Fizjologia - wyklad 3 - uklad oddechowy

Fizjologia układu oddechowego.

1. Oddychanie

Oddychaniem nazywamy wymianę gazów pomiędzy organizmem żywym a otaczającym go środowiskiem. Wymiana ta polega na pobieraniu tlenu przez organizm i wydalaniu CO₂.

Oddychanie składa się z czterech następujących etapów:

1. Wentylacji płuc związanej z czynnością klatki piersiowe,- czyli przechodzeniu gazów przez drogi oddechowe do pęcherzyków płucnych i z powrotem

2. Dyfuzji gazów - czyli przechodzeniu cząsteczek tlenu i dwutlenku węgla z miejsc o wysokim ich stężeniu do miejsc w którym stężenie ich jest niższe. Proces dyfuzji w przypadku układu oddechowego przebiega pomiędzy pęcherzykami płucnymi i krwią,

3. Transportu tlenu i dwutlenku węgla przez krew,

4. Regulacji oddychania- czyli utrzymanie na odpowiednim poziomie dostarczania tlenu i wydalania CO₂.zgodnie z aktualnym zapotrzebowaniem ustroju.

Miarą wentylacji płucnej jest pojemność minutowa płuc czyli ilość powietrza wdychanego do płuc w ciągu 1 minuty, obliczana jako iloczyn powietrza dostającego się do płuc przy jednym wdechu i ilość oddechów wykonanych w ciągu 1 minuty.

Tabela 1 Przedstawia częstotliwość oddychania i ilość wdychanego powietrza w zależności od wieku w normalnych warunkach życiowych.

Rozwój osobniczy	Liczba oddechów na minutę	Ilość powietrza dostarczana do płuc przy jednym wdechu
Noworodek	60	100 ml
Dziecko 5-letnie	25	250 ml
Człowiek w okresie dojrzewania	20	400 ml
Człowiek dorosły	18-12	500 ml

W zależności od rodzaju wykonywanej pracy ilość powietrza wdychanego przez człowieka w ciągu 1 minuty wynosi w:

spoczynku 6 litrów

pozycji siedzącej 7 litrów

pozycji stojącej 8 litrów

czasie pracy lekkiej (np. spacer 3 km/godz.) 14 litrów

czasie pracy średniociężkiej (np. marsz 6 km/godz.) 24 litry

czasie pracy ciężkiej (np. bieg na 1 km) 43-50 litrów

Najwyższym wysiłku (np. sprint na 400m.) 100-125litrów

2. Pojemność i objętość płuc.

Ze względów fizjologicznych rozróżniamy trzy zasadnicze ustawienia płuc i klatki piersiowej:

1. Ustawienie spoczynkowe- odpowiadające pozycji klatki piersiowej w chwili ukończenia spokojnego wdechu, gdy mięśnie oddechowe nie pracują i są maksymalnie rozluźnione.

2. Maksymalne ustawienie wdechowe- odpowiadające szczytowi najgłębszego wdechu.

3. Maksymalne ustawienie wydechowe - odpowiadające szczytowi najgłębszego wydechu.

Ze względu na te parametry rozróżniamy takie pojęcia jak: objętość płuc i pojemność płuc.

Objętością płuc nazywamy elementarne niepodzielne części składowe całkowitej pojemności płuc, których miarą jest liczba mililitrów.

W zależności od ustawienia płuc i klatki piersiowej rozróżniamy:

1. Objętość oddechową (TV)- jest to objętość oddechowa spoczynkowa, wynosi ona ok. 500 ml.

2. Objętość zapasową wdechową (IRV) -jest to największa objętość powietrza, która może być wciągnięta do płuc, poczynając od szczytu spokojnego wdechu. Wynosi ona ok. 2500 ml.

3. Objętość zapasowa wydechowa tzw. dopełniająca (ERV)- jest największa objętością powietrza, która może być wyrzucona z płuc poczynając od szczytu spokojnego wydechu tj. gdy ustawienie oddechowe klatki piersiowej zmienia się ze spoczynkowego ustawienia wydechowego na maksymalne ustawienie wydechowe Wynosi ona ok. 1200 ml.

4. Objętość zalegająca (RV)- to objętość znajdująca się jeszcze w płucach w chwili ukończenia najgłębszego wydechu, tj. przy maksymalnym ustawieniu klatki piersiowej. Wynosi ona ok. 1200 ml

Pojemnością płuc nazywamy sumę dwóch lub więcej objętości płucnych. Rozróżniamy rys 1

1. Całkowitą pojemność płuc (TLC) - jest to całkowita objętość powietrza znajdująca się w płucach w chwili ukończenia najgłębszego wdechu, będąca suma wszystkich czterech objętości (TV+ IRV+ERV+RV). Wynosi ona ok. 5200 ml.

2. Pojemność życiowa (VC) - jest to największa objętość powietrza, która może być wyrzucona z płuc podczas najgłębszego wydechu poprzedzonego najgłębszym wdechem. Jest ona suma (TV+ IRV+ERV) i wynosi ona 4000 ml.

3. Pojemność wdechowa (IC)- jest to największa objętość powietrza, która może być wciągnięta do płuc podczas najgłębszego wdechu, poczynając od szczytu spokojnego wydechu tj. gdy ustawienie klatki piersiowej zmienia się ze spoczynkowego na maksymalne wdechowe. IC jest sumą objętości (TV+ IRV) i wynosi ok. 3000 ml.

4. Czynnościowa pojemność zalegająca (FRC)- jest to objętość powietrza znajdującego się w płucach w chwili ukończenia spokojnego wydechu, tj. przy spoczynkowym ustawieniu klatki piersiowej. Jest sumą (RV+ERV) i wynosi ok. 2500 ml.

Ponadto w badaniach czynnościowych układu oddechowego stosuje się takie pojęcia jak:

Wentylacje minutową- jest to ilość powietrza wdychanego w ciągu minuty podczas spoczynku lub przy dowolnym poziomie aktywności fizycznej.

Maksymalna wentylacja oddechowa- jest to maksymalna ilość powietrza, jaka może być wdychana i wydychana w ciągu minuty.

Rezerwa oddechowa- jest to różnica pomiędzy maksymalną wentylacją oddechową i wentylacją minutową. Wyraża się ją jako odsetek maksymalnej wentylacji i wynosi u zdrowych ludzi od 85do 95%.

3. Mechanizm wdechu i wydechu.

Przewietrzanie płuc odbywa się w skutek zmian ciśnienia w pęcherzykach płucnych i górnych drogach oddechowych (ciśnienie śródpłucne) podczas wdechu i wydechu. Rozszerzenie klatki piersiowej i zwiększenie jej pojemności występuje w skutek uniesienia żeber, zwiększenia przednio-tylnego wymiaru klatki i obniżenia przepony. Podczas wydechu występuje odwrotne zjawisko. Rozszerzenie klatki piersiowej podczas wdechu pociąga za sobą rozszerzenie płuc i obniżenie ciśnienia w pęcherzykach płucnych i drogach oddechowych. W czasie normalnego oddychania średnie ciśnienie w pęcherzykach płucnych przy wdechu jest niższe o trzy Tory od atmosferycznego i wynosi -3 Tr (400Pa). Wskutek tego powietrze dostaje się do płuc. W czasie wydechu średnie ciśnienie w pęcherzykach płucnych jest wyższe od atmosferycznego i wynosi +3 Tr (400Pa). To nadciśnienie wypiera powietrze z płuc.

Podczas głębokiego wdechu podciśnienie w pęcherzykach płucnych może osiągnąć wartość -80 Tr a przy silnym wydechu +100 Tr.

4. Wymiana gazów w płucach i tkankach

Przechodzenie tlenu z powietrza pęcherzykowego do krwi i z krwi do tkanek oraz dwutlenku węgla z tkanek do krwi i z krwi do powietrza pęcherzykowego odbywa się zgodnie z prawami fizyko-chemicznymi na zasadzie dyfuzji i perfuzji wywołanej różnicą ciśnień. Gaz przenika zawsze ze środowiska o wyższym ciśnieniu do środowiska w którym ciśnienie jest niższe. rys. 2

Dyfuzja jest to przenikanie cząsteczek jednej substancji w obrębie drugiej przy bezpośrednim ich zetknięciu pod wpływem różnicy ciśnień.

Perfuzja jest to funkcjonalne lub sztuczne utrzymywane przepływu krwi w wyizolowanym narządzie lub części ciała.

Tabela nr 2 Przedstawia wielkość ciśnienia tlenu i dwutlenku węgla w powietrzu atmosferycznym i pęcherzykowym oraz we krwi i tkankach.

Gaz	Ciśnienie
		Powietrzu atmosferycznym	Powietrzu pęcherzykowym	Krwi żylnej	Krwi tętniczej	Tkankach
Tlen O2	159	100-107	35,6-40	97-100	40
Dwutlenek węgla CO2	0,2-0,3	40	47	40	50

Ciśnienie tlenu w powietrzu pęcherzykowym jest wyższe od ciśnienia tego gazu we krwi żylnej w związku z powyższym, tlen dyfunduje z pęcherzyków płucnych do krwi. W tkankach zachodzi zjawisko odwrotne.

Ciśnienie dwutlenku węgla w tkankach jest z kolei wyższe niż we krwi, dyfunduje on więc z tkanek do krwi. We krwi ciśnienie dwutlenku węgla jest również wyższe od ciśnienia powietrza pęcherzyków płucnych, dyfunduje on więc z krwi do powietrza w pęcherzykach płucnych a stąd z powietrzem wydychiwanym jest wydalany na zewnątrz.

5. Przenoszenie tlenu przez krew.

Z całej ilości transportowanego tlenu przez krew 97% odbywa się przez hemoglobinę, a pozostałe 3% w postaci tlenu fizycznie rozpuszczanego. 100 ml krwi tętniczej przenosi od 19 do 20 ml tlenu związanego z hemoglobiną i około 0,3 ml tlenu fizycznie rozpuszczonego.

W warunkach normalnych z całej ilości obecnego tlenu we krwi tętniczej każde 100 ml krwi oddaje tkankom 5 ml tlenu w następstwie tego zawartość tlenu z ok. 19,5 ml we krwi tętniczej obniża się do 14,5 ml w we krwi żylnej.

W czasie ciężkiej pracy fizycznej wzrasta zużycie tlenu powodując spadek jego prężności w tkankach do około 15 Torów (ok. 2 kPa). Obniżenie prężności powoduje zwiększenie dysocjacji oksyhemoglobiny w skutek czego ilość oddawanego tlenu może zwiększyć się trzykrotnie tj. z 5 do 15 ml na 100 ml krwi.

6. Transport dwutlenku węgla

Krew przenosi dwutlenek węgla z tkanek do płuc w czterech następujących postaciach:

1. fizycznie rozpuszczonej,

2. w połączeniu z wodą krwi jako kwas węglowy,

3. w postaci jonów dwuwęglanowych powstałych z dysocjacji kwasu węglowego,

4. połączeń karbaminowych z hemoglobiną i w znacznie mniejszej ilości z białkami osocza.

W warunkach normalnych 100 ml krwi przenosi z tkanek do płuc ok. 4 ml dwutlenku wegla. Podczas bardzo ciężkiej pracy fizycznej ilość transportowanego dwutlenku węgla może zwiększyć się ponad 20-krotnie.

Z całkowitej ilości transportowanego dwutlenku węgla przez krewna połączenie w postaci dwuweglanów przypada 75%karbaminianów 18% i 7% jako CO₂ rozpuszczony fizycznie.

7. Regulacja oddychania.

Czynność oddechowa podlega regulacji i kontroli przez ośrodek oddechowy, zlokalizowany w postaci zgrupowania neuronów głównie w pniu mózgu- moście oraz rdzeniu przedłużonym rys 3. Składa się on z ugrupowania neuronów dla czynności wdechu i wydechu, ściśle ze sobą funkcjonalnie powiązanych. Ośrodek oddechowy posiada znacznie wykształcony własny automechanizm, którego czynność jest regulowana przez czynniki hormonalne, w szczególności przez stężenie dwutlenku węgla, jonów wodorowych i tlenku w płynach ustrojowych oraz przez czynniki nerwowe.

Czynniki hormonalne oddziaływają nie tylko bezpośrednio na ośrodek oddechowy, lecz również pośrednio przez wyzwalanie impulsów nerwowych dopływających do ośrodka oddechowego.

Rys. 1. Przykładowe wielkości pojemności płuc.

Rys 2. Schemat czynników warunkujących wymianę gazową w płucach.

Rys. 3. Schemat położenia ośrodków oddechowych w obrębie mostu oraz schemat zaburzeń oddechu wywołanych uszkodzeniem mostu i rdzenia przedłużonego na różnych poziomach.

5

---