Wentylacja płuc minutowa (ang. pulmonary ventilation) - objętość powietrza swobodnie pobierana i oddawana w ciągu minuty. U dorosłego człowieka w spoczynku wdychane i wydychane jest około 8 litrów powietrza na minutę – 16 oddechów × 500 mL powietrza objętości oddechowej. Może ona się znacznie zwiększyć w czasie wykonywania szybkich i głębokich oddechó

Współczynnik oddechowy (iloraz oddechowy)-RQ, stosunek objętości dwutlenku węgla wydychanego w procesie oddychania do objętości wdychanego tlenu, będący wskaźnikiem rodzaju substratu oddechowego wykorzystywanego w procesach oddychania komórkowego; w. o. przy wykorzystywaniu węglowodanów wynosi 1,0, dla białek – ok. 0,8 a dla tłuszczy – ok. 0,7.

Fazy cyklu oddechowego

Rytmiczne ruchy oddechowe klatki piersiowej - oddechy (około 16 na min. w spoczynku) powodują wentylację płuc (przewietrzanie). Każdy oddech (czyli cykl oddechowy) składa się z wdechu (fazy wdechowej) oraz wydechu (fazy wydechowej), w czasie których do pęcherzyków płucnych jest wciągane powietrze atmosferyczne.

W czasie wdechu skurcz (praca) mięśni wdechowych: przepony, mięśni międzyżebrowych zewnętrznych, pokonuje opory elastyczne i nieelastyczne płuc i klatki piersiowej oraz opory dróg oddechowych dla przepływającego przez nie powietrza. Pokonanie oporów powoduje przesunięcie przepony w dół oraz ruch żeber i mostka ku górze i na zewnątrz, co wywołuje wdechowe powiększenie wymiarów klatki piersiowej, a więc zwiększenie objętości jamy klatki piersiowej. Sprężyste napięcie (pociąganie) ścian klatki piersiowej działające na zewnątrz obniża ciśnienie ujemne w jamie opłucnej w stosunku do ciśnienia atmosferycznego. Obniżone ciśnienie działa na opłucną płucną (pokrywającą płuco), powodując podążanie jej za opłucną ścienną (wyścielającą wewnętrzną powierzchnię klatki piersiowej). W konsekwencji płuca ulegają rozciągnięciu, zwiększają swoją objętość, co powoduje napływ powietrza do płuc tak długo, aż ciśnienie śródpęcherzykowe zrówna się z ciśnieniem atmosferycznym (rozprężanie się płuc).

Na szczycie wdechu mięśnie wdechowe rozkurczają się, przepona przesuwa się ku górze i klatka piersiowa stopniowo zmniejsza się (zapada), co doprowadza do zmniejszenia objętości klatki piersiowej. Ciśnienie ujemne w jamie opłucnej staje się mniej ujemne, sprężyste napięcie płuc (pociąganie płucne) działające do wewnątrz powoduje elastyczne zapadanie się płuc, a więc zmniejszanie objętości płuc. W pęcherzykach płucnych ciśnienie wzrasta powyżej ciśnienia atmosferycznego, co skierowuje przepływ powietrza w drogach oddechowych na zewnątrz. Spokojny wydech jest aktem biernym, natomiast w czasie nasilonego wydechu kurczą się mięśnie międzyżebrowe wewnętrzne oraz mięśnie przedniej ściany brzucha (zwiększenie ciśnienia śródbrzusznego - działanie tzw. tłoczni brzusznej), co zmienia ciśnienie w jamie opłucnej na dodatnie. W czasie swobodnego wdechu do dróg oddechowych dostaje się około 500 ml powietrza, stanowiącego objętość oddechową; z tej objętości do pęcherzyków płucnych dostaje się około 350 ml, a pozostałe 150 ml wypełnia drogi oddechowe, czyli tzw. przestrzeń martwą anatomiczną, w której nie ma wymiany gazów.

Oddychanie wewnętrzne— czyli wewnątrzkomórkowe w czasie którego cząsteczki tlenu wchodzą w reakcje chemiczne.

Oddychanie zewnętrzne-jest procesem złożonym w którym bierze udział układ oddechowy składający się z dróg oddechowych i płuc, mięsnie poprzeczno prążkowane szkieletowe , krew, układ sercowo-naczynowy oraz ośrodki nerwowe sterujące oddychaniem. Oddychanie zew. Polega na doprowadzeniu tlenu atmosferycznego do komórek zgodnie z gradientem ciśnienia parcjonalnego tlenu. Jednocześnie zostaje usuwany z komórek CO2 powstający w wyniku utleniania komórkowego związków organicznych.

Oddychanie zew. Dzieli się na szereg procesów-

-wentylacje płuc

-dyfuzję gazów pomiędzy powietrzem pęcherzykowym i krwią

-transport gazów za pośrednictwem krwi

-dyfuzję gazów pomiędzy krwią i komórkami.

Pojemność płuc-u mężczyzn na szycie najgłębszego wdechu znajduję się około 6L powietrza jest to pojemność płuc całkowita –TCL.TCL dzieli się na pojemność oddechowa –IC i pojemność zalegającą czynnościową –FRC.

Pojemność wdechowa (IC)- stanowi powietrze wciągane do płuc w czasie swobodnego wdechu po spokojnym wdechu.

Pojemnośc zalegająca czynnosciowa (FRC)-jest to powietrze pozostające w płucach po spokojnym wydechu .Każda z tych dwóch pojemności dzieli sięna dwie objętości.

Obietość oddechowa (TV)-wdychanie i wydychanie w czasie swobodnego wdechu i wydechu oraz

Objętość zapasowa wdechowa (IRV)- wciągana do płuc w czasie max wdechu wykonywanego na szczycie swobodnego wdechu tworzą łacznie pojemność wwdechową IC.

Objętość zapasowa wydechowa –po swobodnym wydechu można wykonać max wydech usuwając z płuc objętość zapasową wydechową –ERV.

Objętość zalegająca –RV- w czasie max wydechu zawsze posostaje w płucach objętość zalegająca.obejmuje powietrze znajdujące sięw pęcherzykach płucnych i przewodzikach pęcherzykowych , a więc tam gdzie istnieją anatomiczne warunki do wymiany gazów.

Objętość zalegająca i objętość zapasowa wydechowa tworzą łącznie pojemność zalegająca czynnościowa – FRC.

Objętość i pojemność płuc - spirogram

Zapis objętości i pojemności płuc nazywa się spirogramem. Objętością oddechową

(V) nazywamy ilość powietrza niepodzielną, natomiast pojemność oddechową (C)

stanowią co najmniej dwie objętości oddechowe. Poszczególne objętości i pojemności

(u mężczyzn) przedstawiono na rycinie 4.9.

Rodzaje objętości płuc

1) VT - objętość oddechowa -jest to ilość powietrza wprowadzana do układu

oddechowego w czasie spokojnego wdechu lub usuwana z układu

oddechowego w czasie spokojnego wydechu; VT = 500 ml,

2) IRV - zapasowa objętość wdechowa -jest to ilość powietrza wprowadzana

do układu oddechowego podczas maksymalnego wdechu wykonywanego

z poziomu spokojnego wdechu; IRV = 3300 ml,

3) ERV - zapasowa objętość wydechowa - jest to ilość powietrza usuwana

z układu oddechowego podczas maksymalnego wydechu wykonywanego

z poziomu spokojnego wydechu; ERV = 1000 ml,

4) RV - objętość zalegająca -jest to ilość powietrza pozostająca w płucach

na szczycie maksymalnego wydechu; RV = 1200 ml.

Rodzaje pojemności płuc

1) IC - pojemność wdechowa - jest to ilość powietrza wprowadzana

do układu oddechowego podczas maksymalnego wdechu wykonywanego

z poziomu spokojnego wydechu; IC = 3800 ml; IC =

= VT + IRV,

2) FRC - czynnościowa pojemność zalegająca - jest to ilość powietrza pozostająca

w płucach na szczycie spokojnego wydechu; FRC = 2200 ml;

FRC = ERV + RV,

3) VC - pojemność życiowa -jest to ilość powietrza wprowadzana do układu

oddechowego podczas maksymalnego wdechu wykonywanego z poziomu

maksymalnego wydechu bądź ilość powietrza usuwana z układu

oddechowego podczas maksymalnego wydechu wykonywanego z poziomu

maksymalnego wdechu; VC = 4800 ml; VC = IRV + VT + ERV

bądź VC = IC + ERV,

4) TLC - całkowita pojemność płuc - jest to ilość powietrza w układzie

oddechowym na szczycie maksymalnego wdechu; TLC = 6000 ml;

TLC = IRV + VT + ERV + RV; TLC = IC + ERV + RV; TLC =

= IRV + VT + FRC; TLC = IC + FRC.

Wentylacja płuc („przewietrzanie płuc") - MV, jest to ilość powietrza

wprowadzana do układu oddechowego lub usuwana z układu oddechowego

248

w ciągu minuty. Wentylacja płuc zależy od głębokości poszczególnych oddechów

oraz liczby oddechów w jednostce czasu. Wentylacja minutowa płuc w spoczynku

wynosi:

MV = VT • f

gdzie: VT - objętość oddechowa, f - liczba oddechów w ciągu minuty.

Ponieważ objętość oddechowa wynosi 500 ml, a częstość oddechów

w spoczynku waha się w przedziale od 8 do 16 oddechów/minutę (średnio 12

oddechów/minutę), to: MV = 500 ml X 12 oddechów/min = 6000 ml/min.

Maksymalna wentylacja płuc - MBC jest to największa ilość powietrza, jaka

może być wprowadzona do układu oddechowego lub usunięta z układu

oddechowego w ciągu minuty. Towarzyszy ona wysiłkom fizycznym bądź

oddychaniu powietrzem o wzrastającym ciśnieniu parcjalnym dwutlenku węgla.

MBC jest około 20-krotnie większa aniżeli wentylacja minutowa w spoczynku.

Maksymalna wentylacja dowolna - MW jest to największa ilość powietrza,

jaka może być wprowadzona do układu oddechowego lub usunięta z układu

oddechowego w jednostce czasu, podczas oddychania z największą częstością

i głębokością.

Natężona pojemność życiowa płuc - FVC jest to ilość powietrza usuwana

z układu oddechowego podczas maksymalnego szybkiego wydechu wykonywanego

z poziomu maksymalnego wdechu.

Natężona objętość wydechowa sekundowa - FEV1,0 jest to ilość powietrza,

jaką można usunąć z układu oddechowego w ciągu pierwszej sekundy maksymalnie

szybkiego, głębokiego wydechu wykonywanego z poziomu maksymalnego

wdechu. Natężona objętość wydechowa sekundowa jest wyrażana jako

procent natężonej pojemności życiowej płuc. Prawidłowa wartość FEV1,0

stanowi 75-80% natężonej pojemności życiowej płuc. Pomiar FEV1,0 nosi nazwę

próby Tiffeneau i służy do oceny oporu dróg oddechowych.

Iloraz oddechowy

Stosunek ilości wydychanego dwutlenku węgla (VCO2) do poboru tlenu (VO2)

jest nazywany współczynnikiem oddechowym (R) lub ilorazem oddechowym (RQ).

W literaturze anglojęzycznej można często spotkać skrót RER (respiratory

exchange ratio).

R = VCO2/VO2

Wielkości współczynnika oddechowego najczęściej mieszczą się w przedziale

od 0,71 do 1,00. W spoczynku wynoszą one zazwyczaj 0,78-0,80.

W ciężkim wysiłku zbliżają się do 1,0. W wysiłkach bardzo intensywnych,

a zwłaszcza po ich zakończeniu, R wyraźnie przekracza 1. Wielkości bliskie 1,0

i wyższe od 1,0 są wynikiem wzrostu dyfuzji CO2 z krwi w wyniku nasilonego

buforowania kwasicy mleczanowej przez wodorowęglany, zgodnie z reakcją:

H+ + HCO-

3 <>H2O + CO2.

Na podstawie wielkości R ocenić można proporcje w utylizacji tłuszczów

i węglowodanów zarówno w spoczynku, jak i w wysiłku. Przykładowo R = 1

oznacza, że komórki do produkcji energii zużywają jedynie węglowodany

(tab. 13.12).

Ponadto na podstawie wielkości R ustalić można wielkości równoważnika

energetycznego 11 tlenu (tzn. ilość energii uwalnianej w czasie zużycia 11 tlenu).

Wielkość tego równoważnika mieści się w granicach 19,6-21,12 kJ na litr

zużytego tlenu. Przykładowo jego wartość przy R równym 0,80 wynosi 20,1 kJ

na litr zużytego tlenu.

Wielkość tego równoważnika wykorzystywana jest w wyliczeniach kosztu

energetycznego wysiłku oraz w ocenie współczynnika pracy użytecznej.

Szeroki zakres wielkości równoważnika energetycznego 1 1 tlenu przedstawiono

w tabeli 13.12.

Podsumowanie

Stosunek ilości wydychanego dwutlenku węgla (VCO2) do poboru tlenu (VO2) jest

nazywany współczynnikiem oddechowym (R) lub ilorazem oddechowym (RQ).

W literaturze anglojęzycznej można często spotkać skrót RER (respiratory

exchange ratio).

R = VCO2/VO2

Etapy oddychania

Proces wymiany gazów pomiędzy organizmem a otaczającym środowiskiem

nazywa się oddychaniem. Istnieją trzy etapy oddychania: oddychanie zewnętrzne,

transport gazów oraz oddychanie wewnętrzne.

Oddychanie zewnętrzne stanowi wymiana gazów pomiędzy:

a) powietrzem atmosferycznym a pęcherzykiem płucnym,

b) pęcherzykiem płucnym a osoczem krwi,

c) osoczem krwi a krwinkami czerwonymi.

Etap powyższy zachodzi na poziomie płuc.

Transport gazów, zwany oddechową funkcją krwi, odbywa się na przestrzeni

pomiędzy płucami a tkankami organizmu. Transporterem tlenu są krwinki

czerwone - tlen jest przenoszony w powiązaniu z hemoglobiną - barwnikiem

krwinek czerwonych; tylko niewielka ilość tego gazu jest rozpuszczona fizycznie

w osoczu. Głównym transporterem dwutlenku węgla jest osocze, część dwutlenku

węgla przenoszona jest przez krwinki czerwone w powiązaniu z grupą

aminową hemoglobiny.

Oddychanie wewnętrzne stanowi wymiana gazów pomiędzy środowiskiem

zewnątrzkomórkowym a wnętrzem komórek oraz wykorzystanie tlenu i wytworzenie

dwutlenku węgla. Etap powyższy zachodzi na poziomie tkanek.

Fazy cyklu oddechowego

Pojedynczy cykl oddechowy składa się z dwu faz - wdechu (I) i wydechu (E). Obie

fazy cyklu oddechowego, zarówno wdech (ruch powietrza z atmosfery do

pęcherzyka płucnego), jak i wydech (ruch powietrza z pęcherzyka płucnego do

atmosfery), pojawiają się w konsekwencji zaistnienia gradientu ciśnień pomiędzy

pęcherzykiem płucnym a atmosferą (ryc. 4.2). Z punktu widzenia oddechologii

ciśnienie atmosferyczne (Patm) jest ciśnieniem stałym. Ruch powietrza z atmo-

239

sfery do pęcherzyka płucnego, bądź z pęcherzyka płucnego do atmosfery,

zachodzić może więc tylko w wyniku zmiany ciśnienia w pęcherzyku płucnym

(PA). Wytwarzanie zaś cyklicznych zmian ciśnienia w pęcherzykach płucnych jest

funkcją mechaniki oddychania.

Ryc. 4.2. Gradient ciśnienia pomiędzy powietrzem pęcherzykowym a atmosferycznym wywołujący

ruch powietrza do pęcherzyka (wdech) i ruch powietrza z pęcherzyka (wydech).