Fizjologia- układ oddechowy
opracowała: Natalia Wieczorek ;)
1. Budowa układu oddechowego
Budowa i podział dróg oddechowych
Górne drogi oddechowe
jama nosowa z zatokami okołonosowymi
jama ustna i nosowa
krtań
Dolne drogi oddechowe
Tchawica
Oskrzela przez oskrzeliki do pęcherzyków płuc
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.
Czynność górnych dróg oddechowych
Nos, tchawica, oskrzela- ogrzewanie, oczyszczanie, nawilżanie wdychanego powietrza,
Cząstki o średnicy > 10um- zatrzymane w jamie nosowej przez włoski, mniejsze zostają wytrącone do śluzu pokrywającego błonę jamy nosowej.
Cząstki wytrącone w śluzie są przesuwane ruchem migawek w kierunku przełyku, gdzie zostają połknięte wraz ze śliną, albo wykrztuszone z plwocina na zewnątrz..
Oczyszczanie powietrza z cząstek o średnicy 2-10 um odbywa się w oskrzelach i oskrzelikach, gdzie przyklejają się do śluzu, dzięki ruchom nabłonka migawkowego, przesuwane są w kierunku jamy gardłowej.
Strefy układu oddechowego
Strefa przewodząca- drzewo oskrzelowe łącznie z oskrzelikami końcowymi; drogi nie zawierające w swoich ścianach pęcherzyków (generacja 1-16)
rola: przewodzenie, nawilżanie, oczyszczanie, ogrzewanie
Strefa przejściowa- wyścielona płaskim nabłonkiem, zarówno pęcherzykowym jak i nie pęcherzykowym (17-19 generacja oskrzeli)
Nie pełni funkcji w wymianie dyfuzyjnej.
Wymiana gazowa zachodzi w strefach zaopatrywanych przez oskrzeliki końcowe. Obszar płuca zaopatrywany przez oskrzelik oddechowy nosi nazwę płacika górnego lub gronka płucnego.
Strefa oddechowa- przewody pęcherzykowe (20-22) z których tworzą się woreczki pęcherzykowe i pęcherzyki płucne (23 generacja)
Wymiana dyfuzyjna.
Budowa pęcherzyków płucnych
Ściany oddzielające sąsiadujące pęcherzyki płucne zbudowane są z dwóch spłaszczonych warstw komórek nabłonkowych, ułożonych na błonach podstawnych. Pęcherzyki wyściela, ciągła warstwa nabłonka złożona z 3 typów komórek. 90% to pneumocyty typu I (znikoma ilość cytoplazmy, skąpa ilość organelli). Pneumocyty typu II wysterczają do światła pęcherzyków. Zawierają więcej cytoplazmy oraz liczne organelle. Pokrywają 10% powierzchni pęcherzykowej. W ich cytoplazmie występują ciałka blaszkowate, zawierające materiał fosfolipidowy, który po połączeniu z białkiem w aparacie Golgiego jest uwalniany do światła pęcherzyka, tworząc czynnik powierzchniowy pęcherzyków- surfaktant (dipalmitynolecytyna +apoproteina). Typ II może przekształcać się w typ I. w przegrodach międzypęcherzykowych znajdują się komórki o charakterze makrofagów:
Makrofagi śródmiąższowe- element obronny płuc
Makrofagi pęcherzykowe- ruchome kom żerne; oczyszczają pęcherzyki, usuwają nadmiar surfaktantu
Makrofagi = komórki pyłochłonne- unieruchamianie i niszczenie bakterii
Przegrody pęcherzykowe łącza pęcherzyki tego samego zrazika za pośrednictwem porów Kohna (boczna wentylacja pęcherzyków), a także małe pęcherzyki z sąsiednimi pęcherzykami- pory Lamberta.
Mają ścianę zbudowaną z płaskich komórek – nabłonek oddechowy oraz komórek ziarnistych, produkujących tzw czynnik powierzchniowy pęcherzyka płucnego( surfaktant), który w postaci cienkiej błonki pokrywa warstwę płynu surowiczego wyściełającego wnętrze pęcherzyka płucnego. Od zewnątrz ściana pęcherzyka płucnego opleciona jest gęstą siecią naczyń włosowatych (włośniczki płucne). Pomiędzy powietrzem w pęcherzyku a krwią włośniczki istnieje błonka, nosi ona nazwę błony pęcherzykowo włośniczkowej. Przez nią odbywa się wymiana gazów czyli dyfuzja.
Czynniki wpływające na aktywność skurczowa i rozkurczową mięśniówki drzewa oskrzelowego
Aktywność skurczowa:
- wzrost aktywności nerwów błędnych (wydech)
- podrażnienie oskrzeli przez powietrze wdechowe zanieczyszczone (So2, dym tytoniowy); substancje drażnią zak czuciowe dośrodkowych włókien n. X w błonie i wywołują odruch wagowagalny-> skurcz oskrzeli
- histamina uwalniana z kom tucznych w błonie śluzowej oskrzeli
- prostaglandyny serii F, leukotrieny C4 i D, tromboksany A2, czynnik aktywujący płytki krwi-PAF
Aktywność rozkurczowa:
- spadek napięcia (wdech); następuje spadek oporu oskrzeli dla przepływającego powietrza
- pobudzenie włókien współczulnych- rozkurcz i zahamowanie wydzielania śluzu-> działanie adrenaliny i noradrenaliny (aktywacja receptorów adrenergicznych B2)
- tlenek azotu NO w zakończeniach nerwowych i nabłonku śluzówki
Zakończenia włókien autonomicznych płuc uwalniają neuromediatory peptydowe : substancja P i inne kininy; VIP, CGPR- działające obkurczająco lub rozkurczająco.
2. Mechanika oddychania
Mechanizm wdechu:
- skurcz przepony i mięśni międzyżebrowych
- wzrost objętości klatki piersiowej
- rozciąganie opłucnej ściennej
- spadek ciśnienia śródopłucnowego
- rozciąganie opłucnej płucnej i miąższu płucnego
- spadek ciśnienia śródpęcherzykowego (bo wzrost objętości pęcherzyków)
- przepływ powietrza do pęcherzyków
- wzrost objętości płuc o TV
Mechanizm wydechu
- wzrost sił retrakcji płuc i napięcia powierzchniowego
- spadek objętości klatki piersiowej
- wzrost ciśnienia sródopłucnowego i spadek objętości pęcherzyków płucnych
- wzrost ciśnienia śródpęcherzykowego
- przepływ powietrza na zewnątrz
- spadek objętości o TV
Mięśnie oddechowe- podział, udział w wentylacji
Wdechowe- zwiększenie objętości klatki piersiowej
Główne: międzyżebrowe zewnętrzne, wewnętrzne, przepona
Skurcz przepony (pod wpływem nerwu przeponowego) powoduje obniżenie kopuł przepony i przesunięcie środka ścięgnistego (łączy kopuły) ku dołowi. Zwiększa to wymiar górno-dolny. Kurcząc się mięsień unosi dolne żebra, zwiększając nieco poprzeczny wymiar klatki piersiowej.
Skurcz mm międzyżebrowych zewnętrznych- zwiększenie wymiaru przednio- tylnego klatki piersiowej oraz zwiększenie wymiaru poprzecznego klatki piersiowej.
Dodatkowe: przy wentylacji wysiłkowej, przy wzroście temperatury
mm. pochyłe, mm mostkowo-obojczykowo-sutkowe, m piersiowy mniejszy, m najszerszy grzbietu
Wydechowe – zmniejszenie wymiarów klatki piersiowej w wyniku biernego powrotu odkształconych struktur sprężystych płuc i klatki piersiowej
Wydech bierny
Wydech czynny: mięśnie międzyżebrowe wewnętrzne i skośne
Dodatkowe: np. mięsień tłoczni brzusznej, mm zewnętrzny i wewnętrzny skośny, prosty brzucha, poprzeczny brzucha, czworoboczny lędźwi
Cykl oddechowy- powstawanie, zmiany i rola ciśnień w układzie oddechowym
Zmiany ciśnienia w płucach są wynikiem zmian wielkości klatki piersiowej i objętości płuc.
Podczas wdechu ściany kl piersiowej podlegają rozciągnięciu na skutek skurczu mm wdechowych, co powoduje zwiększenie ciśnienia wewnątrzopłucnowego. Stanowi ono gł siłę rozciągającą płuca. Podczas wydechu płuca wykazują naturalną tendencję do biernego zapadania się- retrakcji.
Po spokojnym wydechu, tuz przed następnym wdechem, ciśnienie wewnątrzpęcherzykowe równa się ciśnieniu atmosferycznemu. Ciśnienie wewnątrzopłucnowe utrzymuje się na poziomie -5cm H2O (5 cm H2O poniżej atmosferycznego).
Spokojny wdech powoduje dalszą obniżkę ciśnienia wewnątrzoplucnowego (do – 8 cmH2O), a to wzmaga ciśnienie transpulmonalne (rozciągające) warunkując rozciąganie płuc i spadek ciśnienia wewnątrz pęcherzyków płucnych do ok -1 cmH2O.
Ta różnica ciśnień pomiędzy otaczającą atmosferą a wnętrzem pęcherzyków warunkuje podczas wdechu napływ powietrza do pęcherzyków.
Opory oddechowe
Sprężyste- 70% istnieją niezależnie od akcji oddechowej
1. Napięcie powierzchniowe pęcherzyków płucnych
- powstaje na granicy fazy powietrze-płyn
- dąży do zajęcia przez pęcherzyki jak najmniejszej powierzchni oraz do zapadania się
pęcherzyków
- z prawa Laplace’a wynika, że w efekcie działania sił napięcia powierzchniowego wytwarza się w pęcherzyku ciśnienie, które jest tym większe, im mniejszy jest promień pęcherzyka
2. Sprężyste napięcie zrębu łącznotkankowego płuc
- płuco zawiera włókna sprężyste i kolagenowe, włókna mięśni gładkich, naczynia krwionośne i limfatyczne oraz włókna nerwowe. Tworzą one sieć w płucach. Sieć łącznotkankowo-mięśniowa rozciągając pęcherzyki utrzymuje je w drożności.
Niesprężyste- 30% z chwilą rozpoczęcia akcji oddechowej
1. opór tkankowy
2. opór dróg oddechowych
Opory niesprężyste zależą od:
- przesuwania powietrza w drzewie oskrzelowym
- oporów tarcia przesuwających się względem siebie struktur klatki piersiowej, innych tkanek
pozapłucnych i samych płuc
- bezwładności zależnej od przyspieszenia masy przesuwanego w drogach oddechowych
powietrza
Podatność płuc
Wyróżnia się podatność dynamiczną i statyczną
Podatność statyczną oznacza się, mierząc kolejne objętości powietrza wdychanego do płuc i odpowiadające im wartości ciśnienia wewnątrzopłucnowego po zatrzymanym wdechu<- obrazuje ją opór sprężysty
Podatność dynamiczną określa się mierząc zmiany objętości płuc i odpowiadające im wartości ciśnienia wewnątrzopłucnowego w czasie od początku do końca głębokiego wdechu lub od zakończenia wdechu do końca wydechu<- obrazuje ją opór sprężysty i niesprężysty
Podatność – compilance – jej miarą jest stosunek przyrostu objętości do
odpowiadającego mu wzrostu ciśnienia rozciągajcego (transpulmonalnego) płuc, czyli
C = ΔV/ΔP
Elastancja – jest odwrotnością podatności – czyli ΔP/ΔV
Podatność płuc wynosi średnio 0,24 L/cm H2O ciśnienia rozciągającego i waha się w znacznym przedziale od 0,08 do 0,33
- Niska C = mała podatność na rozciąganie
Zwiększenie podatności: Rozedma – wynik zaniku elementów sprężystych tkanki łącznej płuc -> w czasie wydechu
w płucach zostaje zatrzymana znaczna objętość powietrza (wzrost FRC)
Surfaktant-czynnik powierzchniowy zbudowany z dipalmitynocholiny lub dipalmitynolecytyny
związany z białkiem- apoproteiną.
Jest wytwarzany w ciałkach blaszkowatych pneumocytów II, wydzielany w wyniku egzocytozy do światła pęcherzyka.
Rola surfaktantu:
o Obniża napięcie powierzchniowe pęcherzyków, przez co ułatwia ich wypełnianie gazem i tym
samym zmniejsza wysiłek mięśni oddechowych, niezbędny do pokonania oporów sprężystych
płuc w czasie wdechu
o Pozwala na współistnienie pęcherzyków o zróżnicowanej średnicy i zapobiega wytwarzaniu
gradientu ciśnień pomiędzy komunikującymi się ze sobą pęcherzykami o różnej wielkości
o Bierze udział w utrzymaniu suchości pęcherzyków, gdyż zmniejsza działanie ssące sił napięcia
powierzchniowego na osocze w kapilarach płucnych i zapobiega przechodzeniu do światła
pęcherzyków płucnych
- Gdy brak surfaktantu:
o Zapadanie się pęcherzyków płucnych
o Wzrost wysiłku oddechowego
o Wnikanie osocza do pęcherzyków płucnych - obrzęki
o Przesączanie elementów morfotycznych do jamy opłucnowej - zwłóknienia i stwardnienia
3. Czynnościowe metody spirometryczne
Spirometria
Objętość- ilość powietrza stanowiąca fizjologicznie niepodzielna całość- V
Pojemność- to suma dwóch lub więcej objętości- C
Badanie spirometryczne jest podstawowym badaniem w diagnostyce czynności układu oddechowego.
Za pomocą spirometrii mierzy się składowe objętości i pojemności powietrza zawartego w płucach oraz szybkość przepływu powietrza przez drogi oddechowe podczas wdechu i wydechu.
Badanie spirometryczne składa się z trzech części:
pomiaru pojemności życiowej i jej składowych
rejestracji natężonego wydechu
pomiaru maksymalnej wentylacji dowolnej- MVV
TLC (całkowita pojemność płuc) = VC +RV = IC + FRC = RV + ERV +TV + IRV
IC = IRV + TV
FRC = ERV + RV
RV- objętość zalegająca – pozostająca w płucach po max. WydechuObjętości zalegającej nie można oznaczyć przy pomocy spirometru. Dla oznaczenia RV a tym samym TLC wykorzystuje się badania z użyciem dodatkowego gazu – helu, lub pletyzmografu.
FRC- czynnościowa pojemność zalegająca- objętość powietrza która pozostaje w płucach po zakończeniu spokojnego wydechu.
Spirometryczne próby statyczne:
1. TV- objętość oddechowa- objętość powietrza wydychanego i wdychanego jednym spokojnym oddechem
2. IRV- wdechowa objętość zapasowa- objętość powietrza, którą można wciągnąć do płuc po zakończeniu spokojnego wdechu.
3. ERV- wydechowa objętość zapasowa- objętość powietrza, którą można wydmuchać z płuc po zakończeniu spokojnego wydechu.
4. IC- pojemność wdechowa- objętość powietrza, którą można wprowadzić do płuc od spokojnego wydechu.
5. VC- pojemność życiowa- od maksymalnego wdechu do maksymalnego wydechu
Spirometryczne próby dynamiczne:
1. MV- wentylacja minutowa płuc- objętość powietrza wdychanego lub wydychanego w ciągu 1 min spokojnych oddechów
2. MVV- maksymalna wentylacja dowolna- objętość powietrza wydychanego w ciągu 1 min maksymalnie częstych i głębokich oddechów
3. FVC- nasilona pojemność życiowa- pojemność maksymalnie szybkiego i głębokiego wydechu poprzedzona spokojnym maksymalnie głębokim wdechem
4. FEV1- nasilona objętość wydechowa pierwszosekundowa
5. PEF- szczytowy przepływ wydechowy- maksymalna szybkość przepływu osiągnięta podczas nasilonego wydechu
6. MEF25;50;75- maksymalne przepływy wydechowe w punktach 25%;50%;75% nasilonej pojemności życiowej ( po wypuszczeniu 75, 50 25% powietrza)
Krzywa przepływ- objętość
Zmiany parametrów wentylacyjnych wraz z wiekiem
Wzrost:
RV ( ok. 40 r.ż)- objętość zalegająca
RV/TLC (20 r.ż.- 20%, 60 r.ż- 33-40%)
Wentylacja spoczynkowa
BF- częstość oddychania
VD- czynnościowa przestrzeń martwa
VD/VT (20 r.ż- 20%, 60 r.ż- 40%)
Duszność wysiłkowa
Spadek:
VC (kobiety ok 20r.ż, mężczyźni 25 r.ż)
FEV1, PEF (60 r.ż < o 20-30% względem 20 r.ż)
MV- wentylacja minutowa płuc
MVV- maksymalna wentylacja dowolna
BR- rezerwa oddechowa
Maksymalna pojemność dyfuzyjna
VA/Q (wentylacja- przepływ)
Równomierność ukrwienia płuc
Objętości w układzie oddechowym
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
4. Zależność VA/Q- wentylacja/ przepływ
Mechanizmy regulujące wielkość przepływu krwi przez płuca
Największe znaczenie w regulacji łożyska naczynioruchowego płuc ma bezpośredni (nienerwowy i niehormonalny) wpływ O2 i CO2 na tętniczki płucne.
Obniżenie prężności O2 lub wzrost prężności CO2 w pęcherzykach -> skurcz naczyń pł ( i odwrotnie)
Niska prężność O2- hipoksyczny skurcz naczyń płucnych
Wzrost prężności CO2 w pęcherzykach prowadzi do miejscowego obniżenia pH, wywołuje to obkurczenie naczyń płucnych
Mięśniówka naczyń pł podlega działaniu czynników hormonalnych uwalnianych endogennie np.
Obkurczająco na naczynia działają
Adrenalina
Noradrenalina
Serotonina
Endotelina
Angiotensyna II
PGF2α (prostaglandyny F)
Tromboksan A2
Leukotrieny C4 i D4
Rozkurczająco na naczynia płucne działają
Prostacyklina (PGI2)
Izoproterenol
Acetylocholina
NO
VIP
CGRP
Zależność między wentylacja a przepływem krwi V/Q (perfuzja- przepływ krwi przez płuca)
Wzrost wentylacji na jednostkę objętości płuc, na odcinku od okolic szczytowych do ich podstawy, wynika z faktu większej podatności przypodstawnych partii płuc na rozciąganie (-> wyższe ciśnienie w dolnych partiach płuc)
Optymalne wykorzystanie wentylacji płuc do pełnej wymiany gazowej z przepływającą krwią wymaga ścisłego dostosowania wentylacji pęcherzykowej VA do przepływu krwi przez płuca Q.
Wartość uśredniona dla calych płuc wynosi V/Q= 0.85 (wymiana zachodzi najłatwiej)
bardzo wysoki stosunek V/Q- pęcherzyki dobrze wentylowane ale nieukrwione- wymiana
gazowa się nie odbywa ->przestrzeń martwa fizjologicznie
przy bardzo niskim stosunku V/Q -> fizjologiczny przeciek żylny
Mechanizmy utrzymujące prawidłowy V/Q:
Wpływ miejscowej hipoksji, niskiego pH i hiperkapni na naczynia płucne i oskrzela
W obszarach płuc o niskim stosunku V/Q (wentylacja/przepływ) miejscowa hipoksja działa obkurczająco na naczynia płucne i w ten sposób zostaje zmniejszony lokalny przepływ krwi, zbliżając V/Q do wartości optymalnej
Hipoksja potęguje gromadzenie się CO2 w obszarach slabo wentylowanych-> spadek pH -> działanie zwężające-> przesunięcie krwi do lepiej wentylowanego pęcherzyka
W obszarach o nadmiernej wentylacji pęcherzykowej w stosunku do przepływu zwiększa się uwalnianie substancji naczyniorozkurczających, np. prostacykliny (PGI2) i tlenku azotu (NO) które rozszerzają naczynia płuc-> zwiększenie przepływu krwi
Spadek prężności CO2 w pęcherzykach doprowadza do skurczu oskrzelików-> zmniejszenie wentylacji pęcherzykowej; wdychane powietrze zostaje skierowane do obszarów płuc lepiej ukrwionych, co warunkuje lepsze wykorzystanie O2.
5. Dyfuzja
Aspekt fizyczny zjawiska dyfuzji gazów w organizmie- Prawa gazowe
Prawo Daltona
Ciśnienie wywierane przez jakiś gaz w mieszaninie gazów równa się ciśnieniu, jakie wywierałby ten gaz, gdyby sam zajmował całą objętość.
Składnikami gazu pęcherzykowego są: O2, CO2, N2, para wodna. Ich ciśnienie parcjalne (=całkowite ciśnienie pomnożone przez procentowy udział danego gazu w całej objętości mieszaniny gazowej) składa się na ciśnienie całkowite
Pc= PO2+ PCO2+PN2+PH2O
Prawo Grahama
Gaz o niższej masie dyfunduje szybciej niż gaz o większej masie cząsteczkowej.
W gazie pęcherzykowym O2 (masa cz.=32) dyfunduje szybciej niż CO2 (44)
Prawo Henry’ego
Dyfuzyjność gazu w środowisku płynnym zależy od powstającego gradientu ciśnień, a przy tym samym gradiencie – od rozpuszczalności tego gazu w płynie.
Rozpuszczalność CO2 w osoczu jest większa niż O2.
Prawo Ficka
Przenikanie gazu o określonym współczynniku rozpuszczalności przez warstwę tkanki jest wprost proporcjonalne do powierzchni wymiany i różnicy ciśnień parcjalnych (prężności) tego gazu po obu stronach tkanki, a odwrotnie proporcjonalne do odległości dyfuzyjnej i pierwiastka kwadratowego masy cząsteczkowej.
Powierzchnia wymiany gazowej 70- 100m2, grubość błony pęcherzykowo- kapilarnej ok. 0,1-1,0um
- dogodne warunki do wymiany gazowej
Czynniki wpływające na tempo dyfuzji gazów oddechowych
powierzchnia wymiany gazowej
długość drogi dyfuzyjnej
temperatura bezwzględna
masa cząsteczkowa
współczynnik rozpuszczalności w H2O i lipidach
Pojemność dyfuzyjna
Na pojemność dyfuzyjną DL składają się:
dyfuzja przez błonę pęcherzykowo-kapilarną
szybkość wiązania tlenu z hemoglobiną w postaci HbO2 i CO2 w postaci węglanów osocza
Pojemność dyfuzyjna to objętość gazu dyfundująca przez błonę pęcherzykowo-kapilarną w ciągu 1 min
(V) przy różnicy ciśnień parcjalnych wynoszącej 1mmHg (PA - PC), obliczana według wzoru
DL = V/ (PA – PC)
Dla tlenu Dl wynosi ok 21 ml/min/mmHg dla Co2 45Oml/min/mmHg (wartości w spoczynku)
Gradient dyfuzyjny
Dyfuzja 02 z pęcherzyków do krwi kapilar płucnych jest procesem biernym, cząsteczki przechodzą zgodnie z gradientem ciśnień parcjalnych, z obszarów o wyższym ciśnieniu do obszaru o niższym ciśnieniu.
Proces dyfuzji O2 przyśpiesza cytochrom C-450.
Gradient ciśnień parcjalnych poprzez błone pęcherzykowo-kapilarną kształtuje się na poziomie 60mmHg.
Dyfuzja jest procesem szybszym niż przepływ krwi w kapilarach pęcherzyków dlatego równowaga dyfuzyjna zostaje osiągnięta zanim mieszana krew żylna dopłynie do końca kapilar.
Prędkość dyfuzji Co2 przez tk jest większa dzięki wysokiemu współczynnikowi rozpuszczalności tego gazu.
Róznica cisnień parcjalnych pomiędzy CO2 pomiędzy krwią żylną dopływająca do kapilar a gazem pęcherzykowym wynosi 5 mmHg.
Dyfuzja w obrębie płuc i tkanek
Dyfuzja gazów przez ścianę pęcherzyków odbywa się zgodnie z gradientem prężności cząsteczek gazów.
Cząsteczki tlenu dyfundują ze światła pęcherzyka do krwi, ponieważ w powietrzu pęcherzykowym ciśnienie parcjalne O2 jest większe, we krwi dopływającej ze zbiornika tętniczego płucnego zaś jest mniejsze.
W przeciwnym kierunku dyfundują cząsteczki CO2. We krwi dopływającej do naczyń włosowatych pęcherzyków PCO2 jest większe, w powietrzu pęcherzykowym zaś PCO2 jest mniejsze.
Cząsteczki O2 po przejściu przez: warstwę płynu pokrywającą powierzchnię pęcherzyków, nabłonek pęcherzyków, błonę podstawną i śródbłonek naczyń włosowatych, rozpuszczają się w osoczu wypełniającym naczynia włosowate.
Z osocza O2 natychmiast dyfunduje do erytrocytów.
Cząsteczki CO2 dyfundują z osocza krwi przepływającej przez naczynia włosowate do światła pęcherzyków, w kierunku przeciwnym niż O2.
Transport CO2 i O2 we krwi
O2
prawidłowo blisko 99% O2 we krwi znajduje się w postaci związanej z hemoglobiną, a tylko ok. 1,4% w
roztworze fizycznym w osoczu i płynie wewnątrzkomórkowym krwinek
krew tętnicza
97% wysycenia Hb tlenem
krew żylna
70% wysycenia Hb tlenem, stanowiąc rezerwę w sytuacjach większego zapotrzebowania na tlen.
Główną formą transportu O2 we krwi jest utworzenie związku chemicznego z Hb- oksyhemoglobiny.
1g Hb wiąże ok. 1,34 ml O2
- maksymalna ilość tlenu która może być transportowana przez Hb nosi nazwę pojemności tlenowej.
CO2
CO2 jest transportowany we krwi z tkanek do płuc w 3 postaciach:
Jako rozpuszczony fizycznie CO2 w płynie osocza i krwinek
Jako jony wodorowęglanowe
Jako związki karbaminowe (karbaminiany) w postaci połączeń CO2 z grupami aminowymi Hb i białek osocza.
CO2 we krwi żylnej52ml/100 ml krwi; w krwi tętniczej48ml/100ml
Rola hemoglobiny
Białko złożone, przyjmuje strukturę IV- rzędową. W jej skład wchodzą 4 podjednostki, każda w postaci łańcucha polipeptydowego ( 2 łańcuchy alfa i 2 beta). Łańcuchy te są połączone wiązaniami niekowalencyjnymi i każdy z nich zawiera grupę hemową oraz jedno miejsce wiązanie tlenu.
Transport tlenu- wiąże tlen przez krew przypływającą poprzez naczynia włosowate krążenia płucnego i przenosi tlen do tkanek poza płucnych.
Transport dwutlenku węgla
Bierze udział w utrzymaniu stałej kwasowości krwi
Krzywa dysocjacji hemoglobiny- krzywa zależności pomiędzy procentowym wysyceniem Hb a PO2
Czynniki wpływające na krzywą:
prężność tlenu
pH
temperatura
2,3-BPG i inne fosforany organiczne
PCO2
Czyli przesunięcie krzywej dysocjacji w prawo (zmniejszenie powinowactwa Hb do tlenu à ułatwianie oddawanie
tlenu tkankom) w wyniku:
- wzrost temp
- nagromadzenie CO2
- spadek pH
- działanie nieorganicznych fosforanów (szczególnie 2,3-DPG)
6. Regulacja oddychania
Układ kontrolny regulujący oddychanie składa się z kilku sprzężonych ze sobą komponentów:
1) kompleks oddechowy pnia mózgu, zwany także krótko ośrodkiem oddechowym, zapewnia sterowanie automatyczne oddychania,
2) ośrodki korowe, warunkują dowolną regulację oddychania
3) mechanoreceptory i chemoreceptory centralne i obwodowe
4) motoneurony oddechowe wraz z unerwianymi prze nie mięśniami oddechowymi
Ośrodek oddechowy (kompleks oddechowy pnia mózgu)- sieć neuronalna w tworze siateczkowatym pnia mózgu, obejmuje:
1. dogrzbietowe neurony wdechowe- DGR
W rdzeniu przedłużonym
Czynnościowo odpowiedzialna za ośrodkową kontrole czasu trwania cyklu oddechowego
2. brzuszne neurony wydechowe- VGR
W rdzeniu przedłużonym
Odpowiedzialna za kontrolę amplitudy wdechu
Neurony te są pobudzane naprzemiennie, dzięki czemu kolejno następuje wdech i wydech.
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
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
7. Krążenie płucne
Charakterystyka
- Jest układem:
niskooporowym
niskociśnieniowym
posiada dużą pojemność rezerwuarową krwi (600-1000ml)
- zbiornik krążenia płucnego gromadzi krew w ilości 600-1000ml, stanowiąc rezerwę, z której w krótkim czasie może zostać przekazana objętość nawet ok. 500ml do lewego przedsionka
- stanowi filtr dla przepływającej krwi, zatrzymując np. skrzepliny, komórki tłuszczu (np. po złamaniu
kości), komórki nowotworowe, pasożyty, obce ciała wstrzyknięte do układu żylnego
- stanowi miejsce metabolizmu różnych substancji krążących we krwi jak np.
prostaglandyn,
amin biogennych
angiotensyny
- płucne łożysko naczyniowe różni się od łożyska krążenia dużego skąpą ilością zawartych w ścianie włókien mięśniowych i włókien kolagenowych-> tętnice i żyły krążenia płucnego są bardzo podatne na rozciąganie i wykazują niewielką aktywność naczynioruchową.
- Małe tętniczki (arteriole) są niemal pozbawione warstwy mięśniowej, a zatem i zdolności do aktywnego kurczenia się,
- Nie ma typowych naczyń oporowych
Przepływ krwi przez płuca
Wzajemny stosunek ciśnienia wewnątrzpęcherzykowego, przepływu i oporu naczyniowego w strefach płuc (pozycja stojąca)
STREFA SZCZYTOWA PŁUC – STREFA 1
· Ciśnienie w naczyniach pęcherzykowych może być równe lub niższe niż wewnątrzpęcherzykowe, a zatem może ono być niewystarczające do otwarcia kapilarów pęcherzykowych, czyli przepływ krwi nie powinien się odbywać i pęcherzyki nie powinny brać udziału w wymianie gazowej
· Normalnie strefa ta nie występuje, gdy ciśnienie spada nadmiernie (np. po krwotoku) sytuacja ta może zaistnieć
STREFA PODSZCZYTOWA – STREFA 2
· Przepływ krwi w tych naczyniach pęcherzykowych zależy od różnicy ciśnień tętniczo-pęcherzykowych, przy czym po przepłynięciu krwi do żył płucnych, bardzo podatnych na rozciąganie następuje nagły wzrost przepływu, tzw. Efekt
Wodospadu
.
STREFA ŚRODKOWA – STREFA 3
· Czynnikiem warunkującym przepływ krwi w tej strefie jest różnica pomiędzy ciśnieniem w tętniczkach płucnych a ciśnieniem w żyłkach płucnych
STREFA DOLNA – STREFA 4
· Przepływ krwi zależy wyłącznie od różnicy ciśnień tętniczo-żylnych, czyli od ciśnienia napędowego, tak jak się to dzieje w krążeniu dużym
· W miarę wzrostu ciśnienia napędowego naczynia pęcherzykowe ulegają rozciągnięciu i ich liczba powiększa się, przez co ich opór odpowiednio się zmniejsza i wzrasta przepływ krwi.
Pojęcia
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)
Ciśnienie transpulmonalne to różnica między ujemnym ciśnieniem w jamie opłucnowej i ciśnieniem w pęcherzykach płucnych
Ciśnienie transtorakalne to różnica między ciśnieniami atmosferycznym i wewnątrzopłucnowym.
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.
Siły retrakcji = siły napięcia powierzchownego pęcherzyków i ciśnienie skoku prężystego zrębu łącznotkankowego. Siła spowodowana rozciągnięciem sieci włókien sprężystych płuc, sprężystość tkanki łącznej klatki piersiowej.
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).
Próba Valsalvy (VM) polega na wykonaniu natężonego wydechu przy zamkniętej głośni . W czasie VM zwiększa się ciśnienie w klatce piersiowej, co powoduje liczne zmiany hemodynamiczne i uruchomienie wielu odruchów ze strony autonomicznego układu nerwowego.
Przeciek płucny fizjologiczny- część pojemności minutowej serca, w której krew nie zostaje utlenowana. Polega na zaburzeniu stosunku przepływu krwi w pewnych częściach płuc do wentylacji tamtejszych pęcherzyków płucnych (niewystarczająca wentylacja w stosunku do przepływu krwi)
Przeciek płucny anatomiczny- jest wywołany zespoleniami żył oskrzelowych należących do dużego krążenia i odprowadzających krew żylną z żyłkami płucnymi zawierającym krew tętniczą. Również w samym sercu drobne żyłki wyprowadzają krew żylną z mięśnia sercowego do krwi tętniczej lewej komory. Przyczyną są anastomozy(zespolenie tętniczo-żylne).
Przeciek anatomiczny + fizjologiczny jest nazywany przeciekiem płucnym
Dyfuzja jest to samorzutny ruch cząsteczek zgodnie z gradientem stężeń, w odniesieniu do tkanki płucnej jest to wymiana tlenu i dwutlenku węgla w płucach.
Przestrzeń martwa anatomiczna
to objętość przewodzących powietrze dróg oddechowych jej wartość prawidłowa wynosi 150 ml
- zależy od ciężaru i postawy ciała
- wynosi ona liczbowo: 2 x masa człowieka
- przechodzące przez nią powietrze ulega nagrzaniu, nawilgoceniu i oczyszczeniu z cząstek osadzających się w śluzie pokrywającym drogi oddechowe
Przestrzeń martwa fizjologiczna
stanowi ona tę część powietrza wdychanego, która nie bierze udziału w wymianie gazowej z krwią w
płucach
FIZJOLOGICZNA PRZESTRZEŃ MARTWA = ANATOMICZNA PRZESTRZEŃ MARTWA + PĘCHERZYKOWA PRZESTRZEŃ MARTWA
Choroby obturacyjne - polegają na zwiększeniu oporów w drogach oddechowych w następstwie np.
zmian obrzękowych śluzówki oskrzeli, zalegającego w nich śluzu lub skurczu mięśni oskrzelowych->
upośledzenie przepływu powietrza w drogach oddechowych wynikające ze zmniejszenia ich drożności.
Choroby restrykcyjne – powodują schorzenia miąższu płucnego, obniżające podatność płuc i
zmniejszające ilość czynnej tkanki płuc. Mogą to być rozległe zmiany zwyrodnieniowe płuc, zapalenie,
nowotwory oraz zmian obrzękowe
Rozedma- nadmierne upowietrznienie płuc
Odma - jest to przedostanie się powietrza atmosferycznego lub innych gazów w obręb tkanek lub jam ciała, gdzie prawidłowo gazy te nie występują.