16.4.2010
Fyziologie dýchání o k a é aj k r c i to g u a lo o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k ra čel je z é P k m ň Úvod ú ra u pl so v k o y m o Živé organismyd potřebujídk pokrytí ý uto V svých energetických n nároků neustálý přísun energie ji u a rů tozískávají o n k Tuto energii oxidací živin í las t Te se kyslíkob i Spotřebovává iu Uvolňuje se oxid uhličitý už ouh d o Tyto plyny difundují p z sorganismů volně ve tu u jednobuněčných směru svýchskoncentračníchogradientů e h bvzdálenosti keorganismů jsouJedifúzní U větších příliš velké a
výměna plynů by neprobíhala dostatečně efektivně Transport dýchacích plynů zajišťuje u člověka
Oběhový systém Respirační systém
1
16.4.2010
Fyziologie y g dýchání ý zahrnuje: j
Výměnu plynů mezi okolní atmosférou a plícemi – VENTILACE Výměnu dýchacích plynů mezi alveolárním vzduchem a krví – DIFÚZE Transport dýchacích plynů mezi plícemi a tkáněmi ká ě i – TRANSPORT O2 CO2 Mechanismy řízení hladiny kyslíku a oxidu uhličitého v krvi - REGULACE
o k a j é a k r c i to g u a lo o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k ra čel je z é P k m ň Anatomie dýchacího u pl sytému so v m ú ra k o y o d V ý uto d n ji u a rů to o n k í las t ob Te i iu už ouh d o p zs tu s o e ke Jeh b
Anatomické členění Vývodový oddíl
nosní dutina
paranasální dutiny nasopharynx, larynx
trachea
epitel dýchacích cest
dlouhá 10-12 cm. Lehce posunuta k pravé straně, dělí se na hlavní pravý a levý bronchus
bronchiální strom
epitel dýchacích cest přechod víceřadého dlaždicového rohovějícího epitelu bohaté cévní zásobení zvlhčení, ohřívání a čištění vzduchu
lobární bronchy segmentální bronchy subsegmentální bronchy terminální bronchioly
Respirační oddíl
alveoly
2
16.4.2010
Paranasální dutiny
o k a é aj k r c i to g u a lo o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k ra čel je z é P k m ň Trachea ú ra u pl so v k o y m o d V ý uto Prstence o d n ji u a rů t o n k chrupavky tvaru C í las t ob Te i Epitel dýchacích iu už ouh d o p zs cest tu s o e ke Seromucinózní Jeh b žlázky
3
16.4.2010
Bronchy/bronchioly (<5 mm) větší bronchy se skádají: - z chrupavky a hladkého svalstva - řasinkového epitelu - žlázek secernujících hlen - endokrinních buněk (např. serotonin)
menší bronchy a bronchioly: neobsahují chrupavky ani svalovou vrstvu
o k a é aj k r c i to g u a lo o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k ra čel je z é P k m ň Epitel dýchacích l so v ú ra u cest p k o y m o d V ý uto Víceřadý d n ji u a cylindrický li d i ký rů tos o n k řasinkami e b í las t o T i cylindrické bb. su už ouh řasinkami di o u p zs mucinóznít s o pohárkové ke bb. Jeh be kartáčové bb.
Epitel postupně kubický jednovrstevný Clarovy buňky Není chrupavka, žlázy ani lymfatické uzlíky Velké množství elastických vláken, hladká svalovina (spasmus!!)
bazální bb. malé granulované bb. (DNES)
Vícevrstevný dlaždicový epitel
4
16.4.2010
Funkce řasinkového epitelu
Funkce řasinkového epitelu, obranné reflexy
Představuje důležitý obranný mechanismus Každá buňka obsahuje cca 200 řasinek, které se pohybují při frekvenci 1000/ min v organizovaných vlnách kontrakce Hlen, který obsahuje makrofágy, buněčný detritus, inhalované částice a bakterie, je řasinkami posunován směrem k laryngu rychlostí 1.5 cm/min („mukociliární eskalátor“)) Apnoický reflex – zástava dechu nastává při čichovém podráždění silně dráždivými látkami Kýchání – reflex vyvolaný drážděním receptorů nosní sliznice Kašel – reflex napomáhající udržovat volně průchodné dýchací cesty
o k a é aj k r c i to g u a lo o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k ra čel je z é P k m ň Alveoly ú ra u pl so v k o y m o d V ý uto d n ji u a rů to o n k í las t ob Te i iu už ouh d o p zs tu s o e ke Jeh b
Alveoly Bronchioly se finálně v acinech rozvětvují na respirační b bronchioly, hi l které kt é mají jí alveoly l l Každý respirační bronchiolus zásobuje cca 200 alveolů prostřednictvím alveolárních duktů 300 miliónů v každé plíci. Jejich celkový povrch 40-80 m2 Epiteliální výstelka se skládá zejména z pneumocytů I. typu. Ty mají extrémně ztenčenou cytoplasmu, takže představují jen velmi tenkou bariéru pro výměnu plynů. Jsou odvozeny z pneumocytů II. typu Pneumocyty II. typu jsou o něco početnější, ale pokrývají menší část epiteliální vystelky, tvoří surfaktant Makrofagy
Alveolární stabilita
Povrchově napětí alveolů vede k jejich tendenci se kolabovat Pneumocyty typu II secernují surfaktant, který redukuje povrchové napětí
5
16.4.2010
Pleura a bránice
Pleura je vrstva pojivové tkáně pokrytá jednoduchým dlaždicovým epitelem mesothelem parietální a viscerální list
pleurální dutina
viscerální pleura pokrývá povrch plic a v plicních hilech se spojuje s parietální pleurou, která vystýlá vnitřek hrudníku Obsahuje liquor pleurae - malé množství tekutiny mezi oběma pleurami, umožňuje skluzný pohyb
o k a é aj k r c i to g u a lo o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k é Pra čel je z k m ň ú ra u pl so v k o y m o d V ý uto d n ji u a rů to o n k í las t ob Te i iu už ouh d o p zs tu s o e ke Jeh b
Bránice je v hrudní dutině krytá perietální pleurou, v dutině břišní peritoneem její svalová vlákna se upínají na spodní žebra a spojují se do centrální šlachy 50% svalových vláken je typu s pomalým záškubem s nízkou glykolytickou kapacitou, jsou relativně odolné vůči únavě
6
16.4.2010
Ventilace plic
Výměnu ý vzduchu umožňuje j proudění p vzduchu ve směru tlakových gradientů
Vzduch se v dýchacích cestách zbavuje většiny nečistot Bariéra infekce ((lymfatický y ý systém) y ) Úprava teploty vzduchu Hlasové vazy se proudem vydechovaného vzduchu rozechvívají - hlas
o k a é aj k r c i to g u a lo o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k ra čel je z é P k m ň Statické objemy l so v ú ra u plic p k o y m o d v plicích ý uto V vymění d Při klidném dýchání ý se p y jedním j n ji u a rů(dechový objem) to0,5l vzduchu dechem asi o n k í las t ob Te i iu už ouh d o Součástí dechového objemu s prostor (objem p je mrtvý tu z s o vzduchu eaž po terminální bronchioly) h be e k J Nepodílí p se na výměně ý plynů py
150-200ml Může být zvýšen o alveoly neúčastnící se výměny plynů (funkční mrtvý prostor)
7
16.4.2010
Statické objemy plic
Po klidném výdechu ý jje možno vydechnout y jještě asi 1,1l vzduchu – exspirační rezervní objem (ERV)
Po ukončení klidného nádechu je možno vdechnout ještě asi 3l vzduchu – inspirační rezervní objem ( (IRV) )
o k a é aj k r c i to Po maximální exspiraci nejsou plíce prázdné, g u lo obsahují ještě asi 1,2l vzduchu – reziduální objem a o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k ra čel je z é P k m ň Statické plicníu kapacity l so v ú ra p k o y m o toa ýobjemu V dechového Vitální kapacita (VC)dje součet d u n i i č íhto a exspiračního inspiračního i č ríhů rezervního íh jiobjemu bj a (VC (VC= o n u k Vt+IRV+ERV) í las t ob Te i iu už ouh d o Celková vitální u kapacita (TLC) p zjessoučtem vitální t s o kapacity a reziduálníhohobjemue b (TLC=VC+RV=IRV+Vt+ERV+RV ke Je
Funkční reziduální kapacita (FRC) je množství vzduchu, které zůstane v plicích po skončení klidného exspiria (FRC=ERV+RV)
8
16.4.2010
Dynamické plicní objemy
Objemy vzduchu, kterými jsou plíce ventilovány za časovou jednotku
Minutová ventilace (Ve) je množství vzduchu vydechnuté z plic za minutu (Ve=VT.f)
Maximální minutová ventilace (MVV) je největší množství vzduchu, které může být v plicích vyměněno (z plic vydýcháno) za minutu
o k a Jednovteřinová vitální kapacita (FEV1) je maximální množství vzduchu é aj vydechnuté za 1 vteřinu, vyjádřené jako podíl vitální kapacity k r c i to g u a lo o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k é Pra čel je z k m ň ú ra u pl so v k o y m o d V ý uto d n ji u a rů to o n k í las t ob Te i iu už ouh d o p zs tu s o e ke Jeh b
V klidu je Ve asi 8l/min
Normálně je 125-170l/min
9
16.4.2010
FEV1
o k a é aj k r c i to g u a lo o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k ra čel je z é P k m ň Mechanismusuventilace l so plic ú ra v p k o y m o Vlivem elastickéhodnapětí vytvářejí d plíceVtzv.retrakční síluný(RS) , která to u směřuje k hilu o ji u a rů t o n k s a směřuje í hrudníku Je kompenzována t a Te silou, kteráobje způsobena pružností i l na opačnou stranu iu už ouh d o s štěrbina) proti u a hrudní stěnoup(interpleurální Tak vzniká mezitplící z o atmosférickémus tlaku podtlak h výdechu be asi o 4mmHg nižší než Interpleurální ke tlak (Ppl) je poJeklidném atmosférický tlak
Rovnováha mezi RS a pružností hrudníku se bez aktivní účasti dýchacích svalů ustaví v klidové exspirační poloze (v plících je FRC)
10
16.4.2010
Inspirium
Činnost dýchacích svalů (bránice 60%) Hrudní dutina se rozšiřuje Ppl se stává více negativním (oproti klidové poloze) Vzduch je nasáván z okolní atmosféry ve směru svého tlakového gradientu Proudění vzduchu trvá dokud se neustanoví o k a rovnováha mezi tlakem v plících a atmosférickým é aj k tlakem (tj. RS a silami rozepínajícími hrudník) r c i to g Aktivní děj u o a
a l o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k ra čel je z é P k m ň Exspirium u pl so v ú ra k o y m o d svalů to ý opět V se rovnováha Po ochabnutí d inspiračních u n ji u a rů poruší nto o k s e b í hrudník t a RS jeT nyní větší nežosíly rozepínající i l ž uh u než tlakuatmosférický ivyšší Tlak v plících je d o so z plic do p proudí tu z Vzduch postlakovém gradientu o e okolní atmosféry ke Jeh b
Pasivní děj (při klidném výdechu) Rovnováha se ustanoví opět v klidové exspirační poloze
11
16.4.2010
o k a é aj k r c i to g u a lo o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k é Pra čel je z k m ň ú ra u pl so v k o y m o d V ý uto d n ji u a rů to o n k í las t ob Te i iu už ouh d o p zs tu s o e ke Jeh b
12
16.4.2010
Vztah mezi změnami tlaku, průtoku a objemy plic
Elasticita pplic určuje j hodnotu plicní p poddajnosti – COMPLIANCE (C)
o k a é aj k r c i to g u a lo o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k ra čel je z é P k m ň Difúze ú ra u pl so v k o y m o dppokračuje ý uto V j k aleveolod Kyslík y ze ovzduchu n ji u a rů t o n k kapilární membráně, přes kterou difunduje í las t ob Te i Oxid uhličitý difunduje opačným iu už ouhsměrem d o p z sje relativně tu Složení alveolárního vzduchu s o e be zůstává v stabilník (po ukončení Jeh exspiria
Compliance p udává velikost objemové j změny y plic v závislosti na změně tlaku C=V/P
alveolech 2,5l vzduchu, 350ml atmosferického vzduchu nezpůsobí velkou změnu)
13
16.4.2010
Výměna dýchacích plynů
Alveolo-kapilární membrána (b ié ) (bariéra) Krev plicních kapilárách (čerpána ze systémových žil) má nízký parciální tlak kyslíku (40 mmHg) a vysoký parciální tlak oxidu uhličitého (46 mmHg) g) Difuze velmi rychlá, v plicních žílach tlaky již identické s alveolární vzduchem
o k a é aj k r c i to g u a lo o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k ra čel je z é P k m ň Difuze ú ra u pl so v k o y m o d V ý uto d n ji u a rů to o n k í las t ob Te i iu už ouh d o p zs tu s o e ke Jeh b
14
16.4.2010
Transport dýchacích plynů
Dospělý člověk spotřebuje průměrně asi 0,25l k lík a vytvoří kyslíku t ří asii 0,2l 0 2l oxidu id uhličitého hličitéh za minutu Při maximální zátěži mohou tyto objemy stoupnout až 15x Při tělesné teplotě a parciálním tlaku 100mmHg se v jednom litru vody rozpustí cca. 3ml kyslíku (srdce by muselo čerpat asi 80l krve za minutu v klidu) Normálně srdce čerpá asi 5l/min
o k a é aj k r c i to g u a lo o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k ra čel je z é P k m ň Transport kyslíku l so v ú ra u pkrví k o y m o ý uto V hemoglobinem(Hb) Transportní kapacita krvedzvýšena d n o ml kyslíku rů ji u a 1g Hb váže t 1,34 o n k e Hb ob í las V krviT 150g/l t i Transportní kapacita iukrve asi 200ml/l už ouh d o p zs tu s o 1 litr arteriální asi: e ke krve obsahuje Jehkyslíku b 3ml fyzikálně rozpuštěného
197 ml kyslíku vázaného na Hb 200 ml kyslíku celkem
Je-li srdeční výdej 5l/min nabízí se tkáním 5x200=1000ml kyslíku za minutu
15
16.4.2010
Transport kyslíku krví
Množství kyslíku y fyzikálně y rozpuštěného p v arteriální krvi je úměrné parciálnímu tlaku O2 v alveolech Množství transportovaného kyslíku závisí na množství Hb
o k a é aj k r c i to g u a lo o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k ra čel je z é P k m ň Hemoglobin u pl so v ú ra k o y m o Bílkovina s kvartérní strukturou d skládající ý uto V se z: d n Bílkovinné části – globin rů jádro, železok ji u a točásti – protoporfyrinové Nebílkovinné o n í lasse již u Ontogeneticky molekula,tvyskytující ob než člověk Te vysoce konzervovaná i živočichu mnohem jednodušších iu už ouh Mr = 64500 d o u p zs 140 g/l, pohlavnítdimorfismus s o Podtypy hemoglobinu e Embryonální ke Jeh b
Fetální Adultní
Deriváty hemoglobinu
Cyanmethemoglobin Karbonylhemoglobin Karboxyhemoglobin
16
16.4.2010
Disociační křivka hemoglobinu pro kyslík
Molekula hemoglobinu (Hb) vykazuje alosterický efekt Závislost saturace Hb na parciálním tlaku kyslíku není lineární a má esovitý průběh Molekula Hb má 4 vazebná místa pro molekulu kyslíku Každá navázaná molekula kyslíku facilituje vazbu molekuly další, další to znamená že nejvyšší afinitu ke kyslíku má Hb s 3 navázanými molekulami kyslíku
o k a é aj k r c i to g u a lo o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk pro m ak Disociační křivka hemoglobinu z n ů a l e k é Pr če j e z k m ň kyslík l ku op yso v m ú ora o d V Křivka má v zásadě tři fáze ý ut d n ů i o a j r t o n u k s Oblast plato jakobnárazník, udržující dostatečně í Hb t a o poklesu parciálního Te i funguje i l saturovaný při značném tlaku ž uh kyslíku v u i u atmosferickém vzduchu d o so u p t s křivky se hi minimální o ez pokles parciálního Ve strmé oblasti e b saturace Hb s k projeví prudkým Je poklesem tlaku kyslíku
následným á l d ý zhroucením h í oxidačního id č íh metabolismu t b li
Saturace Hb kyslíkem je za fyziologických podmínek cca 97%
17
16.4.2010
Faktory ovlivňující vazebnou křivku
Teplota p Se zvyšující se teplotou klesá afinita Hb ke kyslíku (vyšší teplota tkání usnadňuje uvolnění kyslíku)
Fetální Hb
o k a é aj k r c Oxid uhelnatý i to g u a lo 300x vyšší afinitu než kyslík, otravy o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k ra čel je z é P k m ň Transport COu2 krví l so v ú ra p k o y m o Fyzikálně rozpuštěný d V ý uto d n Navázaný na bílkoviny o ji u a rů Jako HCO nt o k s 40 mmHg Arteriální krev tí tlak aCO ob kapilár maa iparciální Te přitékající do tkáňových l V buňkách okolních tkání je parciální tlak vyšší,ž proto fyzikálně u do kapilár u uh rozpuštěný difunduje po tlakovém gradientu i d o so u p t CO + H O = H CO s = HCO + H (karboanhydráza o ez v Ery zrychluje reakci 10 000x) h e b do plazmy e ten difunduje k je propustná proJHCO Ery membrána Vyšší afinitu ke kyslíku (sytí se při nižším parciálním tlaku)
-
3
2
2
2
2
2
3
3
+
-
3
Ery membrána b málo l propustná pro kationty k i – difuze dif pouze aniontu i by b vedla dl ke k vzniku opačně orientovaného elektrického gradientu a tok by se zastavil Proto jsou HCO3- směnovány za Cl- Hamburgerův shift (chloridový posun)
18
16.4.2010
Část CO2 se váže aminoskupiny Hb:
Hb-NH2 + CO2=Hb-NHCO2 + H+ Karbaminohemoglobin
Arteriální krev přitékající do tkáňových kapilár má parciální tlak CO2 asi 40 mmHg a ve tkáních se nasytí v průměru na 46 mmHg
o k a é aj k r c i to g u a lo o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k é Pra čel je z k m ň ú ra u pl so v k o y m o d V ý uto d n ji u a rů to o n k í las t ob Te i iu už ouh d o p zs tu s o e ke Jeh b
12% fyzikálně rozpuštěný 11% karbaminohemoglobin 27% bikarbonát v Ery 50% bikarbonát v plazmě
19
16.4.2010
Regulace dýchání
Soulad mezi metabolickými potřebami a ventilací plic Centrální rytmogeneze dýchání
Centrum v prodloužené míše (noeud vital) Několik skupin buněk v mozkovém kmeni Protětí nad mostem – spontánní dýchání přetrvává Protětí pod mostem – zástava dýchání Mezi – poruchy dechu
o k a é aj k r c Apneusis - křecovitá inspirace přerušovaná krátkými výdechy i to g Gasping - křečovitá exspirace přerušovaná krátkými nádechy au lo o em iál chn s la ter -te í h n o a u e o m ick ř í s š í í se ijn em š l í a no d už stud y ch o a ázá l ý l e. s o t ov šk z ům ak n e k é Pra čel je z k m ň Vliv oxidu uhličitého ú ra o navdýchání u pl a pH s k o y m o d V – hyperkapnie to k ý vede Vzestup tlakudoxidu uhličitého u n rů plic k ji u a to vzestupunminutové ventilace o smmHg b ze 40 mmHg í na 60 t Vzestup a Te parciálníhootlaku i l způsobuje 10x zvýšení iu ventilace už ouh d o Stoupne-li přes p zses dechová centra tu 70 mmHgoinhibují s h be e e k J Centrální chemoreceptory p y nereagují g j na změny y CO
ale na jím vyvolané změny pH
2 2,
Periferní reagují jak na CO2, O2, tak pH
20
