Perfúze. Efekt hypoxie 43. Poruchy difúze plynů 44. Obstrukční choroby plicní 45. Restrikční choroby plicní

42. Plicní cirkulace. Ventilace/Perfúze. Efekt hypoxie 43. Poruchy difúze plynů 44. Obstrukční choroby plicní 45. Restrikční choroby plicní Prof. MUDr. Zuzana Kubová, CSc. Ústav patologické fyziologie, Lékařská fakulta UK v Hradci Králové

Mechanika plicní ventilace inspirační svaly - roztažení hrudníku expirium - samovolné, exp. svaly - usilovný výdech

tlakové poměry statický a dynamický odpor

Statický odpor plicní parenchym + hrudník distenzibilita plic - roztažlivost tuhost - odpor proti roztažení elasticita - schopnost smrštit se

Plicní compliance = poddajnost (C = V/P)  udává jakého objemu (V) lze dosáhnout urč. změnou tlaku (P)  dána stavem intersticia (el. + kol. vl. a obsah tekutin) + roztažlivosti alveolů (surfaktant  C)  C - nemoci zvyšující tuhost - plicní fibróza - edém - kongesce plic  C - emfyzém

Povrchové napětí plic, surfaktant surfaktant tvorba - Alveolární bb. II (zrání od 26. - 28. týdnu těhotenství) -  povrchové napětí v alveolech

nedostatek - hl. příčina “respiratory distress” sy (RDS) u nedonošených - v dospělosti -  tvorby surfaktantu u pneumónie, po infekci, nebo poranění x dospělý respiratory distress sy (ARDS)

Dynamický odpor dýchacích cest vzniká jen při proudění vzduchu záleží na:  průsvitu - (Poiseuillův zákon - R = 8 x viskozita x délka/r4)  rychlosti proudění – turbulentní – větší R než laminární při inspiriu  rozšíření cest   odporu dýchacích cest výrazné zvětšení odporu - laryngospasmus - bronchokonstrikce - přítomnost sekretu

Plicní objemy - Statické - Dynamické

Spirometrie, RV - pletysmograf Statické parametry  dechový objem - 0,5 l  inspirační rezervní objem - 3 l  expirační rezervní objem - 1,1 l  reziduální objem - 1,2 l  minimální objem - 50 ml  vitální kapacita = IRV+TV+ERV Dynamické parametry  forced - FVC - usilovná VC

Celková plicní ventilace celková plicní ventilace = frekvence d. x dechový objem  Eupnoe - v klidu - 16 x 500 ml

 Tachypnoe  Bradypnoe

 Hyperventilace  Chayne-Stokesovo periodické dýchání městnavé  selhání  Klidový respirační objem (500 ml): - mrtvý prostor - 150 ml - anatomický, fyziologický - alveoly - 350 ml

Regulace dýchání Respirační centrum (mozkový kmen) 

generuje rytmický cyklus



inspirační neurony



expirační neurony

Apneustické centrum (dolní pons Varoli) excitační efekt na respiraci, prodlužuje inspirium Pneumotaxické centrum (horní pons Varoli) zkracuje inspirium

Centrální chemoreceptory prodloužená mícha:

 reagují dřív než perif.  detekce CO2 - přes H+ koncentraci v krvi Reakce jen na krátké změny CO2!! Dlouhodobé  PaCO2  postupná ztráta sensitivity adaptace

- ztráta CO2 respiračního drivu (pak jen O2)

Periferní chemoreceptory glomus caroticum a aorticum detekce PaO2, mnohem méně PCO2, snad i acidóza

 aktivují se při PaO2 < 75 torrů (Hb saturace je ještě 90%)  CO - nemá vliv - PaO2 = normální

 CO2 a acidóza je stimuluje méně  jejich aktivace vede k hyperventilaci a k sympatoadr. aktivaci dýchání čistého O2

  respiračního drivu, problém při adaptaci na hyperkapnii

43. Poruchy difůze plynů

Výměna plynů v plicích = alveolární ventilace

nutná dobrá ventilace i perfůze

Výměna plynů v plicích Difůze plynů záleží na:  parc. tlaku plynu v alveolech  difůzním koeficientu (CO2 proniká 20x líp)  ploše alveolo-kapil. membrány  tloušťce alveolo-kapil. membrány

pO2 pCO2 alveol. vzduch 104 torrů 40 torrů arteriální krev 100 torrů 40 torrů

venózní krev

40 torrů 45 torrů

Transport O2 v krvi  Rozpuštěný 1-2% O2 - 3 ml O2 / l arteriální krve to určuje pO2 - 100 torrů  Vázaný na Hb 98% O2 – art. krev – saturace 97%

Transport CO2 v krvi 3 formy  10% rozpuštěno

 30% vázáno na Hb (karbaminoHb)  60% jako bikarbonáty

Změny alveolární difůze Fyziologické  námaha - rozepětí alv. → ztenčení alveolokapilární membrány → ↑ dif. kapacity → u zdravých ani velká námaha nevyvolá poruchu difůze Patologické nejprve vzniká hypoxie, později ev. hyperkapnie!!!  pokles pO2 do cca 75 torrů – saturace Hb se moc nezmění  další zmenšení už ale saturaci hodně ovlivní – pO2 kolem 27 torrů – saturace je už jen 50% - těžká, život ohrožující hypoxie

Změny alveolární difůze   pO2 v alveolárním vzduchu • vysoká nadm. výška • „air trapping“ u obstrukčních chorob  hypoventilace • dysfce resp. center • dysfce respiračních svalů • abnormity a poranění hrudníku • zvýšená tuhost plic (fibrózy, atypické pneumónie, stavy po ARDS) • emfyzém – hrudník je v inspiračním postavením

Změny alveolární difůze  restrikce plochy alveolo-kapilární m. • emfyzém • pneumothorax • atelektáza • RDS

  intra-alveolární prostor • edém • zánětlivý exudát  tlustší alveolo-kapilární m. (= alveolo-kapilární blok) • septa – zánět – atypická pneumónie

42. Plicní cirkulace, ventilace/perfůze, efekt hypoxie

Plicní cirkulace Fční - a. pulmonalis a. pulmonalis z pravé komory - alveolární kapiláry - vv. pulmonales – levá síň Nutriční - a. bronchialis aorta → aa. bronchiales → vv. bronchiales  větší do vv. azygos → v. cava sup. → PS  menší do vv. pulmonales → LK = fyziologický plicní zkrat - až 3% MV

Charakteristika plicní cirkulace  nízký tlak - 25/10 torrů - střední 15 torrů (x onkotický tlak 25 torrů)  nízký odpor, velká kapacita (tenčí stěny, méně svalových vláken) rezervoár krve pro levou komoru  námahové  průtoku bez změny TK

Regulace plicního průtoku Průtok = srdeční výdej odlišnosti od velkého oběhu:

 S – minimální vliv  ↑ TK v plic. ř → prekapil. vasokonstrikce (= prevence vzniku plicního edému)  nedostatek O2 → prekapilární vasokonstrikce (snaha udržet normální poměr mezi ventilací a perfůzí)

Poměr ventilace/perfuze (V/Q) optimální poměr ventilace (V) a perfůze (Q) - průměr V/Q = 4/5 = 0,8 ventilace bez perfůze - mrtvý prostor perfůze bez ventilace - fyziologický nebo patologický shunt

Místní regulace V/Q nepoměru 1) Redukce krevního průtoku (např. embolus)  pCO2 v alveolech  bronchokonstrikce cílem je redistribuce vzduchu do lépe perfundovaných alveolů 2) Obstrukce bronchiolu - hypoxie + hromadění CO2 - O2 přímo působí na hl. sv.  vk - CO2 -  pH  vk cílem je redistribuce krve do lépe ventilovaných alv.

Vliv hypoxie na krevní průtok v plicích ! celková hypoxie (vysoká nadm. výška, plicní choroby) + event. acidóza  vk plicních cév (EDCF) alv. pO2 < 60 torrů - výrazná protrahovaná vasokonstrikce může vést k plicní Hzi zátěž pro pravé srdce

Vliv gravitace na plicní perfůzi a ventilaci Apex - lépe ventilován než perfundován Base - lépe perfundována než ventilována plicní edém začíná na basi

Příznaky nedostatečné výměny plynů Cyanóza vzniká při  absolutního množství red Hb nad 50g/L  Centrální cyanóza - nedostatečná oxygenace Hb v plicích obličej - rty  Periferní cyanóza výrazné omezení průtoku krve tkáněmi - srdeční insuficience - chladová vasokonstrikce - obstrukce krevního průtoku Dyspnoe

44. Obstrukční choroby plicní

Akutní obstrukce  aspirace cizího tělesa  laryngospasmus  aspirace tekutin – vstřebá se (rozdíl mezi sladkou a slanou vodou!)

- bezvědomí za 2 min, zástava srdce za 5-10 min

Obstrukční choroby Chronická obstrukce 1) uvnitř lumen - sekrety (norma 1 dl/den) 2) ve stěně  edém sliznice  hypertrofie hlenových žlázek  hypertrofie a kontrakce hl. svalů (astma, chr. bronch.) 3) vně stěny  zvětšené lymf. uzliny  neoplazie  peribronchiální edém

Obstrukční choroby hlavní patol. změna =  odpor proti proudění vzduchu → obtíže při výdechu - expirační dušnost → hromadění vzduchu – air trapping → → změna složení alveolárního vzduchu → hypoxie a event. → fční emfyzém→ ↑ RV → ↓ dechových hyperkapnie exurzí → nedostatečná ventilace akutní akutní astmatický záchvat, akutní bronchitis chronické chronická bronchitida (CHOPN) emfyzém na podkladě CHOPN astma

Výsledky spirometrie u obstrukční poruchy 

hlavní nález je změna jednovteřinové vitální kapacity - prodloužený výdech – menší množství vydechnutého vzduchu za 1 vteřinu



vitální kapacita - u lehčích poruch může být normální - u těžších se snižuje (důsledek air trappingu a zvyšování reziduálního objemu)

Astma 5-7% populace, ženy 2,5 x častěji obstrukce středních bronchů a bronchiolů do průměru 1 mm normální regulace průsvitu dýchacích cest: PS (vagus - Ach)  kontrakce hl. sv. S – min. přímý efekt , spíš relaxace hl. sv. non-adrenergní, non-cholinergní nervový systém (NANC)  kontrakce přes subst. P

Astma Idiopathické astma - dospělí, hl. po 40 obvykle po infekci

Alergické astma

- hlavně u dětí – gen. predispozice 1. setkání s alergeny  změna imunitní reakce – aktivace TH2 lymfo  atopický stav – schopnost tvorby specifických IgE na alergeny IgE PL se vážou na mastocyty

Alergické astma - patogeneze Expozice alergenu

vazba na IGE vázaných na povrchu mastocytů Degranulace mastocytů

Histamin

Slow reacting substance

 Sekrece hlenu  Zánět, zv. permeabilita kapilár - otok  Bronchospasmus Zúžení dýchacích cest

Akutní x chronické astma akutní:  bronchospasmus  ↑ produkce hlenu  ↑ permeabilita kapilár – otok bronchiolů chronické  hypertrofie svalů ve stěně  ztluštění epitelu  novotvorba kapilár  bronchiální hypersensitivita

Symptomy neschopnost dostatečné expirace  ↑ námaha – vyšší potřeba O2  hromadění vzduchu v alveolech – změna složení alv. vzduchu → hypoxémie a event. hyperkapnie zhoršuje se při námaze Astma trvající dny = status astmaticus

Chronická bronchitis KLINICKÁ DEFINICE: kašel alespoň 3 měsíce v roce alespoň 2 po sobe následující roky

Chronická bronchitis - patogeneza  Zánět stěny bronchů - zánětlivá infiltrace stěny + edém - zánětlivý exudát postižení drobných bronchiolů  destrukce stěn bronchiolů až bronchektázie  Hypertrofie mukózních žl. - produkce hlenu  Cigarety, znečištěné ovzduší   ciliární a fagocytární aktivity  akumulace hlenu  kašel s expektorací  obstrukce

Chronická bronchitis – důsledky obstrukce  hypoventilace 1) hypoxie + ev. hyperkapnie  prekapilární vasokonstrikce – plicní Hze – cor pulmonale  erytropoetin – polycytémie  cyanóza (= modří foukači)  centrální chemoreceptory se časem adaptují! 2) emfyzém – chronický zánět – proteázy narušují alveolokapilární membránu + zvýšený tlak retinovaného vzduchu

Emfyzém = dilatace alveolárních prostorů a destrukce alveolárních sept destrukce alveolárních sept  postupná restrikce plochy alveolů → námahová hypoxémie  restrikce cévního řečiště → ↑ tlaku plicním řečišti → vk

Etiologie emfyzému  Primární emfyzém vrozená absence Alfa 1- anti proteázy (homozygoti) = restrikční ch. (restrikce VC)

 Senilní emfyzém - deteriorace elastických + retikulárních vl. při stárnutí většinou ne příliš závažná porucha plic. fcí  Sekundární emfyzém – doprovází CHOPN a je kombinací obstrukce a restrikce

Patogeneza sekundárního emfyzému Sekundární emfyzém  nízká produkce Alfa 1- anti proteázy - heterozygoti (cca 10% populace) - tendence k emfyzému  kouření  narušení ciliární aktivity  zánět  produkce proteáz + volné radikály  inhibice Alfa 1 antiproteázy  obstrukce – air trapping obstrukční podklad restrikční výsledek - restrikce plochy alveolů + ↑RV + obstrukční – tlak na dýchací cesty = smíšená porucha

Příznaky emfyzému „růžoví foukači“  soudkovitý hrudník v inspiračním postavení   TLC kvůli  RV   VC (insp. postavení hrudníku + restrikce alveolokap. membrány)  hl. námahová dušnost

 cyanóza je méně častá (pokud není emfyzém výsledkem chr. bronchitis)  relativně pozdní cor pulmonale

Možné důsledky emfyzému  prekapilární Hze, Cor pulmonale  pneumothorax

45. Restrikční choroby plicní

Restrikční choroby plicní = redukce vitální kapacity!

restrikce ventilace  alveolární hypoventilace  hypoxémie Spirometrie:   vitální kapacita  normální jednovteřinová kapacita

Příčiny restrikčních chorob 1) extrapulmonální  útlum dechového centra  svalové problémy (roztroušná skleróza mozkomíšní)  úrazy hrudníku  deformity hrudníku  Pickwickův sy 2) pleurální  záněty  pneumothorax

Příčiny restrikčních chorob 3) pulmonální  restrikce alveolo-kapilární plochy - pneumothorax - atelektáza - emfyzém  sklípky vyplněné tekutinou - pneumónie - edém   tuhost plic – menší complience - fibrózy - atypické pneumónie - stavy po ARDS

Atelektáza = Kolaps alveolů v urč. č. plic Absorpční atelektáza = distálně od obstrukce vnitřní - bronchiální zevní - tu, nodus, aneurysma

Kompresní atelektáza Komprese větší části plic vedoucí ke kolapsu alveolů

Pneumothorax Vzduch v pleurálním prostoru  parciální nebo kompletní kolaps plic

otvor v parietální pleuře (trauma) nebo ve viscerální pleuře (subpleurální buly nebo nekrózy)

Typy pneumothoraxu 1) Otevřený pneumothorax 2) Zavřený pneumothorax

3) Záklopkový pneumothorax  intrapleurální tlak  event. problém v žilním návratu  přesun krve do kapacitních cév  KVS kolaps až šok  komprese srdce  komprese druhé plíce

Pneumónie Akutní zánět plicního parenchymu Bakteriální pneumónie - Streptococcus pneumoniae a další bakterie Intra-alveolární hnisavý exudát, konsolidace → ↑ tuhosti, restrikce intraalveolárnch prostorů, porucha difůze plynů  lobární  lobulární = bronchopneumónie - infekční oblasti (3-4 cm) obklopující bronchus

Atypické pneumónie alveoly jsou volné, zánět je v intersticiu – ztuštění alveolokapilární membrány  por. difůze plynů

bakterie Mycoplasma pneumoniae - nejč. Legionella sp. (Legionářská n.) Francisella tularensis (tularemia) Bacillus anthracis (anthrax) Chlamydia psittaci (psittacosis) viry Chřipka, Parainfluenza

Neinfekční pneumónie Chemická - aspirační pneumonie  aspirace kyselého obsahu žaludku (např. při anestézii) velmi rychlý nástup masivní - smrt z obstrukce méně masivní  pneumónie  poruchy dýchání, horečka  aspirace nekyselého materiálu (jídlo) obstrukce (HCD) nebo pneumónie

Plicní fibrózy = excesivní mn. pojiva v plicích 1)   tuhost   compliance   VC 2)  ztluštění alveolokap. m.  porucha difůze plynů

= výsledek hojení po zánětu nebo nekróze Lokalizovaná - častější - absces, TBC, bronchiektázie Difůzní - pneumokoniózy, virové pneumónie, ozáření mukoviscidóza, sarkoidóza, kolagenové choroby

Pneumokoniózy = plicní fibrózy na podkladě zánětu vyvolaného hromaděním anorganických nebo organických látek v plicích Anorganický prach Si - silikóza Uhlí - “černé plíce”

Fe - sideróza Asbest - asbestóza

Organický prach Cukrová třtina - bagazóza Bavlna – bysinóza dnes se řadí mezi hypersensitivní reakce Organický materiál - antigenní efekt - alergická reakce Anorganický materiál - Si - ničí makrofágy v nichž je fagocytován  tvorba fibrotických uzlíků

Haman-Richův sy (Idiopathická plicní fibróza) rel. vzácná (cca 20/100 000) intersticiální pneumónie s malou zánětlivou a silnou fibrotizující složkou rel. rychlý, často fatální průběh mortalita - 62%

Cystická fibróza - mukoviscidóza vrozená – autozomálně recesivní dědičnost = onemocnění exokrinních žláz porucha regulace transportu Cl- přes epiteliální membránu   sekrece Cl- a  reabsorpce Na a vody   viskozita sekretů +  tendence k infekcím pankreas - obstrukce exokrinních vývodů  cystická dilatace a fibróza - nedostatečnost pankreatu plíce – progresivní charakter, nemožnost odstranit plicní sekrety infekce, bronchiektázie, fibrózy

Literatura  KUBA, Miroslav and KUBOVÁ, Zuzana. Pathophysiology – Basic overview for medical students. Praha. Karolinum, 2006. 255s.  NEČAS, Emanuel a spol. Patologická fyziologie orgánových systémů – část 1. Praha, 2000, 379s.  HULÍN, Ivan. Patofyziológia. Bratislava, 2002, 1333s.

Kontaktní informace prof. MUDr. Zuzana Kubová, CSc. Ústav patologické fyziologie, LFUK v Hradci Králové

+420495816391 [email protected]