A légzés funkciója

• •

Oxigén ellátás

– – – –

Légcsere: az O 2 és CO 2 kicserélődése Külső légzés: tüdő alveolusok - vér Belső légzés: vér - szövetek Biológiai oxidáció hőleadás

• •

pH szabályozása kiválasztás

• pici vérrögök és buborékok kiszűrése a vénából • a szív mechanikai védelme • Angiotenzin I-II átalakítás (ACE)

Az emberi légzőrendszer

• Orr • Garat - Gége • •

Légcső (trachea)

• Tüdő – – –

Főhörgők Hörgők Hörgőcskék

– Légvezetékek és

léghólyagocskák (alveolusok) Mellhártya

•

Parietális és viszcerális lemez között folyadék

Orr és garat

• Az orr szerepe: – A levegő vezetése – Melegítése, nedvesítése – Tisztítása, szűrése – A beszédben rezonátor – Szaglás • Garat – Nasopharynx (uvula, orrmandula, fülkürt) – Oropharynx (torokmandulák) – Laryngopharynx

Gége (Larynx)

• 4-6 nyakcsigolyánál • Izmos fal • Gégefedő (epiglottis) • Hangadás, hangszalagok • Porccsontok: – thyroid porc (Ádámcsutka) – Arytenoid – Cricoid porcok

Légcső (Trachea)

• Levegő vezetése • Tisztítás, melegítés • C alakú porcok • Csillós hengerhám

Hörgők (Brochi et bronchioli)

• Főhörgők (primary bronchi): – Jobb és bal – Belépnek a tüdőkbe • Hörgők (secondary) – Jobb oldalon 3, bal oldalon 2db – A tüdőlebenyeket határozzák meg – Porcdarabok • Harmadlagos hörgők stb • Hörgőcskék – Csak simaizom

A tüdő bronchopulmonális szegmentumai

• Jobb oldal: – 1. apicale; 2. posterior; 3. anterior; – 4. laterale; 5. mediale; – 6. basale superior (apicale); 7. basale mediale; 8. basale anterior; 9. basale laterale; 10. basale posterior. • Bal oldal: – 1. apicale; 2. posterior; 3. anterior; 4. lingulare superior; 5. lingulare inferior; – 6. basale superior (apicale); 8. basale anterior; 9. basale laterale; 10. basale posteromediale.

Léghólyagocskák (alveoli)

• Type I sejtek: epitélium (laphám) sejtek, a gáz diffundál rajtuk keresztül • Type II sejtek: köbhám sejtek, a surfactant réteget képezik tüdőartéria terminális bronchus tüdővéna nyirokér simaizom bronchus respiratoricus bronchus respiratoricus alveoláris kapilláris ductus alveolaris alveoulus sövények alveoláris zsák

A légutak elágazásai és ezek generációi

G VEZETŐ ZÓNA G: generációs szám GÁZCSERE ZÓNA

A tüdő nyugalmi nyomásviszonyai

•

Nyitott légutak esetében a tüdőben levő levegő nyomása megegyezik a légköri nyomással.

•

A mellhártya két rétege között viszont “vakuum” van:

– A

mellkas

anatómiai szerkezete folytán

expanziós

tendenciát mutat.

–

A tüdő kollapszus-tendenciát mutat,

ennek oka: • •

légutak hámját borító folyadék felületi feszültsége a tüdő rugalmas elemei

• Ezt enyhíti a surfactant és a léghólyagocskák interdependenciája.

– A két hatás légzésszünetben pontosan kiegyenlíti egymást. •

Az intrapulmonális és intrapleurális nyomás különbsége

(1,4Hgmm)

a transzmurális nyomás.

• Ez tartja az alveolusokat nyitva.

A tüdő nyugalmi térfogata

•

A funkcionális reziduális kapacitás

(FRC) a tüdő térfogata légzésszünetben (kb. 2400ml).

•

A tüdő aktuális térfogata függ

– –

a transzmurális nyomástól a tüdő tágulékonyságától (compliance)

• •

a térfogatváltozás és nyomásváltozás hányadosa a tüdő szöveti szerkezete szabja meg

• A tuberculosis csökkenti a tüdők tágulékonyságát.

• Specifikus compliance: compliance/FRC • Gáztörvények – Boyle: Állandó hőmérsékletű gáz nyomása és térfogata fordítottan arányos.

– Charles: Adott mennyiségű gáz hőmérséklete és térfogata egyenesen arányos. (A beszívott levegő felmelegedése segíti a tüdő kitágulását.)

Áramlási ellenállás

• Légzés közben átmeneti nyomáskülönbségek (1-2Hgmm) alakulnak ki az alveolusok és a külső levegő között.

• Ennek oka az

áramlási ellenállás

– (a térfogatváltozásokat a levegőáramlás csak némi késéssel követi) – amit

légutak (főleg bronchusok) átmérőjének

változtatásával (simaizmok) szabályoz a szervezet.

– krónikus légcsőhurut (bronchitis) és az asztma növeli az áramlási ellenállást.

intrapulmonaris nyomás BE KI LÉGZÉS intrapleuralis nyomás nyomás (Hgmm) légzéstérfogat idő (s) térfogat (liter)

A légzőizmok működése

•

Belégzőizmok:

–

Külső bordaközi izmok

(T1-11) –

Rekeszizom

(C3-5, n. phrenicus) – Nyakizmok (erőltetett belégzés) • Sternocleidomastoid (nXII) • Scalenes (C3-8) – Mellkasizmok (erőltetett belégzés) • Pectoralis minor (C8,T1) • Serratus anterior (C5-7) •

Kilégzőizmok (erőltetett kilégzés):

– – Mellkasizmok • Transversus thoracis (T1-11) –

Belső bordaközi izmok

(T1-11)

Hasizmok

• Rectus abdominis (T7-12) etc

Légzőmozgások

•

Belégzés:

– –

A rekeszizom összehúzódik és lesüllyed.

A külső bordaközi izmok összehúzódása a bordákat megemeli.

– Nehézlégzés esetén a segédizmok is részt vesznek. •

Kilégzés:

–

Passzívan a tüdő kollapszus-tendenciája okozza.

– Aktív kilégzés során hasizmok megnövelik a hasűri nyomást, ami a rekeszizmot felfelé nyomja. – A belső bordaközi izmok összehúzzák a mellkast.

A légzési paraméretek

• •

12-15 légvétel/perc 500 ml gáz/légvétel

•

6-8 l gáz/perc

(250 ml O 2 felvétele és 200 ml CO 2 leadása /perc) • 300 millió alveolus • 70m 2 felület a légcserére •

Spirometria

: a légzési térfogatok vizsgálata – A spirometriás vizsgálatok elkülönítik az „obstruktív” és „restriktív” betegségeket: • Obsturktív: a levegőáramlást akadályozza • Restriktív: a tüdő tágulékonyságát és a vitálkapacitást csökkenti • Anatómiai holttér: – A vezető zónában maradó levegő nem vesz részt a gázcserében • Alveoláris holttér: – az összeesett vagy elzáródott alveolusok sem vesznek részt a gázcserében.

Légzési térfogatok

(A vitálkapacitás összetevői) maximális belégzési szint maximális kilégzési szint nyugalmi kilégzés holt-tér IRV: BELÉGZÉSI REZERV TÉRFOGAT TV: NYUGALMI BELÉGZÉSI TÉRFOGAT ERV: KILÉGZÉSI REZERV TÉRFOGAT RV: REZIDUÁLIS TÉRFOGAT

Spirometria értékek

Változó Egység

IVC (l) FVC (l) FEV1 (l*s-1)

Regressziós egyenlet (férfiak, ill. nők)

6,10H–0,028A–4,65 4,66H–0,026A–3,28 5,76H–0,026A–4,34 4,43H–0,026A–2,89 4,30H–0,029A–2,49 3,95H–0,025A–2,60

1,64 RSD

(ezen belül normális) 0,92 0,69 1,00 0,71 0,84 0,62 H: testmagasság, méterben A: életkor, évben (18–25 életév között 25 évet kell az egyenletbe behelyettesíteni) RSD: reziduális standard deviáció

A légzési funkciót jellemző egyes orvosi kifejezések

AZ ÁLLAPOT NEVE eupnoe polypnoe, tachypnoe hyperpnoe dyspnoe apnoe apneusis hyperventilatio hypoventilatio JELLEMZŐI nyugalmi légzés, 500 ml, 14-16/perc szapora légvételek a nyugalmit meghaladó percventilláció erőlködő, „nehézlégzés” légszomjjal légzési szünet a mellkas tartósan belégzésben marad a légcsere meghaladja az anyagcsere által adott szintet; P aCO2 alacsony a légcsere alacsonyabb az anyagcsere szintnél; P A CO2  , P AO2 

A légzési gázok összetétele

Parciális nyomás (Hgmm)(%) O2 Levegő be 158 (21) alveolusok 100 (13) artériák 95 (13) CO2 0,3 (0,0004) 40 (5) H2O 5,7 (0,008) 47 (6) N2 és egyéb 596 (78+) •(normál levegő nyomása: 760Hgmm) 573 (76) 40 (5) 47 (6) 573 (76) vénák 40 (6) 46 (7) 47 (7) 573 (80) Levegő ki 116 (15) 32 (4) 47 (6) 565 (75)

A külső légzés

•

• Dalton törvénye: egy gázkeverék nyomása az összetevői parciális nyomásának összege.

• Henry törvénye: A folyadékok oldott gáz tartalma a gáz vízoldékonyságától és parciális nyomásától függ.

Az alveoláris gázcsere tényezői

–

Koncentráció grádiens

tehát:

– –

Vízoldékonyság (CO 2 Membrán vastagság 20szor jobban, mint O 2 )

–

Membrán felület

(tüdőtágulás!) –

Megfelelő keringés

(Ha egy adott tüdőrészben romlik a légcsere, akkor annak vérellátása is reflexesen csökken.)

Az alveoláris diffúzió

Az O

2

szállítása

• Fizikai oldódása igen rossz • és a hőmérséklettel csak tovább romlik - halpusztulás • Hemoglobin – Oxigenálva élénkpiros egyébként lilásvörös – Tetramer szerkezetű

A széndioxid szállítása

• A vérplazmában fizikailag oldott formában (5%), • Hemoglobinhoz kötve (5%) – A CO 2 az deoxi-Hb szabad aminocsoportjához kötődik, az oxihemoglobinhoz jóval kisebb affinitással.

• A vvt-ben szénsavvá alakulva (90%) – A vvt felveszi a CO 2 -t – A szénsavanhidráz H 2 CO 3 -vá alakítja – A H + -t a deszaturálódott Hb megköti, a HCO 3 transzporteren keresztül a vérplazma Cl a kapnoforin ionjával kicserélődik – Az oxi-Hb nem köti a H + irányban folyik a reakció.

iont, ezért a tüdőben ellenkező

A légzőizmok beidegzése

• •

A kicserélt levegő (és hő) mennyisége a légzések mélységétől és szaporaságától függ.

A légzőizmokat gerincvelői mozgatóneuronok idegzik be, ezeket felsőbb központok aktiválják.

• A légvételek mélysége és frekvenciája függ a légzőizmokat beidegző motoros idegben

– ingerületbe került axonok számától, – és egy adott axonon terjedő AP frekvenciától.

• A belégzés alatt mind a két tényező fokozatosan növekszik (crescendo). (I) • A kilégzés elején is van egy kicsi aktivitás a n. phrenicus axonjaiban. (E1) • Légzési szünetben viszont semmi. (E2)

A légzésszabályozás agytörzsi területei

• Nyúltvelő •

dorzomediális neuroncsoport

•

DRG ventrolaterális neuronoszlop VRC

•Híd •

Hídi neuroncsoport PRG

•„pneumotaxikus központ” • apneuziás „központ”

A légzésszabályozás sémája

Agykéreg Mechanoreceptorok Kemoreceptorok Nyúltvelői-hidi légzőközpontok feszülés, elmozdulás ideg-impulzusok Gerincvelő ideg-impulzusok Légzőizmok mechanikai munka véráramlás Tüdő és mellkas légcsere Alveolus kapilláris határ diffúzió Vér P CO2 , P O2 , pH

Felsőbb szabályozó területek

•

Agykéreg

–

Közvetlenül a piramispályán át, és/vagy a légzőközpontok felülszabályozásával.

–

Akaratlagos szabályozás: apnoé, beszéd, hiperventilláció stb

–

Tudattalan, ám részben kérgi eredetű: légszomj

kisebb, mint a szükséglet, légszomj alakul ki.

Kérgi szenzoros területek érzékelik a ventilláció mértékét és ha az – Éber állapotban nem okoz apneusist a híd roncsolása.

– Ondin átka (central hypoventilation syndrome): alvás alatt lélegeztetni kell, mert az automatikus kontrol nem működik • Az éberségi szint befolyásolja a szabályozást.

•

Limbikus rendszer – hipotalamusz

–

Emóciók légzési hatásai

A tüdő receptorai 1.

•

A légutak simaizomsejtjei között elhelyezkedő lassan adaptálódó feszítési receptorok:

–

ingerületét velőshüvelyes rostok a n. vagusban futva a nucleus tractus solitarii (NTS)-ba juttatják.

– Az AP frekvencia és az ingerületbe kerülő axonok száma a tüdő feszülésével arányosan nő.

– A reflexes válasz a passzív kilégzés (és a bronchusok dilatációja).

– Egyesek szerint emberben nyugodt légzés során nincs jelentősége.

Centrális kemoreceptorok

• • •

A nyúltvelő ventrális felszínén

– n retrotrapezoideus

Hiperkapnia (P alvCO2 ↑) aktiválja A válasz 1-2 perc alatt alakul ki.

• Valójában a

likvor és az EC tér pH

-ját érzékeli – állandó [HCO 3 ] mellett a pH és a [CO 2 ] egyenesen arányos. – Az izokarbonát körülményeket a HCO 3 /Cl antiporter biztosítja – A vér pH-ját nem érzékeli, mert az agyi erek nem permeábilisek az ionokra, csak a CO 2 juthat át.

[

HCO

3  ]  [

CO

2 ] [

H

 ] 

K

•

Tartós hiperkapnia (8-12 óra) esetén „adaptálódnak”

– ekkor már a liquor HCO 3 koncentrációja is megnő

•

Perifériás kemoreceptorok

Glomus caroticum és Glomus aorticum

– Az utóbbi kevéssé jelentős a légzésben – Hámsejtes csomók – 2 mg tömegű, – 2000 ml/100g/perc véráramlás – I (szenzoros) és II (támasztó) típusú sejtek • Beidegzés: – n.glossopharyngeus(IX) ill. vagus(X) • Sejttest: – ggl pertosum ill. nodosum • A NTS mediális részére vetül.

•

Hipoxia

:

A glomusok aktiválása 1.

– –

Csak jóval a fiziológiás érték (100Hgmm) alatt (60Hgmm-től) aktiválódik.

A hiperkapniás hipoxia (aszfixia, fulladás) a legerősebb inger

– O 2 -függő Na/K pumpa (Skou’s emzim): • hipoxia gátolja → • depolarizáció → • Ca ++ influx → • transzmitter-release •A sejtek DA tartalmúak, ám az gátló mediátor. A transzmitter esetleg acetilkolin, vagy ATP.

A glomusok aktiválása 2.

•

Hipovolémia

: • közvetve, nagy O 2 •

Hiperkapnia

: igényük miatt hipoxiát érzékelnek.

• A CO 2 az sejtplazma savasodását okozza. A H + /Na + – Gyors (pár mp) hatás antiporter beindul – lineáris érzékenység – Hipoxia mellett erősebb reakció –

nem adaptálódik!

•

Tartós hiperkapniában az egyetlen belégzési inger.

életveszélyes tiszta oxigént adni!!!

Ilyen betegnek •

pH emelkedése

: – Nagyon gyors, légzéssel szinkron, lineáris hatás •

K + emelkedése

: • magas [K + ] EC depolarizál – Az izomműködést követő ventilláció-fokozódás egyik ingere.

•

Légzés és izommunka

Az azonnali ventillációfokozódás kérgi eredetű parancsoknak és az izmok receptoraiból kiinduló reflexeknek tudható be.

•

A lassú adaptáció az izommunka során megnövekvő EC tér/plazma [K + ] hatására indul meg.

• A ventilláció nagyobb, mint amit hiperkapniával el lehetne érni. (Kb, mint az akaratlagos maximum: 100-120 l/perc.) • Az artériás P ekkor már CO 2 , (P O 2 és pH) alig változik az izommunka alatt!! Extrém izommunka estén még csökken is, mivel

az izom vérellátása nem tud lépést tartani az igénnyel: „anaerob küszöb”.

• Az izomban tejsav halmozódik fel, a tejsavas acidózis (glomusok) tartja fenn a további hiperventillációt.