Ventilace, 1 ..4, (5..8) / 8 Toto je v jakékoliv formě (PPT, PDF, atd.) neoficiální výukový materiál Ventilace, 1 ..4, (5..8) / 8

Cíle, osnova – po přednášce budeme umět 1/ 2 Popsat stavbu dýchacích cest a plic Popsat alveolo-kapilární membránu Porozumět mechanice ventilace Popsat následující funkční plicní objemy: mrtvý prostor, alveolární prostor, vitální kapacitu, residuální objem a další Vysvětlit, proč pro správné dýchání musí být intra-pleurální tlak negativní Vysvětlit komplianci plic a mechaniku hrudního koše Popsat ventilační práci, úlohu surfaktantu Popsat metody měření plicních objemů, to jest spirografii a pletysmografii Mechanismus a dynamiku výměny plynů v plicích Vyložit adaptační mechanizmy při dýchání ve vyšší nadmořské výšce

Cíle, osnova – po přednášce budeme umět 2/ 2 Nakreslit a komentovat disociační křivku hemoglobinu Srovnat transport O2 a CO2 Definovat poměr ventilace a perfúze, V/ Q Popsat principy regulace dýchání Vysvětlt, jak se dýchání přizpůsobuje tělesné námaze Proč může být účinné dýchání z úst do úst Popsat principy umělé ventilace Ukázat, jak respirace ovlivňuje acidobazickou rovnováhu Použít plynovou rovnici a použit standardní okolní podmínky Popsat ztíženou ventilační práci při plicní patologii

Makroskopický popis dýchání Toto je v jakékoliv formě (PPT, PDF, atd.) neoficiální výukový materiál Makroskopický popis dýchání

Normální hodnoty dýchacích a krevních plynů 1/2 Gases 1/ 2 Normální hodnoty dýchacích a krevních plynů 1/2

Normální hodnoty dýchacích a krevních plynů 2/2 Gases 2/ 2 Normální hodnoty dýchacích a krevních plynů 2/2 vzácné/ netečné/ inertní plyny

Složení vzduchu Složení vzduchu (v mm Hg) Atmosféra Alveoly arterie 597 (78%) 569 569 N2 O2 159 (21%) 104 98 CO2 0.3 (0.04%) 40 40 H2O 3.7 (cca 1%) 47 47 Nižší tlak kyslíku v arterií oproti alveolu je dán 1. nutričním oběhem plic, 2. venózní příměsí (poměr ventilace/perfuze) Celkem 760 mmHg 760 mmHg

Ventilace, =převážně mechanika

Mikroskopický popis dýchání Toto je v jakékoliv formě (PPT, PDF, atd.) neoficiální výukový materiál Mikroskopický popis dýchání

Respirace, = převážně mikroskopické a biochemické procesy, 1/ 2

Respirace, = převážně mikroskopické a biochemické procesy, 2/ 2

Výměna plynů krev : plíce odkysličená krev CO2 45 mmHg O2 104 mmHg O2 40 mmHg CO2 40 mmHg CO2 40 mmHg O2 104 mmHg aorta: O2 95 mmHg

Výměna plynů tkáň : krev CO2 40 mmHg O2 104 mmHg O2 40 mmHg O2 CO2 46 mmHg CO2 CO2 45 mmHg CO2 45 mmHg odkysličená krev

Vztah makro- a mikro Toto je v jakékoliv formě (PPT, PDF, atd.) neoficiální výukový materiál Vztah makro- a mikro

Struktura plic trachea bronchiolus bronchus alveoly

Struktura plic okysličená krev odkysličená krev plicní venula plicní arteriola bronchiol alveoli kapiláry

Makroskopická struktura plic

Mikroskopická struktura plic Microscopy of the lung: alveolo - capillary barrier surfactant secretion dipalmitoyl - phosphatidyl - alveolus choline gas diffusion cellules ? T water layer surfactant alveolus

Úvodní poznámky Toto je v jakékoliv formě (PPT, PDF, atd.) neoficiální výukový materiál Úvodní poznámky

Procesy spojené s dýcháním    ventilace – výměna vzduchu mezi zevním prostředím a alveolárním vzduchem   distribuce – vedení vzduchu systémem dýchacích cest až k plicím  difúze - výměna plynů mezi krví a vzduchem přes alveolokapilární membránu   perfúze – plicní cirkulace, specificky uzpůsobený systém průtoku krevními cévami pro přenos plynů

Anatomický mrtvý prostor Nosní dutina Ústní dutina Farynx Anatomický mrtvý prostor Larynx Trachea Tracheo-bronchiální strom až po respirační bronchioly cca 150 ml Bronchi Srdce Plíce Žebra Fyziologický mrtvý prostor neperfundovaná část plic

Respirační stavy Eupnoe: normální f a Vt Tachypnoe: zvýšená resp. frekvence Bradypnoe: snížená resp. frekvence Apnoe: zástava dechových pohybů Hyperventilace: zvýšená f a Vt, vyvolá hypokapnii Hypoventilace: snížená f a Vt, vyvolá hyperkapnii a hypoxii Hyperkapnie: zvýšení pCO2 a koncentrace CO2 ve vydechovaném vzduchu

Respirační stavy Dyspnoe: = dušnost = subjektivní pocit nedostatku vzduchu Hypoxie: snížení pO2 v tkáních Příčiny: Hypoxie Hypoventilace Snížení perfuze plic (srdeční selhávání nebo tkání (obstrukce, anemie, srdce) Intoxikace (nitráty, benzeny, kyanovodík) Asfyxie: dušení

Mechanika ventilace Toto je v jakékoliv formě (PPT, PDF, atd.) neoficiální výukový materiál Mechanika ventilace

Dýchací svaly Inspirační: bránice externí interkostální m. sternocleidomastoideus m. serratus anterior mm. scaleni Exspirační: interní interkostální přímé abdominální svaly

Mechanika dýchání vzduch dovnitř vzduch ven hrudník hrudník nahoru a dopředu hrudník dolu a dozadu plíce expandují plíce se stahují Exspirium Inspirium bránice nahoru bránice dolu

Pleurální tlaky

Tlaky (intra-pleurální, intra-pulmonární, atmosferický) Respirační cyklus Inspirace Exspirace 2.0 Alveolární tlak [mmHg] 1.0 [mmHg] 0.0 -1.0 -2.0 Intrapleurální tlak [mmHg] Negativní intra-pleurální tlak se při dýchání stává ještě více negativnější Tlaky (intra-pleurální, intra-pulmonární, atmosferický) -3.0 -4.0 -5.0 -6.0 750 Objem vzduchu [ml] 500 [ml] 250

Elastické vlastnosti plic vzduch Červeně: Plnění fyziologickým roztokem plíce jsou pružný orgán, který má tendenci se smršťovat Elasticita (E) – elastický odpor plic, který při nádechu překonávají dýchací svaly Poddajnost (compliance C) popisuje, jaká velikost transpulmonálního tlaku (DP) je nutná pro změnu plicního objemu (DV). 100ml/cm H2O (dýchací pumpa) nádech výdech Objem nad FRC (l) Intrapleurální tlak Povrchové napětí

Ventilatory work

Struktura plíce Terminální bronchiolus Podtlak v pleurální dutině Houbovitá struktura plíce přenáší síly z jedné části plíce na druhou. Jednotlivá alveolární septa mají tendenci se smršťovat vlivem povrchového napětí a elasticity. Tímto alveolární septa udržují terminální bronchioly otevřené (jako provázky udržují stan napnutý). Směry sil vznikajících v alveolárních septech Směry sil v strukturách mimo rovinu řezu Spojení mimo rovinu řezu Jednotlivé alveoly

Síly v plíci během výdechu Terminální bronchiolus Při výdechu je v alveolech vyšší tlak než v okolním vzduchu. Při proudění bronchioly se tento tlak postupně spotřebovává a klesá. V terminálním bronchiolu je proto nižší tlak než v okolních alveolech. Vyšší tlak z okolí má tendenci bronchiolus uzavírat. Této tendenci brání elastický protitah alveolárních sept. Legenda: Směry tahu alveolárních sept Směry tlakových sil vzduchu. Směr proudění vzduchu. Místa s nejnižším, středním a nejvyšším tlakem Síla vznikající podtlakem v pleurální dutině. Jednotlivé alveoly

Výdechová obstrukce u emfyzému Kolabující terminální bronchiolus U emfyzému dochází k destrukci alveolárních sept. Při výdechu nemají terminální bronchioly elastickou oporu okolního parenchymu a kolabují. Jediný způsob jak zvýšit elastický tah zbylých alveolárních sept je plíci více nafouknout – zbylá alveol. septa se více natáhnou a vyvinou vyšší tah (červené šipky) Legenda: Směry tahu alveolárních sept Směry tlakových sil vzduchu. Směr proudění vzduchu. Místa s nejnižším, středním a nejvyšším tlakem. Síla vznikající podtlakem v pleurální dutině. Bula vzniklá destrukcí alveolárních sept

Význam surfaktantu pro povrchové napětí Laplace P=2ST/r r1 > r2 p1 < p2 bez surfaktantu by se malé alveoly vyprázdnily do větších

Faktory ovlivňující elastické vlastnosti plic Stavba plic – množství elastických vláken ubývá s věkem, snižuje se plicní poddajnost, roste reziduální objem Povrchové napětí (síla, která má tendenci zmenšit povrch kapaliny) alveolů je snižováno surfaktantem

Plicní surfaktant Snižuje povrchové napětí vnitřku alveol fosfolipid + neutrální lipid (chol) + protein Tvoří se od 20. týdne gestace, plně funkční 36. týden (riziko respiratory distress syndrome, RDS < 29. týden) Má význam pro udržení stability alveolů Větší vliv v malých sklípcích rds respiratory distress syndrom Povrchové napětí vody: 70 dyn/ cm alveol bez surf.: 30 dyn/ cm alveol se surf.: 5-10 dyn/ cm (10 dyn = 1 mikro-N(ewton))

Funkce dýchacího systému ·        příjem O2 ·        výdej CO2 (ABR) ·        endokrinní (angiotenzin II) ·        smyslová (čich) ·        obranná (makrofágy, IgA) ·        termoregulační ·        fonace ·    metabolická (inhalace, detoxikace)

Dýchání v klidových podmínkách 12-15 krát za minutu objem vzduchu 450 - 500 ml 5 - 8 litrů vzduchu za minutu přes alveolo-kapilární membránu každou minutu přestoupí 250 ml O2 a 200 ml CO2 (cca 360 litrů O2 a cca 280 litrů CO2 denně) 300 miliónů alveolů, 70 – 100 m2 respiracni kvocient = 0.85 (glukoza 1, lipidy 0,7, proteiny 0.8 – 0.9)

Spirometrie Toto je v jakékoliv formě (PPT, PDF, atd.) neoficiální výukový materiál Spirometrie

Spirometrie

Dechové objemy a kapacity [L] Dechové objemy a kapacity 6 5 4 3 2 1 TV=500 ml ERV = 1100 ml IRV = 3000 ml RV = 1200 ml (f)VC=5000 ml TLC = 5800 ml FRC = 2300 ml IC = 3500 ml

Průtokový spirometr (versus válcový)

Dynamické ventilační parametry a testy Dechová frekvence, [1/min] normální 12-16 dechů / min normální je nekouřit Minutová ventilace [volume/min] norma: 6-8 L/min ministr vás varuje … (F)VC - Forced vital capacity (usilovná/ forsírovaná VC) ženy: [21.7 – (0.101 x věk)] × (cm) = [mL] muži: [27.63 – (0.112 x věk)] × (cm) = [mL] Hodnoty v mezích 80 - 120 % náležité hodnoty se považují za normální MVV (Vmax) = Maximal voluntary ventilation Objem dosažený během (20-ti sekundové) maximální ventilace Maximální dechový objem (TV) X maximální ventilace Po dobu 10 – 30 sec > 40 L/min - Ventilační rezerva: minutová ventilace / MVV > 1 : 7 (> 1:5) = 1 : 2

Normální spirogram Normal spirogram and lung volumes. ERV = FRC - RV; VC = TLC - RV; RV ~= 25% of TLC; FRC ~= 40% of TLC; FEV1 >= 75% of FVC. Spirogram and lung volumes in obstructive disease. RV and FRC are increased.TLC is also increased but to a lesser degree, so that VC is decreased. Expiration is prolonged. FEV1 <= 75% of FVC. Note the emphysematous notch.

Spirometrie C/ 3

Spirogram - restrikční porucha Statické parametry Dynamické parametry Spirogram and lung volumes in restrictive disease. Lung volumes are all diminished, the RV less so than the FRC, FVC, and TLC. FEV1 %FVC is normal or greater than normal. Tidal breathing is rapid and shallow.

Spirogram - obstrukční porucha Statické parametry Dynamické parametry

Porucha může být i smíšená FVC pod 80%, FEV1 pod 80% FEV1%VC pod 75% u osob do 50 let, pod 70% u starších malé cesty – snížení FEF 25-75, jejich pokles pod 60% již v době, kdy normální FEV1, FVC air trapping – retence vzduchu v důsledku kolapsu malých dýchacích cest při snížené elastanci

Spirometrie: statické ukazatele ventilace Spirometrie (a pletysmografie): objemy a tzv. kapacity, statické ukazatele - VT - tidal volume (dechový objem) - VC - vital capacity - ERV/ IRV – expiratory/ (inspiratory) reserve volume - TLC - total lung capacity - FRC - functional residual capacity - RV - residual volume

FEV1 - (Forced Expiratory Volume/ 1 sec) Objem usilovně vydechnutý za 1. sekundu po max. nádechu - posouzení závažnosti obstrukční poruchy - posouzení úspěšnosti léčby - prognostický parameter: pokud FEV1 < 1 L, méně než 50% pacientů přežívá 5 let FEF25-75% - (Forced Expiratory Flow) Usilovný výdech mezi 25 a 75 % vitální kapacity MMFR – (Maximal Midexpiratory Flow Rate) často je to citlivější ukazatel časné obstrukce než FEV1 (normální hodnoty: 2 – 4 L/sec) - pro malé objemy plic je třeba tyto objemy srovnávat se statickou vitální kapacitou

PEFR – (Peak Expiratory Flow Rate) Maximální výdechová rychlost (na smyčce průtok/ objem) opakovaná měření PEFR umožňují posoudit dynamické ukazatele u obstrukčních poruch

Hlavní restrikční nemoci plic Plicní Fibrózy Inhalace cizích látek, prach Pneumokonióza, silikóza, azbestóza hypersensitivita (Alveolitis alergica) např. farmářská plíce Poléková (chemoterapie) Systémová onemocnění pojiva: dermatomyositis, SLE Infekce: Atypická pneumonie pneumocystis carini, TBC Sarkoidóza Idiopatická plicní fibróza Ostatní Resekce části plic Edém plic Zánětlivý exsudát (pneumonie)

Hlavní obstrukční nemoci plic obstrukce je stálá, neutrophilie Astma bronchiale obstrukce je záchvatovitá, eosinophilie ChOPN Chronická bronchitis Emfyzém

CHOPN chronická obstrukční bronchopulmonární nemoc Od r. 1996 je CHOPN již 4. hlavní příčinou úmrtí ve světě. KONTEXT CHOPN je nemoc charakterizovaná omezením průtoku vzduchu v průduškách (bronchiální obstrukcí), která je většinou ireverzibilní. 2 složky: Chronická bronchitis zvýšená produkce hlenového sekretu v bronších, projevující se chronickým nebo recidivujícím kašlem, po dobu nejméně 3 měsíců v roce a dva roky po sobě. Příznaky: produktivní kašel, expirační námahová dušnost, cyanóza, zvýšená náplň krčních žil občas akutní exacerbace (vzplanutí choroby) s horečkou a s hnisavým sputem. Rozedma (emfyzém) plic rozšíření vzduchových prostorů v plicích doprovázené destruktivními změnami plicních sklípků. Příznaky: Expirační dušnost, hubnutí ASTMA BRONCHIALE A CHOPN – expirační dušnost

CHRONICKÁ BRONCHITIS EMFYZÉM

Hodnocení spirometrie Restrikční choroba Obstrukční onemocnění Mírné Těžké Statické parametry FVC ↓↓ N ↓ FRC ↑ RV TLC Dynamické parametry FEV1 FEV25-75 Poměr dyn/stat. FEV1%FVC U restrikčních onemocnění dochází především k omezení statických plicních objemů a snížení statických parametrů. Sekundárně se mohou snižovat dynamické parametry. U obstrukčních onemocnění dochází především k omezení proudění a tedy snížení dynamických parametrů. Sekundárně se mohou snižovat i statické parametry. Klinicky je k rozlišení často používán poměr FEV1%FVC , který je u restrikčních chorob normální, zatímco u obstrukčních chorob se snižuje.

Inspirační a exspirační část

Průtok/ objem

Průtok vs. objem

Pletysmografie 1/ 2 Celotělová pletysmografie umožňuje změřit: spirogram křivky průtok-objem ostatní jinak nedostupné objemy: RV – residual volume ITV – introthoracic volume FRC – functional residual capacity plicní rezistenci

Související definice Toto je v jakékoliv formě (PPT, PDF, atd.) neoficiální výukový materiál Související definice

Standard conditions Standardní podmínky, definice: 760 mmHg=101 kPa=1000 cmH2O=100% STPD – Standard Temperature and Pressure, Dry (air), 0/ 15/ 20 o C, 101 kPa BTPS – Body Temperature and Pressure, Saturated (air), 37 o C, 100 % humidity Atmosférický CO2: 300 ppm = 0.03 kPa Vydechovaný CO2 : 4.4 … 5.2 % = 5.2 kPa Atmosférický O2 : 21 % = 21 kPa Vydechovaný O2 : 15.3 % = 15.3 kPa

Celotělová pletysmografie Takto uměle vyvolaný podtlak povede k příslušné změně objemu plynu v plicích a projeví se na změněn tlaku v atmosféře kabiny. Obě tlakové hodnoty (v ústech a kabině) se současně registrují na souřadnicový systém oscilografu vytvoří se smyčka o určitém sklonu. založena na principu, že p x V = konstantní Při vyšetření sedí vyšetřovaná osoba ve vzduchotěsné kabině a na oscilografu umístěném venku jsou zaznamenávány jednak změny tlaku v atmosféře kabiny, jednak změna tlaku v ústech vyšetřované osoby. Na konci normálního exspiria, kdy tlak alveolární se vyrovná s tlakem atmosféry kabiny, uzavře operátor cestu vzdušného proudu a vyzve vyšetřovaného, aby se pokusil o 1-2 vdechy při uzavřené záklopce. ZJISTÍME: veškerý objem plynu obsažený v plicích (i nepřístupný ventilaci + buly + cysty), odpor dýchacích cest, elastanci, atd. complianci, dechovou práci

Cíle, osnova – po přednášce budeme umět 1/ 2 Popsat stavbu dýchacích cest a plic Popsat alveolo-kapilární membránu Porozumět mechanice ventilace Popsat následující funkční plicní objemy: mrtvý prostor, alveolární prostor, vitální kapacitu, residuální objem a další Vysvětlit, proč pro správné dýchání musí být intra-pleurální tlak negativní Vysvětlit komplianci plic a mechaniku hrudního koše Popsat ventilační práci, úlohu surfaktantu Popsat metody měření plicních objemů, to jest spirografii a pletysmografii Mechanismus a dynamiku výměny plynů v plicích Vyložit adaptační mechanizmy při dýchání ve vyšší nadmořské výšce