Transcript respiratory
Respiration Physiology The Respiratory System • Functions to supply the body O2 and remove CO2 • Respiration: 1. 2. 3. 4. Ventilation Gas diffusion between alveoli and blood Transport of Gases in blood Gas diffusion between blood and tissue cells Respiratory System Functions • Gas exchange • Regulation of blood pH • Voice production • Olfaction • Protection Respiratory System Divisions • Upper tract – – – – Nose, pharynx Larynx Sinuses Lower tract – trachea – bronchi – bronchiol – Alveoli Nose • Functions – Passageway for air – Defense: - Filter and Clear the air particle - Secretion: Ig, Interferons – Humidifies – warms air to body temprature – Smell – Along with paranasal sinuses are resonating chambers for speech sinuses Larynx • Functions – Maintain an open passageway for air movement – Epiglottis and arytenoids prevent swallowed material from moving into larynx – Vocal folds are primary source of sound production Tracheobronchial Tree MUCOCILIARY CLEARANCE SYSTEM Secondary lobule (Acinus) Trachea Cross Sections of the Airways Resistance in the Airways Lung Nervous System • Adrenergic: airway muscle, vessels, glands β2-adrenoceptors: relaxation in airways (Bronchodilation) • Cholinergic: airway muscle, vessels, gland m3 –receptors: contraction (bronchoconstriction), Secretion in mucous • Non Adrenergic- Non Cholinergic (NANC): - NANCi : dynorphin and VIP Dilation in airways - NANCe : SP Constriction in airways Periciliary Fluid By Ciliated Cells Structure of an Alveolus Lungs • Two lungs: Principal organs of respiration – Right lung: Three lobes – Left lung: Two lobes • Divisions – Lobes, bronchopulmonary segments, lobules Pulmonary circulation Ventilation Thoracic Walls Muscles of Respiration Thoracic Walls Muscles of Respiration Pleura • Pleural fluid produced by pleural membranes – Acts as lubricant – Helps hold parietal and visceral pleural membranes together Alveolar Pressure Changes During Inspiration Alveolar Pressure Changes During Expiration Alveolar Pressure Changes • Inspiration: 0 -1 0 • Expiration: 0 +1 0 Pleural pressure changes • Inspiration: -5 -7.5 (cmH2O) • Expiration: -7.5 -5 (cmH2O) Transpulmonary pressure (recoil) Compliance Compliance • Comp= ΔV ΔP Comp=500/2.5 = 200ml/cmH2O • P= Transpulmonary pressure (Pleural Pressure) • V= Tidal volume Lung tissue itself =1/3 Comp α elastic forces Surface tension = 2/3 Transpulmonary pressure (recoil) Surface Tension & Surfactant • Dipalmitoyl phosphatidyl choline (DPPC) + Ca2+ + Surfactant Apoproteins (SP) Functions: Compliance - surface tension Respiratory work - drying of the alveoli - Alveolar Stabilizing • T4, cortisol, beta-adrenoceptors: surfactant Laplace’s law Respiratory (inspiration) Work • W= F .L W= F/A . LA W=P.V • 3-5 % total body energy Respiratory work divided to three fractions: 1- Compliance or elastic work: 65% 2- InelasticTissue (Viscous )resistance work: 7% 3- Airway resistance work: 28% 65% 7% 28% Pulmonary Volumes • Tidal Volume (TV) • Inspiratory Reserve Volume (IRV) • Expiratory Reserve Volume (ERV) • Residual Volume (RV) Pulmonary Capacities • Inspiratory Capacity (IC):TV+IR • Functional Residual Capacity (FRC):ERV+RV • Vital Capacity (VC): TV+IRV+ERV • Total Lung Capacity (TLC): TV+IRV+ERV+RV Spirometer and Lung Volumes/Capacities Minute and Alveolar Ventilation • Minute Respiratory Volume: (MRV=RR.TV) • Anatomic dead space: (VDA) • Physiological dead space: • Alveolar ventilation: VA= RR.(TV-VD) گردش خون ريوي • در مقايسه با شريانهاي سيستميك ،ضخامت ديواره شريانهاي ريه كم ، طول كوتاه ،قطر بزرگتر ،كومپليانس مشابه ( زياد) • دو شريان مهم ريه : -1شريان برونشي :خونرساني به بافت ريه تا برونشيالهاي انتهايي .در انتها به درون وريد ريوي و دهليز چپ تخليه مي شود. -2شريانهاي ريوي :انتقال خون نيمه اكسيژنه از قلب به ريه و خونرساني به برونشيال تنفسي و آلوئولها. فشارها در گردش ريوي • • • • در شريان ريوي= ( 8/25در سيستميك )80/120 فشار متوسط مويرگي= 7ميليمتر جيوه فشار دهليز چپ و وريدهاي ريه= 1-5ميليمتر جيوه (متوسط )2 mmHg فشار وج ریوی ()wedge pressurs فشار در عروق مختلف ريوي ميزان جريان خون ريوي و توزيع آن • ميزان جريان خون ريوي برابر با برون ده قلبي است • كنترل خودكار توزيع خون ريوي ( اثر فشار پايين اكسيژن حبابچه اي بر جريان خون موضعي حبابچه ها) اثر فشار هيدروستاتيك در قسمتهاي مختلف ريه بر جريان خون نواحي سه گانه ريه در جريان خون ريوي • ناحيه :1فاقد جريان خون در تمام دوره قلبی (در شرايط غير طبيعی) • ناحيه :2جريان خون منقطع قله ريه • ناحيه :3جريان خون مداوم قاعده ريه اثر فعاليت عضالني بر گردش خون ريوي 7-8برابري جريان خون در قله ريه تبديل تمامي ريه به ناحيه 3 2-3برابري در قاعده ريه از 3راه افزايش جريان خون ايجاد مي شود: -1افزايش تعداد مويرگهاي باز -2متسع كردن مويرگها -3افزايش فشار شرياني مبادله مايع بين مويرگها و فضاي ميان بافتي در ريه نيروهاي رو به خارج: -1فشار هيدروستاتيك مويرگي7 mmHg : -2فشار اسمزي-كلوئيدي مايع ميان بافتي14 mmHg : -3فشار منفي مايع ميان بافتي8mmHg : نيروهاي رو به داخل: -فشار اسمزي-كلوئيدي پالسما28mmHg : ساختمان غشاي تنفسي ديفوزيون خالص يک گاز در يک جهت فشار سهمی گازها در يک مخلوط گازی • فشار سهمی هر گاز متناسب با غلظت آن گاز در مخلوط گازی است • ترکيب گازها در هوای جو: % 78.62نيتروژن %20.84اکسيژن %0.04دی اکسيد کربن %0.50 -آب %100 597 mmHg 159 mmHg 0.3 mmHg 3.7mmHg 760mmHg عوامل موثر بر فشار سهمی يک گاز در يک مايع • • • • • غلظت ضریب انحالل گاز ضریب انحالل ضریب انحالل ml/dL ml/dL فشار سهمی = غلظت گاز ضريب انحالل 0.003 =O2 0.06 =CO2 عوامل موثر بر ميزان دیفوزیون خالص گاز در مایعات: : ΔPاختالف فشار : Aسطح مقطع : Sضریب انحالل : dمسافت انتشار : MWوزن ملکولی ΔP. A.S d. √ MW Dα فشار سهمی گازهای تنفسی در مراحل مختلف نيتروژن اکسيژن دی اکسيد کربن آب کل هوای جو هوای مرطوب هوای حبابچه ای هوای بازدمی 597 563.4 569 566 ()%78.62 ()%74.09 ()%74.9 ()%74.5 159 149.3 104 120 ()%20.84 ()%19.67 )(%13.6 ()%15.7 3/0 3/0 40 27 )(%0.04 )(%0.04 ()%5.3 ()%3.6 7/3 47 47 47 ()%0.5 ()%6.20 ()%6.2 ()%6.2 760 760 760 760 mmHg )(%100 mmHg )(%100 mmHg )(%100 mmHg )(%100 تعویض تدریجی هوای حبابچه عوامل موثر بر فشار سهمی O2در حبابچه ها • فشار سهمی اکسيژن در حبابچه: نسبت مستقيم با ميزانتهویه نسبت عکس با ميزانجذب O2به خون عوامل موثر بر فشار سهمی CO2در حبابچه ها • فشار سهمی CO2در حبابچه: نسبت عکس با ميزان تهویه نسبت مستقيم با ميزانجذب O2به خون هوای بازدمی اثر نسبت تهویه به جریان خون بر هوای حبابچه ای • VA/QطبيعیPA O2=104 :و PA CO2=40 • اگر VA/Qصفر باشد :زمانی که تهویه انجام نشده و لی جریان خون کافی است .در این حالت گازهای حبابچه ای با گازهای خون سياهرگی به • اگر VA/Qبی نهایت باشد :زمانی که تهویه مناسب ولی جریان خون وجود ندارد .در این حالت گازهای حبابچه ای با گازهای هوای دمی مرطوب تعادل می رسد .یعنی در حبابچه P O2=40و P CO2=45خواهد شد. شده به تعادل می رسد .یعنی در حبابچه شد. P O2=149 و P CO2=0خواهد شنت فيزيولوژيک و فضای مرده فيزيولوژيک • شنت فيزیولوژیک: هر گاه VA/Q < nomalباشد :قسمتی از خون وریدی مویرگهااکسيژنه نمی شود -در قاعده ریه تهویه کمتر از جریان خون است ()VA/Q=0.6 شنت فيزيولوژيك = برون ده قلبي غلظت اكسيژن ايده آل شرياني -غلظت اكسيژن تعيين شده شرياني غلظت اكسيژن ايده آل شرياني -غلظت اكسيژن تعيين شده وريدي • فضای مرده فيزیولوژیک: هرگاه VA/Q > normalباشد :مقداری از اکسيژن حبابچه مبادلهنشده و تهویه تلف می شود. -در قله ریه تهویه بيشتر از جریان خون است ()VA/Q=2.5 فضاي مرده فيزيولوژيك = حجم جاري فشار سهمي C02ايده آل در شريان-فشار سهمي متوسط CO2بازدمي فشار سهمي CO2تعيين شده شرياني جذب O2از حبابچه ها به مویرگهای ریوی تغييرات فشار O2در عروق مختلف انتشار O2از مویرگهای بافتی به سلولها جذب CO2از سلولهای بافتی به مویرگها انتشار CO2از مویرگهای ریوی به داخل حبابچه ها نقش هموگلوبين در انتقال اكسيژن راههاي انتقال : O2 97درصد توسط Hb 3 -درصد محلول در پالسما عوامل موثر بر منحني تجزيه اكسي هموگلوبين تركيب COبا Hb انتقال CO2در خون كنترل تنفس • عضالت اسكلتي تنفسي ( ديافراگم و بين دنده اي) نياز به تحريك الكتريكي ( پتانسيل عمل ) از مراكز مغزي دارند • مسير دوگانه كنترل تنفس: مسير ارادي ( حرف زدن ،شنا و :)..از كورتيكواسپاينال به فرنيك مسير غير ارادي ( درطي فعاليتهاي روزانه و بدون هوشياري) :عمدتا ازمدوال • مراكز مدوالري: ريتمهاي پايه،غيرارادي و خودكار را توليد ميكنند .دو گروه نوروني در مدوال براي كنترل تنفس وجود دارد: گروه تنفسي پشتي()DRG -گروه تنفسي شكمي ()VRG گروه تنفسي پشتي()DRG • عمدتا نورونهاي دمي ( )Iبوده و اصليترين مركز كنترل تنفس است. • براي ايجاد دم ،سيگنالهاي افزايشي ( )RAMPبه ديافراگم ارسال مي كند. • وروديهاي مهم از ساير مناطق به اين ناحيه عبارتند از: واگ -گلوسوفارنژيال انتقال اطالعات محيطي از گيرنده هاي شيميايي محيطي (در شريانهاي بزرگ) و گيرنده هاي مكانيكي ( )Stretchريوي -دسته نورونهاي شكمي مدوال ()VRG • خروجيهاي مهم: -نورونهاي حركتي فرنيك و بين دنده اي گروه تنفسي شكمي()VRG • در موارد نياز به بازدم فعال مثال فعاليت عضالني فعال مي شود نه در حالت تنفس معمولي و ريتم پايه.در صورت فعاليت سبب تحريك عضالت شكمي و بين دنده اي داخلي مي شود. • داراي دو نوع نورونهاي دمي ( )Iو نورونهاي بازدمي ( )Eاست .بنابراين هم در دم و هم در بازدم نقش دارد. • مراكز موجود در پل مغزي: • مركز آپنوستيك :سبب افزايش زمان دوره تنفسي مي شود ( تنفس عميق و طوالني) .همواره توسط واگ و مركز پنوموتاكسيك مهار مي شود. • مركز پنوموتاكسيك :سبب كوتاهي دوره تنفسي مي شود (تنفسهاي كوتاه وسطحي). رفلكس هرينگ -بروئر • از گيرنده هاي كششي موجود در بخش عضالني مجاري كوچك هوايي منشا مي گيرد • زماني فعال ميشود كه ريه ها تحت كشش بيش از حد (حجم جاري بيش از 5/1ليتر) واقع شود • انتقال اين پيام از طريق واگ به DRGاست • عمل اصلي اين رفلكس :قطع سيگنال RAMPو كوتاه كردن دم و در نتيجه افزايش فركانس تنفس است. • بنابراين :يك مكانيسم حفاظتي در ريه است. تنظيم شيميايي تنفس كنترل شيميايي تنفس: -1كنترل مركزي توسط ناحيه حساس شيميايي مركز تنفس -2كنترل محيطي توسط گيرنده هاي شيميايي محيطي گيرنده های محيطی شيميایی