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