BIOFIZYKA UKŁADU ODDECHOWEGO

1.Mechanizm wentylacji płuc

a)rola ciśnień wewnątrz opłucnowego i śródpęcherzykowego

-ruch powietrza spowodowany jest zmienną różnicą ciśnień pomiędzy powietrzem atmosferycznym a powietrzem w płucach

-ciśnienie śródpęcherzykowe( Pp) jest większe od ciśnienia wewnątrz opłucnowego( Pop) - ta róznica ciśnień rozciąga płuca działając przeciw naprężeniom sprężystym tkanki płucnej.

-wynikiem działania sił sprężystych tkanki płucnej jest ciśnienie Psp - ciśnienie sprężyste tkanki. W stanie równowagi jest ono róNe różnicy ciśnień Psp= Pp - Pop

-przyjmując ciśnienie atmosferyczne jako punkt 0 to ciśnienie śródpęcherzykowe jest równe 0( czyli c. atmosferycznemu) a ciśnienie wewnątrz opłucnowe jest mniejsze czyli ujemne

-w stanie spoczynku ciśnienie wewnątrzopłucnowe wynosi wtedy od -0,3 do - 0,5 kPa( rozciągnięte płuca wypełniają wtedy cała klatkę piersiową tak że opłucna przylega do płucnej ściennej

-Ciśnienie sprężyste tkanki płucnej równoważny różnicę ciśnień śródpęcherzykowego i wewnątrzopłucnowego.

-WDECH- mięśnie oddechowe powiększają objętość klatki piersiowej → ciśnienie wewnątrzopłucnowe zmniejsza się ( płuca rozciągają się jeszcze bardziej) → wzrost objętości płuc powoduje wzrost objętości pęcherzyków → ciśnienie w pęcherzykach staje się mniejsze od atmosferycznego( prawo Boyle'a- Mariotte'a- ze wzrostem objętości gazu zmniejsza się jego ciśnienie) → w ten sposób powstaje spadek cisnienia w drogach oddechowych , kierujący strumień powietrza do pęcherzyków. ( wiekszy spadek, większy strumień) gdy Pp osiąga wartość -0,2 kPa tłocząco do pęcherzyków powietrze zaczyna zwiększać panujące w nich ciśnienie , niwelując stopniowo spadek ciśnienia w drogach oddechowych aż do jego zniknięcia, kiedy Pp= Pa=0

-WYDECH- objętość klatki piersiowej zmniejsza się → siły sprężyste(retrakcyjne) zmniejszają objętość pęcherzyków płucnych → ciśnienie wewnątrzopłucnowe rośnie a śródpęcherzykowe staje się dodatnie → wzrastające ciśnienie w pęcherzykach wypiera z nich powietrze, jego strumień staje się największy gdy Pp= o,2 kPa , po czym maleje ustając kiedy ciśnienie w pęcherzykach zrówna się ponownie z ciśnieniem atmosferycznym

-objetość oddechowa- Vt- przy spokojnym wdechu wynosi około 0,5 l, jest to ilość powietrza, którą wprowadzamy do płuc podczas jednego wdechu. U zdrowego człowieka wynosi ona 5-10 ml/kg masy ciała w spoczynku.

-wentylacja minutowa- ∆Vt/∆t- wynosi przy spokojnych oddychaniu około 15 wdechów( podczas wysiłku może wzrosną 10 lub nawet 20 krotnie), jest to ilość powietrza, jaką człowiek zużywa do oddychania w czasie jednej minuty. Jej norma to mniej więcej norma 6-8 litrów.

b) rola właściwości sprężystych tkanki płucnej i napięcia powierzchniowego warstwy powierzchniowej pęcherzyków. Histereza objętościowo- ciśnieniowa

- inflacja- nadmuchiwanie płuc powietrzem, deflacja- opróżnianie płuc

-histereza objętościowo ciśnieniowa- inaczej zmienia się objętość płuc przy jego podwyższaniu ciśnienia niż przy jego obniżaniu

-ściany pęcherzyków są pokryte związkami lipoproteinowymi( surfaktany) których napięcie powierzchniowe zalezy od grubości warstwy( cienkie mają większe napięcie powierzchniowe

-WDECH- powieksza się powierzchnia pęcherzyków → zmniejsza się grubość surfaktantów, zwiększa się napięcie powierzchniowe

*zwiększone napięcie powierzchowne daje większe ciśnienie, które wspomagane ciśnieniem sprężystym tkanki płucnej pozwala na utrzymanie równowagi z cieśnieniem napierającego powietrza - wzrost objętości może odbywać się w sposób ciągły bez zmian skokowych

-WYDECH- zmniejszanie powierzchni pęcherzyków → zwiększenie grubości surfaktanów, zmniejszenie napięcia powierzchniowego → zmniejszenia ciśnienia

* zmniejszanie objętości w sposób ciągły może odbywać się w stałej równowadze z ciśnieniem śródpęcherzykowym bez obawy zapadnięcia się pęcherzyków

-zależność objętościowo- ciśnieniowa płuc

a) inflacja. W pierwszej fazie inflacji płuca są mało podatne na odkształcenia potrzebne jest ciśnienie otwarcia(dla przezwyciężenia sił adhezyjnych) . W następnej fazie objętość rośnie wraz ze wzrostem ciśnienia najpierw nieznacznie potem gwałtowniej. Rekrutacja pęcherzyków płucnych- najpierw napełniają się mniej odporne, mniej liczne większe pęcherzyki potem liczne, małe pęcherzyki - wzrost objętości. W ostatniej fazie inflacji siły sprężystości ograniczają dalszy wzrost objętości

b) deflacja. W pierwszej fazie deflacji ciśnienie spada gwałtownie przy nieznacznym zmniejszaniu się objętości . W drugiej fazie objętość maleje ze zmniejszającym się ciśnieniem(opróżniają się małe liczne pęcherzyki) . Zmniejszające się w miarę zmniejszania objętości pęcherzyków napięcie powierzchniowe płuc zapewnia ciągła zmianę objętości przy ciągłej zmianie ciśnienia( nie dochodzi do zapadnięcia płuc)

-lekko sprężyste właściwości tkani płucnej - wiążą się z nimi takie zjawiska jak relaksacja naprężenia czy płynięcie (sprzyjają ciągłej pracy płuc)

2.Wymiana gazowa:

- wymiana gazów zachodzi na zasadzie dyfuzji, zasadniczą rolę w tym procesie odgrywa rozpuszczalność gazów we krwi. Prawo henry' ego (rozpuszczenie gazów): stężenie gazu rozpuszczonego w cieczy jest w stanie równowagi proporcjonalne do ciśnienia cząstkowego (p) gazu pozostałego nad cieczą, niezależnie od obecności innych gazów

c = α x p

c- stężnie gazu w cieczy

p- ciśnienie cząstkowe danego gazu nad cieczą

α- współczynnik rozpuszczalności gazu

- podczas wdechu do płuc dostaje się 0,5 l powietrza . Z tego 0,12 pozostaje w przestrzeni martwej pozostałe 0,38 miesza się z powietrzem w przestrzeni czynnosciowej zalegającej płuca

-kierunke dyfuzji gazów uwarunkowany jest różnicą pomiędzy ciśnieniami: atmosferycznym, w płucach i krwi gazów oddechowych

-szybkość dyfuzji gazów z pęcherzyków do krwi wyraża się strumieniem objętości dV/dt gazu dyfundującego przez błony pęcherzyków i ściany naczyń do krwi. Przyjmuje się że strumien objętości gazu jest proporcjonalny do różnicy ciśnień cząstkowych gazów w pęcherzykach Pa i w naczyniach włosowatych Pc

- zdolność dyfuzyjna Dm - objętość gazu dyfundująca w jednostce czasu przy jednostkowej różnicy ciśnień cząstkowych gazu między pęcherzykami a krwią . Zależy od: właściwości błon powierzchni, rozpuszczalności gazu

-szybkość dyfuzji gazu zależy od różnicy ciśnień cząstkowych gazu miedzy pęcherzykami a krwią

- na tę różnicę wpływa przeplyw krwi przez naczynia włosowate. Hemoglobina wiąże tlen rozpuszczający się w osoczu i wraz z nią tlen jest odprowadzany tak , że nowy tlen może się rozpuścić na miejsce związanego z hemoglobina. W ten sposób utrzymuje się róznica ciśnień

Czynniki wpływające na dyfuzję:

-ciśnienie krwi w naczyniach włosowatych

- temperatura powietrza i krwi

-Ciśnienie wdychanego powietrza

-stężenie tlenu i dwutlenku węgla w wydychanym powietrzu i krwi

---