21 października 2011

Fizjologia układu oddechowego

dr n. med. Wieńczysława Adamczyk

R.W.

Budowa układu oddechowego

(rycina)

Górne drogi oddechowe - mają za zadanie ogrzanie, nawilżenie i oczyszczenie powietrza

Dolne drogi oddechowe - od tchawicy, przez oskrzela, oskrzeliki, do pęcherzyków płuc

Mięśnie oddechowe

• Wdechowe

• Główne: międzyżebrowe wewnętrzne, zewnętrzne, przepona

• Dodatkowe: przy wentylacji wysiłkowej, przy wzroście temperatury

• Wydechowe

• Wydech bierny

• Wydech czynny: mięśnie międzyżebrowe wewnętrzne, skośne brzucha itd.

Dolne drogi oddechowe

Strefa przewodząca (od tchawicy do 16 generacji), przejściowa (od 17 do 19 generacji oskrzelików) i oddechowa (od 20 do 23 generacji). Strefa oddechowa ma powierzchnię około 70 m².

Struktura gronka płucnego (schemat - Konturek)

Drogi oddechowe

• Górne drogi oddechowe - długość 22 cm, przekrój 3 cm2, objętość 80 ml

• Tchawica i oskrzela do 14. generacji - przekrój 14 cm2, objętość powietrza 70 ml

• Strefa przejściowa (17-19 generacja) powierzchnia 280 cm2, objętość 850 ml

• Strefa oddechowa (20-23 generacja) powierzchnia 70 m2, objętość 3000 ml

Budowa histologiczna w obrębie układu oddechowego

Komórki kubkowe, komórki rzęskowe. Wg schematu budowy plastra miodu na zrębie wewnątrztkankowym. W obrębie zrębu znajdują się miocyty, włókna nerwowe i naczynia.

Budowa histologiczna pęcherzyków płucnych

Pneumocyty I i II rzędu. Bardzo liczne makrofagi, które stanowią barierę fizjologiczną.

Kontrola skurczów oskrzeli przez (Konturek ryc. 15)

(Kontrek ryc. 20)

v x p = const

Ciśnienie napędowe odpowiadające za przepływ powietrza w drogach oddechowych, to różnica ciśnień, między ciśnieniem panującym w pęcherzykach płucnych a ciśnieniem panującym na zewnątrz (ciśnieniem atmosferycznym).

Ciśnienie transmuralne - ciśnienie przez ścienne

To różnica ciśnień, które panuje wewnątrz danego układu i na zewnątrz danego układu (w jamie wewnątrzopłucnowej). To ciśnienie, które ma za zadanie pokonanie sił retrakcji w tkance płucnej. Ciśnienie to musi być wygenerowane w dużej wielkości w czasie wdechu.

Pw<Pz

Pw=Pz (normobaria)

Pw>Pz

Ciśnienie transmuralne ścian klatki piersiowej

P_kpl = P_pl - P_z

P_pl - wewnątrzopłucnowe

P_z - atmosferyczne

Skierowane dośrodkowo, pociąga ściany klatki piersiowej

Ciśnienie transmuralne układu oddechowego

Prs = Pa - Pz

Pa - ciśnienie pęcherzykowe

Pz - atmosferyczne

Pokonuje opory sprężyste/niesprężyste płuc i klatki piersiowej

Całkowity opór dróg oddechowych

Całkowity opór dróg oddechowych

Opory elastyczne (sprężyste) Opory oddechowe (niesprężyste) 30-60%

Siły retrakcji płuc Sprężystość ściany kl.piersiowej Opór tkankowy Opór dróg oddechowych

Siły napięcia powierzchniowego Sprężystość zrębu łącznotkankowego

Opór dróg oddechowych

R= ΔP / V (cmH2O/l/s)

ΔP - P atmosferyczne - P pęcherzykowe

V - jednostka objętości gazu przepływającego w ciągu sekundu

R - u osób zdrowych 1-3 mm H2O/l/s

Opór przepływu gazu

R= ηL/r⁴ x 8/π

[opór oskrzelowy]

η - gęstość gazu

L - długość dróg oddechowych

r - promień rurki

Rozkład oporów w drogach oddechowych

od tchawicy do 4. Generacji - średni opór

od 5.do 7. generacja - wzrost oporu

od 8. generacja do pęcherzyków płucnych -spadek oporu

w małych oskrzelach jest mały opór! Wynika to z rumacji promieni wszystkich oskrzeli

Około 75-80% oporu przypada na odcinek od tchawicy do 8. generacji, reszta - około 20% przypada na małe oskrzeliki!!!

Przyczyny wzrostu oporu dróg oddechowych

• Zaleganie wydzieliny w drogach oddechowych

• Rurka dotchawicza

• Obrzęki błony śluzowej (astma, zapalenie oskrzeli, obrzęk płuc)

• Skurcz oskrzeli

• Ciało obce

• Zwężenie dróg oddechowych (guz)

Zaburzenia produkcji surfaktantu

Ubytek czynnościowej pojemności zalegającej (obniż. FRC)

Wentylacja mechaniczna (wzr. Objętości końcowo-wydechowej lub spadek objętości końcowo-wdechowej)

Długie oddychanie czystym tlenem

Gazy bojowe

Podczas promieniowania jonizującego

W stanach patologicznych (zaczopowanie oskrzela, zatkanie tętnicy płucnej, operacja na otwartym sercu)

Kliniczna rola surfaktantu

• Zmniejsza napięcie powierzchniowe (zmniejsza pracę oddechową)

• Stabilizuje pęcherzyki płucne i dystalne odcinki dróg oddechowych

• Wspomaga funkcję immunologiczne - aktywuje makrofagi pęcherzykowe, ułatwia opsonizację

• Wspomaga rzęskowy mechanizm oczyszczania dróg oddechowych

• Uczestniczy w regulacji wymiany płynów między łożyskiem naczyń włosowatych a śródmiąższem

• Zapewnia suchość pęcherzyków płucnych

Podatność płuc

C = ΔV/ΔP [=0,24 l/cm H2O]

ΔV - przyrost objętości płuc

ΔP - przyrost ciśnienia transpulmonalnego płuc (P_L=P_A-P_PL)

Podatność płuc

Wzrost	Spadek
Rozedma płuc	Leżąca pozycja ciała Hiperwentylacja Nieprzytomni Ogólne znieczulenie Zwłóknienie płuc	Niedodma Obrzęk Nacieki zapalne Otyłość Procesy starzenia

30 % opory sprężyste, 70% napięcie powierzchniowe

Stosunek przepływu krwi przez płuca do wentylacji pęcherzykowej płuc (stosunek V_A do Q)

Prężności gazów oddechowych - doczytać do kolokwium

Wentylacja/perfuzja (V_A/ Q)

• V_A - wentylacja pęcherzykowa = ok. 4,2 l/min

• Q - przepływ krwi przez płuca (pojemność minutowa prawej komory serca = ok. 5 l/min

• V_A do Q = ok. 0,85

Nierównomierność przepływu krwi w płucach

• Siła ciężkości słupa krwi wyższe ciśnienie w naczyniach podstawy płuc niż szczytowych

• Różnica ciśnienia wewnątrzopłucnowego w tkance płucnej (niższe - szczyt płuc, wyższe - podstawa)

• Regionalne zmiany ciśnienia wewnątrzpęcherzykowego

• Patologia - skurcz, zatkanie, ucisk na naczynia krwionośne

(ryc. 68 - Konturek)

Przeciek płucny

Przeciek fizjologiczny	Przeciek anatomiczny
Fizjologiczna przestrzeń martwa VA/Q=3,3 Fizjologiczny przeciek żylny VA/Q=0,5	Domieszka krwi z żył oskrzelowych do żył płucnych Przepływ krwi z tętnic płucnych do żył płucnych (zespolenia tętniczo-żylne) Krążenie wieńcowe (domieszka krwi żylnej z mięśnia przedsionka i L komory do krwi tętniczej L serca)

Zaburzenia prężności gazów oddechowych w krwi tętniczej

Hipoksemia - niedobór O₂ w krwi tętniczej, pO₂ we krwi tętniczej <85 mmHg

Hipoksja - niedobór tlenu w tkankach

• Hipoksja krążeniowa (zastoinowa) - pO₂ we krwi tętniczej w normie, przepływ krwi w tkankach obniżony (choroby serca lub naczyń obwodowych)

• Hipoksja hipoksyczna (towarzyszy jej hipoksemia) - pO₂ w krwi tętniczej zmniejsza się (warunki wysokogórskie, mieszanki ubogie w O₂)

• Hipoksja anemiczna - obniżenie we krwi Hb transportującej O2 (np. krwotok)

• Hipoksja histotoksyczna - pO2 we krwi tętniczej w normie, zaburzenia wykorzystania tlenu na poziomie komórki (działanie czynników toksycznych)

Hiperoksemia - wzrost prężności O2 we krwi tętniczej powyżej 120 mmHg (oddychanie czystym O2)

Hiperoksja (natlenienie) - wzrost prężności tlenu w tkankach

Hiperkapnia - wzrost prężności CO2 we krwi tętniczej powyżej wartości normy - pCO2=40 mmHg (np. zaburzenia wentylacji pęcherzykowej)

Hipokapnia - obniżenie prężności CO2 we krwi tętniczej poniżej wartości normy (kiperwentylacja)

Krążenie płucne

• Układ niskociśnieniowy

• Układ niskooporowy

• Rezerwuar krwi dla krążenia dużego

• Filtr dla przepływającej krwi

• Hemodynamika krążenia płucnego (ścisły związek z oddychaniem)

• Czynność metaboliczna płuc

Nieoddechowe funkcje krążenia płucnego

• Odżywianie komórek pęcherzyków płucnych

• Udział w komórkowej i humoralnej odpowiedzi immunologicznej

• Funkcja filtracyjna płuc

• Uwalnianie, usuwanie i biotransformacja różnych związków we krwi

• Wymiana wody i białek

• Fibrynoliza i współudział w procesach hamujących krzepnięcie

Opór płucny w układzie naczyniowym (związane z przepływem krwi przez naczynia płucne)

R=ΔP/F

ΔP - ciśnienie napędowe

F - przepływ krwi [l/min]

Dystrybucja oporów naczyniowych

Krążenie duże	Krążenie małe
Małe tętniczki i arteriole 47% Tętnice 19% Naczynia włosowate 27% Żyły 7%	Nie występują Tętnice 20% Naczynia włosowate 60% Żyły 20%

Układ oddechowy w pozycji FRC - po spokojnym wydechu

Właściwości dynamiczne naczyń płucnych

Czynnik działający	Opór naczyniowy
Hemodynamiczny wzrost Ciśnienie w tętnicy płucnej Ciśnienie a lewym przedsionku Objętości krwi w płucach Lepkości krwi	Spadek Spadek Spadek Wzrost
Płucny Wzrost lub obniżenie objętości w stosunku do FRC Wzrost ciśnienia śródmiąższowego	Wzrost Wzrost
Humoralny Katecholaminy, histamina, angiotensyna, PGF Ach, bradykinina, PGE	Wzrost Spadek
Chemiczny Hipoksja pęcherzykowa Hiperkapnia pęcherzykowa Kwasica	Wzrost Wzrost Wzrost

Regulacja oddychania

Receptory układu oddechowego

Receptory górnych dróg oddechowych:

• Receptory nosa

• Receptory krtani

• Mechanoreceptory wolnoadaptujące się SAR

• Mechanoreceptory pobudzane skurczem mięśni poprzecznie prążkowanych górnych dróg oddechowych

• Mechanoreceptory pobudzane zimnem

• Mechanoreceptory szybko adaptujące się RAR

• Mechanoreceptory o charakterze ….

Receptory dolnych dróg oddechowych

• Receptory tchawicy

• Mechanoreceptory SAR

• Mechanoreceptory RAR

• Mechanoreceptory typu C

• Receptory oskrzeli i płuc

• Mechanoreceptory SAR

• Mechanoreceptory RAR

• Mechanoreceptory Typu C

• Mechanoreceptory Typu J

Konturek - ryc. 98

Receptory dróg oddechowych (receptor, lokalizacja, bodziec, odpowiedź - tabela z podręcznika prof. Tafil-Klawe)

1

temperatura

Oscylator wewnętrzny

Generator wzorca oddechowego

Wysiłek fizyczny

Układ sercowo-naczyniowy

Chemorecepcja

Fonacja

Emocje

Sen

Mechanorecepcja

Motoneurony rdzenia kręgowego

Motoneurony oporowe (czaszkowe)

Pompa mięśniowa - przepona, tłocznia brzuszna, mm. międzyżebrowe

Mięśnie gładkie oskrzeli

Mięśnie górnych dróg oddechowych (gardło, krtań)

---