - spadek ph - działanie nieorganicznych fosforanów (szczególnie 2,3-DPG) Karboksyhemoglobina - CO wiąże się z Hb w tym samym miejscu co O2 - Hb + COßà HbCO - Reakcja ta jest odwracalna i zależy od stężenia CO - Powinowactwo CO do Hb jest około 210 razy większe niż tlenu - Ilość CO przechodząca z gazu pęcherzykowego do krwi jest ograniczona dyfuzją tego gazu przez barierę pęcherzykowo-kapilarną, a nie przez przepływ krwi - HBCO TRACI MOŻLIWOŚĆ WIĄZANIA I PRZENOSZENIA O2, A PONADTO ZMNIEJSZA ODDAWANIE O2 PRZEZ POZOSTAŁĄ CZĘŚĆ HBO2 - Śmierć następuje zwykle przy PCO wynoszącym 0,7 mmhg - Leczenie zatrutych CO o Podawanie czystego tlenuà wypieranie CO z Hb 7

8 o Podawanie CO2à pobudzenie ośrodka oddechowego i wzmożenie wentylacji płuc Regulacja oddychania Układ kontrolny regulujący oddychanie składa się z kilku sprzężonych ze sobą komponentów: 1) kompleks oddechowy pnia mózgu, zwany także krótko ośrodkiem oddechowym, i. zapewnia sterowanie automatyczne oddychania, 2) ośrodki korowe, i. warunkują dowolną regulację oddychania 3) mechanoreceptory i chemoreceptory centralne i obwodowe 4) motoneurony oddechowe wraz z unerwianymi prze nie mięśniami oddechowymi Kompleks oddechowy pnia mózgu - Składa się z sieci neuronalnych w tworze siatkowatym pnia mózgu, które obejmują dwa rodzaje neuronów: o Neurony wdechowe (neurony I (inspiratory neurons)) o Neurony wydechowe (neurony E (expiratory neurons) Neurony te są pobudzane naprzemiennie, dzięki czemu kolejno następuje wdech i wydech Kompleks oddechowy pnia mózgu obejmuje trzy grupy neuronów oddechowych: 1) dogrzbietowo (DRG Dorsal Respiratory Group), czyli a. grupa grzbietowa w obrębie i na granicy jądra pasma samotnego (NTS - Nucleus Tracti Solitari), b. zawiera głównie neurony I c. jest źródłem rytmicznego napędu dla przeciwstronnych motoneuronów przeponowych znajdujących się w segmentach szyjnych rdzenia (C3-C6) d. Wśród neuronów wdechowych grupy grzbietowej (DRG) wyróżnia się trzy podgrupy: i. neurony typu Ialfa niepobudzane przez mechanoreceptory płucne ii. Neurony typu Ibeta pobudzane przez mechanoreceptory płucne iii. neurony typu P, które nie oddają aksonów do rdzenia, ale mają działanie pobudzające na neurony wyłączające wdech przez hamowanie aktywności wdechowej z wolno adaptujących receptorów płuc w odruchu Heringa-Breuera. Neurony wdechowe (Ialfa i Ibeta) grupy grzbietowej oddają kolaterale w kierunku mostu do ośrodka pneumotaksycznego (PN, PNC) i wykazują szczególnie silną aktywność pobudzającą ten ośrodek na granicy fazy wdechu i wydechu, prowadząc do zamiany wdechu na wydech i jednocześnie hamując tonicznie aktywny ośrodek apneustyczny (AP, APC) 2) dobrzusznie (VRG Ventral Respiratory Group-grupa brzuszna) a. w obrębie części przedniej jądra tylno-dwuznacznego nerwu błędnego (NA Nucleus Ambiguus Nervi Vagi), b. jej neurony oddają długie krzyżujące się aksony do motoneuronów przeponowych i międzyżebrowych zewnętrznych (Th1-Th12) za pośrednictwem interneuronów w rdzeniu kręgowym, 3) dogłowowo (grupa dogłowowa) a. ku tyłowi od jądra zatwarzowego (NRF - Nucleus retrofacialis), jako tzw. Kompleks Botzinegera (B), b. zawiera głównie neurony rozrusznikowe wyładowujące się rytmicznie i prawdopodobnie stanowiące zespół neuronów generujących rytm oddechowy. 8

9 Zasadnicze znaczenie w powstawaniu rytmu oddechowego ma grupa grzbietowa neuronów DRG (NTS) oraz brzuszno-boczna VRG (NA), skąd przekazywane są z kolei pobudzenia do motoneuronów oddechowych po przeciwnej stronie rdzenia albo bezpośrednio, albo poprzez interneurony rdzeniowe. Ośrodek pneumotaksyczny - to skupisko neuronów w obrębie jądra okołoramiennego przyśrodkowego (nucleus Parabrachialis Medialis NPBM) - pobudzenie neuronów tego ośrodka narasta w czasie wdechu, gdyż neurony wdechowe przekazują do niego pobudzenia przez swoje kolaterale - neurony ośrodka pneumotaksycznego ze swej strony, na zasadzie ujemnego sprzężenie zwrotnego, działają pobudzająco na sieć neuronów wyłączających wdech i neuronów wydechowych, ułatwiając tym samym przerwanie wdechu i rozpoczęcie wydechu Ośrodek apneustyczny - zlokalizowany w dolnej części mostu na granicy z opuszką - jego rola nie jest całkowicie wyjaśniona, ale przypuszcza się, że ma on wywierać toniczne działanie pobudzające na neurony wdechowe i jego pobudzenie wywołuje długo przeciągający się (nawet do paru minut) wdech, czyli tzw. oddychanie apneustyczne Ośrodkowe i obwodowe czynniki regulujące czynności ośrodka oddechowego: - wyższe ośrodki (kora mózgu, układ limbiczny, twór siatkowaty) - chemoreceptory - mechanoreceptory płucne (SAR i RAR) - mechanoreceptory I chemoreceptory w mięśniach - baroreceptory - termoreceptory w skórze - hormony - receptory bólowe 9

10 Wpływ wyższych ośrodków nerwowych oraz ośrodka pneumotaksycznego i apneustycznego Ośrodek oddechowy rdzenia przedłużonego znajduje się pod wpływem wyżej położonych struktur mózgowych kora, układ limbiczny), modyfikujących w pewnych sytuacjach (np. ból, strach) wzorzec oddechowy Na istnienie i rolę modyfikującą ośrodków mostowych w regulacji rytmu oddechowego wskazują wyniki doświadczeń z przecinaniem pnia mózgu na różnych poziomach, przy zachowanych lub przeciętych nerwach błędnych - całkowite przecięcie powyżej mostu, a więc powyżej ośrodka pneumotaksycznego na wysokości śródmózgowia nie ma wpływu na częstość i głębokość ruchów oddechowych pod warunkiem, że zachowane są nerwy błędne i dopływające nimi sygnały z mechanoreceptorów płucnych o gdy przecięte nerwy błędne to zwolnienie i pogłębienie ruchów oddechowych z powodu wyłączenia samosterującego oddychaniem odruchu inflacyjnego i deflacyjnego Heringa- Breuera - przecięcie mostu tuż poniżej ośrodka pneumotaksycznego, ale powyżej ośrodka apneustycznego, sprowadza oddychanie przy zachowanych nerwach błędnych do silnych i przedłużających się skurczów mięśni wdechowych. Oddychanie jest jednak nadal regularne, a przedłużające się wdechy przechodzą w krótkie wydechy, dzięki hamującemu działaniu na neurony wdechowe nerwów błędnych i odruchu Heringa-Breuera o po przecięciu nerwów błędnych, gdy znika efekt hamujący nerwów błędnych, oddychanie ma charakter długotrwałych spazmatycznych wdechów z tendencją do zatrzymywania oddychania na szczycie wdechu, czyli apneusis - przecięcie pnia mózgu poniżej ośrodka apneustycznego nie eliminuje jeszcze rytmu oddechowego, usuwa jednak oddychanie apneustyczne. Oddychanie przy zachowanych nerwach błędnych jest pogłębione i zwolnione, a po ich przecięciu akcja wdechowo-wydechowa jest utrzymana, ale bezładna (ataksja oddechowa) - przecięcie pnia mózgu poniżej opuszki zupełnie zatrzymuje ruchy oddechowe niezależnie od stanu nerwów błędnych 10

11 Należy podkreślić że poza regulacją automatyczną zależną od spontanicznej i rytmicznej aktywności kompleksu oddechowego pnia mózgu, istnieje regulacja dowolna, zależna od kory ruchowej mózgu, która przekazuje (poprzez drogi piramidowe) pobudzenia z kory wprost do motoneuronów mięśni oddechowych rdzenia kręgowego, bez udziału i pośrednictwa kompleksu oddechowego pnia mózgu. o W czasie dowolnego zatrzymania oddychania, a więc po włączeniu regulacji dowolnej (bezdech dowolny) nadal zachowana jest rytmiczna czynność ośrodka oddechowego z towarzyszącą niemiarowością zatokową rytmu sercowego. o Uszkodzenie funkcji kompleksu oddechowego zaburza automatyczną regulację oddychania, bez wpływu na dowolną kontrolę oddychania, czyli że można oddychać, ale trzeba cały czas o tym myśleć (zespół Ondyny)Jà czyli mamy problem np. w nocy Wpływ wyższych ośrodków na oddychanie nie ogranicza się tylko do kory mózgowej, ale dotyczy także innych struktur, zwłaszcza układu limbicznego, podwzgórza układu siatkowatego. o W związku z tym obserwuje się zmiany częstości i głębokości oddychania w różnych reakcja emocjonalno-popędowych, obronnych, seksualnych, termoregulacyjnych, oraz przy zmianach napięcia psychicznego. Rytmogeneza Kompleks oddechowy ma podstawowe znaczenie w automatycznej genezie rytmu oddechowego (rytmogenezie). Dzięki niemu po wdechu następuje wydech, a po wydechu wdech Jego sieć neuronów wdechowych (I) wykazuje na początku wdechu, przez około 50 ms, narastającą na zasadzie sprzężeń zwrotnych dodatnich aktywność, przekazując swoje pobudzenie do motoneuronów mięśni wdechowych (mięśni przepony, 11

12 międzyżebrowych zewnętrznych i ewentualnie dodatkowych) i do ośrodka pneumotaksycznego mostu, działając jednocześnie na zasadzie hamowania antagonistycznego na sieć neuronów wydechowych. Pod koniec wdechu stopniowo maleje pobudliwość wyładowań neuronów wdechowych na zasadzie zjawiska adaptacji (zmęczenia) i uwalnia się spod hamowania antagonistycznego sieć neuronów wydechowych (E), które z kolei przez okres następnych 50 ms wykazują narastające pobudzenie, hamując zwrotnie sieć neuronów wdechowych. W miarę trwania wyładowań w neuronach wydechowych zaznacza się coraz bardziej ich adaptacja, prowadząc do odhamowania sieci neuronów wdechowych, która z kolei rozpoczyna na nowo swoją aktywność. W ten sposób bierze górę aktywność neuronów wdechowych nad wydechowymi, a następnie neuronów wydechowych nad wdechowymi, tworząc rodzaj dwustabilnego oscylatora wdechowo-wydechowego w obrębie sieci neuronów wdechowych i wydechowych, wykazujących między sobą połączenia o typie sprzężenia zwrotnego ujemnego. Sieć neuronów wdechowych (I) i wydechowych (E) wykazuje naprzemienną aktywność dzięki impulsom płynącym do sieci I z ośrodka pneumotaksycznego (PN) mostu. Te impulsy pobudzają sieć pod koniec wdechu, kiedy to powoli ustaje jej aktywność, a rozpoczyna się wzmożona aktywność sieci E. Ta ostatnia trwa przez okres wydechu, aż do odhamowania sieć I ponownie zwiększy swoją aktywność. Powyższa geneza nie tłumaczy w pełni genezy rytmu oddechowego i niektórzy przyjmują, że rytmiczność wdechów i wydechów wiąże się z istnieniem w ośrodku oddechowym samopobudzających się rytmicznie neuronów rozrusznikowych, podobnych do komórek rozrusznikowych w węźle zatokowym serca. Istnienie takich neuronów rozrusznika oddechowego ulegających rytmicznym wyładowaniom zidentyfikowano w kompleksie Botzingera, w obszarze między jądrem dwuznacznym i bocznym jądrem siatkowatym opuszki rdzenia. Wg Traczyk: Neurony rozrusznikowe kompleksu Pre-Botzingera odgrywają istotną rolę w rytmogenezie oddychania w okresie przedurodzeniowym i bezpośrednio po urodzeniu. W miarę dojrzewania noworodka uaktywniają się powiązania synaptyczne pomiędzy innymi neuronami oddechowymi i generacje rytmu oddechowego przejmuje sieć wzajemnie powiązanych synaptycznie różnych typów neuronów oddechowych. Mement w którym generacja rytmogenezy przesuwa się z pojedynczych neuronów rozrusznikowych kompleksu Botzingera na sieć neuronalną jest okresem krytycznym dla noworodka, ponieważ stwarza ryzyko zatrzymania oddychania - przyczynę niespodziewanej śmierci zwanej zespołem nagłej śmierci noworodków (SIDS sudden death infant syndrome) CIE ośrodkowe pobudzenie wdechowe Neurony odpowiedzialne za ośrodkowe pobudzenie wdechowe oddają kolaterale i synapsy do neuronów o charakterze hamującym, które w miarę narastania wdechu są coraz bardziej pobudzane przez neurony wdechowe. Dodatkowo jeszcze ośrodek pneumotaksyczny zasilany pobudzeniami przez neurony tonicznego napędu wdechowego pobudza neurony wyłączające wdech (ułatwia przechodzenie wdechu w wydech) Po przekroczeniu pewnego poziomu jest zahamowanie wdechu i następuje wydech, ale neurony wyłączające wdech z chwilą ustania wdechu tracą zasilające je pobudzenie i stopniowo zmniejszają swoją hamującą aktywność. W rezultacie po pewnym czasie hamowanie ich słabnie na tyle, że toniczne, nieswoiste pobudzenia napływające do neuronów wdechowych z chemoreceptorów i z tworu siatkowatego pobudzającego (RAS) ujawni się ponownie i nastąpi kolejny wdech 12

13 Odruch Heringa Breuera - działa hamująco na wdech - rozpoczyna się w płucach w wyniku ich rozciągania i podrażnienia wolno adaptujących mechanoreceptorów płuc (Slow Adapting Receptors - SAR, zwanych także receptorami inflacyjnymi) i aferentnych nerwów błędnych - odruch ten hamuje i skraca wdech, torując wydech - główna rola fizjologiczna odruchu polega na ujemnym sprzężeniu zwrotnym kształtującym wzorzec oddechowy, tak aby ograniczać intensywność i czas trwania wdechu i zapobiec nadmiernemu rozciągnięciu płuc i klatki piersiowej. W ten sposób zapewniony jest optymalny rytm oddechowy dla dane wentylacji minutowej. Organizm optymalizuje wydatek energetyczny pracy oddechowej - Podczas wydechu w miarę zmniejszania objętości płuc pobudzenie SAR i w ślad za tym neuronów wydechowych stopniowo maleje, maleje też ich wpływ hamujący na neurony wdechowe i w ten sposób torowany jest kolejny wdech - to najważniejszy czynnik oddychania przez nerwy obwodowe - u ludzi dorosłych pobudliwość odruchu Heringa-Breuera jest mała i odruch nie ujawnia podczas oddychania spokojnego, spoczynkowego - po jego wyeliminowaniu oddechy stają się głębsze i dłuższe, wzrasta objętość oddechowa i rytm oddechowy staje się wolniejszy - główną rolą odruchu jest ujemne sprzężenie zwrotne, ograniczające czas trwania wdechu przez pobudzenie neuronów P w grupie neuronów grzbietowych DRG-NTS wyłączających wdech - odruch ten hamuje także neurony sercowe nerwu błędnego przyspieszając rytm serca oraz hamuje neurony przedwspółczulne obszaru RVLM, hamując tym samym toniczną aktywność współczulną adresowaną do wielu obszarów naczyniowych - w sumie podczas hiperwentylacji, która stanowi odpowiedź organizmu na zapotrzebowanie tlenowe, odruch Heringa-Breuera: o sprzyja zmniejszaniu oporów oddechowych podczas wdechu redukując w ten sposób pracę oddechową o dostosowuje częstość oddychania do głębokości wdechów, dzięki czemu optymalizuje koszt energetyczny pracy oddechowej o przyspiesza częstość skurczów serca i zwiększa objętość minutową serca o rozszerza niektóre naczynia krwionośne i wspomaga dostawę krwi i tlenu do pracujących narządów - odruch ten wpływa w taki sposób na oba sprzężone ze sobą czynnościowo układy - oddechowy i krążeniowy aby optymalizować koszt energetyczny dostawy tlenu do komórek organizmu - poza odruchem Heringa-Breuera typu inflacyjnego istnieje także deflacyjny odruch Heringa-Breuera (pobudzająco-wdechowy) inicjowany przez spadek aktywności tych samych receptorów SAR, związanych z odruchem inflacyjnym lub przez pobudzenie innych receptorów (deflacyjnych) na skutek zapadania się płuc. Informacje z tych receptorów docierają poprzez nerwy błędne do ośrodków oddechowych pnia mózgu, prowadząc do zamiany wydechu we wdech. Chemoreceptory płucne Pobudzenia z receptorów płucnych są przekazywane włóknami aferentnymi nerwów błędnych w czasie cyklu wdechowo-wydechowego do pnia mózgu, modyfikując ruchy oddechowe. Dzieli się je na 4 rodzaje: 1) wolno adaptujące mechanoreceptory (SAR Slow Adapting Receptors) 13

14 znajdują się w tchawicy i oskrzelach wrażliwe na rozciąganie płuc (oskrzeli) w czasie wdechu (to receptory inflacyjne-rozciągowe) przekazują impulsacje do pnia mózgowego grubymi, zmielinizowanymi włóknami czuciowymi nerwów błędnych typu A wolno się adaptująà utrzymują wysoką częstość wyładowań mimo dłuższego rozciągania płuc wynikiem pobudzenia tych receptorów podczas wdechu jest odruchowe zahamowanie, tzn. skrócenie i spłycenie wdechu oraz przyspieszenie rytmu oddechowego. Odruch z udziałem tych mechanoreceptorów, zwany odruchem Heringa-Breuera lub inflacyjnym, jest najważniejszym czynnikiem regulacji oddychania przez nerwy obwodowe 2) Receptory szybko adaptujące się płuc (RAR Rapid Adapting Receptors) Zwane także podnabłonkowymi Wrażliwe na bodźce chemiczne w drogach oddechowych, czyli receptory typu I (irritant receptors) Reagują na: zadrażnienia cząstkami zanieczyszczającymi powietrze, pyłami i chemikaliami szybkie zapadanie się tkanki płucnej (np. w wyniku odmy, stąd też inna nazwa receptory deflacyjne) deformacje płuc pobudzenie tych receptorów powoduje: odruch pobudzający aktywność oddechową z pogłębieniem i przyspieszeniem ruchów oddechowychà hiperwentylacje odruch kaszlu i skurcz oskrzeli u dorosłych rola fizjologiczna tych receptorów polega także na odruchowym przeciwdziałaniu spadkowi podatności płuc i gorszemu upowietrznieniu pęcherzyków płucnych w wyniku ich pobudzenia (przez zapadające się pęcherzyki płucne) głębokie ziewnięcie lub westchnięcie przywracające powietrzność i podatność płuc ulegają one pobudzeniu przez histaminy i inne autokoidy uwalniane np. w astmieà rola w skurczu oskrzeli 3) receptory okołokapilarne (J juxtacapillary Receptors) to wolne zakończenia zlokalizowane w przegrodach pomiędzy kapilarami pęcherzykowymi a pneumocytami ulegają pobudzeniu przez odkształcenie śródmiąższowe wywołane przez: nagromadzenie płynu w przestrzeni okołokapilarnej płuc i obrzęk płuc mikrozatory płuc niektóre substancje drażniące jak chlorowodór, chalotan, serotonina efekt odruchów z receptorów J: krótkotrwały bezdech następnie płytkie i częste ruchy oddechowe (tachypnoe) towarzyszy temu odruchowe zwężenie oskrzeli i skurcz mięśni zamykających głośnię oraz pobudzenie nerwów błędnych, zwolnienie akcji serca, zmniejszenie napięcia naczynioruchowych nerwów adrenergicznych i rozszerzenie naczyń krwionośnych odruchy z receptorów J mają charakter obronny gdyż ostatecznie zmniejszają napływ czynników szkodliwych do płuc mogą być również odpowiedzialne za uczucie duszności 4) receptory oskrzelowe włókien aferentnych typu C obecne w całym drzewie oskrzelowym wrażliwe na autokoidy płucne (histamina, leukotrieny, tachykininy, kapsaicyna) reakcjom odruchowym, w których pośredniczą włókna C towarzyszy: apnoe potem tachypnoe bradykardia i spadek ciśnienia krwi 14

15 informacje przekazywane włóknami C są subiektywnie odczuwane, jak uczucie bólu, ucisku i palenia, które towarzyszą działaniu substancji drażniących na płuca Chemoreceptory obwodowe Niezależnie od ośrodkowej strefy chemowrażliwej w pobliżu samego ośrodka oddechowego, istnieją specjalne receptory poza ośrodkowym układem nerwowym, które reagują na działanie zmian ciśnienia parcjalnego O2 i CO2 i wzrost stężenia H+ we krwi tętniczej. To chemoreceptory obwodowe. Ich pobudzenie, występujące typowo przy obniżonym ciśnieniu parcjalnym tlenu (hipoksemia), niskim ph (kwasica) i podwyższonym PCO2 (hiperkapnia) we krwi tętniczej, przekazywane jest do ośrodka oddechowego włóknami czuciowymi nerwu IX i X. - Chemoreceptory zgrupowane są w obrębie kłębków umiejscowionych symetrycznie w pobliży rozwidlenia tętnicy szyjnej wspólnej (kłębki szyjne) i w łuku aorty w liczbie 3-4 (kłębki aortalne). Podobne kłębki stwierdzono w rozgałęzieniach tętnicy płucnej (kłębki płucne) - Zbudowane są z komórek typu I i typu II o Na powierzchni komórek typu I znajdują się swobodne zakończenia czuciowe (właściwe chemoreceptory), które dają początek włóknom aferentnym, odpowiednio: nerwu zatokowemu, stanowiącego gałązkę nerwu językowo-gardłowego i nerwu aortalnemu, należącemu do nerwów błędnych o Pod wpływem hipoksji, spadku przepływu krwi przez chemoreceptory, hiperkapni i spadku ph, zwiększa się częstość wyładowań w pojedynczych włóknach aferentnych, zaopatrujących komórki kłebkowe Pobudzenie też pod wpływem podrażnienia zwężających naczynia kłębkowe włókien współczulnych zaopatrujących kłębki - Ziarnistości w komórkach typu I to wynik gromadzenia się w nich amin katecholowych (DA, NA), serotoniny, substancji P, VIP, enkefalin - Uwalnianie katecholamin, głównie dopaminy z komórek typu I zachodzi w wyniku ich pobudzenia przez hipoksję i w mniejszym stopniu hiperkapnie przepływającej przez kłębki krwi. o Komórki typu I posiadają wrażliwe na tlen kanały potasowe i przewodność tych kanałów maleje proporcjonalnie do stopnia hipoksji. o Spadek wpływu K+ z komórek I prowadzi do otwierania kanałów Ca2+ typu L, a wnikające do tych komórek jony Ca2+ wywołują w nich zmiany potencjału i uwalnianie neurotransmittera pobudzającego zakończenia włókien aferentnych nerwów X i IX - Kłębki szyjne mają najwyższe w organizmie zużycie tlenu o Kom kłębkowe i chemoreceptory czerpią go z postaci rozpuszczonej fizycznieà czyli że nie reagują na spadek O2 w wyniku działania CO - Działanie Pco2 na chemoreceptory obwodowe (odpowiadają tylko za 30% reakcji) jest spotęgowane przez jego wpływ na strefę chemowrażliwą pnia mózgu (odpowiada za 70%) Chemoreceptory centralne (strefa chemowrażliwa pnia mózgu) Wzrost PCO2 i spadek ph stanowią bodziec głównie dla ośrodka oddechowego, działając poprzez strefę chemowrażliwą opuszki rdzenia. Zmniejszenie PO2 zadrażnia natomiast naczyniowe chemoreceptory obwodowe, z których impulsy wpływają z kolei pobudzająco na ośrodek oddechowy. - Strefa chemowrażliwa (CSA Chemosensitive area) znajduje się bezpośrednio pod brzuszną powierzchnią rdzenia przedłużonego (bardziej dogłowowo strefa R, bardziej doogonowo strefa C 15

16 (caudalj)), a także w jądrze pasma samotnego, jądrach serotoninergicznych szwu, jądrze miejsca sinawego - Składa się z neuronów przekazujących pobudzenia z chemowrażliwych receptorów do kompleksu oddechowego pnia mózgu - Jest ona wrażliwa na CO2 i jony wodorowe (które pochodzą z kwasu węglowego po rozpuszczeniu CO2) - CSA rejestruje nie tle zmiany PCO2 ile raczej zmiany stężenia H+ w płynie mózgowo-rdzeniowym (CSF) i płynie tkankowym mózgu (H+ nie przechodzi przez BBB, ale przechodzi CO2à uwodnienieà H2CO3à dysocjacjaà H+) - Tak więc informacje o PCO2 we krwi, przekazywane są do ośrodka oddechowego poprzez zmiany ph płynu stykającego się bezpośrednio ze CSA - Zdolności buforujące CSF są niewielkie, dlatego już niewielki wzrost PCO2 podnosi także stężenie H+ i działa pobudzająco na strefę chemowrażliwą - CSA przypisuje się 70% napędu oddechowego wywołanego działaniem CO2 - Ośrodek oddechowy jest niezwykle wrażliwy na zmiany prężności CO2 we krwi tętniczej. o Wzrost tej prężności ponad wartość prawidłową (40 mmhg) zwiększa proporcjonalnie wentylacje płuc w funkcji prostoliniowej w zakresie mmhg. o Powyżej 65 mmhg przyrost wentylacji ulega spłaszczeniu z powodu nieswoistego działania CO2 obniżającego pobudliwość ośrodka oddechowego Spadek prężności tlenu we krwi tętniczej lub wzrost stężenia jonów H+ wzmagają odpowiedź wentylacyjną dla CO2, natomiast osłabienie lub zniesienie aktywności układu siatkowatego (sen, narkoza, morfina) obniżają tę odpowiedź wentylacyjną na wzrost prężności CO2 - Miejscowe działanie nikotyny lub acetylocholiny na okolicę chemowrażliwą prowadzi do jej pobudzenia i hiperwentylacji, natomiast jej oziębienie czy znieczulenie prokainą wywołuje bezdech. - Wzrost PCO2 w krwi tętniczej stanowi bardzo silny bodziec zwiększający wentylacje płuc, która utrzymuje się tak długo, dopóki PCO2 w płynach ustrojowych nie wróci do normy. o Wentylacja pęcherzykowa przy wzroście PCO2 we krwi tętniczej może maksymalnie wzrosnąć 10- krotnie, gdy Pco2 podniesie się z wartości 40 do 65 mmhg - Spadek Po2 w krwi tętniczej nie pobudza bezpośrednio CSA, a na same neurony ośrodka oddechowego, podobnie jak na wszystkie inne neurony, działa depresyjnie. Krążenie płucne Cechy: - Jest układem: o niskooporowym o niskociśnieniowym o posiada dużą pojemność rezerwuarową krwi ( ml) zbiornik krążenia płucnego gromadzi krew w ilości ml, stanowiąc rezerwę, z której w krótkim czasie może zostać przekazana objętość nawet ok. 500ml do lewego przedsionka - stanowi filtr dla przepływającej krwi, zatrzymując np. skrzepliny, komórki tłuszczu (np. po złamaniu kości), komórki nowotworowe, pasożyty, obce ciała wstrzyknięte do układu żylnego - stanowi miejsce metabolizmu różnych substancji krążących we krwi jak np. prostaglandyn, amin biogennych angiotensyny - płucne łożysko naczyniowe różni się od łożyska krążenia dużego skąpą ilością zawartych w ścianie włókien mięśniowych i włókien kolagenowych. W związku z tym tętnice i żyły krążenia płucnego są 16

17 bardzo podatne na rozciąganie i wykazują w porównaniu z analogicznymi naczyniami krążenia systemowego, małą aktywność naczynioruchową. o Małe tętniczki (arteriole) są niemal pozbawione warstwy mięśniowej, a zatem i zdolności do aktywnego kurczenia się, o W krążeniu płucnym brakuje typowych dla krążenia systemowego arterioli o funkcji naczyń oporowych - Całkowita powierzchnia kapilarów pęcherzykowych stykających się z gazem pęcherzykowym wynosi m2 Profil ciśnień w krążeniu płucnym - średnie ciśnienie w pniu płucnym wynosi zaledwie 15 mmhg, ciśnienie skurczowe około 25mmHg, a rozkurczowe 10 mmhg. - Średnie ciśnienie w tętnicy płucnej (15 mmhg) jest około 6 razy mniejsze niż w tętnicy głównej (100 mmhg). Ciśnienie w prawym przedsionku wynosi 5 mmhg, a w lewym 6 mmhg - Ciśnienie napędowe w krążeniu płucnym jako całości (różnica między średnim ciśnieniem w tętnicy płucnej i lewym przedsionku) wynosi około 10 mmhg (15 6 = 9 mmhg), podczas gdy takie ciśnienie w krążeniu dużym jest około 10-krotnie większe (100-5=95) - Przez krążenie płucne przepływa w jednostce czasu tyle krwi, ile wyrzuca prawa komora, tj. około 5-6 L/min, ale ilość krwi, jaka chwilowo znajduje się w łożysku naczyń płucnych, wynosi około 12%, czyli przeciętnie około 600ml. Z tego na funkcjonalną część krążenia płucnego, tj. łożysko naczyń włosowatych płuc, przypada 10-15% czyli zaledwie ml krwi. Krew ta przepływa przez cienkościenne kapilary pęcherzykowe o łącznym przekroju około 50m2, tworzące powierzchnię około m2 - Średnie ciśnienie onkotyczne białek osocza w kapilarach płuc jest stałe i wynosi przeciętnie 25mmHg, a ciśnienie onkotyczne osocza w płynie zewnątrzkapilarnym ma wartość około 15 mmhg, więc, zgodnie z hipotezą Starlinga, działa tu skierowany do wnętrza kapilarów gradient ciśnień onkotycznych wynoszący około 10 mmhg. Przeciwdziała mu ciśnienie hydrostatyczne w kapilarach wynoszące średnio 10 mmhg, pomniejszone o ujemne ciśnienie hydrostatyczne śródmiąższowe (zewnątrz kapilarów)m wynoszące około 5mmHg. Gradient ciśnień hydrostatycznych (15 mmhg) będzie więc przewyższał o około 5 mmhg nad gradientem ciśnień onkotycznych, warunkując filtracje kapilarną o suchość zapewnia po części przyleganie do siebie komórek śródbłonka kapilarów płucnych, chociaż pomiędzy komórkami nabłonka pęcherzyków są pory, ale głównie ujemne ciśnienie (-8 mmhg) w tkance śródmiąższowej, zatrzymujące przefiltrowaną tu wodę i kierują ją do naczyń limfatycznych płuc. 17

18 o Ponadto przechodzeniu wody do pęcherzyków płucnych zapobiega działanie surfaktantu, eliminujące zasysanie (przez siły napięcia powierzchniowego pęcherzyków) płynu z tkanki śródmiąższowej płuc do tych pęcherzyków. Opór w płucnym układzie naczyniowym - jest miarą tarcia między krwią a ścianą naczyniową, jest wprost proporcjonalny do ciśnienia napędowego, a odwrotnie proporcjonalny do wielkości przepływu (F to wielkość przepływu w jednostce czasu L/min): o R = ΔP/F o Czyli R = 9/5 o Płucny opór naczyniowy stanowi ok. 1/10 tego, co w krążeniu dużym - Płucny opór naczyniowy (PVR Pulmonary Vascular Resistance) ocenia się na około 100 dyn x s x cm -5 - Opór naczyniowy jest w krążeniu dużym, jest około10-krotnie większy od płucnego, głównie na skutek działania grubszej warstwy mięśniowej tętniczek, której niemal brak w tętniczkach płucnych. - W krążeniu płucnym: o Spadek ciśnienia w tętniczkach z 15 do 12 mmhg o Dystrybucja oporów: Na łożysko kapilarne przypada 60% PVR Tętnice płucne 20% PVR Żyły płucne 20% PVR - Natomiast w krążeniu systemowym: (47%-małe tętniczki i arteriole, tętnice-19%, naczynia włosowate-27%, żyły-7%) - Opór naczyniowy w krążeniu płucnym jest nie tylko mały, ale wyraźnie zmienia się przy zmianach ciśnienia i ilości krwi w naczyniach oraz przy zmianach objętości płuc. Krytyczne ciśnienie otwarcie w arteriolach płucnych jest niskie i zróżnicowane. Jedne tętniczki otwierają się przy stosunkowo niskim, a inne przy nieco wyższym ciśnieniu perfuzyjnym Opory w kapilarach pęcherzykowych w przeciwieństwie do oporów w tętnicach pozapęcherzykowych (bo tam rozciągnięcie i poszerzenie naczyńà zmniejszenie oporu) zwiększają się w miarę wzrostu objętości płuc (bo uciśnięcie kapilar i utrudnienie przepływu) osiągając szczyt przy maksymalnym wdechu. o Natomiast opór całkowity w krążeniu płucnym, który jest sumą oporów w krążeniu kapilarnym pęcherzyków, jak i w krążeniu pozapęcherzykowym, maleje w miarę wzrostu objętości płuc do FRC, ale potem przy dalszym wzroście objętości płuc (do TLC) zwiększa się, nie osiągając jednak wartości obserwowanej po wydechu (RV) o Tak więc przy niewielkim wdechu opory naczyniowe w krążeniu płucnym maleją, ale przy głębokim wdechu ulegają podwyższeniu Wartość oporu przepływowego w krążeniu płucnym spada w miarę wzrostu objętości krwi przepływającej przez to krążenie (rozszerzanie czynnych kapilar i otwieranie nowych), podobnie w wyniku podwyższenia ciśnienia zarówno w tętnicach, jak i w żyłach płucnych Przepływ krwi przez płuca nie jest równomierny we wszystkich jego częściach. 18

19 - przepływ krwi u człowieka w pozycji pionowej zmniejsza się w kierunku od podstawy do szczytów płuc, gdzie osiąga najniższe wartości - w pozycji leżącej rozdział krwi miedzy częścią szczytową i podstawną jest bardziej równomierny, ale zwiększa się w tylnej części płuc w stosunku do przedniej. - Uwzględniając działanie sił ciężkości, można rozważyć wzajemny stosunek ciśnienia wewnątrzpęcherzykowego, przepływu i oporu naczyniowego w czterech kolejnych strefach płuc, w pozycji stojącej STREFA SZCZYTOWA PŁUC STREFA 1 Ciśnienie w naczyniach pęcherzykowych może być równe lub niższe niż wewnątrzpęcherzykowe, a zatem może ono być niewystarczające do otwarcia kapilarów pęcherzykowychà czyli przepływ krwi nie powinien się odbywać i pęcherzyki nie powinny brać udziału w wymianie gazowej Normalnie strefa ta nie występuje Ale gdy ciśnienie spada nadmiernie (np. po krwotoku) sytuacja ta może zaistnieć STREFA PODSZCZYTOWA STREFA 2 Ciśnienie w kapilarach pęcherzykowych przewyższa ciśnienie wewnątrzpęcherzykowe, które z kolei jest wyższe od ciśnień w żyłach płucnych. Przepływ krwi w tych naczyniach pęcherzykowych zależy od różnicy ciśnień tętniczo-pęcherzykowych, przy czym po przepłynięciu krwi do żył płucnych, bardzo podatnych na rozciąganie następuje nagły wzrost przepływu, tzw. efekt wodospadu. STREFA ŚRODKOWA STREFA 3 Czynnikiem warunkującym przepływ krwi w tej strefie jest różnica pomiędzy ciśnieniem w tętniczkach płucnych a ciśnieniem w żyłkach płucnych STREFA DOLNA STREFA 4 Ciśnienie w kapilarach pęcherzykowych jest wyższe nie tylko od (1)ciśnienia wewnątrzpęcherzykowego, ale także (2)śródmiąższowego w przegrodach pęcherzykowych i (3) żylnego. Przepływ krwi zależy wyłącznie od różnicy ciśnień tętniczo-żylnych, czyli od ciśnienia napędowego, tak jak się to dzieje w krążeniu dużym W miarę wzrostu ciśnienia napędowego naczynia pęcherzykowe ulegają rozciągnięciu i ich liczba powiększa się, przez co ich opór odpowiednio się zmniejsza 19

20 Regulacja krążenia płucnego - czynna regulacja w krążeniu płucnym ma o wiele mniejsze znaczenie niż w krążeniu dużym - naczynia płucne posiadają unerwienie współczulne pochodzące od zwoju gwiaździstego, wykazujące niewielką aktywność toniczną uwalniana z zakończeń NA działa głównie przez alfa-receptory adrenergiczne - w mniejszym stopniu naczynia płuc wykazują unerwienie przywspółczulne, związane z nerwami błędnymi - wpływ odruchów naczynioruchowych pochodzących z baroreceptorów i chemoreceptorów naczyniowych na krążenie płucne jest stosunkowo niewielki. Efekty naczynioruchowe w małym krążeniu są podobne, ale znacznie słabsze od tych w dużym krążeniu - Największe znaczenie w regulacji łożyska naczyniowego płuc ma lokalne (nienerwowe i niehormonalne) działanie tlenu i CO2 bezpośrednio na tętniczki płucne Spadek prężności tlenu lub wzrost prężności CO2à skurcz naczyń płucnych - Mięśniówka naczyń płucnych podlega również działaniu czynników hormonalnych uwalnianych endogennie także z uszkodzonej tkanki płucnej Obkurczająco na naczynia działają o Adrenalina o Noradrenalina o Serotonina o Endotelina o Angiotensyna o PGF2α o Tromboksan A2 o Leukotrieny C4 i D4 Rozkurczająco na naczynia płucne działają o Prostacyklina (PGI2) o Izoproterenol o Acetylocholina o NO o VIP o CGRP Metaboliczna funkcja płuc - produkują w obrębie pneumocytów II surfaktant, czyli ważny czynnik powierzchniowo aktywny, redukujący napięcie powierzchniowe pęcherzyków płucnych - uwalniają do krwioobiegu prostaglandyny, leukotrieny, histaminę, czynnik aktywujący płytki (PAF), serotoninę, endoteliny, tlenek azotu (NO), szczególnie w warunkach rozciągania płuc lub zatkania ich naczyń skrzeplinami 20

21 - aktywują dzięki obecność na powierzchni ich śródbłonka naczyniowego enzymu konwertującego nieczynny dekapeptyd, angiotensynogen I na angiotensynę II, oktapeptyd o działaniu naczynioskurczowym i pobudzającym uwalnianie aldosteronu - wiele substancji dopływających do płuc ulega wychwytowi i inaktywacji metabolicznej, jak prostaglandyny serii E i F, leukotreny, tromboksan A2, serotonina i acetylocholina, częściowej inaktywacji podlega noradrenalina (w 30%), bradykinina (w 80%), i angiotensyna I (w 80% - ulegając zamianie do czynnej postaci angiotensyny II) Stosunek przepływu krwi w płucach do wentylacji pęcherzykowej płuc Nierównomierność wentylacji pęcherzyków płucnych: - najlepiej wentylowane są najniżej położone części płuc, najmniejsza wentylacja przypada okolice szczytowe płuc - wentylacja przyszczytowych partii płuc jest około 35-40% mniejsza niż wentylacja przypodstawnych partii w przeliczeniu na 100g tkanki płucnej w pozycji leżącej zanika różnica wentylacji pomiędzy szczytem a podstawą płuc na plecachà najlepiej wentylowane tylne części płuc na lewym bokuà najlepiej wentylowane lewe płuco na prawym bokuà prawe płuco - wzrost wentylacji na jednostkę objętości płuc, na odcinku od okolic szczytowych do ich podstawy, wynika z faktu większej podatności przypodstawnych partii płuc na rozciąganie. te przypodstawne części płuc są mniej rozciągnięte w czasie spokojnego wydechu, gdyż ciśnienie wewnątrzopłucnowe jest tam mniej ujemne, a zatem i ciśnienie transtorakalne jest tam mniejsze niż w częściach przyszczytowych podczas wdechu te przypodstawne partie płuc łatwiej ulegają rozciągnięciu ponadto opory dróg oddechowych doprowadzających do nich powietrze są odpowiednio mniejsze pęcherzyki tych dolnych partii płuc, wprawdzie dłużej wypełniają się podczas wdechu, ale ich wypełnienie jest większe w porównaniu z pęcherzykami w partiach przyszczytowych nierównomiernej wentylacji sprzyjają też otwory Kohna i Lamberta pomiędzy sąsiednimi pęcherzykami i pomiędzy oskrzelikami i pęcherzykami Nierównomierność przepływu krwi w płucach - Patrz też: Przepływ krwi przez płuca 21

22 - Mechanizmy odpowiedzialne za nierównomierny przepływ krwi: Wpływ siły ciężkości słupa krwi, warunkujący wyższe ciśnienie w naczyniach przypodstawnych partii płuc niż w przyszczytowych Różnice regionalne w ciśnieniu wewnątrzopłucnowym (tj. niższe ciśnienie w górnych niż w dolnych częściach płuc) Zmiany regionalne w ciśnieniu wewnątrzpęcherzykowym Zmiany patologiczne, jak skurcz, zatkanie, zablokowanie lub ucisk różnych obszarów krążenia płucnego o Nierównomierność przepływu krwi jest stosunkowo większa niż nierównomierność wentylacji płuc już w warunkach fizjologicznych u ludzi zdrowych o Przepływ krwi przez przyszczytowe partie płuc wynosi zaledwie 10% tego co w partiach przypodstawnych Stosunek wentylacja przepływ - w spoczynku wentylacja pęcherzykowa (V) wynosi około 4,2 L/min - a pojemność minutowa prawej komory i przepływ krwi przez płuca, czyli Q wynosi około 5 L/min - czyli współczynnik V/Q = 4,2/5 = 0,85 o jest to wartość uśredniona dla całych płuc i chociaż w niektórych ich obszarach stosunek wentylacji pęcherzykowej do przepływu krwi znacznie różni się od siebie, to jednak wartość średnia utrzymuje się na niezmienionym poziomie, niezależnie od stopnia aktywności fizycznej człowieka à dzięki temu krew żylna dopływająca do płuc może oddać do gazu pęcherzykowego tyle CO2 i pobrać z niego tyle O2, aby prężność tych gazów we krwi tętniczej utrzymywała się na stałym, prawidłowym poziomie, tj. około 96 mmhg dla PO2 i około 40 mmhg dla PCO2 22

23 choć V/Q w górnych partiach płuc to około 3,3 a w dolnych ok. 0,55 (bo przepływ Q spada (od podstawy do szczytu) znacznie gwałtowniej (spadek o 90%) niż wentylacja V(spadek o 40%), ale ze względu na dużą masę podstawy to ona ma decydujące znaczenie dla średniej wartości V/Q) o optymalne wykorzystanie wentylacji płuc do pełnej wymiany gazowej z przepływającą krwią wymaga ścisłego dostosowania wentylacji pęcherzykowej do przepływu krwi przez płuca o gdy bardzo wysoki stosunek V/Qà pęcherzyki dobrze wentylowane ale nieukrwioneà wymiana gazowa się nie odbywaàprzestrzeń martwa fizjologicznie o w większej części płuc stosunek V/Q jest zbliżony do optymalnego i wymiana gazowa zachodzi tu najłatwiej o przy bardzo niskim stosunku V/Qàfizjologiczny przeciek żylny o wartość ta jest regulowana homeostatycznie przez mechanizmy nerohormonalne działające w płucach. Podczas każdego wdechu, gdy zwiększa się dopływ powietrza do płuc na drodze mechanicznej i nerwowo-odruchowej zwiększa się również dopływ krwi do płuc, z w konsekwencji również przepływ krwi przez łożysko naczyń płucnych o Mechanizmy utrzymujące prawidłowy V/Q: Wpływ miejscowej hipoksji, niskiego ph i hiperkapni na naczynia płucne i oskrzela W obszarach płuc o niskim stosunku V/Q (wentylacja/przepływ) miejscowa hipoksja działa obkurczająco na naczynia płucne i w ten sposób zostaje zmniejszony lokalny przepływ krwi, zbliżając V/Q do wartości optymalnej Pobudza to gromadzący się w tych obszarach CO2à spadek phà działanie zwężająceà przesunięcie krwi do lepiej wentylowanego pęcherzyka W obszarach o nadmiernej wentylacji pęcherzykowej w stosunku do przepływu zwiększa się uwalnianie substancji naczyniorozkurczających, np. prostacykliny (PGI2) i tlenku azotu (NO), poza tym spadek prężności CO2 w pęcherzykach doprowadza do skurczu oskrzelików o Stany patologiczne: Wzrost V/Q Rozedma płuc Zatory i zakrzepy tętnicy płucnej 23

24 Spadek V/Q Choroby obturacyjne (zwężenie i zaczopowanie śluzem oskrzeli) Niedoodma płuc Zwłóknienia i zgrubienia błony pęcherzykowo-włośniczkowej Astma oskrzelowa Przestrzeń martwa anatomiczna - to objętość przewodzących powietrze dróg oddechowych - jej wartość prawidłowa wynosi 150 ml - zależy od ciężaru i postawy ciała - wynosi ona liczbowo: 2 x masa człowieka - przechodzące przez nią powietrze ulega nagrzaniu, nawilgoceniu i oczyszczeniu z cząstek osadzających się w śluzie pokrywającym drogi oddechowe - zmniejszenie przestrzeni martwej anatomicznej podczas natężonego wydechu w pozycji leżącej po tracheostomii i założeniu rurki dotchawiczej u chorych z patologicznym zwężeniem dróg oddechowych (nowotwór) w astmie oskrzelowej po usunięciu znacznej części płuca - wzrost przestrzeni martwej anatomicznej głęboki wdech (bo rozciągnięcie drzewa oskrzelowego) - znaczenie przestrzeni martwej dla wymiany gazowej w płucach uwidacznia się w stanach albo (1)nadmiernego powiększenia tej przestrzeni, albo (2) zbytniego zmniejszania objętości oddechowej. W obu przypadkach zmniejsza się dopływ świeżego powietrza do samych pęcherzyków, co prowadzi do upośledzenia wentylacji pęcherzykowej i wymiany gazowej w płucach. W krańcowych przypadkach, gdy objętość oddechowa zrówna się przestrzenią martwą, w zasadzie ustaje wentylacja pęcherzyków np. przy przyspieszeniu oddechów do np. 40/min i jednoczesnym ich spłyceniu do 150 ml to chociaż nadal objętość minutowa wdychanego powietrza jest prawidłowa, to jednak wentylacja staje się nieskuteczna, bo całe powietrze wdychane przepływa tylko przez przestrzeń martwą i nie dociera do pęcherzyków płucnych - metody pomiaru objętości przestrzeni martwej: o metoda Fowlera badanemu podaje się czysty tlen na jeden tylko wdech, po czym dokładnie oznacza się N2 w powietrzu wydechowym (za pomocą analizatora). W początkowej części zapisu stężenie N2 w powietrzu wydychanym jest zerowe, ale w miarę wydechu szybko narasta, gdy wydalany jest na zewnątrz gaz pęcherzykowy. W końcu ustala się stały poziom stężenia azotu, odpowiadający składowi gazu pęcherzykowego. Tę fazę określa się jako plateau pęcherzykowe, przestrzeń martwą można oznaczyć, kreśląc pionową linię w ten sposób, aby pole A równało się polu B. 24

25 Przestrzeń martwą stanowi objętość wydechowa, aż do przecięcia się z linią pionową Metoda to pozwala na pomiar objętości dróg oddechowych do granicy pomiędzy przestrzenią martwą a gazem pęcherzykowym. Przestrzeń martwa fizjologiczna - stanowi ona tę część powietrza wdychanego, która nie bierze udziału w wymianie gazowej z krwią w płucach - prawidłowo przestrzeń martwa fizjologiczna jest prawie identyczna z przestrzenią martwą anatomiczną. Przestrzeń martwa fizjologiczna może być jednak większa od anatomicznej o dodatkową przestrzeń martwą, obejmująca pęcherzyki płucne, w których odbywa się wentylacja, ale które z braku przepływu krwi w kapilarach tych pęcherzyków nie biorą udziału w wymianie gazowej z krwią - FIZJOLOGICZNA PRZESTRZEŃ MARTWA = ANATOMICZNA PRZESTRZEŃ MARTWA + PĘCHERZYKOWA PRZESTRZEŃ MARTWA - w warunkach prawidłowych pęcherzykowa przestrzeń martwa jest znikoma i nie odgrywa większej roli. Jeśli jednak fizjologiczna przestrzeń martwa przewyższa anatomiczną przestrzeń martwą, to przyczyna jest zawsze patologiczna (zanik sieci naczyniowej niektórych pęcherzyków, zmniejszenie liczby przewietrzanych pęcherzyków itp.) - Fizjologiczną przestrzeń martwą można oznaczyć metodą Bohra Metoda ta zakłada że cały wydychany CO2 pochodzi z gazu pęcherzykowego Zgodnie z koncepcją Bohra ilość wydalanego CO2 z płuc, jest sumą CO2 z pęcherzyków i przestrzeni martwej VEFECO2 = VAFACO2 + VDFICO2 VE objętość powietrza wydechowego całkowitego VA objętość powietrza pęcherzykowego VD objętość przestrzeni martwej FECO2 frakcyjne stężenie CO2, czyli % CO2/100ml powietrza wydechowego W wydychanym początkowo powietrzu pochodzącym z przestrzeni martwej stężenie CO2 jest bardzo niskie, tzn. prawie takim jak w otaczającej atmosferze i dlatego wyrażenie przedstawiające ilość CO2 w drogach oddechowych (VDFICO2) można pominąć. VEFECO2 = VAFACO2 A ponieważ VE = VA + VDà VA = VE - VD i podstawiając to do VEFECO2 = VAFACO2 otrzymujemy VEFECO2 = VEFACO2 VDFACO2à VD = (VEFACO2 - VEFECO2)/FACO VD = VE(FACO2 FECO2)/FACO2 Stężenie frakcyjne CO2 można zamienić na parcjalne, czyli Fizjologiczna przestrzeń martwa = ((PCO2 krwi tętniczej PCO2 pow. wydechowego) / PCO2 krwi tętniczej) x objętość oddechowa Więc aby oznaczyć przestrzeń martwą fizjologiczną, wystarczy znać: - objętość oddechową - ciśnienie parcjalne CO2 we krwi tętniczej lub w gazie pęcherzykowym - ciśnienie parcjalne CO2 w powietrzu wydechowym 25

26 Objętości i pojemności płucne. Statyczne próby spirometryczne - TV (Tidal volume) objętość oddechowa objętość powietrza jaka przy każdym wdechu dostaje się do płuc i z każdym wydechem usuwana jest na zewnątrz 10% TLC 0,6l - FRC (Functional Residual capacity) czynnościowa pojemność zalegająca ilość gazu jaka zostaje w płucach po zakończeniu zwykłego wydechu 40% TLC = 2,4 l To ERV + RV - ERV (Expiratory reserve volume) zapasowa objętość wydechowa ilość gazu jaką można z płuc usunąć podczas maksymalnego wydechu 20% TLC 1,2l - RV (Residual volume) objętość zalegająca to co zostaje w płucach po maksymalnym wydechu ok. 20% TLC czyli ok. 1,2 l Objętość zapadowa część która opuszcza płuca dopiero po otwarciu jamy opłucnej i zapadnięciu płuc Objętość minimalna (resztkowa) objętość która pozostaje w płucach nawet po ich zapadnięciu - IRV (Inspiratory reserve volume) zapasowa objętość wdechowa to objętość powietrza którą można jeszcze wciągnąć do płuc po wykonaniu zwykłego wdechu (nawet do 50% TLC 3000ml) - IC (Inspiratory capacity) pojemność wdechowa = IRV + TV - EC (Expiratory capacity) pojemność wydechowa = ERV + TV - TLC (Total lung capacity) całkowita pojemność płuc = TV + IRV +ERV + RVà przeciętnie ok. 6l - VC (Vital capacity) pojemność życiowa = TV + ERV + IRVà średnio ok. 4,8 l (80% TLC) Metody badań: - spirometria w układzie zewnętrznym i wewnętrznym spirometr Barnesa worek Douglasa 26

27 spirometr membranowy sprzężony z PC o nie można określić RV, FRC i przez to TLC o ale pozwala określić: TV, IRV, ERV, IC, EC, VC, wentylacje minutową - metoda helowa o pozwala określić FRC i RV (patrz dalej) - pletyzmograf o pozwala określić FRC Rola FRC i metody oznaczania - FRC (Functional Residual Capacity) czynnościowa pojemność zalegająca ilość powietrza jaka pozostała w drogach oddechowych po normalnym wydechu - Normy: U kobiet ok. 2,4 l U mężczyzn ok. 2,6 l - Rola FRC Rezerwa oddechowa Ogrzanie, nawilżanie, oczyszczanie powietrza Warunkuje niewielkie wahania wdechowo-wydechowe po2 i pco2 w powietrzu pęcherzykowym (bo jest 5-7 większa od TV w spoczynku) - METODA HELOWA o He (to niewchłanialny gaz wskaźnikowy) wprowadza się do układu zamkniętego spirometru w pewnym stałym stężeniu wynoszącym zwykle 10%. Objętość mieszanki helowej jest znana. Badany oddycha ze spirometru przez okres kilku minut, rozpoczynając oddychanie dokładnie albo pod koniec zwykłego wydechu, albo pod koniec głębokiego wydechu. Specjalny analizator mierzy w sposób ciągły stężenie helu w zbiorniku w czasie, gdy mieszanka helowa miesza się z FRC w płucach. Jeżeli rozpoczyna się badani od zwykłego wydechu, to znając objętość mieszanki helowej w spirometrze i stężenie helu na początku i przy końcu badania można obliczyć FRC według wzoru: He pocz. x Vspirometr = Hekońc x (Vspirometr + FRC) FRC = [Vspirometr x (Hepocz Hekońc)]/ Hekońc Jeżeli badany rozpoczyna oddychanie mieszanką helową od najgłębszego wydechu, wówczas można oznaczyć wartość RV. Znając wartość FRC, odejmujemy od niej objętość ERV i otrzymujemy wówczas wartość RV - METODA PLETYZMOGRAFII KABINOWEJ CAŁEGO CIAŁA o Pletyzmograf składa się ze szczelnej kabiny podobnej do budki telefonicznej, w której umieszcza się badanego w pozycji siedzącej. Badany początkowo oddycha przez ustnik powietrzem zawartym w kabinie i w pewnym momencie, tzn. po zakończeniu zwykłego wydechu (dla oznaczenia FRC), poleca się badanemu wykonać forsowny wydech, zamykając jednocześnie ustnik. W czasie takiego forsownego wydechu przy zamkniętym ustniku dochodzi do zmniejszenia objętości płuc z powodu ucisku gazu w płucach i w związku z tym spada ciśnienie w kabinie. Zgodnie z prawem Boyla-Mariotte a iloczyn ciśnienia i objętości jest wielkością stałą (T=const.). Znając spadek ciśnienia w kabinie i jej objętość można obliczyć zmniejszenie objętości płuc. Następnie przystosowuje się dane prawo do obliczenia FRC. I tak według wzoru: 27

28 V1 = P2ΔV/(P1-P2) o Gdzie P1 I P2 są wartościami ciśnień w jamie ustnej odpowiednio na początku i końcu badania o V1 stanowi wartość FRC o Pletyzmograf kabinowy całego ciała mierzy całkowita objętość gazu w płucach włączając w to także gaz uwięziony obwodowo od zamkniętych dróg oddechowych, a zatem niekomunikujących się z jamą ustną, a stosując metodę helową można dokonać pomiaru tylko gazu komunikującego albo gazu w wentylowanych partiach płuc - METODA WYPŁUKIWANIA AZOTU o Badany wdycha czysty tlen i wydychuje powietrze do spirometru. W miarę upływu czasu procentowa zawartość azotu w zbiorniku spirometru będzie maleć, aż wreszcie wydychane powietrze nie będzie już zawierać azotu. o Mierząc całkowitą objętość powietrza wydychanego do spirometru, aż do momentu osiągnięcia zerowego poziomu azotu w powietrzu wydychanym, a także końcowy procent azotu w spirometrze, tzn. objętość wypłukanego azotu i uwzględniając fakt, że przed wentylację tlenem azot stanowił koło 79% powietrza atmosferycznego pobieranego do płuc przez badanego, można wyliczyć FRC Mechanizm wdechu i wydechu W spoczynku młody człowiek oddycha w granicach 8-16 razy na minutę, przeciętnie 12 razy na minutę,, wymieniając pomiędzy otaczającym powietrzem a gazem pęcherzykowym każdorazowo około 500ml powietrza, czyli 6-8 litrów na minutę. Wentylacja płuc w spoczynku wynika głównie ze skurczu przepony, a w mniejszym stopniu mięśni międzyżebrowych. o Skurcz przepony zwiększa objętość klatki piersiowej, głównie w wymiarze pionowym. o Skurcz mięśni międzyżebrowych zewnętrznych podnosi dolne żebra w stosunku do górnych. o Odwrotnie, skurcz mięśni międzyżebrowych wewnętrznych obniża górne żebra w stosunku do dolnych. Mechanizm wdechu: - skurcz przepony i mięśni międzyżebrowych - wzrost objętości klatki piersiowej - rozciąganie opłucnej ściennej - spadek ciśnienia śródopłucnowego - rozciąganie opłucnej płucnej i miąższu płucnego - spadek ciśnienia śródpęcherzykowego (bo wzrost objętości pęcherzyków) - przepływ powietrza do pęcherzyków - wzrost objętości płuc o TV Mechanizm wydechu - wzrost sił retrakcji płuc i napięcia powierzchniowego - spadek objętości klatki piersiowej - wzrost ciśnienia sródopłucnowego i spadek objętości pęcherzyków płucnych - wzrost ciśnienia śródpęcherzykowego - przepływ powietrza na zewnątrz - spadek objętości o TV Wydech jest w zasadzie zjawiskiem biernym i polega na zmniejszeniu wszystkich wymiarów klatki piersiowej i jest wynikiem działania energii potencjalnej zgromadzonej w czasie wdechu w strukturach sprężystych płuc i klatki piersiowej. Przyczyna jest ustanie aktywności mięśni wdechowych i działanie siły ciężkości klatki piersiowej 28

29 oraz powrót odkształconych w czasie wdechu sprężystych struktur klatki piersiowej zwłaszcza skręconych żeber, do stanu wyjściowego. Zmiany ciśnień w czasie cyklu oddechowego Po zwykłym wydechu, tuż przed następnym wdechem, mięśnie oddechowe są rozluźnione, a ciśnienie wewnątrzpęcherzykowe jest równe ciśnieniu atmosferycznemu. Ciśnienie wewnątrzopłucnowe utrzymuje się wówczas na poziomie około 5 cmh2o poniżej atmosferycznego (czyli 5cmH2O). Zwykły wdech, będący wynikiem skurczu przepony i mięśni międzyżebrowych zewnętrznych, prowadzi do wzrostu objętości klatki piersiowej. Wdechowe poszerzenie klatki piersiowej pociąga za sobą dalszą obniżkę ciśnienia wewnątrzopłucnowego (do 8 cmh2o), co z kolei wzmaga ciśnienie transpulmonalne (bo większa różnica ciśnień między jamą opłucnową a pęcherzykami), warunkując rozciąganie płuc i spadek ciśnienia wewnątrz pęcherzyków płucnych (do około minus 1 cmh2o na szczycie wdechu). Ciśnienie transpulmonalne to różnica między ujemnym ciśnieniem w jamie opłucnowej i ciśnieniem w pęcherzykach płucnych; Natomiast ciśnienie transtorakalne to różnica między ciśnieniami atmosferycznym i wewnątrzopłucnowym. Na skutek różnicy ciśnień pomiędzy otaczającą atmosferą a wnętrzem pęcherzyków (zwanej ciśnieniem napędowym) odbywa się w czasie wdechu przepływ powietrza z zewnątrz do pęcherzyków. W ten sposób powietrze z atmosfery zostaje niejako wessane z zewnątrz do pęcherzyków płucnych. Powietrze to wypełnia najpierw drogi oddechowe, a na końcu same pęcherzyki płucne. Spadek ciśnienia gazu pęcherzykowego podczas zwykłego wdechu jest niewielki i wynosi zaledwie około 1 cm H2O. Przepływ powietrza w drogach oddechowych jest proporcjonalny do gradientu ciśnień, czyli do ciśnienia napędowego, a odwrotnie proporcjonalny do oporu przepływowego. Opór z kolei jest wprost proporcjonalny do długości dróg oddechowych i odwrotnie proporcjonalny do czwartej potęgi ich promienia. o Ponieważ długość dróg oddechowych jest stała więc o oporze decyduje niemal wyłącznie ich średnica. W czasie wydechu, gdy struktury rozciągniętej klatki piersiowej i płuc wracają do stanu wyjściowego, ciśnienie gazu w pęcherzykach płucnych uciśniętych przez zapadającą się tkankę płucną nieco zwiększa się, osiągając na szczycie wydechu wartość około +1 cmh2o ponad ciśnienie atmosferyczne. Wówczas następuje bierny odpływ gazu z pęcherzyków płucnych na zewnątrz. Pod koniec wydechu ciśnienie wewnątrzopłucnowe wraca do wartości wyjściowej, ale utrzymuje się nadal poniżej atmosferycznego (-5 cmh2o), a ciśnienie w pęcherzykach płucnych ulega zrównaniu z atmosferycznym. 29

30 Gra oskrzelowa i czynniki zmieniające średnicę oskrzeli Dzięki elementowi mięśniowemu tworzącemu wyraźną błonę zwaną błoną Reisessena, ściany oskrzeli podlegają naprzemiennym skurczom i rozkurczom, co odpowiada widocznej w czasie bronchoskopii grze oskrzelowej. Ta gra jest wynikiem zmian napięcia i skurczów komórek mięśni gładkich ściany oskrzeli i oskrzelików w czasie wdechu i wydechu, jakie zachodzą pod wpływem wielu różnych czynników natury nerwowej, hormonalnej i humoralnej. NERWY BŁĘDNE U człowieka najważniejszą rolę pełnią nerwy błędne unerwiające tonicznie drogi oddechowe i uwalniające na swych zakończeniach acetylocholinę, powodującą skurcze miocytów oskrzeli i oskrzelików i wzrost wydzielania oskrzelowego za pośrednictwem receptorów cholinergicznych typu M3 (R-M3). - Wzrost napięcia nerwów błędnych, jaki typowo zachodzi podczas wydechu, warunkuje skurcz oskrzeli, a spadek napięcia tych nerwów w czasie np. wdechu zapewnia rozkurcz oskrzeli i spadek ich oporu dla przepływu powietrza. - Pobudzenie nerwów błędnych może także być wynikiem odruchowego zadrażnienia oskrzeli przez zanieczyszczenia przemysłowe, które drażnią zakończenia czuciowe dośrodkowych włókien tych nerwów w błonie śluzowej u wywołują odruch wago-wagalny, prowadzący do skurczu oskrzeli. UKŁAD WSPÓŁCZULNY Natomiast pobudzenie włókien współczulnych prowadzi do rozkurczu oskrzeli i zahamowania wydzielania oskrzelowego poprzez aktywacje receptorów adrenergicznych typu β2, w wyniku działania neuromediatorów, jak noradrenalina i adrenalina. NANC Zakończenia włókien autonomicznych płuc uwalniają także w oskrzelach różne neuromediatory peptydowe, odpowiedzialne za tzw. nieadrenergiczne i niecholinergiczne (NANC) działanie, czyli utrzymujące się po blokadzie receptorów cholinergicznych M3 i adrenergiczych β2. Do nich zalicza się substancję P i inne kininy (PHM i PHI), CGRP, które mają działanie obkurczające, a także VIP działającą rozkurczająco na oskrzela. INNE CZYNNIKI HORMONALNE, HUMORALNE - Działanie obkurczające oskrzeli ma także histamina uwalniana z licznych komórek tucznych w błonie śluzowej oskrzeli i działająca parakrynnie na receptory histaminowe H1 komórek mięśniowych, wywołując skurcz oskrzeli - Podobne działanie obkurczające mają prostaglandyny serii F i leukotrieny C4 i D4, tromboksan A2 i aktywujący czynnik płytkowy (PAF), uwalniane przez granulocyty obojętno- i kwasochłonne, migrujące do oskrzeli. - Działanie rozkurczowe wywiera też tlenek azotu (NO) uwalniany z zakończeń nerwowych i nabłonek śluzówki, który działa rozkurczowo na miocyty oskrzeli za pośrednictwem cyklicznego GMP. 30

31 Astma oskrzelowa - Chory z astmą oskrzelową wykazuje hiperaktywnoć mięśniówki oskrzeli na czynniki obkurczające jak histamina, leukotrieny i na pobudzenie nerwów błędnych. - Zmniejszenie skurczów można uzyskać, blokując receptory muskarynowe M3 (np. atropiną), pobudzając receptory R-β2 (np. izoproterenolem), blokując syntezę prostaglandyn (np. aspiryną) hamując działanie histaminy środkami blokującymi receptory H1 (np. mepyraminą) Podatność płuc - dla określenia sprężystości lub elastyczności płuc używa się dwu terminów. Podatność compilance jej miarą jest stosunek przyrostu objętości do odpowiadającego mu wzrostu ciśnienia rozciągajcego (transpulmonalnego) płuc, czyli C = ΔV/ΔP Ciśnienie transpulmonalne to różnica między ujemnym ciśnieniem w jamie opłucnowej i ciśnieniem w pęcherzykach płucnych Elastancja jest odwrotnością podatności czyli ΔP/ΔV - Podatność płuc wynosi średnio 0,24 L/cm H2O ciśnienia rozciągającego i waha się w znacznym przedziale od 0,08 do 0,33 - Niska C = mała podatność na rozciąganie - Pomiar podatności o Jednoczesny pomiar objętości płuc i ciśnienia wewnątrzopłucnowego wykonywany w cyklu oddechowym pozwala na oznaczenie podatności dynamicznej płuc. o W układzie współrzędnych rejestruje się stale: NA OSI ODCIĘTYCH (X) ujemne ciśnienie wewnątrzopłucnowe (pomiar w dolnej części przełyku) NA OSI RZĘDNYCH (Y) rejestratora odpowiadające mu kolejne objętości wdychanego lub wydychanego powietrza o Wyróżnia się podatność dynamiczną i statyczną Podatność statyczną oznacza się, mierząc kolejne objętości powietrza wdychanego do płuc i odpowiadające im wartości ciśnienia wewnątrzopłucnowego po zatrzymanym wdechu Podatność dynamiczną określa się mierząc zmiany objętości płuc i odpowiadające im wartości ciśnienia wewnątrzopłucnowego w czasie od początku do końca głębokiego wdechu lub od zakończenia wdechu do końca wydechuà krzywa ΔV/ΔP kreśli pętlę dynamicznej podatności płuc 31

32 0ABCD pole pracy sprężystej AB1CB2 pole pracy niesprężystej AB1CB pole pracy niesprężystej wdechowej ABCB2 pole pracy niesprężystej wydechowej 0AB1CD - pole pracy całkowitej - ZMIANY PODATNOŚCI PŁUC W WARUNKACH FIZJOLOGICZNYCH o Jest większa u ludzi młodych niż starych o Zmiana pozycji ciała z pionowej na leżącą nie tylko zmniejsza objętość płuc ale także obniża ich podatność o Płytkie i szybkie oddychanie prowadzi do spadku podatności, który można zmniejszyć pojedynczym głębokim wdechemà ziewnięciem o Podatność wyraźnie zmniejsza się u ludzi nieprzytomnych i w stanie znieczulenia ogólnego o Ograniczenie ruchów klatki piersiowej obniża podatność - ZMIANY W WARUNKACH PATOLOGICZNYCH o Zmniejszenie podatności w: Zwłóknieniu płuc Niedodmie (bezpowietrzność miąższu płucnego spowodowana zamknięciem oskrzela doprowadzającego powietrze do określonego obszaru miąższu płucnego lub uciskiem (niedodma z ucisku) będącym skutkiem obecności płynu w jamie opłucnowej lub innej zmiany uciskającej na miąższ płucny) Obrzęku płuc Nacieki zapalne i nowotworowe o Zwiększenie podatności 32

33 Rozedma wynik zaniku elementów sprężystych tkanki łącznej płuc à w czasie wydechu w płucach zostaje zatrzymana znaczna objętość powietrza (wzrost FRC) Pętle podatności (krzywa ciśnienie objętość) przy zmniejszonej podatności płuc na rozciąganie, - Choroby restrykcyjne: zapalenie płatowe, pylica, kamica, zrosty opłucnowe, zwłóknienia - spadek podatności statycznej, - wzrost pracy sprężystej Pętla podatności przy zwiększonych oporach w drogach oddechowych, - choroby obturacyjne: astma, rozedma, zapalenie oskrzeli - wzrost pracy niesprężystej wydechowej - Podatność całkowita o U człowieka podatność całkowita, tj. płuc i klatki piersiowej można oznaczyć tylko przy całkowitym zwiotczeniu mięśni oddechowychà np. głębokie znieczulenie ogólne o Podatność płuc oznacza się ze stosunku zmian objętości płuc (ΔV) do różnicy ciśnienia wewnątrzpęcherzykowego i wewnątrzopłucnowego o podatność klatki piersiowej oznacza się ze stosunku zmian objętości płuc względem różnicy ciśnienia wewnątrzpęcherzykowego i atmosferycznego o Podatność całkowita wynosi u zdrowego człowieka 0,1L/cmH2O 1/podatność całkowita (0,1)= 1/podatność płuc (0,2) + 1/podatność klatki piersiowej (0,2) o na podatność klatki piersiowej (i całkowitą) wpływają w warunkach fizjologicznych takie czynniki jak: pozycja ciała i stopień napięcia mięśni brzusznych. W pozycji leżącej, a także przy wzmożonym napięciu mięśni brzucha, obniża się podatność klatki piersiowej Obniżenie podatności następuje także w otyłości, u osób starszych, w skrzywieniach kręgosłupa i zniekształceniach klatki piersiowej Praca oddychania - podczas zwykłego oddychania praca zostaje wykonana zasadniczo tylko podczas wdechu - pracę oddychania wyraża się jako iloczyn ciśnienia rozciągającego klatkę piersiową w wyniku skurczu mięśni wdechowych i zmiany objętości płuc, czyli objętości przesuwanego powietrza. Praca oddychania = ΔPpl x ΔV - Podczas spokojnego oddychania, około 70% pracy wdechowej zostaje zużyte na pokonanie oporów sprężystych płuc, a 30% na pokonanie oporów niesprężystych, z czego około 70% zostaje wydatkowane na pokonanie oporów w drogach oddechowych,a 30% na przezwyciężenie oporu biernego ruchów klatki piersiowej i płuc podczas wentylacji 33

34 0ABCD pole pracy sprężystej AB1CB2 pole pracy niesprężystej AB1CB pole pracy niesprężystej wdechowej ABCB2 pole pracy niesprężystej wydechowej 0AB1CD - pole pracy całkowitej Pracę mechaniczną niezbędną do rozciągania płuc w czasie cyklu oddechowego, można oceniać przez równoczesny pomiar zmian ciśnienia wewnątrzopłucnowego (lub wewnątrzprzełykowego) oraz zachodzących jednocześnie zmian objętości płuc. Na pętli podatności płuc mnożymy wartość ciśnienia transpulmonalnego ΔPpl przez odpowiednie zmiany objętości płuc. - Na wykresie odpowiadać to będzie w przybliżeniu polu trapezoidu 0ABCD, które przedstawia pracę potrzebną do przezwyciężenia oporow sprężystych (praca sprężysta). - Sama pętla podatności zakreśla obszar AB1CB2, który ilustruje pracę potrzebną do przezwyciężenia oporów niesprężystych (praca niesprężysta) podczas wdechu i wydechu. o Część tego pola, na prawo od linii ABC przedstawia pracę mechaniczną wydatkowaną na pokonanie oporów niespreżystych w czasie wdechu (opór przy przesuwaniu powietrza w drogach oddechowych i opór tkanek), o Część pola na lewo od linii ABC, ilustruje pracę zużywaną na pokonanie oporów niesprężystych podczas wydechu (opór w drogach oddechowych i opór tkanek). Im większe są opory w drogach oddechowych w czasie wdechu, tym bardziej wypuklona jest na prawo pętla podatności, a im większy opór w czasie wydechu, tym bardziej wypuklona jest pętla podatności na lewo. - Różnica między lewą połową pola zakreślonego przez pętle (ABCB2) a polem trapezoidowym (0ABCD) przedstawia pracę rozproszoną w postaci ciepła w czasie jednego cyklu oddechowego. - Całkowita praca wydatkowana podczas wdechu odpowiada sumie pola trapezoidowego (0ABCD) i prawej połowie pola zakreślonego przez pętle podatności płuc (AB1CB). - Zarówno zmiany częstości, jak i głębokości oddychania odbijają się na wyglądzie krzywej ciśnienieobjętość. Szybkie i częste oddychanie zwiększa pracę przedstawioną przez prawą połowę pola zakreślonego pętlą podatności płuc (AB1CB2). Głębokie powolne oddychanie zwiększa pole pracy sprężystej (OABCD). - Podczas spokojnego oddychania niemal cała praca mięśni oddechowych zostaje wykonana podczas wdechu, gdyż wydech jest w zasadzie aktem biernym. Wydechowe pole pracy niesprężystej (ABCB2) mieści się w zupełności w obrębie trapezoidu, ciśnienie wewnątrzopłucnowe jest stale ujemne, a mięśnie oddechowe w zasadzie nie wykonują pracy, jeśli pominąć, udział przepony w początkowym okresie fazy wydechowej. Jeżeli natomiast pętla wydechowa pola pracy wykracza poza obręb trapezoidu, to oznacza to, że ciśnienie wewnątrzopłucnowe w czasie wdechu jest wyższe niż 34

35 atmosferyczne, a do wykonania pracy wydechowej zostają włączone dodatkowe mięśnie wydechowe. Opory wentylacji i sposoby ich oceny - opory sprężyste stanowią - 70% - opory niesprężyste 30 % Opory sprężyste płuc - zalicza się do nich: o 1) napięcie powierzchniowe pęcherzyków płucnych powstaje na granicy fazy powietrze-płyn dąży do zajęcia przez pęcherzyki jak najmniejszej powierzchni oraz do zapadania się pęcherzyków z prawa Laplace a wynika, że w efekcie działania sił napięcia powierzchniowego wytwarza się w pęcherzyku ciśnienie, które jest tym większe, im mniejszy jest promień pęcherzyka, zgodnie z równaniem P = 2T/R P - ciśnienie wewnątrzpęcherzykowe T - napięcie pęcherzykowe płyny R - promień pęcherzyka Surfaktant ma zasadnicze znaczenie w zapobieganiu zapadania małych pęcherzyków i opróżnianiu ich do większych oraz w redukcji siły retrakcji płuc związanej z napięciem powierzchniowym o 2) sprężyste napięcie zrębu łącznotkankowego płuc płuco zawiera włókna sprężyste i kolagenowe, włókna mięśni gładkich, naczynia krwionośne i limfatyczne oraz włókna nerwowe. Tworzą one trójwymiarową sieć rozpiętą w płucach i stale rozciąganą przez ośrodkowo działające siły ciśnienia transpulmonalnego. - metody pomiaru o rozciąganie płuc powietrzem wymaga siły do pokonania napięcia powierzchniowego pęcherzyków płucnych i sprężystości samej tkanki płucnej. Napięcie powierzchniowe można wyeliminować, wypełniając płuco wodą lub roztworem soli fizjologicznej (warunki doświadczalne J). o Wypełniając płuco płynem wprowadzonym do dróg oddechowych eliminuje się napięcie powierzchniowe pęcherzyków, a napotykany wówczas opór pochodzi wyłącznie od oporu sprężystego samej tkanki płucnej, spowodowanego obecnością w niej elementów łącznotkankowych zwłaszcza włókien sprężystych i kolagenowych. Przy małej objętości płuc opór sprężysty tkanki płucnej jest niewielki, ale wyraźnie wzrasta w miarę rozciągania płuc. 35

36 o Opór sprężysty zależny od napięcia powierzchniowego można oceniać na podstawie zachowania się wyciągu z tkanki płucnej, zawierającego czynnik powierzchniowy pęcherzyków (surfaktant). Krzywa zależności pomiędzy napięciem powierzchniowym wyciągu z płuc a jego względną powierzchnią ma podobny przebieg ja krzywa zależności pomiędzy rozciągającym ciśnieniem transpulmonalnym a objętością płuc. Porównanie ciśnień rozciągania płuc i wyciągu tkanki płucnej wskazuje że główną siłę retrakcji płuc stanowi napięcie powierzchniowe pęcherzyków Przyjmuje się że z całości oporów sprężystych (retrakcji) płuc na napięcie powierzchniowe przypada około 70%, a na sprężystość tkanki płucnej około 30% Opory niesprężyste - opory sprężyste istnieją niezależnie od akcji oddechowej, a więc także przy zatrzymaniu oddychania - z chwilą rozpoczęcia akcji oddechowej dołączają się jeszcze opory niesprężyste, zależne przede wszystkim od: o przesuwania powietrza w drzewie oskrzelowym o oporów tarcia przesuwających się względem siebie struktur klatki piersiowej, innych tkanek pozapłucnych i samych płuc o bezwładności zależnej od przyspieszenia masy przesuwanego w drogach oddechowych powietrza - stanowią ok. 30% oporów oddechowych (przy częstości spoczynkowej oddechów) wahania tej wartości 15% oporów oddechowych stanowią przy bardzo powolnym oddychaniu do 60% oporów oddechowych przy bardzo szybkich oddechach o opór (R) dróg oddechowych powstający przy przesuwaniu się powietrza przez te drogi jest wprost proporcjonalny do różnicy ciśnień na obu końcach dróg oddechowych, a odwrotnie do ilości przepływającego powietrza (V) R = ΔP/V o Opór jednostkowy dróg oddechowych wyrażamy procentowo wielkością ciśnienia (cmh2o) koniecznego do przesunięcia 1L powietrza w ciągu 1s, czyli cmh2o/l/s o Opór dla przepływu gazu w drogach oddechowych zwiększa się wprost proporcjonalnie do gęstości gazu (n), długości przewodzących dróg oddechowych (L), a maleje odwrotnie proporcjonalnie do czwartej potęgi promienia tych dróg (prawo Poiseuille a R= (nl/r 4 ) x (8/Π) o W miarę podziałów tchawicy i oskrzeli na kolejne ich generacje, powiększa się całkowita powierzchnia przekroju drzewa oskrzelowego. W związku z tym na poziomie kolejnych generacji oskrzeli spada odpowiednio ciśnienie napędowe niezbędne do pokonania oporu. o W tchawicy i głównych oskrzelach przepływ powietrza jest najszybszy i zwykle burzliwy (turbulentny) o W drogach oddechowych o mniejszym przekroju (poniżej 1mm) przepływ powietrza jest zawsze powolny i na ogół warstwowy (laminarny) 36

37 o Całkowity opór w drogach oddechowych pochodzi w około 85% z przepływu powietrza przez górne drogi oddechowe, tj. tchawicę i 4-10 pierwszych generacji drzewa oskrzelowego, natomiast na wszystkie dalsze generacje oskrzeli przypada zaledwie 15% tego oporu. o Opór całkowity dróg oddechowych wynosi około 2 cm H2O/L/s, z tego większość przypada na odcinek pomiędzy jamą nosową i krtanią. o Metody pomiaru: Test Tiffeneau FEV1/FVC x 100% à podaje jaka część natężonej pojemności życiowej płuc zostaje usunięta z płuc w czasie trwającego 1s natężonego wydechu o Natężona pojemność życiowa (ang. Forced Vital Capacity; FVC) to największa objętość powietrza jaką można wydmuchać z płuc podczas maksymalnego, szybkiego wydechu. Jest zazwyczaj niższa niż w przypadku pojemności życiowej (VC) z uwagi na uwięzienie części powietrza w drogach oddechowych na skutek zapadania się oskrzeli. Objętość ta nosi nazwę natężonej objętości wydechowej sekundowej (FEV1.0) i jest wyrażana w procentach pojemności życiowej. W prawidłowych warunkach wynosi około 3,7-4,8, czyli około 70% W chorobach obturacyjnych układu oddechowego, polegających na zwężeniu oskrzeli, opór dróg oddechowych zwiększa się i pacjent nawet przy maksymalnym wysiłku wydycha powietrze wolniej. Wskaźnik odsetkowy natężonego wydechu obniża się, chociaż pojemność życiowa płuc nie ulega zmniejszeniu. Natomiast w chorobach typu restrykcyjnego, w których dochodzi do ubytku czynnej tkanki płucnej, wartość FEV1,0% jest prawidłowa, ale pojemność życiowa płuc mniejsza J spirometryczne próby statyczne zwiększenie oporów (choroby obturacyjne) powoduje ograniczenie maksymalnego wdechu i zmniejszenie pojemności życiowej płucà zauważenie tych zmian może w pośredni sposób świadczyć o występowaniu np. zwiększonych oporów i ich wielkości Choroby obturacyjne - polegają na zwiększeniu oporów w drogach oddechowych w następstwie np. zmian obrzękowych śluzówki oskrzeli, zalegającego w nich śluzu lub skurczu mięśni oskrzelowychà upośledzenie przepływu powietrza w drogach oddechowych wynikające ze zmniejszenia ich drożności Choroby restrykcyjne powodują schorzenia miąższu płucnego, obniżające podatność płuc i zmniejszające ilość czynnej tkanki płuc. Mogą to być rozległe zmiany zwyrodnieniowe płuc, zapalenie, nowotwory oraz zmian obrzękowe Spirograficzne pomiary dynamiczne - maksymalna wentylacja płuc (MBC) MAKSYMALNA WYSIŁKOWA WENTYLACJA PŁUC (MBC- Maximal Breathing Capacity) podczas natężonego wysiłku fizycznego jej wartość może stanowić nawet krotność spoczynkowej minutowej wentylacji MAKSYMALNA DOWOLNA WENTYLACJA (MVV- Maximal Voluntary Ventilation) gdy dowolnie zwiększa się do maksimum częstość i głębokość oddechów osiąga jeszcze wyższe wartości niż MBC MBC i MVV są dynamicznymi próbami czynnościowymi płuc i służą do określania rezerw czynnościowych oddechowych Określają one maksymalną ilość powietrza, jaka może przepłynąć przez płuca w ciągu 1min Oznacza się ją albo na podstawie objętości gazu wydychanego w jednostce czasu do worka Douglasa, który następnie mierzy się gazometrem, albo rejestruje bezpośrednio w spirografie, wyrażając wynik w litrach na minutę. Pomiar w przypadku MVV trwa 15-20s MBC wynosi średnio L/min MVV L/min 37

38 W stanach patologicznych MVV i MBC ulegają znacznemu ograniczeniu, zwłaszcza w stanach zmniejszenia pojemności życiowej i zwiększenia oporów w drogach oddechowych. Wzrost tych ostatnich, wywołany zmniejszeniem drożności oskrzeli, również prowadzi do zmniejszenia MBC - - NATĘŻONA OBJĘTOŚĆ WYDECHOWA SEKUNDOWA (FEV1 Forced Expiratory Volume) Oznaczenie FEV1 przeprowadza się w ten sposób, że poleca się badanemu wykonać maksymalny wdech, zatrzymać powietrze w płucach na kilka sekund i następnie wykonać możliwie jak najgłębszy i najszybszy wydech. Na spirogramie oznacza się ilości powietrza usuwanego z płuc w czasie pierwszej sekundy tego maksymalnego wydechu. Objętość wydychanego gazu w ciągu pierwszej sekundy maksymalnie szybkiego wydechu (FEV1) powinna prawidłowo wynosić około 75% natężonej pojemności życiowej płuc (FVC), a w następnych 2-3 s 25% Przy zwężeniu lub skurczu dróg oddechowych, gdy opróżnianie poszczególnych płacików płucnych z gazu odbywa się nierównomiernie i wydech wydłuża się, FEV1, może wynosić zaledwie 40% lub mniej pojemności życiowej, a usuwanie zalegającego w płucach powietrza przedłuża się tak znacznie, że duszność zmusza chorego do następnego wdechu, jeszcze przed zakończeniem fazy wydechowej. Test Tiffeneau To wskaźnik podający w odsetkach FVC, jaka jego część zostaje usunięta z płuc w ciągu pierwszej sekundy maksymalnie szybkiego i natężonego wydechu Test Tiffeneau = (FEV1/FVC) x 100 FVC - to największa objętość powietrza jaką można wydmuchać z płuc podczas maksymalnego, szybkiego wydechu. o Wartość prawidłowa próby jest równa lub większa niż 70-75% FVC W chorobach restrykcyjnych płuc równolegle zmniejsza się FVC i FEV1, tak że ich wzajemny stosunek jest zachowany i FEV stanowi około 80% FVC W niewydolności obturacyjnej zmniejszenie FVC jest znacznie mniejsze niż FEV1, tak że FEV może stanowić 40% lub mniej FVC 38

39 o Ważnym badaniem jest określenie przy użyciu spirometru i tachymetru tzw. pętli objętości wdechowej i wydechowej w zależności od głębokiego wydechu poprzez wdech maksymalny i gwałtowny, natężony wydech do stanu wyjściowego, czyli RV. Pozwala to na dokładne oznaczenie natężonego wdechu, czyli FIF (Forced Inspiratory Flow), jak i natężonego wydechu, czyli FEF (Forced Expiratory Flow). - zamiast spirometrii oznacza się obecnie ambulatoryjnie maksymalną prędkość wypływu powietrza w czasie forsownego wydechu (PEF Peak Expiratory Flow), który przeciętnie wynosi około L/min o wynik tej próby zastępuje próbę FEV i próbę Tiffenau, pozwalając na orientacyjną ocenę sprawności wentylacyjnej płuc - Próby dynamiczne czynności płuc, przedstawiające zmiany objętości płuc i natężoną objętość wydechową w stanach prawidłowych i w niewydolności płuc obstrukcyjnej (obturacyjnej J)i restrykcyjnej 39

40 Surfaktant - surfaktant czynnik powierzchniowy zbudowany z dipalmitynocholiny lub dipalmitynolecytyny związany z białkiem apoproteiną - Dzięki obecności surfaktantu zmniejsza się krotnie napięcie powierzchniowe pęcherzyków - produkowany przez pneumocyty II z Glc, choliny, kwasów tłuszczowych o pneumocyty typu II różnicują się jako odrębne komórki w 24 tygodniu życia płodowego. Pomiędzy 28 a 32 tygodniem rozpoczynają one syntezę surfaktantu (czyli w okresie gdy nerwy błędne uległy już mielinizacji) o w czasie narodzin surfaktant umożliwia wykonanie noworodkowi pierwszego wdechu - do jego tworzenia przyczynia się też działanie pobudzające i troficzne ze strony nerwów układu autonomicznego i niektórych hormonów jak glikokortykoidy nadnerczowe i hormony gruczołu tarczowego. - Insulina hamuje tworzenie surfaktantu - Nerwy błędne stymulują w pneumocytach II wytwarzanie surfaktantu poprzez uwalnianą acetylocholinę i receptory M, a nerwy współczulne poprzez uwalnianą NA i receptory β- adrenergiczne. - U wcześniaków, u których synteza surfaktantu jest upośledzona, może dojść do tzw. zespołu ostrej niewydolności oddechowej niemowląt (Infant Respiratory Distress Syndrome IRDS) - U dorosłych wytwarzanie surfaktantu może ulec upośledzeniu np. o W wyniku dłuższego oddychania czystym tlenem o Po zadziałaniu gazów bojowych (chlor, fosgen) o Pod wpływem promieniowania jonizującego o W stanach patologicznych jak: Zaczopowanie oskrzela Zatkanie tętnicy płucnej Operacje na otwartym sercu - Grubość warstwy surfaktantu zmienia się w cyklu oddechowym, pozostając w stosunku odwrotnie proporcjonalnym do średnicy pęcherzyków 40

41 o W czasie wydechu zagęszcza się warstwa surfaktantu na powierzchni pęcherzyków, co z kolei obniża ich napięcie powierzchniowe, zapobiegając zapadaniu się zwłaszcza tych o małej średnicy. o W czasie wdechu, gdy warstwa surfaktantu zostaje rozciągnięta i zmniejsza się jej grubość, wzrasta napięcie powierzchniowe, zwłaszcza w dużych pęcherzykach, zapobiegając ich dalszemu rozciąganiu i pękaniu - Rola surfaktantu: o Obniża napięcie powierzchniowe pęcherzyków, przez co ułatwia ich wypełnianie gazem i tym samym zmniejsza wysiłek mięśni oddechowych, niezbędny do pokonania oporów sprężystych płuc w czasie wdechu o Pozwala na współistnienie pęcherzyków o zróżnicowanej średnicy i zapobiega wytwarzaniu gradientu ciśnień pomiędzy komunikującymi się ze sobą pęcherzykami o różnej wielkości o Bierze udział w utrzymaniu suchości pęcherzyków, gdyż zmniejsza działanie ssące sił napięcia powierzchniowego na osocze w kapilarach płucnych i zapobiega przechodzeniu do światła pęcherzyków płucnych - Gdy brak surfaktantu: o Zapadanie się pęcherzyków płucnych o Wzrost wysiłku oddechowego o Wnikanie osocza do pęcherzyków płucnychà obrzęki o Przesączanie elementów morfotycznych do jamy opłucnowejà zwłóknienia i stwardnienia Drzewo oskrzelowe strefa przewodząca 1-16 generacji oskrzela o trzech warstwach ściany nabłonek migawkowy rola: przewodzenie, nawilżanie, oczyszczanie, ogrzewanie strefa przejściowa generacja oskrzeliki oddechowe nie pełni funkcji w wymianie dyfuzyjnej w warunkach patologicznych uzupełnia powierzchnię oddechową strefa oddechowa generacje i 23-pęcherzyki płucne wymiana dyfuzyjna pneumocyty I rzęduà 25% ilościowo, ale zajmują 95% powierzchni pęcherzyków II rzęduà 75% ilościowo, ale zajmują tylko 5% powierzchni pęcherzyków płucnych III rzędu (makrofagi) APC fagocytoza chemotaksja diapedeza Powierzchnia pęcherzyków płucnych m2 Liczba pęcherzyków w płucach milionów (średnio 300 milionów) Rozkład ilości powietrza w drogach oddechowych górne drogi oddechowe 80ml tchawica i oskrzela (do 14 generacji) 70 ml drzewo oskrzelowe: generacja 45 ml strefa przejściowa 850ml strefa oddechowa 3000ml 41

42 Dyfuzja. Prawa gazowe PRAWO BOYLE A opisuje odwrotnie proporcjonalną zależność pomiędzy objętością a ciśnieniem gazu znajdującego się w stałej temperaturze: PV = K PRAWO CHARLESA Podaje, że zachodzi proporcjonalna zależność pomiędzy objętością a absolutną temperaturą gazu pozostającego pod stałym ciśnieniem V = KT PRAWO DALTONA Stwierdza że ciśnienie wywierane przez jakiś gaz w mieszaninie gazów równa się ciśnieniu, jakie wywierałby ten gaz, gdyby sam zajmował całą objętość Ciśnienie to nosi nazwę parcjalnego (P) lub prężności gazowej i równa się całkowitemu ciśnieniu pomnożonemu przez procentowy udział, jaki ma dany gaz w całkowitej objętości mieszaniny gazowej PRAWO GRAHAMA Dotyczy wpływu ciężaru cząsteczkowego na dyfuzyjność gazu Prędkość dyfuzji przez zaporę porowatą jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratowego masy czasteczkowej, pierwiastka a więc gaz o niższej masie dyfunduje szybciej niż gaz o większej masie cząsteczkowej Dla tlenu (m.cz. 32) i CO2 (m.cz. 44) stosunek dyfuzyjności tych gazów wynosi: Prędkość dyfuzji CO2/prędkość dyfuzji O2 = 5,6/6,6 = 0,85 PRAWO HENRY EGO Opisuje rozpuszczanie się gazów w płynach Zgodnie z nim liczba cząsteczek gazu rozpuszczających się w płynie (przy stałej temperaturze) jest wprost proporcjonalna do ciśnienia parcjalnego tego gazu nad powierzchnią płynu, zgodnie ze wzorem: C = K x P C zawartość gazu w płynie [ml/100ml płynu] K stała rozpuszczalność P ciśnienie parcjalne gazu Dyfuzyjność gazu w środowisku płynnym zależy od powstającego gradientu ciśnień, a przy tym samym gradiencie od rozpuszczalności tego gazu w płynie, czyli zgodnie z prawem Henry ego jest proporcjonalna do ciśnienia tego gazu nad powierzchnią płynu. Rozpuszczalność CO2/rozpuszczalność O2 = 0,52/0,021 = 25 Rozpuszczalność CO2 w osoczu jest około 25 razy większa niż O2 Łącząc prawo Grahama i prawo Henry ego w odniesieniu do dyfuzji O2 i CO2 przez błonę pęcherzykowo-kapilarną płuc, można obliczyć, że względna prędkość dyfuzji CO2 jest około 21 razy większa niż O2 42

43 25 x 0,85 = ok. 21J PRAWO FICKA mówi że przenikanie gazu o określonym współczynniku rozpuszczalności (R) przez warstwę tkanki jest wprost proporcjonalne do powierzchni wymiany (A) i różnicy ciśnień parcjalnych (prężności) tego gazu po obu stronach tkanki (ΔP), a odwrotnie proporcjonalne do odległości dyfuzyjnej (O) i pierwiastka kwadratowego masy cząsteczkowej zgodnie z równaniem: V = (R x A x ΔP)/ (O x pierw. z m.cz) Pojemność dyfuzyjna O2 i CO2 miernikiem sprawności dyfuzyjnej danego gazu w płucach jest wskaźnik zwany pojemnością dyfuzyjną (DL). Składają się na ta pojemność dwa elementy: dyfuzja przez błonę pęcherzykowo-kapilarną szybkość wiązania tlenu z hemoglobiną w postaci HbO2 i CO2 w postaci węglanów osocza pojemność dyfuzyjna to objętość gazu dyfundująca przez błonę pęcherzykowo-kapilarną w ciągu 1 min (V) przy różnicy ciśnień parcjalnych wynoszącej 1mmHg (PA - PC), obliczana według wzoru DL = V/ (PA PC) POJEMNOŚĆ DYFUZYJNA DLA TLENU Pojemność dyfuzyjna dla tlenu wynosi w spoczynku około 21 ml/min/mmhg Przyjmując średnią różnicą PO2 dla całej długości kapilarów płucnych (11 mmhg), można obliczyć, że całkowita ilość tlenu w spoczynku, jaka w ciągu minuty powinna przechodzić z pęcherzyków do krwi, wynosi około 250ml (21 x 11???) Podczas dużego wysiłku fizycznego, gdy organizm może zużywać 20-krotnie więcej tlenu w porównaniu ze stanem prawidłowym, a więc około 5000 ml/min, obserwuje się wtedy 3-krotny wzrost pojemności dyfuzyjnej płuc i równocześnie 5-krotny wzrost ilości krwi przepływającej przez płuca. Wzrost pojemności dyfuzyjnej jest wynikiem otwierania nieczynnych w spoczynku kapilarów płucnych (rekrutacja naczyń), ich poszerzenia, powiększenia powierzchni (dylatacja naczyń) i ścieńczenia błony oddechowej z powodu pogłębionych ruchów oddechowych i wykorzystania całej długości kapilarów do dyfuzji gazu oddechowego. Optymalna wartość DL ok. 30 roku życia Pojemność dyfuzyjna zmniejsza się w stanach patologicznych, prowadzących do: zmniejszenia wentylacji płuc (opory w drogach oddechowych), zmniejszenie powierzchni wymiany gazowej w płucach (zniszczenie przegród międzypęcherzykowych i kapilarów płucnych obserwowane np. w rozedmie płuc) zwiększenia odległości dyfuzyjnej (obrzęk śródmiąższowy i obrzęk pęcherzyków, np. w niewydolności lewej komory serca) 43

44 zmniejszenia ilości krwi przepływającej przez płuca (zakrzep i zator tętnicy płucnej) POJEMNOŚĆ DYFUZYJNA DLA CO2 Trudna do oznaczenia z uwagi na wysoki współczynnik dyfuzji tego gazu Prędkość dyfuzji CO2 przez tkanki jest około 21 razy większa niż tlenu Przyjmuje się że w spoczynku pojemność (DL) dla CO2 wynosi około 450 ml/min/mmhg a w czasie forsownego wysiłku fizycznego zwiększa się nawet do 1300ml/min/mmHg Regulacja oddychania w czasie snu W czasie snu zostaje wyłączona świadomość, znika dowolne sterowanie ruchów oddechowych i jedynym czynnikiem utrzymującym oddychanie jest sterowanie automatyczne, wywołane rytmicznymi wyładowaniami kompleksu oddechowego pnia mózgu. - SEN N-REM o zwalnia się częstość ruchów oddechowych o zmniejsza się wentylacja płuc o spadek PO2 i wzrost PCO2 we krwi o zmniejsza się wówczas reaktywność ośrodków oddechowych na działanie PCO2 o Traczyk: W momencie zaśnięcia w I fazie snu NREM obserwuje się u większości osób nieregularny rytm oddechowy. Odstępy pomiędzy wdechami wydłużają się lub skracają, niekiedy występują dłuższe sekundowe okresy pojedynczych bezdechów, które pobudzają chemoreceptory i wybudzają osoby zapadające w drzemkę. Ta niestabilność rytmu oddechowego podczas zasypiania i płytkiego sny cechuje głównie osoby starsze. Osoby młode szybciej przechodzą do snu głębokiego, do stadium II, a następnie III i IV i wtedy rytm oddechowy staje się wolny i regularny. Obserwując młodą leżącą osobę, można zauważyć moment zapadnięcia w sen, ponieważ szybkie przejście do stadium II i III snu NREM wyraźnie zwania i stabilizuje rytm ruchów oddechowych Zwiększony opór dróg oddechowych na początku snu, a w głębszych stadiach także obniżony chemiczny napęd oddechowy powodują, że w miarę zapadania w sen wentylacja płuc obniża się: przeciętnie o 13% w stadium II i o 15% w stadium IV snu NREM - SEN REM o faza snu REM sprzyja zakłóceniom oddechowym podczas snu, Przyczyną tego jest znaczne obniżenie napięcia mięśni, w tym mięśni górnych dróg oddechowych charakterystyczne dla tej fazy snuà zwiększa się opór górnych dróg oddechowychà chrapanie o oddychanie staje się nieregularne o u niektórych mogą wystąpić okresy bezdechu (apnoea), trwające nawet ponad 10 sekund, połączone ze zmniejszeniem wysycenia Hb tlenem do 75% i wzrostem PCO2 Bezdechy 44

45 - pochodzenie centralne bezdechu rzadko spotykany 4% przypadków bezdechów mięśnie wdechowe przestają pracować podczas snu, ponieważ znika ośrodkowy napęd oddechowy nie towarzyszą mu żadne zmiany aktywności mięśni oddechowych i ciśnień wewnątrzopłucnowych występuje w fazie snu głębokiego NREM, kiedy znika nieswoista aktywność behawioralna i toniczna pobudzającego tworu siatkowatego RAS - pochodzenia obwodowego brak wentylacji wynika z obturacji dróg oddechowychà np. okresowe zatkanie gardła i krtani z powodu cofania się podstawy języka na skutek braku skurczu m. genioglossus pociągającego normalnie język ku przodowi wówczas pomimo skurczu mięśni wdechowych i zmian ciśnień wewnątrzopłucnowych wysiłek oddechowy staje się nieskuteczny, może mu towarzyszyć głośne chrapanie, gdy górne drogi oddechowe ulegają choćby częściowemu udrożnieniu. W niewielkim odsetku ludzi bezdech w czasie snu może prowadzić do zespołu objawów, takich jak poranne bóle głowy, senność w czasie dnia czy nawet niewydolność oddechowa połączona z nadkrwistością (policytemia), hipoksemią i hiperkapnią. Zespół bezdechów sennych jest jedną z przyczyn nagłej śmierci podczas snu. Oddychanie a wysiłek fizyczny - w czasie wysiłku fizycznego wzmaga się zużycie tlenu przez organizm, które u młodych, niewytrenowanych ludzi może wzrosnąć z wartości spoczynkowej 250 ml/min do 3-4l/min, a u specjalnie wytrenowanych może przekraczać nawet 5-6L/min 45