Fyziologie dýchacího systému Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem, státním rozpočtem České republiky a rozpočtem hlavního města Prahy. Fyziologie dýchacího systému 1. část Obr. č.1

Základní funkce dýchacího systému Ventilace = zajišťuje výměnu vzduchu mezi okolní atmosférou a alveoly (plicními sklípky) Distribuce = rozdělení vzduchu v dýchacích cestách Difúze = průnik dýchacích plynů v alveolech nebo ve tkáních Perfúze = průtok krve plícemi Respirace = mechanismus příjmu O2 či výdeje CO2

Anatomie dýchacího systému Dýchací cesty dutina nosní (event.dutina ústní) hltan hrtan trachea bronchy respirační bronchioly alveoly (plicní sklípky) Obr. č.2

Plicní sklípky - alveoly člověk má asi 300 milionů alveolů celková plocha alveolární stěny u dospělého je 70 m2 alveoly jsou obklopeny plicními kapilárami difundování O2 a CO2 (mezi krví a vzduchem) Obr. č.3

Průtok krve plícemi Plicní oběh = Bronchiální cirkulace nízkotlaká část cirkulace pravá srdeční komora - plícnice (plicní tepna) – plicní kapiláry – plicní žíly – levá srdeční síň význam: přesun dýchacích plynů Bronchiální cirkulace levá srdeční komora - aorta – bronchiální tepny – kapiláry – bronchiální žíly – v.azygos – horní dutá žíla – pravá srdeční síň význam: výživa bronchů a poplicnice

Ventilace plic vzduch se v dýchacích cestách zbavuje většiny mechanických nečistot (hlen, řasinky = cilie – posun hlenu do faryngu – vykašlávání) lymfatická tkáň – bariéra proti infekci teplota vdechovaného vzduchu + zvlhčení aktivita hladké svaloviny – rozdělení plicní ventilace hlasové vazy – tvorba hlasu Obr. č.4

Vdech - inspirium děj aktivní - kontrakce inspiračních svalů intrapulmonální tlak klesá interpleurální tlak klesá (z –2,5 na –6 torrů) vzduch do plic (tlak v dýchacích cestách je negativní) před nádechem nádech Obr. č.5

Výdech - exspirium po konci vdechu elasticita plic táhne hrudní stěnu zpět do výdechové polohy – pasivní výdech tlak v dýchacích cestách se zvýší – vzduch proudí z plic při usilovném výdechu (aktivní zapojení dýchacích svalů) – interpleurální tlak se zvýší na – 30 torrů výdech vdech Obr. č.6

Změny tlaků při klidném dýchání intrapulmonální tlak interpleurální tlak dechový objem vdech výdech torr litr Obr. č.7

Inspirační a exspirační svaly Inspirační svaly: bránice mm.intercostales ext. mm.intercostales paraster. mm.scaleni mm.pectorales m.sternoclediomast. Exspirační svaly: mm.intercostales int. břišní lis Obr. č.8

Statické plicní objemy a kapacity IRV (inspirační rezervní objem) VT (dechový objem) ERV (exspirační rezervní objem) RV (reziduální objem) VC (vitální kapacita) IC (inspirační kapacita) FRC (funkční reziduální kapacita) TLC (celková plicní kapacita)

Dynamické plicní objemy Minutová ventilace plic (VE) = = DF x VT (v klidu = 8 litrů za minutu) Alveolární ventilace (VA) = část minutové ventilace, kterou jsou ventilovány alveoly (zbytek je ventilace mrtvého prostoru) Maximální minutová ventilace (MMV, Vmax) = maximální množství vzduchu, které může být v plicích vyměněno (z plic vydýcháno) za minutu – až 170 l.min-1 FEV 1 = jednosekundová (jednovteřinová) vitální kapacita = množství vzduchu vydechnuté za 1 vteřinu (sekundu)

Jednosekundová (jednovteřinová) vitální kapacita plic = po maximálním nádechu ( ) maximální výdech ( ) FEV 1 = za první sekundu FEV 2 = za první dvě sekundy FEV 3 = za první tři sekundy u zdravého jedince u nemocného s astmatem FEV 1 = 80% FVC FEV 2 = 90-95 % FVC FEV 3 = 99 % FVC Obr. č.9

Poddajnost plic a hrudníku změny objemu plic závisí na průtoku vzduchu z a do plic (otázka tlakových gradientů mezi plícemi a okolní atmosférou) změny tlakových gradientů jsou vyvolány změnami napětí inspiračních a exspiračních svalů vztah mezi silami dýchacích svalů a objemovými změnami plic závisí na poddajnosti plic a hrudníku a na odporu plic elasticita plic určuje hodnotu plicní poddajnosti = compliance ta závisí na objemu plic (nejvyšší při FRC)

Dechový cyklus z pohledu compliance Nádech: rozpínání hrudníku vytváří se „prostor“ pro rozpínající se plíce interpleurální tlak alveolární tlak = vzduch do plic objem plic a retrakční síla hodnota tlaku v alveolech = hodnotě atmosférického tlaku = ukončení nádechu Výdech: napětí inspiračních svalů hrudník se zmenšuje interpleurální a alveolární tlak = vzduch z plic retrakční síla plic rovnováha mezi retrakční silou plic a napětím hrudní stěny = konec výdechu

Proudění vzduchu v dýchacích cestách při nádechu i výdechu – tlakové gradienty způsobují proudění vzduchu rychlost proudění je: přímo úměrná velikosti tlakového gradientu nepřímo úměrná odporu plic (ten se skládá převážně z odporu dýchacích cest) Obr. č.10 laminární (jeho rychlost je přímo úměrná tlakovému gradientu: jeho odpor závisí na viskozitě plynu, nezávisí na jeho hustotě a rychlosti proudění) turbulentní (jeho odpor závisí na rychlosti proudění a na hustotě plynu – jeho rychlost není přímo úměrná tlakovému gradientu)

Elastické vlastnosti plic nádech výdech elastické vlastnosti plic elasticita hrudníku povrchové napětí alveolů: na vnitřním povrchu alveolů jsou fosfolipidy = plicní surfaktant snižuje povrchové napětí zvyšuje plicní compliance je tvořen alveolárními epitelovými buňkami II. typu Plicní sklípek

alveolární buňka II.typu Plicní surfaktant Obr. č.11 surfaktant alveolus makrofág alveolární buňka II.typu kapilára

Plicní ventilace a průtok krve v různých částech plic Vzpřímená poloha v bázi plic je větší ventilace a průtok krve než v hrotech ventilace (l.min-1) = výměna vzduchu v plicních sklípcích perfúze (l.min-1) = průtok krve plícemi poměr ventilace/perfúze (V horních oblastech plic je poměr vysoký = „zbytečná“ ventilace sklípků se sníženým průtokem krve. V dolních partiích plic jsou naopak „méně“ ventilovány jinak dobře prokrveny plícní sklípky) 0,24 0,07 3,40 0,82 1,29 0,63 Obr. č.12

Mrtvý prostor = část respiračního systému, kde nedochází k výměně dýchacích plynů Anatomický mrtvý prostor = objem respiračního systému mimo alveoly (u dospělého je 150-200 ml) Celkový (fyziologický) mrtvý prostor = objem vzduchu z té části dýchacího systému, kde nedochází k výměně plynů s krví, neužitečná ventilace

Seznam publikací, ze kterých byly použity obrázky Obr. č.1 – Van De Graaff K.: Human Anatomy. The McGraw-Hill. 2000. ISBN 0-07-23667-0 Obr. č.2 - Van De Graaff K.: Human Anatomy. The McGraw-Hill. 2000. ISBN 0-07-23667-0 Obr. č.3 - Van De Graaff K.: Human Anatomy. The McGraw-Hill. 2000. ISBN 0-07-23667-0 Obr. č.4 – Carola R., Harley J.P., Noback Ch.R.: Human Anatomy. The McGraw-Hill. 1992. ISBN 0-07-010527-8 Obr. č.5 – Fox S.I.: Human Physiology. The McGraw-Hill. 1996. ISBN 0-697-20985-7 Obr. č.6 - Fox S.I.: Human Physiology. The McGraw-Hill. 1996. ISBN 0-697-20985-7 Obr. č.7 – Trojan S. et al.: Lékařská fyziologie. Grada Avicenum. 1994. ISBN 80-7169-036-8 Obr. č.8 - Van De Graaff K.: Human Anatomy. The McGraw-Hill. 2000. ISBN 0-07-23667-0 Obr. č.9 - Fox S.I.: Human Physiology. The McGraw-Hill. 1996. ISBN 0-697-20985-7 Obr. č.10 - Trojan S. et al.: Lékařská fyziologie. Grada Avicenum. 1994. ISBN 80-7169-036-8 Obr. č.11 - Fox S.I.: Human Physiology. The McGraw-Hill. 1996. ISBN 0-697-20985-7 Obr. č.12 - Fox S.I.: Human Physiology. The McGraw-Hill. 1996. ISBN 0-697-20985-7