Transcript Предавање 10

FIZIOLOGIJA RESPIRATORNOG SISTEMA (1)
PLUĆNA VENTILACIJA
PLUĆNA CIRKULACIJA
RAZMENA GASOVA
Prof. dr Vladimir Jakovljević
Predsednik Društva fiziologa Republike Srbije,
Council Member International Atherosclerosis Society
Sreda, 04. 12. 2013. god
PLUĆNA VENTILACIJA
Disanje (def.) je proces kojim se tkivima stavljaju na raspolaganje
odgovarajuće količine gasova (kiseonika i ugljendioksida)
neophodnih za normalno funkcionisanje organizma.
Proces disanja obuhvata četiri funkcionalne komponente:
• plućna ventilacija
• razmena gasova između alveola i krvi
• transport gasova u krvi
• regulacija disanja
BIOMEHANIKA PLUĆNE VENTILACIJE
Pluća se rastežu i skupljaju (pasivno)
prateći promene dijametra grudnog koša.
Dijametar grudnog koša se menja
aktivnošću disajne muskulature:
a. promenom vertikalnog dijametra –
dijafragma (kontrakcija dijafragme povlači
donju površinu pluća u inspirijumu) –
normalno (mirno) disanje
b. promenom A-P dijametra – pomoćna
disajna muskulatura podiže i spušta rebra
Pomoćna disajna muskulatura:
A. Inspiracijski mišići:
• mm. intercostales externi (podižu
rebra nagore i upolje)
• mm. sternocleideomastoidei (podižu
grudnu kost)
• mm. serrati anteriores (podižu rebra
nagore)
• mm. scaleni (podižu prva dva rebra
nagore)
Pomoćna disajna muskulatura:
B. Ekspiracijski mišići
• mm. intercostales interni (spuštaju
rebra nadole i prema grudnoj kosti)
• mm. recti abdominis (povlače donja
rebra naviše i povećanjem pritiska u
trbušnoj duplji podižu dijafragmu)
Pleuralni pritisak (pritisak između
dva lista pleure):
• u inspirijumu - 7.5 cmH2O
• u ekspirijumu – 5 cmH2O
Alveolarni pritisak (pritisak unutar
alveola):
• u inspirijumu -0.5 cmH2O
• u ekspirijumu +0.5 cmH2O
Rastegljivost (komplijansa) pluća – stepen širenja
pluća pri povećanju transpulmonalnog pritiska.
Normalna vrednost rastegljivosti oba plućna krila iznosi
oko 200 ml/cmH2O
Veličinu rastegljivosti pluća određuju elastična svojstva
pluća:
• elastična svojstva plućnog parenhima-1/3
• elastična svojstva uzrokovana površinskim naponom
tečnosti koja oblaže unutrašnje zidove alveola -2/3.
Rastegljivost (komplijansa) grudnog koša i
pluća – stepen širenja grudnog koša i pluća pri
povećanju transpulmonalnog pritiska.
Normalna vrednost rastegljivosti grudnog koša i
pluća iznosi oko 110 ml/cmH2O
Elastična svojstva uzrokovana površinskim
naponom tečnosti koja oblaže unutrašnje
zidove alveola čine 2/3 ukupnih elastičnih
sila koje teže da kolabiraju pluća (slika!!!)
Površinski napon tečnosti u alveolama teži da
kolabira alveole.
Pritisak koji teži da kolabira alveole (nastaje
usled prisustva sloja tečnosti u alveolama)
povećava:
• povećanje površinskog napona
• smanjenje dijametra alveole (formula)
Surfaktant (sekretuju ga epitelne ćelije alveola) smanjuje površinski napon.
Surfaktant se sastoji od:
fosfolipida (dipalmitoil-lecitin – aktivna supstanca) – imaju hidrofilni i hidrofobni deo
proteina (apoprotein) jona kalcijuma
U normalnim uslovima udisanje je aktivan proces (ekspiracija je pasivan proces) pa
se energija potrebna za disanje koristi samo za udisanje (2-3% BMR).
Rad pri udisanju:
• rad za istezanje (savladavanje elastičnih sila pluća) – najveći deo
• rad za savladavanje tkivnog otpora (viskoznost pluća i grudnog koša)
• rad za savladavanje otpora u disajnim putevima
Mrtvi prostor (VD)– zapremina
vazduha koja ne učestvuje u
razmeni gasova:
• anatomski mrtvi prostor zapremina vazduha koja ostaje
u velikim disajnim putevima i ne
učestvuje u razmeni gasova
• fiziološki mrtvi prostor zapremina vazduha koja dolazi
do alveola ali ne učestvuje u
razmeni gasova
Volumen anatomskog mrtvog prostora
se određuje posebnom metodom
(slika) i izračunava (formula).
Volumen anatomskog mrtvog prostora
iznosi oko 150 ml.
Minutna alveolarna ventilacija (MAV)
je zapremina vazduha koja dolazi u
alveole za jedan minut.
Minutna alveolarna ventilacija se
izračunava po formuli:
MAV = (VT - VD) x frekvencija
disanja
Uloge disajnih puteva:
• sprovođenje vazduha iz atmosfere
do alveola (i natrag)
• vlaženje vazduha koji prolazi kroz
disajne puteve
• grejanje vazduha koji prolazi kroz
disajne puteve
• čišćenje vazduha koji prolazi kroz
disajne puteve
PLUĆNA CIRKULACIJA
Protok krvi kroz plućnu cirkulaciju
(približno) je jednak protoku kroz
sistemsku cirkulaciju - oko 5
l/min (razlika u bronhijalnim
arterijama – minutni volumen
levog srca je za 1-2% veći od
minutnog volumena desnog
srca)
Pritisci u plućnoj cirkulaciji, za isti protok,
su manji od sistemske cirkulacije zbog:
• većeg dijametra (osim velikih arterija i
velikih vena)
• veće rastegljivosti (prosečno 7
ml/mmHg)
Pritisci u desnoj komori:
• sistolni pritisak – 25 mmHg
• dijastolni pritisak – 0-1 mmHg
Pritisci u plućnoj arteriji:
• sistolni pritisak – 25 mmHg
• dijastolni pritisak – 8 mmHg
• srednji pritisak – 15 mmHg
• pulsni pritisak – 17 mmHg
Pritisak u kapilarima pluća – 7 mmHg
Pritisak u plućnim venama i levoj
pretkomori – 1-5 mmHg (prosečno oko
2 mmHg)
Volumen krvi u plućima je 450 ml (oko
9% ukupnog volumena krvi).
U plućnim kapilarima se nalazi oko 70
ml krvi (ostatak je približno jednako
podeljen u arterijama i venama).
Pluća služe i kao rezervoar krvi volumen krvi plućima se može
povećati ili smanjiti za 50% (primer
snažnog ekspirijuma).
Zone protoka krvi u plućnim kapilarima (efekat
gradijenta hidrostatskog protiska):
• Zona 1 – apikalni delovi pluća (hidrostatski
pritisak u kapilarima je za 15 mmHg manji nego u
visini srca) – nema protoka krvi tokom čitavog
srčanog ciklusa
• Zona 2 – srednji delovi pluća – intermitentni
protok krvi (krv protiče tokom sistole, tokom
dijastole nema protoka krvi)
• Zona 3 – bazalni delovi pluća (hidrostatski pritisak
u kapilarima je za 8 mmHg veći nego u visini
srca) – kontinuirani protok krvi (krv protiče tokom
tokom čitavog srčanog ciklusa)
Normalno u plućima postoje zone 2 i 3.
U uslovima fizičkog opterećenja (zbog
povećanja pritiska) dolazi do povećanja
protoka krvi u svim delovima pluća (u
apikalnim delovima za 700-800%, u
bazalnim delovima za 200-300%).
Kapilarna dinamika u plućima (1)
Sile koje određuju smer kretanja tečnosti u
razmeni materija kroz kapilarnu membranu
u plućima (Starlingove sile):
• kapilarni pritisak (potiskuje tečnost iz
kapilara u međućelijski prostor) je niži
nego u sistemskoj cirkulaciji i iznosi oko 7
mmHg
• pritisak međućelijske tečnosti (povlači
tečnost iz kapilara u međućelijski prostor)
je niži nego u sistemskoj cirkulaciji i iznosi
oko -8 mmHg
Kapilarna dinamika u plućima (1)
Sile koje određuju smer kretanja tečnosti u
razmeni materija kroz kapilarnu membranu
u plućima (Starlingove sile):
• koloidno-osmotski pritisak plazme (povlači
tečnost iz međućelijskog prostora u
kapilare) iznosi oko 28 mmHg
• koloidno-osmotski pritisak međućelijske
tečnosti (povlači tečnost iz kapilara u
međućelijski prostor) je veći nego u
sistemskoj cirkulaciji (zbog veće
propustljivosti kapilara za proteine
plazme!) i iznosi oko 14 mmHg
Капиларна динамика у плућима (2)
Neto-filtracioni pritisak iznosi 1 mmHg.
Višak tečnosti koji se filtrira u plućni intersticijum se otklanja:
• limfnim sudovima
• isparavanjem preko alveola
FIZIČKI PRINCIPI RAZMENE
GASOVA
Difuzija kiseonika i ugljen-dioksida
kroz respiratornu membranu
Proces difuzije gasova se sastoji od slobodnog kretanja molekula gasa kroz
respiratornu membranu.
Izvor energije za difuziju gasova kroz respiratornu membranu je kinetička
energija samih gasova.
Neto-difuzija nekog gasa kroz respiratornu membranu zavisi od koncentracijskog
gradijenta između dve strane membrane.
Ukoliko postoji razlika u koncentracijama rastvorenih gasova sa jedne i druge
strane respiratorne membrane doći će do neto-difuzije gasova.
Veličina neto-difuzije gasova (D) kroz respiratornu membranu zavisi od:
ΔP – razlike u pritiscima gasova sa jedne i druge strane membrane
A – površine respiratorne membrane
S – rastvorljivosti gasa
d – debljine respiratorne membrane
MW – molekulske mase gasa
Relativni difuzioni koeficijenti za
respiratorne gasove u telesnim
tečnostima
(ako se uzme da je difuzioni koeficijent
za kiseonik 1):
Parcijalni pritisci gasova u:
• atmosferskom vazduhu
• vazduhu koji se nalazi u disajnim putevima
• alveolarnom vazduhu
Povećana ventilacija alveola
povećava PAO2.
Povećano preuzimanje kiseonika u
krv smanjuje PAO2.
Normalna vrednost je PAO2 u
alveolama ≈ 104 mmHg.
Povećana ventilacija alveola
smanjuje PACO2.
Povećano oslobađanja
ugljendioksida iz krvi plućnih
kapilara u alveole povećava
PACO2.
Normalna vrednost je PACO2 ≈ 40
mmHg.
Respiratorna membrana
(struktura):
1. sloj tečnosti koji iznutra oblaže
alveolu (sadrži surfaktant)
2. epitelna ćelija alveola
3. bazalna membrana epitela
4. uzani intersticijalni prostor
između alveolarnog epitela i
kapilarne membrane
5. bazalna membrana kapilara
6. endotelna ćelija kapilara
Ali i gasovi moraju proći i kroz
plazmu i membranu eritrocita!
Difuzioni kapacitet respiratorne membrane za
ugljendioksid je 400-500 ml/min/mmHg
(???).
Kako je ΔP za ugljendioksid manja od 1
mmHg, neto-difuzija ugljendioksida nije
izmerena do sada.
U uslovima fizičkog opterećenja dolazi do
povećanja difuzionog kapaciteta
respiratorne membrane (i do 3x):
• otvaranjem do tada zatvorenih kapilara
• popravljanjem odnosa ventilacija/perfuzija
Uticaj odnosa ventilacija/perfuzija (VA/Q) na PAO2 i PACO2
•
VA/Q = 0 jer u bazama pluća nema ventilacije alveola pa su PAO2 i PACO2 jednaki
vrednostima koje imaju u venskoj krvi sistemske cirkulacije
•
VA/Q = ∞ jer u vrhovima pluća nema perfuzije kapilara pa su PAO2 i PACO2 jednaki
vrednostima koje imaju u ovlaženom udahnutom vazduhu
•
VA/Q = normalan jer je u srednjim delovima pluća dobra ventilacija alveola i dobra
perfuzija kapilara, pa su vrednosti PAO2 ≈ 104 mmHg i PACO2 ≈ 40 mmHg.
Fiziološki šant
Kada je odnos VA/Q manji od normalnog (deo
venske krvi se ne oksigeniše), krv koja
protiče kroz neventilirane kapilare se
naziva – fiziološki šant.
Primeri fiziološkog šanta su krv koja protiče
kroz bronhijalne krvne sudove i bazalni
delovi pluća
(slaba ventilacija).
Veličina fiziološkog šanta se izračunava po
formuli (gornja slika)
Fiziološki mrtvi prostor
Kada je odnos VA/Q veći od normalnog, deo
ventiliranog vazduha dospelog u alveole se
ne koristi za razmenu gasova jer je
perfuzija slaba - fiziološki mrtvi prostor
(uzaludna ventilacija).
Primer fiziološkog mrtvog prostora su apikalni
delovi pluća (zona 1) – slaba pefuzija.
Veličina fiziološkog mrtvog prostora se
izračunava po Borovoj jednačini (donja
slika)
VEŽBA:
TESTOVI PLUĆNE VENTILACIJE
Ispitivanje funkcije pluća je od posebnog značaja, pri čemu
se vrši ispitivanje različitih komponenti:
ventilacije, distribucije, difuzije i perfuzije pluća.
Metoda kojom se ispituje funkcija pluća naziva se
SPIROMETRIJA.
Volumen gasa u plućima je određen:
-svojstvima plućnog parenhima i toraksa
-snagom respiracijskih mišića
-plućnim refleksima
-svojstvima disajnih puteva
Aparati za merenje plućnih volumena –
SPIROMETRI
1.
2.
Spirometri sa zatvorenim sistemom - u osnovi mere volumene; dezintegracijom
(deljenjem) izmerenog volumena po vremenu se izračunava volumenska brzina tj.
protok.
Kod otvorenog spirometrijskog sistema se neposredno meri protok vazduha;
izmereni protok se integriše po vremenu (pomnoži sa vremenom).
Merni deo instrumenta se zove PNEUMOTAHOGRAF.
Može biti sa Flajšovim (Fleisch-pneumotach) cevčicama ili
Lilijevom (Lilly (screen) pneumotach )
mrežicom, koje imaju poznati otpor.
Registrovanjem razlike u pritisku
ispred i iza dela sa otporom i deljenja
dobijene razlike u pritisku poznatim
otporom dobija se protok.
MERENJE I ODREĐIVANJE PLUĆNIH VOLUMENA I
KAPACITETA
1. Statički plućni volumeni i kapaciteti
2. Dinamički plućni volumeni i ventilacijski kapacitet
*Na vrednost parametara plućne funkcije utiču
godine života, pol i telesna masa ispitanika.
Statički plućni volumeni:
• Disajni (Tidal) volumen (VT) –
zapremina gasa koja se udahne ili
izdahne prilikom normalne respiracije –
iznosi oko 500 ml.
• Inspiracijski rezervni volumen
(IRV) – zapremina gasa koja se može
udahnuti nakon normalnog inspirijuma
– iznosi oko 3000 ml.
• Ekspiracijski rezervni volumen
(ERV) – zapremina gasa koja se može
izdahnuti nakon normalnog ekspirijuma
– iznosi oko 1100 ml.
• Rezidualni volumen (RV) –
zapremina gasa koja ostaje u plućima
nakon maksimalnog ekspirijuma –
iznosi oko 1200 ml.
*На вредност параметара плућне функције утичу
године живота, пол и телесна маса испитаника.
Statički plućni kapaciteti:
• Inspiracijski kapacitet (IC) – maksimalna zapremina gasa
koja se može udahnuti nakon normalnog ekspirijuma (iznosi
oko 3500 ml) i izračunava se po formuli:
IC = VT + IRV
• Funkcionalni rezidualni kapacitet (FRC) – zapremina
gasa koja ostaje u plućima nakon normalnog ekspirijuma
(iznosi oko 2300 ml) i izračunava se po formuli:
FRC = ERV + RV
• Vitalni kapacitet (VC) – maksimalna zapremina gasa koja
se može ekspirirati nakon maksimalnog inspirijuma (iznosi
oko 4600 ml) i izračunava se po formuli:
VC = VT + IRV + ERV
•
Totalni kapacitet pluća (TLC) – maksimalna
zapremina gasa koja se nalazi u plućima nakon
maksimalnog inspirijuma (iznosi oko 5800 ml) i
izračunava se po formuli:
TLC = VT + IRV + ERV + RV ili TLC = VC + RV
* RV= metoda dilucije helijuma
Dinamički plućni volumeni i ventilacijski kapacitet
Za razliku od statičkih plućnih volumena, dinamički plućni
volumeni se određuju pri maksimalnom i forsiranom
ekspirijumu ili inspirujumu.
Mogu se dobiti spirometrijski i izraziti kao promena
volumena u funkciji vremena: kriva volumen – vreme ili
kao kriva protok – volumen.
1.Forsirani ekspiracijski volumen u prvoj
sekundi (FEV1) predstavlja volumen vazduha koji se iz
položaja maksimalnog inspirijuma izdahne u toku prve
sekunde forsiranog ekspirijuma i predstavlja prosečan
protok vazduha u ovom periodu vremena.
Kao izmerena vrednost se uzima najveća ostvarena
vrednost od najmanje tri FEV1.
• Tifno (Tiffeneau) indeks predstavlja udeo vazduha
ekspiriranog u prvoj sekundi (forsiranog ekspirijuma) u odnosu na
ukupni forsirani vitalni kapacitet.
Izračunava se po formuli:
Tifno (Tiffeneau) indeks = FEV1 / FVC * 100%
• U fiziološkim uslovima vrednost Tifno (Tiffeneau) indeksa je veća
od 70 %.
Povećanje indeksa iznad normalnih
vrednosti ukazuje na povećanu
elastičnost pluća (pluća su čvršća), a
smanjenje na opstrukciju strujanju vazduha!
HVALA NA PAŽNJI !