RESPIRATORNA FIZIOLOGIJA

1. Pljučni volumni in kapacitete

Pljučni volumni

IRV – inspiratory reserve volume, je zrak, ki ga lahko vdihnemo po dihalnem volumnuERV – expiratory reserve volume, je zrak, ki ga še lahko izdihnemo po dihalnem volumnuRV – residual volume, zrak ki ostane v pljučih po maksimalnem izdihu.

Mrtvi prostor: anatomski – volumen prevodnih poti (normalno 150 mL) fiziološki – definiran kot volumen ki ne sodeluje pri izmenjavi plinov. Je približno enak

anatomskemu mrtvemu prostoru pri zdravih pljučih. Lahko pa postane večji od anatomskega pri nekaterih boleznih z spremembami v V/Q razmerju, npr. pri neprekrvljenih alveolih

VD fiziološki mrtvi prostor VT tidal volume Paco2 delni tlak CO2 v alveolih = delni tlak CO2 v arterijski krvi PECO2 delni tlak CO2 v izdihanem zraku

Če nimamo fiziološkega mrtvega prostora je delni tlak CO2 v izdihanem zraku enak delnemu tlaku CO2 v alveolu oz. v art krvi. Če je fiziološki mrtvi prostor prisoten, bo delni tlak CO 2 v izdihanem zraku manjši od delnega tlaka CO2 v alveolu, ker je prišlo do redčenja zaradi mrtvega prostora.

Minutna ventilacija

Alveolna ventilacija

1

Volumen vdihanega zraka je navadno malo večji kot volumen izdihanega, ker se več O2 porablja kot CO2 nastaja.

Pljučne kapacitete FRC = ERV + RV (funkcionalna rezidualna kapaciteta) je volumen ki ostane v pljučih po

izdihanem dihalnem volumnu. VC ali FVC (vital capacity or forced vital capacity) je vsota dihalnega volumna, inspiratornega

rezervnega in expiratornega rezervnega volumna. Drugače povedano je volumen zraka ki ga lahko na silo izdihnemo po maximalnem vdihu.

TLC (total lung capacity) je vsota vseh 4 volumnov. Ne moremo jo izmeriti s spirometrijo ker vsebuje RV.

FEV1 ali forced expiratory volume Je volumen zraka, ki ga izdihnemo v prvi sekundi med forced-maximal expiration. Hitrost izdiha je omejena z podajnostjo in upornostjo dihalne poti. Normalno lahko na silo izdihnemo 80% vitalne kapacitete v prvi sekundi FEV1/FVC = 0,8 Pri obstruktivni (zapora) bolezni (astma) FEV1 je bolj reducirana kot FVC, zato se FEV1/FVC

zmanjša. Pri restriktivni bolezni (fibroza – zmanjšana komplianca) se zmanjšata FEV1 in FVC, zato je

FEV1 / FVC normalen ali lahko tudi povišan.

2. Mehanika dihanja

Podajnost pljučC = V/P [mL/mm Hg] Je sprememba volumna pri določeni spremembi tlaka. Je naklon pressure – volume krivulje. Večji naklon -> večja podajnost

Transmuralni oz. transpulmonalni tlak je tlak v alveolu minus intraplevralni tlak. Povečanje tega tlaka vodi v povečanje volumna pljuč, pomanjšanje pa v manjšanje volumna pljuč.

2

Pri vdihu je drugačna p-V krivulja kot pri izdihu (histereza), zaradi delovanja surfaktanta.

Podajnost variira z volumnom. Pri večjih volumnih oz. večjih tlakih je podajnost najmanjša (naklon je majhen). C pa je največja nekje na sredini.

Specifična komplianca pljuč

Pri kliničnih meritvah se običajno normira na FRK. Dobimo specifično komplianco = Cp/Vali raztegljivost pljuč v ožjem pomenu besede.

Omogoča primerjati elastične lastnosti pri različno velikih pljučih ali opazovati regionalne razlike pri istih pljučih.Tipična vrednost pri odraslem človeku pri FRK: Cp=0.4 l/mmHg ≈ 0.2 l/cmH2O = 2 l/kPa.

Podajnost pljuč in prsnega koša

Je manjša od podajnosti samih pljuč in od podajnosti samega prsnega koša.

Intraplevralni tlak je v bistvu transtorakalni tlak, saj pri majhnih volumnih pljuča sama vlečejo navznoter (zaradi el. lastnosti in površinske napetosti), prsni koš pa navzven. Posledica je tako neg.

intraplevralni tlak

Ob FRC je tlak v dihalnih poteh (tudi alveolih) enak atmosferskemu tlaku ( po def. = 0). Takrat ni airflowa in Pip je negativen.

Površinska napetost in surfaktantZaradi privlačnih sil med molekulami tekočine, s katero so kot film obdani alveoli se ustvari sila (tlak) ki povzroči kolaps (atelektaza). Laplaceov zakon

opisuje tlak, ki ga generira takšna sfera: P = 2T/r (P=collapsing pressure, T=površinska napetost, r=radij alveola)

Večji alveoli imajo manjšo tendenco h kolapsu, manjši pa večjo. Alveole prekriva sloj površinsko aktivne snovi (dipalmitoil lecitin), ki manjša površinsko napetost in veča podajnost ter preprečuje zlivanje alveolov.

3

Dihalni cikel

Alveolni tlak = transtorakalni +transpulmonalni tlak

Ob FRC je alveolarni tlak enak atmosferskemu (0). Takrat ni airflowa.

Nižji alveolarni tlak od atmosferskega, kar se zgodi tik pred vdihom, pomeni vdor zraka v pljuča, torej vdih. Zrak namreč potuje od višjih k nižjim tlakom.

Alveolarni tlak se spreminja zaradi sprememb intraplevralnega tlaka. Intraplevralni tlak pa se spreminja zaradi delovanja dihalnih mišic (diafragme). Pri vdihu gre diafragma navzdol, kar povzroči še nižji intraplevralni tlak. Pri izdihu se pa intraplevralni tlak spet viša, pri forsiranem izdihu lahko celo postane pozitiven (to ni na sliki) in pride do dinamične kompresije bronhov.

Upornost dihalnih potiJe opisana z Poiseuilleovim zakonom . Poveča se z zmanjšanjem radija poti. Mesto najvišje upornosti so srednje veliki bronhusi.

Faktorji ki vplivajo na upornost:

Psy stimulacija oži dihalne poti Sy stimulacija in sy agonisti (isoproterenol) širi dihalne poti via ß2 receptorjev Večji volumen zraka v pljučih pomeni manjšo upornost saj so dihalne poti

razširjene (astmatiki se naučijo dihati pri večjih dihalnih volumnih), manjši volumni v pljučih pa večjo upornost. Prevodnost torej raste linearno z volumnom pljuč.

Viskoznost plina (helij ima majhno viskoznost)

Dinamična kompresija bronhiolov:

*Lumen pri bronhih vzdržuje hrustanec, lumen bronhiolov pa transmuralni tlak. Alveolni tlak = transtorakalni (intraplevralni) +transpulmonalni tlak(transmuralni pljuč)

4

A - V mirovanju (FRC torej), pred vdihom, je intraplevralni tlak negativen (-5), alveolarni je izenačen z atmosferskim (0). Transmuralni tlak dihalne poti je tedaj pozitiven (+5) po enačbi (transmuralni P = Pairway – Pintraplevralni) , in zato je pot razširjena.

B – Med inspirijem se intraplevralni tlak zniža na -7, tlak v alveolu je takrat -2, zrak vdira in zato je malo višje od alveola tudi malo višji tlak, ker je bližje zunanjem (teži k izenačitvi). Transmuralni tlak dihalne poti je še vedno pozitiven (+6). Pot je še bolj razširjena kot prej.

C – Po vdihu sta zunanji tlak in tlak v alveolu izenačena, transmuralni tlak dihalne poti je max. pozitiven in pot je najbolj razširjena.

D – Pri forsiranem izdihu lahko dosežemo pozitivne intraplevralne tlake. Po enačbi

(transmuralni P = Pairway – Pintraplevralni) izračunamo da je transmuralni tlak dihalne poti v danem trenutku negativen (-11). Kot že vemo, negativni transmuralni tlak povzroči kompresijo stene, v našem primeru bronhiolov in tako večjo upornost in zato manjši tok.

Delo pri dihanjuPovršina, ki jo v diagramu p-V zajame zanka v dihalnem ciklusu, predstavlja delo. Na absciso nanašamo alveolni tlak (intraplevralni daje info le o delu, opravljenem na prsnem košu). Pri povečanem uporu ali pri forsiranem dihanju se zanka razširi.

Poraba energije je večja, ker:. površina ne zajame energije izometrične kontrakcije. elastična energija, pridobljena v inspiriju, se ne povrne. pri ko-kontrakciji (fiksacija prsnega koša)

3. Merjenje volumnov in kapacitetA) Spirometrija - pljučne volumne merimo s posodo, Pnevmotahografija - pljučne volumne merimo preko pretokov (volumen = integral pretoka)

Izmerimo dihalni volumen, vitalno kapaciteto

Ne moremo izmeriti tistega, kar ostane v pljučih (RV), torej tudi tistih volumnov ki so sestavljeni iz RV: totalne pljučne kapacitete, funkcionalne rezidualne kapacitete (FRK)

5

B) Z metodo razredčenja helija pa lahko določimo FRK. Helij je netopen v krvi. V spirometer damo določen volumen helija z določeno koncentracijo. Oseba nekaj časa diha in čez čas se koncentracija helija v pljučih in spirometru enakomerno razporedi. Oseba izdihne TV in dobimo neko novo koncentracijo helija in lahko po ohranitvenem zakonu izračunamo FRK. c1 x V1=c2 x (V1+V2)

C) Telesna pletzimografija je uporabna za meritev RV, FRK in npr. upora dihalnih poti. Temelji na Boylovem zakonu (P x V = konst, če je T=konst). Če volumen pade se tlak poveča in obratno. Preiskovanec je v nepropustnem prostoru, imenovanem pletzimograf.

Če npr. merimo FRK, preiskovanec izdihne TV in ustnik se zapre. Nato poskuša vdihniti, volumen pljuč se poveča in tlak v pljučih pade, volumen prostora se zato zmanjša in tlak naraste. Ta porast tlaka v pletzimografu se izmeri in iz njega izračunamo FRC.

V2 ⋅Δp2 = − p2 ⋅ΔV2

V2 = (p2/p1).V1.Δp1/Δp2

4. Enačba alveolne ventilacije in enačba plinov v alveoluEnačba alveolne ventilacijeVA ……. alveolar ventilation (mL/min)VCO2 ……… rate of CO2 production (mL/min)PACO2 Alveolar PCO2 (mm Hg)K Constant (863 mm Hg), ob BTPSJe fundamentalna v respiratorni fiziologiji. Opiše obratno sorazmerje med alveolarno ventilacijo in alveolarnim PCO2. Če je torej produkcija CO2 v telesu konstantna, je PCO2 v alveolu odvisna od ventilacije. Povečana ventilacija zmanjša Pco2 v alveolu oz. arterijski krvi. Krivulji pravimo metabolična hiperbola.

Če obrnemo formulo, vidimo kaj vpliva na delni tlak CO2 v alveolu (=arterijski krvi)

Kaj pa če se poveča produkcija CO2 v telesu npr. ob telesni dejavnosti ? Da telo vzdržuje konstanten Pco2 v alveolu oz. art. krvi mora povišati alveolno ventilacijo.

Sedaj pa še enačba plinov v alveolu, ki predvidi Po2 v alveolu v odvisnosti od Pco2 v alveolu

6

PAO2 …………… alveolar PO2 (mm Hg)PIO2 ……………………. PO2 in inspired air (mm Hg)PACO2 ………… alveolar PCO2 (mm Hg)R ………… respiratorni količnik(CO2 production/O2 consumption), normalno je 0,8 ampak se spreminjaKorekcijski faktor – je majhen in zanemarljiv. Uporabimo ga ker delež izdihanega kisika ni nič.

a) V skladu z enačbo alveolne ventilacije sledi da če je alveolna ventilacija razpolovljena, se PAco2

podvoji (saj ni zadosti odstranjen). Nadaljna posledica je pa tudi znižanje Po2 v alveolu za malo več kot polovico.

b) Tudi spremembe v respiratornem količniku vodijo do sprememb Po2 v alveolu. Če se resp količnik zmanjša se tudi Po2 v alveolu zmanjša.

*(v atmosferi je 21% kisika, 78% dušika, vse ostalo je zanemarljivo- torej ne vdihnemo nič CO2)

5. Difuzija plinov (gas exchange)

Fickov difuzijski zakonIzmenjava plinov poteče skozi steno alveola in kapilarno steno s preprosto difuzijo.

VX - volume of gas transferred per unit timeD - diffusion coefficient of the gas (odvisen od topnosti, pri transportu kisika je pomembna tudi hitrost vezave na Hb, od molske mase plina – ta je za vse pline približno enaka. )D za CO2 je 20x večji od D za O2

A - surface area∆P - partial pressure difference of the gas X - thickness of the membrane (1 mikrometer)

7

Nekaj zgornjih parametrov lahko skombiniramo v lastnost difuzijska kapaciteta pljuč (DL). Ta vsebuje D, A, X in tudi čas vezave na določene proteine (pri kisiku na Hb). Izmerimo jo lahko s pomočjo CO(ogljikovega monoksida), ker je transport le-tega skozi alveolno-kapilarno steno odvisen samo od difuzije. Preiskovanec diha mešanico plinov z zelo nizko koncentracijo CO. Izginjanje CO iz mešanice je sorazmerno DL.

pri emfizemu se DL zmanjša zaradi zmanjšanja površine za izmenjavo pri fibrozi se DL zmanjša zaradi zvečanja debeline stene pri anemiji se DL zmanjša ker je količina Hb v eritrocitih zmanjšana med telesno aktivnostjo se DL poveča, ker je več kapilar vključenih v perfuzijo, to pa poveča

surface area za izmenjavo

Difuzijska površina (A) je okoli 70 m2, spreminja se z volumnom pljuč.Odvisna je od :

števila odprtih kapilar in polnjenosti kapilar števila alveolov (kolabirani alveoli, alveoli brez septumov) efektivna površina za izmenjavo je odvisna tudi od hitrosti toka krvi. Pri telesnem naporu se

poveča do 2 krat, pri emfizemu (uničenje alveolov) pa je manjša zaradi zlivanja alveolov.

6. Plini v krvi

a) Raztopljeni plin – vsi plini se delno tudi raztopijo v krvi. Henryjev zakon nam poda zvezo med koncentracijo in parcialnim tlakom (c = k × p , k=topnost). V krvi samo raztopljen plin povzroča parcialni tlak tega plina. N2 je edini ki je vedno samo raztopljen. 2% O2 in 5% CO2 se tako prenaša.

b) Vezan na proteine – O2 (98%), CO2-karbaminohemoglobin(3%) in CO-karboksihemoglobin se prenašajo vezani na proteine. Kisik in CO na Hb, CO2 pa na Hb in druge plazemske proteine. Tak plin ne vpliva na parcialni tlak tega plina v krvi.

c) Kemično spremenjen plin – to je CO2, ki se v eritrocitu spremeni v HCO3. Večina oglj. dioksida (več kot 90%) se v tej obliki prenaša po krvi. Tudi ta oblika ne vpliva na parcialni tlak tega plina v krvi.

Suh vdihnjen Ovlažen trahealni

Alveolarni Sistemski arterijski

Mešana venska kri

p O2 [mmHg] 160 150 100 100 40P CO2 [mmHg] 0 0 40 40 46

Izmenjava plinov (omejitev z difuzijo, omejitev s perfuzijo-tokom)

Omejitev z difuzijo pomeni da je totalna količina transportiranega plina omejena s procesom difuzije. To pomeni, da as long as the partial pressure gradient is maintained, diffusion will continue along the length of the capillary. Primer: difuzija CO, O2 med telesno vadbo, fibroza, emfizem

8

Omejiev z perfuzijo pomeni da je količina transportiranega plina omejena z tokom krvi. Tukaj ne gre za ohranjanje gradienta parcialnega tlaka. Količina transportiranega plina se bo povečala le, če se bo povečal tok. Primer: N2O, O2 v normalnih pogojih v mirovanju, CO2

Rdeča črta kaže spreminjanje parcialnega tlaka z dolžino kapilare (Pa)Prekinjena zelena črta kaže parcialni tlak plina v alveolu, ki je konstanten (PA)Roza osenčeno področje kaže torej razliko parcialnih tlakov (gradient). Ker je gradient parcialnega tlaka v bistvu driving force za transport plina skozi alveolno steno , pomeni da čim večje je osenčeno področje, tem večji je gradient tlaka in več plina se bo transportiralo.

Ko plin prehaja skozi alveolo-kapilarno steno se njegov parcialni tlak v kapilari Pa veča in približuje PA. Če doseže PA se je zgodila total equilibration z alveolnim plinom. Ko se izenačita Pa in PA ni več gradienta in ni več driving force za difuzijo.

A) Na začetku ni nič CO v kapilari zato je Pa COja nič. Njegov Pa se viša along the capillary, a ne doseže popolne izenačitve z PA, zato ker se skoraj ves CO veže na hemoglobin (spomni se da če je plin vezan na protein ne vpliva na parcialni tlak). Ravno zaradi te vezave je ohranjen nizek parcialni tlak Pa CO in zato visok gradient, ki spodbuja difuzijo plina skozi celotno kapilaro.

B) N2O je uporabljen za klasično ponazoritev z perfuzijo omejene izmenjave. Na začetku ga ni v kapilari nič, zato je visok gradient in N2O hitro difundira v kri. N2O se ne veže na noben protein, se samo raztopi v krvi (torej ves difundiran plin povzroči parcialni tlak)zato se zelo hitro približa in izenači z PA. Ko se ta equilibration zgodi, ni več gradienta za difuzijo in se le-ta ustavi že po 1/5 dolžine kapilare. Če bi se tok krvi povečal, bi v kri lahko difundiralo več N2O.

9

Transport O2

Omejitev z perfuzijo: Prenos kisika je v mirovanju omejen s perfuzijo, vendar ne tako ekstremno kot prenos N2O. Na začetku imamo velik gradient (60mmHg) med Pa in PA , zato kisik difundira hitro v kapilaro in Pa se veča. Ker se pa kisik veže na hemoglobin, je na začetku ohranjanje visokega gradienta za prenos. Do izenačenja pride nekje na 1/3 dolžine kapilare in zato se difuzija ustavi. Če bi se povečal tok, bi lahko še več kisika prenesli v kri. Temu rečemo omejitev z perfuzijo. Z drugimi besedami – tok krvi skozi pljuča določa net O2 transfer. Tok skozi pljuča pa se poveča pri telesni aktivnosti.

Omejitev z difuzijo: Pri povečani telesni aktivnosti (tudi pri fibrozi) pa prenos kisika postane diffusion- limited ampak spet ne tako ekstremno kot za primer CO. V tem primeru je gradient za prenos ohranjen čez celotno dolžino kapilare, ampak do izenačitve vseeno ne pride, kar se bo kazalo v zmanjšanem Pa kisika v arterijski krvi in tudi v mešani venozni krvi.

Kako pa je s prenosom kisika v gorah? Na višinah je parcialni tlak kisika v atmosferi manjši (namesto 100 mmHg je 50 mmHg) in zato je tudi v alveolu PA manjši. Zaradi nezadostne oskrbe tkiv s kisikom bo tudi parcialni tlak kisika v venozni krvi manjši (namesto 40 mmHg bo 25 mmHg). Zmanjša se tudi gradient tlakov (namesto 60 mmHg je 25 mmHg) med Pa in PA za prenos.

Vsebnost kisika v krvi [mL O2/100 mL blood]

Je odvisna od koncentracije Hb, nasičenosti Hb s kisikom (saturacija je 100%, če so 4 molekule kisika vezane na en Hb, to je pri visokih parcialnih tlakih) in od deleža kisika ki se je raztopil v krvi.

CO2 =κ ⋅ [Hb] ⋅ s (pO2) + raztopljeni kisik

κ=1.39 ml O2/l

10

normalna [ Hb ]v krvi je 15g/100mL raztopljen ... 3 ml O2/l krvi pri pO2=100 mmHg vezan za Hb (A, F, S) ... pomembna je reducirana oblika (oksidirana = methemoglobin (Fe3+) -

ne prenaša O2) 1 g Hb veže ≈ 1.39 ml O2

150 g Hb veže ≈ 200 ml O2

poraba kisika znaša v mirovanju približno 250 mL/min

Vsebnost O2 [ml O2/l krvi] =koncentracija kisika v krviMaksimalna količina vezanega O2 = kapaciteta Hb za O2

O2 delivery to the tissuesKoličina kisika transportiranega do tkiv je odvisna od blood flowa in vsebnosti kisika.

Krivulja disociacije hemoglobinaSaturacija hemoglobina je 100%, če so na en Hb vezane 4 molekule kisika. Če ima vezane le 3 molekule kisika je saturacija 75%, če 2 je 50% in če eno je 25%.

Saturacija je funkcija parcialnega tlaka PO2 kisika v krvi. Krivulja je sigmoidna, ker se afiniteta Hb za kisik z saturacijo spreminja – pozitivni kooperativni efekt. Z vsakim vezanim kisikom se afiniteta za naslednjega povečuje. Največja afiniteta je za zadnji, 4. kisik, in vezava se zgodi ob parc. tlaku med 60 in 100 mmHg.

Pomembna točka na tej krivulji je P50. Po definiciji je ta točka takrat, ko je Hb 50% nasičen. Sprememba vrednosti P50 pomeni spremembo v

afiniteti Hb za kisik. Če P50 pade pomeni većjo afiniteto, če naraste pa manjšo.

Krivulja nam pomaga tudi razumeti zakaj pride v pljučih do loadinga in periferno do unloadinga kisika. Ob visokih parcialnih tlakih (100 mmHg) je afiniteta Hb za kisik največja (to je v pljučih), ob nizkih parcialnih tlakih (40 mmHg, mešana venska kri) pa najnižja. 100 mmHg pomeni približno 100% nasičenost, 40mmHg pomeni približno 75% nasičenost.

Zgornji, položen del krivulje se razteza med 60-100mmHg, kar nam tudi pove da lahko človek tolerira kar veliko spremembo v alveolarnem PO2. Npr. če je atmosferski parcialni tlak kisika 60 mmHg , se to ne bo veliko poznalo na stopnji nasičenosti Hb.

11

Premiki disociacijske krivulje:

A) Premik v desno: Kadar je afiniteta kisika za Hb zmanjšana, kar se odraža v povečanju P50. To pomeni da je 50% saturacija dosežena pri večjih tlakih kot ponavadi. Kisik se oddaja v tkiva. V tkivih je povečan PCO2, kar zniža pH in zmanjša afiniteto kisika za Hb (Bohrov efekt). Produkcija 2,3-BPG se poveča ob hipoksiji, tudi v višinah.

B) Premik v levo: Kažejo na zvečanje afinitete Hb za kisik. Večjo afiniteto ima fetalni HbF kot HbA.

Zastrupitev s COCO zmanjša količino kisika vezano na Hb IN še premik krivulje v levo. CO ima 250× večjo afiniteto za Hb kot kisik, zato zasede vezavna mesta za kisik, tako da je na enem Hb vezanih pol CO in pol O2. CO pa povzroči tudi večjo afiniteto Hb za kisik, ki se je pa uspel vezati. Od tod premik krivulje v levo.

12

Ogljikov dioksid CO2

Po krvi se prenaša kot HCO3 (90%), kot karbaminohemoglobin vezan na amino konec Hb (3%) in raztopljen v krvi (5%). Topnost CO2 je večja od kisika in sicer 0,07 mL CO2/100mL krvi/mmHg.

Produkcija CO2 je manjša od porabe kisika - približno 200mL/min

Haldanov efekt – čim manj je kisikov vezanih na Hb, večja je njegova afiniteta za CO2

V tkivih CO2 vstopi v eritrocit s preprosto difuzijo , kjer karbonska anhidraza naredi HCO3 in H+. Vodikov ion je pufran s Hb. HCO3

zapusti eritrocit s klorovim antiportom . V pljučih HCO3 vtopi v eritrocit, nastane CO2 in H2O, ki ju izdihnemo.

Krivulja vezave CO2

-koncentracije CO2 so v krvi 3× večje kot koncentracije kisika-bolj linearna kot krivulja HbO2

-bolj strma

7. Pljučni obtokPljučni tok je enak CO (cardiac output) desnega srca, ta je pa v steady state-u enak CO levega srca.

Je linearno sorazmeren z gradientom tlakov med pulmonarno arterijo in levim atrijem in obratno z upornostjo pljučne vaskulature. (Q=∆P/R)

13

Če primerjamo pljučni obtok z sistemskim ima pljučni bistveno manjše tlake(manjša obremenitev desnega srca) in manjše upornosti, žile imajo manj GM in so bolj raztegljive. Razlog da je pljučni Q enak sistemskemu Q so zmanjšani tlaki in upornosti.

Pritiski okoli pljučnih žilVpliv površinske napetosti na kapilare:. omogoča, da so pljučne žile odprte,. vendar pa velika površinska napetost dela podtlak in tendenco k povečanju filtracije

Vpliv volumna pljuč na kaliber pljučnih žil. ekstraalveolne žile: pri majhnem volumnu pljuč niso raztegnjene, zato kaliber velik

. alveolne žile: pri velikem volumnu pljuč so stanjšane.

Vpliv težnosti na porazdelitev pretoka (perfuzijo)Ko oseba leži se približa enakomerni porazdelitvi, ko pa stoji je velik vpliv gravitacije. Pretok krvi je najnižji na apeksu in najvišji na bazi. Arterijski tlak narašča od apeksa proti bazi (hidrostatski tlak).

Zona 1 : alveolni tlak je večji ali enak od arterijskega(arteriol). Če je enak, žile niso kolabirane, če pa je pa so kompresirane, ni perfuzije.

Zona 2 : alveolni tlak je manjši od arterijskega in večji od venskega . Pride do kolapsa žil (kapilar)med arterijami in venami, pretok je sorazmeren razliki tlakov v arteriji in zunanjemu(alveolnemu)

Zona 3: arterijski je tu največji zaradi največjega hidrostatskega učinka. Tudi venski je večji od alveolnega, žile (kapilare) so povsod odprte.

14

Obvozi – tega Starc nima na slajdih ampak:Delni tlak Pa kisika v arterijski krvi ne bo nikoli čisto enak PA. Namreč zaradi fizioloških shuntov pride do mešanja venske z arterijsko krvjo. Približno 2% cardiac outputa obvozi alveole. En primer shunta je bronhialni krvni obtok, drugi pa del koronarnega, ki se drenira direkno v levi prekat.

Vpliv težnosti na ventilacijoVentilacija ni na vseh delih pljuč enaka zaradi gravitacije. Narašča od apeksa do baze pljuč, med dihanjem tidal volume-a. Alveoli na apeksu so večji (bolj razširjeni) kot na bazi, če človek stoji. To je zaradi tega, ker je plevralni tlak pri apeksu nižji (bolj negativen), saj gravitacija vleče pljuča navzdol in jih odmika od prsne stene. Z vdihom plevralni tlak še bolj pade, tlak čez pljuča pa naraste, kar razširi alveol. (PL=PA-Ppl).

Med vdihom imajo alveoli torej različne volumne na različnih lokacijah. Na bazi so alveoli manjši in imajo večjo podajnost, zato lahko prejmejo več dihalnega volumna in več svežega zraka. Na apeksu so bili alveoli že prvotno bolj ekspandirani zato imajo manjšo podajnost in sprejmejo manj dihalnega volumna. Torej: baza prejme več TV kot apeks. Regionalne razlike v ventilaciji niso tako izrazite kot razlike v toku krvi.

Razmerje ventilacije s perfuzijoV/Q razmerje je razmerje med alveolno ventilacijo VA in pljučnim tokom krvi Q. Pravo razmerje je nujno za idealno izmenjavo plinov. Normalna vrednost V/Q je 0,8. To pomeni da je alveolna ventilacija (L/min) 80% blood flowa (L/min) skozi pljuča. V/Q je normalen, če je Pao2 100 mmHg in PaCO2

40 mm Hg. Če se bo razmerje V/Q spremenilo izmenjava plinov ne bo idealna, kar bo vplivalo na na parcialni tlak kisika in ogljikovega dioksida v krvi. Drugače povedano: pri danem delnem tlaku plina x v alveolu določa koncentracijo tega plina v krvi.

15

V/Q vrednost 0,8 je povprečje razmerja V/Q vseh treh con. Te regionalne razlike v V/Q razmerju povzročajo različne Pao2 in PaCO2 v teh conah.

Velik V/Q – pomeni da je velika ventilacija in majhen pretok. PaO2 bo zato visok in PaCO2 nizek.Majhen V/Q – ventilacija je majhna glede na perfuzijo. PaO2 tega področja bo nizek in PaCO2 visok.V/Q je 0 – če perfuzija je, ni pa ventilacije (airway obstruction)V/Q je ∞ - če je ventilacija je, ni pa perfuzije (dead space)

Regulacija pljučnega obtokaKot v sistemski cirkulaciji je upornost večinoma regulirana s spremembami upornosti arteriol

Hipoksična vazokonstrikcija – zmanjšanje PA v alveolu povzroči vazokonstrikcijo. Tako je tok krvi preusmerjen iz slabo ventiliranih alveolov k bolj ventiliranim. O2 je namreč lipidotopna molekula in lahko difundira skozi celične membrane. Ko je PA med 70 in 100 mm Hg kisik difundira do GM arteriol in jih drži dilatirane. PA pod 70 mmHg sproži vazokonstrikcijo – max odziv. Hipoksična vazokonstrikcija je tudi v fetalnih pljučih, zato se iz celotnih pljuč zaradi zvišane upornosti preusmeri tok. Do hipox. vazokonstrikcije pride tudi na velikih nadmorskih višinah, ko je PA kisika majhen.

Pretok krvi je torej odvisen od. volumna pljuč,. hitrosti toka. delnega tlaka kisika. hidrostatskega tlaka (vpliv višine)

8. Nadzor dihanjaDihala vzdržujejo normalne vrednosti pCO2 in pO2 v arterijski krvi preko alveolne ventilacije.

Centralni nadzor dihanja

Možgansko deblo (medulla in pons)Imamo 3 jedra:

Medularni respiratorni center – v retikularni formaciji. Sestavljen je iz dveh skupin nevronov.Dorzalna skupina (inspiratorni center), kontrolira osnovni ritem dihanja. Senzorični imput dobi po IX (periferni kemoreceptorji) in X (mehanoreceptorji v pljučih). Motorični output pa odda via n. phrenicus za diafragmo. Ventralna skupina(ekspiratorni center) je inaktiven ko mirno dihamo, saj je izdih pasiven. Ta center postane aktiven med telesno aktivnostjo.

Apnevstični center – v distalnem ponsu. Stimulacija tega centra povzroči nepravilni vzorec dihanja apnejo (dolg vdih prekinjen z kratkimi izdihi)

Pnevmotaksični center – v prox. ponsu. Inhibira (ustavi) inspirij in tako določi dihalni volumen.

KorteksHoteno lahko začasno povozimo aktivnost možganskega debla. (hiperventilacija, zadržanje diha…), če to predolgo traja omedlimo, da možgansko deblo ponovno vzpostavi normalni vzorec dihanja.

16

KemoreceptorjiCentralni:

Ventrolateralna površina medulle. Komunicira z inspiratornim centrom. Občutljivi na premembe pH (pH se posredno spreminja z PaCO2) CSF. Znižanje pH pomeni

zvišanje ventilacije. Krvno-možganska bariera ne prepušča H+ ali HCO3, prepušča pa CO2. Ta se v CSF združi z vodo

in nastane H+ in HCO3. Vodikovi ioni povišajo pH in vzdražijo receptorje.Periferni:

To so karotidni glomus in aortna telesca. Zaznavajo spremembe v arterijskem PO2, PCO2 in H+. Senzorna vlakna gredo po IX in X do medullarnega inspiratornega centra. Če se PO2 arterijske

krvi zniža, bo prišlo do zvišanja frekvence dihanja. Šele, ko PO2 <60 mmHg bo prišlo do učinkovite hiperpneje.

Če se PCO2 arterijske krvi zviša bo spet zvišanje frekvence dihanja. Od tu pride še do dodatne stimulacije dihanja pri hipoksemiji – znižanju PO2 v arterijski krvi.

Zvišanje v pH zaznavajo samo aortna telesca.

MehanoreceptorjiPrisotni v gladki mišičnini zračnih poti. Zaznavajo nateg, ko so stimulirani sprožijo Hering-Breuerjev refleks. Refleks zniža frekvenco dihanja, preko zvišanja časa ekspirija. Z inhibicijo vagalnih centrov v meduli pa hkrati pride tudi do tahikardije.

Ventilacijski odziv na PCO2

a) Na pCO2 v dihalni zmesi. b) Na pCO2 v arterijski krvi

Delovno točko (pACO2 in VA ) določata odziv osnovnega sistema (metabolična hiperbola) in nadzornega sistema (ventilacijski odziv na CO2).

17

Modulatorji ventilacijskega odzivaSignal iz perifernih kemoreceptorjev. pO2(hipoksemija: rotacija, bolj strmo). acidemija (levo) - signal iz perifernih kemoreceptorjev

Signal centralno. telesni napor (navzgor). adaptacija na višino - alkaloza (levo) . spanje, narkotiki, kronična obstrukcija dihal (desno)

9. Integracija

Telesna aktivnost

18

Velike nadmorske višine

PAO2, torej parcialni tlak kisika v alveolu, je zmanjšan na približno 70mmHg, ker je tudi atmosferski tlak znižan. Zato pride do hipoksemije.

Hipoksemija stimulira periferne kemoreceptorje in tej spodbudijo hiperventilacijo. Hiperventilacija zaradi odstranjevanja CO2 iz alveola povzroči respiratorno alkalozo. Lahko jo zdravimo z inhibitorji karbonske anhidraze, in tako se poveča ekskrecija HCO3 iz telesa. Respiratorno alkalozo torej kompenziramo z blago metabolno acidozo.

Hipoksemija povzroči tudi policitemijo (zvišanje števila eritrocitov), zaradi eritropoetina. Splošna pljučna vazokonstrikcija je tudi posledica hipoksemije. Posledica je povečanje

upornosti in porast tlaka, zato nastane hipertrofija desnega prekata.

Eritrociti proizvajajo več 2,3-BPG, ki premakne krivuljo disociacije Hb v desno.

Hipoksemija / HipoksijaHipoksemija je zmanjšanje PO2 arterijske krvi in jo lahko povzroči veliko stvari:

Velika nadmorska višina (normalen A-a gradient) Hipoventilacija (normalen A-a gradient) Motnje v difuziji (fibroza, pljučni edem..), poveča se namreč difuzijska pot, površina se pa

zmanjša (povečan A-a gradient) V/Q motnja (povečan A-a gradient) Right-to-left shunt (npr. odprt Bottalov vod), povečan A-a gradient

A-a gradient pomeni razliko med alveolarnim in arterijskim parcialnim tlakom kisika. Normalno je nič, saj pride do equilibracije alveolarnega in arterijskega PO2.

Hipoksija je zmanjšan O2 delivery do tkiv ali zmanjšana poraba kisika v tkivih. Vzrokov hipoksije je več (zmanjšan cardiac output, hipoksemija, anemija, zastrupitev z CO, zastrupitev s cianidom)

19