Respiračný systém

Úloha Dodávka kyslíka a eliminácia CO2

pH rovnováha

Tvorba zvuku a hlasu

Ventilácia pozostáva zo 4 (5) „krokov“:1. Pľúcna ventilácia – výmena plynov medzi pľúcami a

prostredím

2. Vonkajšie dýchanie – výmena plynov medzi alveolami a krvou - difúzia

3. transport – transport plynov do a z tkanív

4. Vnútorné dýchanie – výmena plynov medzi krvou a tkanivami

5. Regulácia dýchania + obranné mechanizmy (kašeľ, kýchanie)

Svaly pľúcnej ventilácie

Dýchacie svaly

bránica

externé interkostálne svaly

mm. sternocleidomastoidei –

dvíhajú sternum

mm. serrati anterior – dvíhajú

rebrá

mm. scaleni – dvíhajú prvé 2

rebrá

Svaly pľúcnej ventilácie

Expiračné svaly

mm. abdominal rectus –

spolu s ostatnými svalmi

brušnej dutiny tlačia

vnútorné orgány proti

bránici, čím ju vytláčajú

nahor

Interné

vnútrohrudníkové svaly

Mechanika pľúcnej ventilácie

2 spôsoby pľúcnej expanzie/relaxácie

Pohyb bránice smerom dole/hore

Elevácia/depresia rebier

○ Zvýšenie/zníženie priemeru hrudníkového koša

Fyziologické dýchanie

inspírium – pohyb bránice dole

expírium – elastické vlastnosti tkanív spôsobia

expírium –> pasívne

Úsilné dýchanie

inspírium – kontrakcia sekundárnych inspiračných

svalov

expírium – aktivujú sa brušné svaly

Pohyb vzduchu

Elastické štruktúry – prirodzene kolabujúce

priestory/štruktúry

Pľúca „plávajú“ v koši

obklopené pleurálnou

tekutinou

Lymfatická drenáž z

interpleurálneho priestoru

„lepí“ pľúca k hrudnému

košu

pľúca

Viscerálna pleura Parietálna pleura Parietálny priestor

Zmeny tlakov počas dýchania

Pleurálny tlak

Medzi pľúcami a nástennou pleurou

Normálny tlak je vždy negatívny, tlak je vždy

negatívny proti atmosferickému a

alveolárnemu tlaku

Okolo - 5 cm H2O (vodného stĺpca)

Počas inspirácie, expanzia hrudného koša

potiahne/roztiahne pľúca a tlak sa ešte zníži

(-7,5 cm H2O)

Zmeny tlakov počas dýchania

Alveolárny tlak

Tlak vnútri alveolov

Keď sa otvoria dýchacie cesty, tlak alveolárny je

rovnaký s atmosferickým

0 cm H2O

Počas inspíracie, tlak v alveoloch klesá na cca. -

1 cm H2O, čo stačí zhruba na inhaláciu 0,5L

vzduchu (nasávanie vzduchu trvá kým sa tlaky

nevyrovnajú)

Počas expirácie je zmena tlaku opačná,

alveolárny tlak sa zvyšuje na +1cm of H2O

Inspirácia trvá 2s, expirácia trvá 3s

Zmeny tlakov počas dýchania

Transpulmonálny tlak

Rozdiel tlakov medzi alveolárnym a

pleurálnym tlakom

Meria elastické sily v pľúcach, ktoré majú

tendenciu kolabovať pľúca v každom bode

expanzie

Zvyšuje sa počas inspirácie

Zmeny tlakov počas dýchania

Transpulmonálny

tlak

Compliance/poddajnosť pľúc

Miera, ktorou sa pľúca expandujú na

každú jednotku zvýšenia

transpulmonárneho tlaku

Normálna hodnota je cca. 200ml/cmH2O

2 zložky

Inspiračná

Expiračná

nádych

výdych

Poddajnosť pľúc

Vlastná poddajnosť pľúc je podmienená

elastickými a neelastickými silami:

Sily pľúcneho tkaniva

○ Elastín

○ Kolagén v parenchýme pľúc

Elastické sily v dôsledku povrchového

napätia vnútri alveolov

○ 2/3 poddajnosti

Povrchové napätie

Molekuly vody a vzduchu sa na svojom

rozhraní priťahujú (podstata napr.

dažďových kvapiek)

V pľúcach:

Molekuly vody na povrchu alveolov majú

tendenciu sa k sebe priťahovať kolaps

alveolov

Surfaktant

Povrchovo aktívna látka

Znižuje povrchové napätie

Tvorené pneumocytmi II. typu

komplex

fosfolipidov – dipalmitoyl lecitín

○ Redukuje povrchové napätie svojimi

hydrofóbnymi a hydrofilnými koncami

apoproteíny

Vápnikové ióny

○ Ca a apoproteíny zvyšujú fluiditu surfaktantu a

jeho distribúciu v alveole

Štruktúra alveolu

Alveol

Pneumocyt I. typu

Pneumocyt II. typu

Surfaktant

Fóbna časť

Water layer on the

Surface of alveolar cells

Surfaktant

Filná časť

Respiračné objemy

Množstvo vzduchu, ktoré sa vymení s okolím pri normálnom nádychu (asi 500ml).

Dychový objem - TV

Množstvo vzduchu, ktoré môžeme nadýchnuť po normálnom nádychu -inspiračný rezervný objem (IRV), asi 3000ml.

Expiračný rezervný objem (ERV) –množstvo vzduchu, ktoré môžeme vydýchnuť po normálnom výdychu, asi 1200 ml

Množstvo vzduchu ostávajúce v pľúcach po maximálnom výdychu - reziduálny objem(RV), asi 1200 ml

Respiračné kapacity Inspiračná kapacita – množštvo

vdýchnuteľného vzduchu

IC = TV + IRV (asi 3500ml)

Funkčná reziduálna kapacita – množstvo vzduchu, ktoré ostáva v pľúcach po normálnom výdychu

FRC = ERV + RV (asi 1700ml)

Vitálna kapacita – množstvo vzduchu, ktoré môžeme vydýchnuť po maximálnom nádychu

VC = TV+IRV+ERV (asi 4800ml)

Celková kapacita pľúc – súčet všetkých objemov

TLC = VC + RV (asi 6000ml)

Practické cvičenia

1. Heringov model dýchania

2. Paralelogram

3. Meranie vitálnej kapacity

4. Analýza expirovaného vzduchu

5. Meranie výdychovej rýchlosti vzduchu

Pľúcna cirkulácia

Nie všetky časti pľúc sú rovnako prekrvené

Gravitačná sila

Roztiahnutie alveolov

○ Kompresia krvných ciev

3 zóny

I. zóna – bez prietoku

○ Kapilárny tlak nie je vyšší ako alveolárny tlak

II. zóna – prerušovaný krvný tok

○ sTK ale nie dTK je vyšší ako alveolárny tlak

III. zóna – kontinuálny krvný prietok

○ Kapilárny tlak je vždy vyšší ako alveolárny tlak

Pľúcna cirkulácia

V normálnych pľúcach

je iba zóna II a III

zóna II – v hrotoch

zóna III – ostatné

sTK v pravej komore =

25mmHg

dTK v pravej komore =

8 mmHg3

0cm

23m

mH

g

13cm

17cm

15m

mH

g8m

mH

g

Alveolárna výmena plynov

Ventilačno-perfúzny

nepomer

Mŕtvy priestor

Anatomický

Fyziologický

Skraty

Atelektáza

Pneumónia

Rakovina

Obštrukčná choroba

Pľúcna embólia

Pľúcna cirkulácia a cvičenie

Prietok krvi sa počas

cvičenia zvýši 4-7x

otvorenie kapilár

zvýšený prietok krvi

Srdcový výdaj o 400%

vs. Pľúcny tlak o 33%

○ Krvné artérie majú

hrúbku len 1/3

systémovej artérie

○ Rozťažnosť -

compliance

0

5

10

15

20

25

30

0 4 8 12 16 20 24

Srdcový výdaj [L/min]

Tla

k v

art

. pulm

onalis

[mm

Hg]

Normálna hodnota

Vychytávanie kyslíka do pľúcnej artérie

Alveolus PO2 = 104 mmHg

PO2 = 40

mmHg

PO2 = 100

mmHg

Pľúcna kapilára

Parciálny tlak kyslíka v alveolochArteriálny

koniec

Venózny koniec

Výmena dýchacích plynov

Difúzia plynov

Zásoby kyslíka v organizme

Funkčná rezervná kapacita

Kým dýchame

VZDUCH

Kým dýchame

100% O2

V pľúcach (FRC) 450ml 3000ml

V krvi 850ml 950ml

Rozpustený v tkanivách (FRC) 250ml 300ml

Celkovo 1550ml 4250ml

Kontrola dýchacej aktivity

Cieľom dýchania je zachovať správne

koncentrácie O2 a CO2

Počas cvičenia sa zvyšuje potreba

kyslíka až 20x

CO 2 a H+ stimuluje centrá v CNS

O2 má receptory na periférii

Pneumotaxické centrum

Frekvencia a vzorec

dýchania

Dorzálna respiračná

skupina

vdych

Ventrálna respiračná

skupina

Vdych a výdych

Respiračné centrum

Medulla oblongata & pons

Periférna kontrola vdychu

Receptory roztiahnuta v pľúcach a dýchacích

cestách

J receptory (juxtacapillary receptors)

n. vagus posiela signál do DRG

Aktivujú sa pri hyperinflácii pľúc

Pomáha pneumotaxickému centru zastaviť ramp

signál

Pri Vt približne 1.5 L

Iné faktory ovplyvňujúce

dýchanie

Vedomá kontreola (mozgová kôra)

Iritabilné receptory v dýchacíchc cestách

Funkcia J receptorov

Účinok mozgového edému

Anestézia

Sumár

Chemická kontrola CNS centra

Chemosenzitívna oblasť Vedľa VRG

H+ priamo stimulujú túto oblasť

CO2 nepriamy účinok

○ Difunduje do mozgovomiešneho moku podľa tlakového gradientu

○ Silný akútny účinok

Minúty na ovplyvnenie dýchania

H2CO3

H2O + CO2

H+ + HCO3-

Periférny chemoreceptorový systém Detekuje zmeny v arteriálnom pO2

Karotické telieska Bifurkácia glosso-pharyngeálny nerv DRG

Aortické telieska Oblúk aorty n. vagus DRG

Sekundy na ovplyvnenie dýchania

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 100 200 300 400 500

Fre

kve

nc

ia A

P z

ka

roti

ck

ýc

hte

lie

so

k/s

arteriálne pO2 [mmHg]

Nízke pO2 a alveolárna

ventilácia

Význam nízkeho pO2

Nízke arteriálny tlak kyslíka za predpokladu,

že CO2 a H+ ostávajú rovnaké.

○ pneumónia, emfyzém

Dýchanie vzduchu s nízkym parciálnym

tlakom kyslíka

○ Lozenie na skaly (4000 m a viac)

Klinické termíny Eupnoe

○ Normálne dýchanie (normálna frekvencia aj hĺbka)

Apnoe

○ Zástava dýchania

Tachypnoe

○ Vyššia frekvencia dýchania (nehovorí nič o hĺbke)

Hyperpnoe

○ Hlboké vdychy (nehovorí nič o frekvencii)

Hyperventilácia

○ Zvýšené množstvo ventilovaného vzduchu nad potrebu organizmu

Dyspnoe

○ Zhoršené dýchanie

Anoxia

○ Neprítomnosť O2

Hypoxia

○ Neadekvátna donáška kyslíka do tkanív (nedostatok)

Ischémia

Neadekvátny prietok krvi tkanivami

Praktické cvičenie

Funkčné vyšetrenie pľúc

Úloh zvyšujúcej sa CO2 koncentráciea

znižovania koncentrácie O2 na dýchanie

Vyšetrenie rýchlosti prúdenia vzduchu

Sanoscopom

Klinické scenário