Ćwiczenie 8 Podstawy fizjologii oddychania Zagadnienia teoretyczne 1. Mięśnie oddechowe i ich unerwienie. 2. Mechanizm wdechu i wydechu. 3. Objętości i pojemności płuc. 4. Anatomiczna i fizjologiczna przestrzeń martwa. 5. Wentylacja minutowa - znaczenie przestrzeni martwej oraz zmian rytmu oddechowego w wymianie gazowej. 6. Ogólne dane o regulacji oddychania: - lokalizacja ośrodków biorących udział w oddychaniu, - automatyzm i autonomia ośrodka wdechowego w rdzeniu przedłużonym, - odruchowa i chemiczna regulacja oddychania. Ćwiczenia praktyczne 1. Spirometria - mierzenie objętości i pojemności płucnych. 2. Bezdech hiperwentylacyjny. 3. Hiperwentylacja po dowolnym zatrzymaniu oddechu lub po ćwiczeniach fizycznych.
BUDOWA ANATOMICZNA UKŁADU ODDECHOWEGO nozdrza przednie, przegroda, małżowiny nosowe, przewody nosowe, zatoki przynosowe skrzyżowanie drogi oddechowej i pokarmowej główne, płatowe i segmentowe; drzewo oskrzelowe, pęcherzyki płucne i opłucne (ścienna i płucna, ich unerwienie), jama opłucna
MIĘŚNIE ODDECHOWE I ICH UNERWIENIE WDECH zwiększenie wymiarów klatki piersiowej, faza czynna oddechu Przepona najsilniejszy mięsień wdechowy (75% siły wdechu zależy od jej skurczów); unerwienie nerw przeponowy (wychodzący ze splotu szyjnego); Mięśnie międzyżebrowe zewnętrzne współdziałają z przeponą; unerwione przez nerwy międzyżebrowe ( gałęzie 12 par nerwów piersiowych Th1-Th12); tylko 1 i 12 nerw piersiowy wchodzą w skład splotów (splot ramienny/ splot lędźwiowy); Pomocnicze mięśnie wdechowe czynne tylko w trakcie nasilonego wdechu; piersiowy większy i mniejszy, mostkowo-obojczykowo-sutkowy, zębaty przedni, pochyłe, i m.rozszerzające drogi oddechowe; większość jest unerwiona przez odgałęzienia 1 nerwu piersiowego wychodzące ze splotu ramiennego ( nerwy piersiowe przednie, piersiowy długi, piersiowo grzbietowy);
MIĘŚNIE ODDECHOWE I ICH UNERWIENIE WYDECH zmniejszenie wymiarów klatki piersiowej, akt bierny Przy nasilonym wydechu uczynniają się mięśnie międzyżebrowe wewnętrzne oraz mięśnie proste brzucha;
MECHANIZM WDECHU I WYDECHU Wdech (inflatio napełnianie) Powiększenie wymiarów klatki piersiowej w 3 kierunkach: 1. Wzrost wymiaru pionowego uwarunkowany skurczem przepony (przy spokojnym wdechu obniża się o ok. 1,5 cm, a przy głębokim nawet o 10 cm); rozluźnienie mięśni powłok brzucha, wzrost ciśnienia w jamie brzusznej, uwypuklenie ścian brzucha. 2. Wzrost wymiaru przednio-tylnego (i częściowo bocznego) przy ruchu 6 górnych żeber i mostka; skurcz mięśni międzyżebrowych zewnętrznych unosi żebra, które zmieniają położenie na bardziej poziome co odpycha mostek ku przodowi. TOR BRZUSZNY ODDYCHANIA (mężczyźni) TOR PIERSIOWY ODDYCHANIA (kobiety ciężarne, osoby otyłe) 3. Wzrost wymiaru bocznego może dotyczyć głównie dolnej części klatki piersiowej; przy skurczu mięśni międzyżebrowych zewnętrznych i przesunięciu żeber. TYP ODDYCHANIA DOLNOŻEBROWEGO (raczej mężczyźni) Zazwyczaj występuje mieszany typ oddychania.
MECHANIZM WDECHU I WYDECHU Wydech (deflatio opróżnianie) Wszystkie wymiary klatki piersiowej zmniejszają się ( proces bierny) zanik aktywności mięśni wdechowych Skurcze samej przepony zapewniają wystarczającą wentylację płuc proces przepływu powietrza przez płuca. Przy braku czynności przepony wentylacja jest utrzymywana dzięki skurczom mięśni międzyżebrowych zewnętrznych oraz dodatkowych mięśni wdechowych. Przy równoczesnym porażeniu przepony i mięśni międzyżebrowych zewnętrznych wentylacja jest niewystarczająca (konieczne jest wspomaganie oddechu); taka sytuacja występuje rzadko ponieważ unerwienie przepony pochodzi z segmentów szyjnych, a mięśni międzyżebrowych z segmentów piersiowych.
OBJĘTOŚĆ PŁUC VC IRV TV 3,3 0,5 1,9 0,5 ERV RV 1,0 1,2 0,7 1,1 TLC 6,0 4,2 TV objetość oddechowa (objętość powietrza wymienianego w spokojnym oddychaniu IRV wdechowa objętość zapasowa (przy maksymalnym wdechu po spokojnym wdechu) ERV wydechowa objętość zapasowa (przy maksymalnym wydechu po spokojnym wydechu) VC pojemność życiowa (maksymalny wdech maksymalny wydech) RV objętość zalegająca (stale w płucach żeby pęcherzyki się nie zapadły)
POJEMNOŚĆ PŁUC (capacity C) suma dwu lub więcej objętości Życiowa płuc ( vital capacity VC) największa ilość powietrza jaka może zostać usunięta po maksymalnym wydechu; Całkowita pojemność płuc ( total lung capacity TLC) pojemność życiowa + objętość zalegająca; Pojemność wdechowa (inspiratory capacity IC) ilość powietrza wpływająca do płuc przy maksymalnym wdechu, po spokojnym wydechu (zapasowa objętość wdechowa + objętość oddechowa); Pojemność wydechowa (expiratory capacity EC) ilość powietrza usuwana z płuc w trakcie maksymalnego wydechu, po spokojnym wdechu ( zapasowa objętość wydechowa + objętość oddechowa); Czynnościowa pojemność zalegająca (functional residual capacoty FRC) ilość powietrza pozostająca w płucach po spokojnym wydechu (zapasowa objętość wydechowa + objętość zalegająca);
ANATOMICZNA I FIZJOLOGICZNA PRZESTRZEŃ MARTWA ANATOMICZNA PRZESTRZEŃ MARTWA Nieużyteczna; Objętość dróg oddechowych przewodzących powietrze (tchawica, drzewo oskrzelowe do oskrzelików końcowych włącznie); wynosi 150 ml; FIZJOLOGICZNA PRZESTRZEŃ MARTWA Część powietrza wydychanego, nie biorąca udziału w wymianie gazowej z krwią w płucach; W warunkach prawidłowych jest prawie równa anatomicznej przestrzeni martwej; PĘCHERZYKOWA PRZESTRZEŃ MARTWA Objętość powietrza w pęcherzykach nieczynnych w wymianie gazowej z powodu braku przepływu krwi w kapilarach; Fizjologiczna p.m. = Anatomiczna p.m. + Pęcherzykowa p.m.
WENTYLACJA PŁUC Minutowa wentylacja całkowita (V E ) V E = VT * f VT - objętość oddechowa - ok. 500 ml F - częstość oddechów: - niemowlęta 30-50/min - dzieci 18-30/min -dorośli 10-15/min V E wentylacja minutowa - ok. 6 l Do pęcherzyków płucnych dopływa w trakcie każdego wdechu: 500 ml TV 150 ml anatomicznej przestrzeni martwej = 350 ml Wentylacja pęcherzykowa (70% wentylacji całkowitej) Zwiększenie przestrzeni martwej oraz zmniejszenie objętości oddechowej ogranicza wentylację w pęcherzykach płucnych oraz wymianę gazową w płucach. Podczas dużego wysiłku fizycznego korzystne jest zwolnienie i pogłębienie oddychania.
REGULACJA ODDYCHANIA KONTROLA AUTOMATYCZNA KOMPLEKS ODDECHOWY PNIA MÓZGU neurony oddechowe rdzenia przedłużonego (wdechowe i wydechowe) + ośrodek pneumotaksyczny (w moście); Ośrodek apneustyczny (dolna część mostu) pobudza tonicznie neurony wdechowe; Część opuszkowa Neurony grupy grzbietowej (okolice jądra pasma samotnego) wyładowują rytmicznie głównie w trakcie wdechu, aktywując przeciwstronne motoneurony przeponowe(w szyjnych segmentach rdzenia kręgowego C3-C6); Neurony grupy boczno-brzusznej (okolice jąder dwuznacznego i tylnodwuznacznego nerwu błędnego)unerwiają przeciwstronne motoneurony przeponowe i mięśni międzyżebrowych zewnętrznych; ich aktywność wzrasta podczas nasilonego wydechu; Kompleks Bötzingera zawiera tonicznie aktywne neurony rozrusznikowe, generując rytm oddechowy;
Część mostowa Ośrodek PNEUMOTAKSYCZNY (jądro okołoramienne przyśrodkowe) zawiera neurony aktywne w trakcie wdechu, wydechu oraz w obu fazach; hamowanie wdechu i przełączanie wdechu na wydech; Ośrodek APNEUSTYCZNY (dolna cześć mostu na granicy z opuszką) toniczne pobudzanie neuronów wdechowych; długotrwałe pobudzenie prowadzi do oddychania apneustycznego przedłużonego wydechu; KONTROLA DOWOLNA Kora ruchowa mózgu; Układ limbiczny i podwzgórze zmiany częstości i głębokości oddychania w rekcjach emocjonalno-napędowych; Zanika w trakcie snu, narkozy lub po uszkodzeniu dróg piramidowych;
Ośrodkowa regulacja oddychania kora mózgowa (hamowanie) Most ośrodek pneumotaksyczny (hamowanie wdechu) ośrodek apneustyczny (pobudzanie wdechu) Rdzeń przedłużony obszar chemowrażliwy neurony wdechowe neurony wydechowe chemoreceptory kłębków aortalnych i zatoki szyjnej (pobudzenie) Rdzeń kręgowy neurony ruchowe nerwu przeponowego mechanoreceptory płuc (hamowanie) neurony ruchowe mięśni międzyżebrowych
Chemoreceptory ośrodkowe pobudzanie ośrodka wdechu ( P CO 2, H + P O 2 ) Receptory płucne (czuciowe zakończenia nerwu błędnego) SAR (wolno adaptujące się) wrażliwe na rozciąganie płuc w trakcie wdechu RECEPTORY INFLACYJNE; ich pobudzenie hamuje i skraca wdech (przyspiesza rytm oddechowy); RAR (szybko adaptujące się) wrażliwe na bodźce chemiczne oraz zapadanie tkanki płucnej RECEPTORY DEFLACYJNE; pobudzenie wywołuje hiperwentylację (ma miejsce w odruchu kaszlu, ziewania i podczas wzdychania; zwiększa dopływ powietrza do pluc); C i J wrażliwe na szereg związków (histamina, bradykinina,substancja P, prostaglandyny, kapsaicyna); ich pobudzenie powoduje reakcje obronne: bezdech i częste ruchy oddechowe.