ĆWICZENIE XIV - MECHANIKA ODDYCHANIA

Rozpiska:

1. Podstawy anatomiczne górnych i dolnych dróg oddechowych

2. Funkcje układu oddechowego

3. Biomechanika oddychania: wdech, wydech, mięśnie oddechowe

4. Ciśnienie warunkujące przepływ gazów w układzie oddechowym

5. Geneza ujemnego ciśnienia w klatce piersiowej

6. Napięcie powierzchniowe pęcherzyków płucnych

7. Znaczenie fizjologiczne surfaktantu

8. Czynniki wpływające na wielkość oporu dróg oddechowych z uwzględnieniem promienia oskrzeli

9. Przestrzeń nieużyteczna anatomiczna i fizjologiczna

10. Objętości i pojemności płuc

11. Krążenie płucne

12. Wymiana gazowa w płucach

PODSTAWY ANATOMICZNE GÓRNYCH I DOLNYCH DRÓG ODDECHOWYCH:

• drogi oddechowe - są to drogi, poprzez które powietrze dostaje się i wydostaje z płuc, które stanowi część układu oddechowego

• jest to połączenie przestrzeni wymiany gazowej w płucach (światło pęcherzyków płucnych i oskrzelików oddechowych) z powietrzem atmosferycznym

• powietrze przechodząc przez drogi oddechowe zostaje oczyszczone oraz ogrzane

• w drogach oddechowych nie ma wymiany gazowej i stąd nazywamy tę drogę przestrzenią martwą lub nieużyteczną

• drogi oddechowe dzieli się na:

• górne (jama nosowa + zatoki przynosowe, jama ustna, gardło, krtań)

• dolne (tchawica, oskrzela, oskrzeliki, pęcherzyki płucne) - są to stałe części drogi oddechowej, ich objętość może ulegać niewielkim zmianom, w wyniku zmiany napięcia mięśni gładkich ściany, przede wszystkim, oskrzeli

JAMA NOSOWA:

• przestrzeń ograniczona powierzchnią wewnętrzną nosa zewnętrznego oraz kośćmi twarzoczaszki

• podzielona jest pionowo ustawioną przegrodą nosa na połowy

• Jama nosowa wyścielona jest unaczynioną błoną śluzową z nabłonkiem wielowarstwowym migawkowym, zawierającym liczne komórki śluzowe

• wyróżniamy jamę nosową właściwą ograniczoną od przodu nozdrzami przednimi od tyłu łączącą się zaś z częścią nosowa gardła przez nozdrza tylne

• każda z obu jam nosowych ma cztery ściany: górną, dolną, przyśrodkową i boczną

• ze względu na funkcje jamę nosową dzieli się na:

• okolicę węchową

• okolicę oddechową

• w oddychaniu jama nosowa pełni rolę filtra

• powietrze dostające się do niej jest ogrzewane, nawilżane oraz filtrowane z drobnoustrojów oraz kurzu - jest to możliwe ze względu na występowanie w jamie nosowej dużej ilości nabłonka wielowarstwowego migawkowego, z licznymi komórkami śluzowymi

• z tego powodu zdrowsze jest oddychanie poprzez nos niż przez usta

• wdychane powietrze z jamy nosowej przenosi się do gardła

• nos jest również silnie ukrwiony, aby powietrze dostające się do płuc miało temperaturę dodatnią

• całe drogi oddechowe wyścielone są nabłonkiem urzęsionym, czyli nabłonkiem zaopatrzonym w rzęski. Pokryty jeszcze dodatkowo śluzem, stara się zebrać wszystko to, co unosi się w powietrzu :pyły, drobnoustroje i inne substancje, na przykład te, które znajdują się w dymie papierosowym

• w jamie nosowej umieszczone są również receptory węchowe

ZATOKI PRZYNOSOWE:

• przestrzenie pneumatyczne w kościach twarzoczaszki mające połączenie z jamą nosową

• powstają jako wpuklenia błony śluzowej, które od jamy nosowej wrastają w otaczające kości i od nich przyjmują swoje nazwy

• zaczynają się one rozwijać u człowieka już w życiu płodowym, ostateczne zaś wymiary osiągają w drugiej dekadzie życia

• w rozwoju embrionalnym jako pierwsza wykształca się zatoka szczękowa.

• rola zatok przynosowych w organizmie człowieka:

• oddechowa (nawilżanie i ogrzewanie wdychanego powietrza oraz wyrównanie różnicy ciśnień podczas oddychania lub podczas gwałtownego wzrostu jego wartości)

• węchowa

• mechaniczna (ochrona mózgoczaszki przed urazami)

• termiczna (termoizolacja oraz ogrzewanie podstawy czaszki i oczodołu)

• statyczna (zmniejszenie wagi szkieletu twarzoczaszki)

• fonetyczna (przestrzeń rezonacyjna, ochrona ucha wewnętrznego przed przewodzeniem drogą kostną własnego głosu)

• bezużyteczna przestrzeń powietrzna twarzoczaszki

• do zatok przynosowych należą:

• zatoka szczękowa

• komórki sitowe

• zatoka czołowa

• zatoka klinowa

GARDŁO:

• miejsce krzyżowania się dróg oddechowych z drogami pokarmowymi

• rozciąga się od podstawy czaszki do VI kręgu szyjnego

• miejsce ujścia trąbek słuchowych

• zabezpieczenie przed inwazją bakterii i wirusów dostających się jamy nosowej i do jamy ustnej dzięki umiejscowieniu na tylnej ścianie gardła migdałka gardłowego, zawierającego skupienia limfocytów

KRTAŃ:

• odcinek łączący gardło z tchawicą

• narząd służący do wydawania dźwięków

• podczas połykania wejście do tchawicy jest zamykane błoną nagłośni

• mięśnie budujące krtań są odpowiedzialne za:

• napinanie fałd głosowych

• rozszerzanie i zwężanie szpary głośni (szczelina znajdująca się między fałdami głosowymi, łączy jamę pośrednią z dolną)

• zamykanie i otwieranie wejścia do krtani

• głośnia to najwęższa część jamy krtani - od góry ograniczają ją fałdy kieszonki krtaniowej

• powietrze przechodzące przez głośnię w której znajdują się fałdy głosowe powoduje ich drgania - od napięcia fałd i od budowy krtani zależy wysokość głosu (siła głosu zależy od tempa z jakim powietrze przechodzi przez głośnie)

• chrząstka nagłośniowa jest pochylona ku tyłowi i wykazuje dużą sprężystość, co pozwala zamykać wejście do krtani uniemożliwiając dostanie się pokarmu z jamy gardła do tchawicy

• poniżej głośni przebiegają fałdy głosowe

• szkielet krtani tworzony jest przez chrząstki:

• nieparzyste: tarczowata, pierścieniowata i nagłośniowa

• parzyste: nalewkowate, rożkowate i klinowate

• krtań unerwiają gałęzie nerwu błędnego:

• nerw krtaniowy górny (unerwia mięsień pierścienno-tarczowy)

• nerw krtaniowy dolny (wszystkie pozostałe mięśnie krtani)

TCHAWICA:

• narząd układu oddechowego, sprężysta cewa, stanowiąca przedłużenie krtani i zapewniająca dopływ powietrza do płuc

• rozpoczyna się na wysokości VI-VII kręgu szyjnego, kończy zaś na wysokości IV - V kręgu piersiowego

• u swego dolnego końca, tchawica dzieli się na oskrzela główne prawe i lewe pod kątem otwartym ku dołowi. - miejsce tego podziału tworzy rozdwojenie tchawicy

• w tym miejscu znajduje się także ostroga tchawicy rozdzielająca powietrze do płuc

• utrzymanie światła tchawica zawdzięcza szkieletowi własnemu, złożonemu z kilkunastu (od 16 do 20) chrząstek tchawiczych o podkowiastym kształcie, zbudowanych z tkanki chrzęstnej szklistej

• chrząstki połączone są między sobą mocnymi, włóknistymi więzadłami obrączkowymi lub tchawiczymi

• w klatce piersiowej, tchawica rozgałęzia się, poprzez rozdwojenie tchawicy, na 2 oskrzela główne (zwane inaczej zewnątrzpłucnymi), tworząc w ten sposób pierwsze elementy drzewa oskrzelowego

• odpowiedzialna jest za usuwanie zanieczyszczeń dzięki ruchom rzęsek nabłonka urzęsionego (migawkowego) i odruchowi kaszlu, polegającym na nagłym skurczu mięśni tchawicy umożliwiającym wyrzucenie ciał obcych i śluzu

OSKRZELA

• drzewo oskrzelowe to część układu oddechowego, położona pomiędzy tchawicą a oskrzelikami

• silnie rozgałęzione kanały, którymi powietrze dociera do pęcherzyków płucnych

• wysłana jest błoną śluzową z nabłonkiem wielorzędowym migawkowym (umożliwiającym czynne przemieszczanie się śluzu do większych (oskrzeli/tchawicy)

• umięśnienie składa się z mięśni gładkich, skurcz tych mięśni to jeden z mechanizmów prowadzących do ataku astmy oskrzelowej

• w zależności od wielkości oskrzela, chrząstka pomagająca w utrzymaniu kształtu oskrzela występuje jako pierścienie, małe płytki bądź wysepki

• podział oskrzeli: u człowieka na wysokości IV krążka międzykręgowego tchawica dzieli się na 2 oskrzela główne:

• oskrzele główne prawe (grubsze i krótsze 2,5 cm i przebiega bardziej pionowo -> zwykle do niego wpada ciało obce)

1. oskrzele płatowe górne prawe

2. oskrzele płatowe pośrednie prawe

3. oskrzele płatowe dolne prawe

• oskrzele główne lewe (cieńsze, dłuższe, 5 cm, biegnące bardziej poziomo)

1. oskrzele płatowe górne lewe

2. oskrzele płatowe dolne lewe

• oskrzela są obrazowane podczas procedury medycznej bronchoskopii

• odpowiada za usuwanie śluzu i drobnych zanieczyszczeń w kierunku tchawicy dzięki

OSKRZELIKI

• oskrzeliki - część układu oddechowego położona między oskrzelami a pęcherzykami płucnymi

• są rozgałęzieniami oskrzeli od 11. do 16. rzędu

• płuca człowieka zawierają ok. 30 tys. oskrzelików.

• są najmniejszym elementem układu oddechowego, który pełni wyłącznie funkcje transportowe (tzn. nie zachodzi w nich wymiana gazowa)

• ich ściany nie zawierają chrząstki - są zbudowane z warstwy włókien kolagenowych, przebiegających okrężnie mięśni gładkich i nabłonka

• ich skurcz prowadzi więc do znacznego ograniczenia przepływu powietrza w płucach, co ma znaczenie w wielu procesach patologicznych:

• astma oskrzelowa - w przebiegu choroby może dojść do skurczu oskrzelików, który jest stanem zagrażającym życiu pacjenta

• infekcje dróg oddechowych - zapalenie oskrzelików wywołują głównie wirusy, m.in. RSV i wirus grypy; u dzieci może mieć ciężki przebieg i prowadzić do groźnego dla życia zapalenia płuc

• pylica - do rozwoju stanu zapalnego i zwłóknienia oskrzelików mogą prowadzić substancje mineralne takie jak azbest, krzemionka czy węgiel

• oskrzeliki dzielą się na oskrzeliki oddechowe, które w swej ścianie zawierają pęcherzyki płucne

• wielokrotne dalsze podziały oskrzelików oddechowych prowadzą do powstania zrazików płuca

PĘCHERZYKI PŁUCNE:

• struktura anatomiczna ludzkiego płuca posiadająca kształt wydrążonej jamy, której ścianę tworzy cienki nabłonek jednowarstwowy płaski (zbudowany głównie z pneumocytów I i II typu)

• z zewnątrz pęcherzyki są pokryte przez naczynia włosowate

• liczbę pęcherzyków w płucach człowieka szacuje się na 300-500 milionów, ich średnica wynosi od 0,15 do 0,6 mm, a ich łączna powierzchnia wynosi od 50 do 90 m².

• są pokryte surfaktantem, co zabezpiecza płuca przed zapadnięciem

• dodatkowo są oplecione sprężystymi włóknami białkowymi, przede wszystkim kolagenowymi, co nadaje sprężystość tkance płucnej

• pęcherzyki płucne przylegają do siebie, w taki sposób, że sąsiadujące pęcherzyki posiadają wspólną ścianę, która jest nazwana przegrodą międzypęcherzykową

• przegroda ta jest bardzo podatna na uszkodzenia i zawiera pory Kohna (które są niedużymi otworkami i łączą światła dwóch sąsiadujących pęcherzyków)

• poza komórkami tworzącymi nabłonek jednowarstwowy płaski, w pęcherzykach płucnych znajdują się dwa inne typy komórek: makrofagi (komórki żerne), a także komórki które wytwarzają surfaktant

• wchodząc do pęcherzyka włośniczki przynoszą krew bogatą w dwutlenek węgla i wodę. W pęcherzyku tlen z powietrza zostaje wychwycony przez krwinki czerwone we włośniczkach, które jednocześnie pozbywają się dwutlenku węgla. Krew opuszczająca włośniczki pęcherzykowe jest bogata w tlen, który przenosi do wszystkich komórek ustroju

• w pęcherzykach panuje ciśnienie śródpęcherzykowe

OPŁUCNA

• odpowiedzialna jest za wyścielanie wnętrza klatki piersiowej i pokrywanie niektórych występujących w nim narządów

MIEŚNIE WSPOMAGAJĄCE ODDYCHANIE - PRZEPONA I MIĘŚNIE MIĘDZYŻEBROWE:

• zwiększają pojemność klatki piersiowej podczas wdechu umożliwiające płucom rozprężanie i zasysanie powietrza (spłaszczenie uwypuklonej ku górze przepony i skurcz mięśni międzyżebrowych, unoszący i rozsuwający żebra na boki)

• zmniejszają pojemność klatki piersiowej podczas wydechu i wypychają powietrze z płuc podczas rozkurczu przepony i mięśni międzyżebrowych

BUDOWA ANATOMICZNA PŁUC:

• w układzie oddechowym występują dwa płuca zlokalizowane w klatce piersiowej

• każde z płuc podzielone jest na płaty: płuco lewe - na dwa, prawe - na trzy

• do poszczególnych płatów prowadzą oskrzela płatowe odchodzące od oskrzeli głównych

• pojedynczy płat składa się z segmentów oskrzelowo-płucnych do których wiodą odchodzące od oskrzeli płatowych oskrzela segmentowe

• oskrzela segmentowe rozgałęziają się w płucu na coraz mniejsze gałązki - najmniejsze nie posiadają chrząstek i nazywają się oskrzelikami końcowymi

• każdy z oskrzelików końcowych jest ślepo zakończonym woreczkiem podzielonym na dwa oskrzeliki oddechowe, których ściany tworzą uwypuklenia - pęcherzyki płucne

• zespół znajdujących się na końcu pojedynczego oskrzelika końcowego pęcherzyków płucnych tworzy grono

• hierarchia elementów budujących układ oddechowy:

• tchawica

• oskrzela główne lewe i prawe

• oskrzela płatowe

• segmenty oskrzelowo-płucne

• oskrzeliki końcowe

• pęcherzyki płucne

ZNACZENIE DRÓG ODDECHOWYCH:

• ogrzewanie, nawilżanie i oczyszczanie powietrza (włosy, rzęski, śluz, odruchy obronne)

• występują tu mechanizmy obrony immunologicznej swoistej i nieswoistej (makrofagi, chemotaksja)

• kształtowanie oporu nieelastycznego układu oddechowego wynikającego z przepływu powietrza (tarcie, turbulencje)

• udział w ustalaniu składu mieszaniny gazowej powietrza w pęcherzykach płucnych

FUNKCJE UKŁADU ODDECHOWEGO:

• oddychanie - wymiana gazów między środowiskiem wewnętrznym organizm a atmosferą

• funkcja obronna przed wnikaniem pyłków i bakterii do wnętrza organizmu

• kaszel

• włoski w nozdrzach

• makrofagi zlokalizowane w pęcherzykach płucnych

• ruch rzęsek nabłonka oddechowego (zgodny rytm - 16mm/min)

• buforowanie krwi

PROCES ODDECHOWY:

• jest najważniejszą funkcją układu oddechowego

• wyróżnia się cztery fazy oddychania:

• oddychanie zewnętrze - pobieranie tlenu

• transport tlenu do tkanek

• oddychanie wewnętrzne

• transport z tkanek do płuc

• oddychanie zewnętrze dotyczy dwóch procesów:

• wentylacji płuc

• procesu dyfuzji

• wentylacja płuc - (ok. 500ml) wymiana powietrza między atmosferą i upowietrzonymi przestrzeniami układu oddechowego

• w wentylacji płuc wyróżniamy wentylację pęcherzykową (ok. 350ml) - objętość powietrza atmosferycznego docierającą do przestrzeni wymiany między krwią a powietrzem (przestrzeń dyfuzyjna) - decyduje ona o efektywności procesu wentylacyjnego

• proces dyfuzji - podczas niego zachodzi wymiana gazów między pęcherzykami płucnymi i krwią

• wymiana gazowa jest ściśle związana z czynnością serca tzn. pojemnością minutową serca (CO)

• o transporcie gazów decyduje krzywa dysocjacji oksyhemoglobiny, która zależy od gradientu ciśnień parcjalnych

• tlen jest transportowany z hemoglobiną, w minimalnym stopniu, rozpuszczony w osoczu - wykazuje bowiem znaczną toksyczność

• nadmiar tlenu powoduje uszkodzenie pęcherzyków płucnych i zatrucie tlenowe OUN

• dwutlenek węgla jest transportowany erytrocytach i osoczu w trzech postaciach:

• fizycznie rozpuszczony w osoczu (w normalnych warunkach razem z karbaminianami wystarcza do transportu)

• karbaminiany

• wodorowęglany - utrzymują równowagę kwasowo-zasadową

• azot jest rozpuszczony fizycznie a jego prężność we krwi zależy od jego ciśnienia parcjalnego w pęcherzykach płucnych

• azot jest traktowany jako gaz obojętny

• nadmiar azotu rozpuszczonego we krwi podczas nurkowania powoduje chorobę Kasanova

• oddychanie wewnętrzne - wymiana gazów w tkankach

• zachodzi ono:

• między krwią a płynem okołokomórkowym

• między płynem okołokomórkowym a komórką

• procesy oksydacyjne (oddychanie wewnątrzkomórkowe)

BIOMECHANIKA ODDYCHANIA - WENTLACJA PŁUC:

• wentylacja (wymiana powietrza między atmosferą a upowietrzonymi przestrzeniami płuc) zachodzi dzięki pracy mięśni oddechowych

• ciąg przyczynowo-skutkowy mechanizmu oddychania:

• impulsacja z kompleksu oddechowego

• pobudzenie α-motoneuronów rdzenia kręgowego

• płytka motoryczna (receptor muskarynowy dla którego mediatorem jest acetylocholina)

• zmiana wymiarów klatki piersiowej (położenia przepony)

• zmiana objętości opłucnej

• adekwatna zmiana objętości płuc

• wentylacja płuc jest uzależniona od ruchów oddechowych klatki piersiowej, które polegają na wdechu i wydechu

• wdech - faza czynna oddechu - biorą w niej udział mięśnie międzyżebrowe i przepona

• 60-70% zmian objętości w klatce piersiowej zależy od ruchu przepony, pozostałe - od odkształcenia kostnej struktury klatki piersiowej, powstającego w wyniku skurczu mięśni żebrowych zewnętrznych - wdechowych (żebra zostają uniesione i ulegają niewielkiemu obrotowi)

• płuca zwiększają swoją objętość

• tworzy się podciśnienie, które zasysa powietrze

• mięśnie międzyżebrowe kurczą się

• żebra unoszą się do góry

• przepona obniża się

• ciśnienie spada

• powietrze dostaje się do płuc

• wydech - inaczej faza bierna - jest to usuwanie "zużytego" powietrza zasobnego w dwutlenek węgla

• wydech nie wymaga na ogół nakładów energetycznych, zachodzi dzięki rozluźnieniu mięśni przepony

• jest wykonywany dzięki nakładowi pracy zgromadzonej w czasie wdechu

• mięśnie proste brzucha również biorą udział w oddechu normalnym, w czasie utrudnionego wydechu pracują wszystkie mięśnie ciała

• rozluźnienie przepony

• rozluźnienie mięśni oddechowych klatki piersiowej

• zmniejszanie objętości płuc wytwarza lekkie nadciśnienie, które wyciska powietrze z płuc

• w czasie spoczynku klatka piersiowa wykonuje rytmiczne ruchy wdechowe i wydechowe o częstotliwości średnio 16 oddechów na minutę

CIŚNIENIE WARUNKUJĄCE PRZEPŁYW GAZÓW W UKŁADZIE ODDECHOWYM:

• ruch powietrza podczas wdechu i wydechu jest spowodowany zmienną różnicą ciśnień miedzy powietrzem atmosferycznym (P_A) a płucami

• wdechowo-wydechowe zmiany objętości płuc są odbiciem zmiany jamy opłucnej

• gdyby nie było oporu elastycznego i nieelastycznego ciśnienie w jamie opłucnej w trakcie cyklu oddechowego równałoby się ciśnieniu atmosferycznemu (opory sprawiają, że istnieje ujemne ciśnienie w jamie opłucnej)

• płuca znajdują się w szczelnie zamkniętej przestrzeni, w którym panuje ciśnienie wewnątrzopłucnowe (P_op)

• ciśnienie powietrza w pęcherzykach płucnych jest nazywane ciśnieniem śródpęcherzykowym (P_p)

• na przepływ gazów w układzie oddechowym wpływa:

• P_atm - ciśnienie atmosferyczne

• P_pl - ciśnienie panujące w klatce piersiowej

• ciśnienie sprężystości rozciąganych pęcherzyków płucnych

• napięcie sprężyste żeber

MECHANIZM ROZCIĄGANIA PŁUC - CIŚNIENIE W JAMIE OPŁUCNOWEJ

• płuca ulegają rozciągnięciu w wyniku oddziaływania na nie ujemnego ciśnienia w jamie opłucnej

• ciśnienie jest ujemne i w wydechu przyjmuje wartości ok. -1, -2 mmHg, a podczas wdechu -6,-8 mmHg

• przestrzeniami upowietrzonymi łączącymi się z atmosferą są pęcherzyki płucne i drogi wymiany

• ujemne ciśnienie i zapadanie płuc zależy od przestrzeni fizycznej, w jakiej się znajdują

• ciśnienie może być dodatnie, gdy zatkamy nos i usta

• płuca dążą do zapadania się i podczas wydechu (forma wyjściowa) już mają naprężenie i występuje ujemne ciśnienie w jamie opłucnej, które ulega pogłębieniu w czasie wdechu

• siły działające w obrębie płuc dążą do spadku objętości płuc, przeciwstawiając się rozciąganiu płuc, stwarzają stałą tendencję do zapadania - retrakcja płucna - ujemne ciśnienie w jamie opłucnej

• dokładną miarą retrakcyjności jest różnica ciśnień w jamie opłucnej i pęcherzykach płucnych (ciśnienie transmutalne)

• w okresie, gdy ciśnienie w pęcherzykach płucnych jest równe atmosferycznemu ciśnienie w jamie opłucnej jest wykładnią retrakcyjności płuc

OPORY ODDECHOWE:

• siły rozwijane przez mięśnie uczestniczące w procesie wentylacji płuc muszą równoważyć siły przeciwstawne istniejące w układzie oddechowym, które są zależne od:

• właściwości mechanicznych układu oddechowego

• sprężystości

• bezwładności zależnej od przyspieszenia masy przesuwanego powietrza i tkanek

• praca wykonywana przez mięśnie oddechowe dzieli się na pracę związaną z pokonaniem:

• oporu dróg oddechowych, powstającego przy przesuwaniu powietrza w drogach oddechowych (AWR)

• oporu tkanki płucnej i ścian klatki piersiowej, zwanego oporem sprężystym (R_EL)

• bezwładności zależnej od przyspieszenia masy przesuwanego powietrza i tkanek

• oporu tarcia tkanek przesuwających się względem siebie

• całkowita praca na pokonanie oporów oddechowych:

• 7% - praca związana z przemieszczeniem nieelastycznych elementów

• 28% - pokonanie oporu tarcia przepływu powietrza

• 65% - pokonanie oporów sprężystych płuc (retrakcyjności płuc) i oporów sprężystych w klatce piersiowej

• praca mięśni oddechowych jest adekwatna do istniejącego oporu - niewielka praca powodująca stosunkowo niewielkie zmiany ciśnienia powoduje duże zmiany objętości

OPÓR DRÓG ODDECHOWYCH:

• bezwładność i opór tarcia tkanek w czasie ruchu narządów klatki piersiowej nie stanowią więcej niż 20% całkowitego oporu. Są zazwyczaj pomijane w określeniu całkowitego oporu układu oddechowego

• w związku z powyższym całkowity opór pokonywany podczas wdechu przez mięsnie oddechowe (R1) jest sumą oporu dróg oddechowych (AWR) oraz oporu stawianego przy rozciąganiu płuc i klatki piersiowej (REL)

• opór dróg oddechowych (AWR) wyrażamy ciśnieniem w cm słupa wody (cm H2O) koniecznym do przesunięcia 1 mililitra powietrza w ciągu 1 sekundy:

AWR = ΔP_AWR / ΔV

• przy tej samej wentylacji minutowej opór niesprężysty będzie zwiększać się w miarę przyspieszenia częstości i szybkości ruchów oddechowych

• w miarę wzrostu wentylacji minutowej opór dróg oddechowych zwiększa się. Przyczyną jest narastająca burzliwość przepływu powietrza

• podczas wydechu, na skutek wzrostu aktywności układu przywspółczulnego, wzrasta opór dróg oddechowych. Zwiększenie AWR powoduje zmniejszenie szybkości wydechu i jego wydłużenie

• czynniki wpływające na opór dróg oddechowych:

• częstość i szybkość ruchów oddechowych - zwiększa się

• wentylacja minutowa - opór rośnie w miarę wzrostu jej wartości

• aktywność układu przywspółczulnego - zależność wprost proporcjonalna

OPÓR SPRĘŻYSTY:

• opór przy rozciąganiu płuc i ścian klatki piersiowej, zwany oporem sprężystym (R_EL) wyraża stosunek ciśnienia rozciągającego płuca i ściany klatki piersiowej (P_EL) do wielkości rozciągnięcia, tzn. do przyrostu objętości klatki piersiowej

R_EL = ΔP_EL / ΔV

• na opór sprężysty składa się opór, który stawiają elementy sprężyste płuc i klatki piersiowej (duża ilość włókien kolagenowych i elastycznych) oraz opór wynikający z napięcia powierzchniowego na granicy dwóch faz woda - powietrze w pęcherzykach płucnych

• przy tej samej wentylacji minutowej opór sprężysty będzie zwiększać się w miarę pogłębiania oddechów

• czynniki wpływające na wielkość oporu:

• ilość włókien kolagenowych i elastycznych

• głębokość oddechów

NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE PĘCHERZYKÓW PŁUCNYCH:

• napięcie powierzchniowe jest jednym z czynników warunkujących retrakcyjność płuc

• stycznie do swobodnej powierzchni cieczy na granicy dwóch faz ciecz - gaz działają siły zwane siłami napięcia powierzchniowego, starające się zmniejszyć swobodną powierzchnię cieczy

• napięcie powierzchniowe wyraża się stosunkiem wypadkowej sił napięcia powierzchniowego do długości odcinka, wzdłuż którego są zaczepione:

σ (N/m) = F / L

• w przypadku powierzchni zakrzywionych do wielkości napięcia powierzchniowego stosowane jest prawo Laplace'a

• wartość nadwyżki ciśnienia dla cieczy w kształcie kuli wyraża wzór:

p = 2σ / r

• napięcie powierzchniowe zależy od ciśnienia wewnątrz pęcherzyka i od promienia tego pęcherzyka

• gdy ciśnienie pęcherzyka 1 jest większe od 2 wówczas powietrze przechodzi od pęcherzyka o mniejszym do pęcherzyka o większym promieniu

• pęcherzyki płucne powinna charakteryzować duża niestabilność, prowadząca do zapadania się pęcherzyków małych i nadmiernego rozciągania się pęcherzyków dużych

• poza tym duże ciśnienie w pęcherzyku płucnym, przewyższające ciśnienie onkotyczne białek w osoczu, powinno doprowadzić do wessania płynu do światła pęcherzyka

• napięcie powierzchniowe działa dośrodkowo

ZNACZENIE FIZJOLOGICZNE SURFAKTANTU:

• surfaktant = lipidy (fosfatydylocholina) + białka (10%) + węglowodany

• w zdrowych płucach napięcie powierzchniowe jest znacznie zredukowane działaniem substancji zwanej czynnikiem powierzchniowym lub surfaktantem, wyściełającym wnętrze pęcherzyków płucnych

• surfaktant jest syntetyzowany przez pneumocyty typu II w sposób ciągły

• synteza surfaktantu zaczyna się pomiędzy 28 a 32 tygodniem życia płodowego

• pneumocyty II rzędu, produkujące surfaktant, są unerwione współczulnie (receptor β) i przywspółczulnie (receptor muskarynowy)

• na syntezę wpływają hormony tarczycy i glikokortykoidy (niedobór prowadzi do wyczerpania oddechowego)

• czysty tlen powoduje wzrost ciśnienia i uszkodzenie surfaktantu - podobnie działają opary chloru i gazy bojowe (fosgen)

• surfaktant ułatwia zachowanie homeostazy przez pęcherzyki - zwęża je gdy są rozciągane, rozciąga gdy są zapadnięte - przez zmianę swojej gęstości na powierzchni pęcherzyka

• niedostateczna ilość surfaktantu u noworodka (najczęściej wcześniaka) jest przyczyna groźnego schorzenia zwanego zespołem błon szklistych (IRDS)

• podobny zespół występuje u ludzi dorosłych (ARDS) w sytuacji, kiedy surfaktant oraz pneumocyty typu II ulegają uszkodzeniu pod wpływem działania toksycznych czynników chemicznych

PRZESTRZEŃ NIEUŻYTECZNA ANATOMICZNA I FIZJOLOGICZNA:

• przestrzeń układu oddechowego w której nie odbywa się wymiany gazowej nazywana jest przestrzenia martwą lub przestrzenią nieużyteczną

• anatomiczna przestrzeń płucna - na tę przestrzeń martwą składa się przestrzeń ust, nosa, gardła, tchawicy i oskrzeli

• wzrasta w przebiegu przewlekłego zapalenia oskrzeli (powiększa się średnica dużych dróg oddechowych), zależy od pozycji ciała - jest największa w pozycji siedzącej, wzrasta z wiekiem

• fizjologiczna (pęcherzykowa) przestrzeń martwa - na tę przestrzeń martwą składają się wszystkie pęcherzyki płucne które są nie perfundowane, lecz wentylowane

• jest większa w pozycji stojącej

• wzrasta w stanach patologicznych w przebiegu których dochodzi do spadku ciśnienia w krążeniu płucnym, wzrasta przy zatorze płucnym

• objętość przestrzeni martwej człowieka w pozycji siedzącej:

V_D(ml) = masa ciała (kg) • 2 = ok. 150 ml

• stosunek objętości martwej do objętości całkowitej oddechowej w normie wynosi od 33.2% do 45.1% u mężczyzn i od 29.4% do 39.4% u kobiet

• im głębsze są wdechy przy takiej samej objętości oddechowej tym większa jest objętość pęcherzykowa i mniejszy jest stosunek objętości martwej do objętości oddechowej

OBJĘTOŚCI I POJEMNOŚCI PŁUC:

• pojemność całkowita płuc (TLC) - objętość powietrza, jaka znajduje się w płucach po zaczerpnięciu najgłębszego wdechu - u mężczyzn ok. 6l powietrza

• pojemność całkowita płuc dzieli się na:

• pojemność wdechową (IC)

• pojemność zalegającą czynnościową (FRC)

• pojemność wdechowa (IC) - powietrze wciągane do płuc w czasie najgłębszego wdechu po spokojnym wydechu, dzieli się na:

• objętość oddechową (TV) - objętość powietrza wdychana i wydychana w czasie swobodnego wdechu i wydechu

• objętość zapasową wdechową (IRV) - objętość powietrza wciągana do płuc w czasie maksymalnego wdechu wykonywanego na szczycie swobodnego wdechu

• pojemność zalegająca czynnościowa (FRC) - powietrze pozostające w płucach po spokojnym wydechu, dzieli się na:

• objętość zapasową wydechową (ERV) - objętość powietrza usuwana z płuc podczas maksymalnego wydechu po swobodnym wdechu

• objętość zalegającą (RV) - objętość powietrza, która zawsze pozostaje w płucach w czasie maksymalnego wydechu

• pojemność życiowa wdechowa (ICV) - objętość powietrza wciągana do płuc po najgłębszym wydechu podczas maksymalnego wdechu

• pojemność życiowa (VC) - ilość powietrza, którą można usunąć z płuc po maksymalnym wdechu w czasie maksymalnego wydechu - nieco mniejsza od pojemności życiowej wdechowej (w czasie maksymalnego wydechu poprzedzonego maksymalnym wdechem przewodziki pęcherzykowe zamykają się wcześniej, zanim powietrze wypełniające pęcherzyki zostanie usunięte)

• objętość zalegająca (RV) - obejmuje powietrze znajdujące się w pęcherzykach płucnych i przewodzikach pęcherzykowych - tam, gdzie istnieją warunki do wymiany gazowej

KRĄŻENIE PŁUCNE:

• krążenie płucne nazywane jest inaczej małym obiegiem krwionośnym - obejmuje naczynia pomiędzy prawą komorą serca a jego lewym przedsionkiem

• krążenie to jest niskociśnieniowym, małooporowym odcinkiem układu krążenia

• jest to obszar o niewielkim gradiencie ciśnień (8 mmHg) - jest wytwarzane przez prawą komorę serca

• tętnice i żyły zawierają niewielkie ilości mięśni gładkich, wykazują znaczną plastyczność, zarówno po stronie tętniczej, jak i żylnej

• w krążeniu tym nie ma typowym naczyń oporowych

• największy opór występuje w obrębie naczyń oplatających pęcherzyki płucne i związany jest z ciśnieniem wewnątrzpęcherzykowym

• w łożysku naczyniowym krążenia płucnego objętości krwi po stronie tętniczej i żylnej są podobne

• w obrębie mikrokrążenia znajduje się 12-15% całkowitej objętości krwi łożyska naczyniowego płuc

• funkcje i znaczenie krążenia płucnego:

• jego podstawowym zadaniem jest udział w wymianie gazowej, zależnej od ciśnień parcjalnych gazów

• spełnia rolę filtru - przepływa tu cała krew organizmu:

1. filtr mechaniczny - zatrzymuje komórki nowotworowe, obce ciała, zakrzepy, pęcherze gazowe (przy chorobie Kasanova); układ fibrynolityczny tkanki płucnej zależy od wentylacji

2. filtr biochemiczny: rozkładane są tu związki takie jak: prostaglandyny, bradykinina, serotonina, noradrenalina, acetylocholina, a nie rozkładane takie jak: dopamina, adrenalina, angiotensyna II, ADH, oksytocyna, adiuretyna

• płuca dostarczają do ogólnego krwioobiegu związki tam syntetyzowane lub magazynowane - prostacyklina, prostagladyny, histamina z komórek tucznych, kalikreina

• płuca charakteryzują się znaczą przemianą materii, około 10% pobieranego tlenu jest tu wykorzystywanych

• ważny zbiornik krwi - zaliczany do tzw. puli centralnej

REGULACJA KRĄŻENIA PŁUCNEGO:

• najistotniejszy wpływ ma ciśnienie parcjalne tlenu i dwutlenku węgla w pęcherzykach płucnych, a nie prężność tych gazów we krwi

• naczynia zwężają gdy spada prężność tlenu i wzrasta prężność dwutlenku węgla - dzięki tej właściwości naczyń krążenia płucnego strumień krwi jest kierowany do dobrze wentylowanych części płuc - tam, gdzie są dobre warunki dyfuzyjne

• prężność dwutlenku węgla działa odmiennie niż w krążeniu dużym - tam lokalnie powoduje rozszerzenie, a centralnie zwężenia

• do naczyń krążenia płucnego docierają liczne włókna współczulne i przywspółczulne z nerwu błędnego - napięcie neurogenne jest niewielkie

• drażniąc włókna współczulne powodujemy zwężenie naczyń płucnych (receptor α₁)

• włókna przywspółczulne nie odgrywają większej roli, ich receptor to receptor muskarynowy

• na niektórych zakończeniach nerwu błędnego i włókien współczulnych wydziela się VIP - czynnik naczyniorozszerzający, wpływający na oskrzela

• czynniki docierające do krążenia płucnego wraz z krwią i mające działanie zwężające:

• angiotensyna II

• adrenalina, noradrenalina

• serotonina

• tromboksan A₂

• histamina

• bradykinina

• regulacja zależy także od czynności serca:

• wzrost ciśnienia tętniczego w tętnicy płucnej zależy od czynności prawej komory serca i powoduje spadek oporu w krążeniu płucnym

• wzrost ciśnienia w lewym przedsionku ogranicza przepływ przez płuca i redukuje znaczenie wzrostu ciśnienia tętniczego w tętnicy płucnej i może powodować zmniejszenie oporu w krążeniu płucnym

WYMIANA GAZOWA W PŁUCACH:

• w pęcherzykach płucnych zachodzi wymiana gazów pomiędzy powietrzem a krwią przepływającą przez sieć naczyń włosowatych otaczających pęcherzyki

• podczas pracy fizycznej i związanego z nią zwiększenia pojemności minutowej serca krew przepływa znacznie szybciej przez naczynia włosowate pęcherzyków płucnych

• dyfuzja gazów przez ścianę pęcherzyków płucnych odbywa się zgodnie z gradientem prężności cząsteczek gazów

• cząsteczki tlenu dyfudują ze światła pęcherzyków płucnych do krwi, ponieważ w powietrzu pęcherzykowym ciśnienie parcjalne tlenu jest większe

• w przeciwnym kierunku dyfudują cząsteczki dwutlenku węgla

• cząsteczki tlenu dyfudując do krwi muszą pokonać ścianę pęcherzyka płucnego i ścianę naczynia włosowatego

• cząsteczki tlenu po przejściu przez tę przegrodę rozpuszczają się w osoczu wypełniającym naczynia włosowate na zasadzie rozpuszczalności fizycznej, a stamtąd natychmiast dyfudują do erytrocytów

• cząsteczki dwutlenku węgla dyfudują z osocza krwi przepływającej przez naczynia włosowate do światła pęcherzyków tj. w kierunku przeciwnym niż cząsteczki dwutlenku węgla

---