plíce a dýchání
DESCRIPTION
Plíce a dýchání. Vratislav Fabián 5.1.2009. Biofyzika vnějšího a vnitřního dýchání. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Plíce a dýchání
Vratislav Fabián5.1.2009
Biofyzika vnějšího a vnitřního dýchání
Dýchání (respirace) patří ke třech základních „vitálních“ funkcí živého organizmu. Je to periodický a rytmický proces vdechování vzduchu (inspirium) a jeho vydechování (expirium) z dýchacím cest a z plic, který za každou minutu zabezpečuje organizmu přísun 250 ml O2. a odsun
200 ml CO2 / min. potřebných na pokrytí jeho
metabolických požadavků.
Hlavní funkce dýchání
proces výměny plynů mezi buňkami a vnějším prostředím, t.j. transport kyslíku z vnějšího vzduchu do buněk těla a odvod oxidu uhličitého z buněk do atmosféry.
Dýchání vnější a vnitřní
Dýchání vnější a vnitřní
Vnější dýchání
4 hlavní procesy
- plicní ventilace - distribuce vzduchu- difuze plynů- perfuze plic
Vnější dýchání
Ventilace cyklická výměna vzduchu v plicích v průběhu nádechu (inspirium) a výdechu (expirium), zabezpečená kontrakcí dýchacích svalů
Distribuce smíchání inspirovaného vzduchu ze vzduchem, který zůstal v dýchacích cestách a v plicích po výdechu (150 ml = anatomický mrtvý prostor)
Difuze přestup O2 a CO2 ve směru tlakového gradientu přes alveolokapilární membránu (Fickův zákon)
Perfuze cirkulace krve plicním řečištěm
Vnitřní dýchání
Vnitřní dýchání, resp. tkáňová respirace, představuje difuzi O2 a CO2 mezi krví a tkání ve směru gradientu parciálních tlaků.
Vnější (plicní) a vnitřní (tkáňové) dýchání vyžadují normální funkci kardiovaskulárního (KV) systému a centrálního nervového systému – CNS (mozek a mícha).
Mechanika dýchání
Mechanika dýchání - hodnotí činnost dých. svalů, hrudního koše a plic pro dýchání. Proudění vzduchu v dých. cestách je podmíněné tlakovým rozdílom mezi atmosférou a alveolami. Inspirium - tlak v alveolách nižší než v atmosféře Exspirium - tlak v alveolách převyšuje atmosférický tlak. Dýchání je „podtlakové“
Podtlak a přetlak v hrudníku - výsledek kontrakce dých. svalů : bránice (diaphragma) a mezižeberních svalů (vnějších a vnitřních)
Dýchací svaly
Bránice hlavný inspirační sval, zodpovídá za 60 % změny objemu hrudníku. V průběhu klidného dýchání klesá asi o 1,5 cm, pri hlubokém nádechu však až o 7-13 cm.
Mm.intercostales externi při kontrakci zvětšení předozadního a příčného průměru hrudníka vdech.
Mm. intercostales interni při kontrakci pokles žeber a zmenšení průměru hrudníku výdech. Klidný nádech aktivní děj Klidný výdech převážně pasivní
Nádech, výdech
Klidný výdech způsobený pasivním vytláčením bránice směrem nahoru a retrakční silou hrudního koše a plic
Usilovný nádech kontrakce bránice Mm. intercostales ext. a dalších inspiračních svalů (krku a hrudníka). Usilovný výdech kontrakce břišních svalů a mm. intercostales interni.
Mechanismus plicní ventilaceKLIDNÝ NÁDECH:
kontrakce bránice a vnějších mezižeberních svalů negativita PPl negativita PP
vznik tlakového gradientu (zvějšku-dovnitř) inspirační průtok inspirační plicní objem
KLIDNÝ VÝDECH: pasivní pohyb bránice nahoru a retrakční síla plic a hrudníku lehce pozitivní PP při malé negativitě PPl vznik tlakového gradientu (zevnitř-ven)
exspirační průtok vzduchu exspirační plicní objem
Plicní tlaky, průtok a objem
Plicní objemy dechový objem (tidal volume VT) = 0,5 l
inspirační rezervní objem (IRV) = 2,5 l exspirační rezervní objem (ERV) = 1,5 l reziduální objem (RV) = 1,2 l
Plicní kapacityVitální kapacita plic (VC) = VT + IRV + ERV
Inspirační kapacita (IC) = VT + IRV
Funkční reziduál. kapacita (FRC) = ERV+ RV
Celková kapacita plic (TLC) = všech objemů
Ventilace plic a distribuce vzduchu
minutová ventilace : MV = VT . F
alveolární ventilace : AV = MV – (VD . f)
(VD = 150 ml – mrtvý objem)
Při dechovém objemu (VT) 500 ml a frekvenci dýchání (fd) 12 dechů . min-1
představuje minutová ventilace 6 l . min-1, z čehož na alveolární ventilaci
připadá 4,2 l . min-1.
Maximální voluntární ventilace (MMV)
představuje najvětší objem vzduchu převentilovaný plicemi za 1 minutu
(120-170 l . min-1).
Atm., alveol. a exp. vzduchAtmosférický vzduch = směs O2 (20,93%), CO2 (0,03 %), N2
(78,06 %), He a jiných vzácných plynů (0,92%) a vodních
par.
Parciální tlaky plynů závisí na atmosférickém tlaku (PB)
a kolísají podle nadmořské výšky.
Při atmosférickém tlaku 101,3 kPa (760 torr ,1 atm,) a tlaku
vodních par 0,8 kPa (suchý vzduch) je parciální tlak
O2 ( P02 ) cca 21 kPa a PCO2 0,04 kPa
Daltonův zákonpro výpočet parciálních tlaků dýchacích plynů (ve směsi
plynů : čím vyšší koncentrace plynů, tím větší jeho
parciální tlak)
PO2 = V% O2 x ( PB - PH2O ) / 100
např. PO2 v atmosférickém vzduchu při hladině moře je :
PO2 = 20,93 x (101,3 – 0,8) / 100 = 21,03 kPa
Obdobně počítame P02, PCO2, PN2 , a to i v alveolárním
případně v exspirovaném vzduchu.
Parciální tlakyO2
(%)CO2
(%)PH2O (kPa)
PN2
(kPa) PaO2
(kPa) PCO2
(kPa) Atmosfer.vzduch (suchý)
20,93 0,03 0,8 79,04 21,06 0,04
Exspir. vzduch
15,1 4,3 6,3 75,3 15,3 5,73
Alveolárnívzduch
13,2 5,1 6,2 76,4 13,4 5,33
Arteriálníkrev
19,8 50 6,3 76,4 8 12,7
5,2 0,8
Venózníkrev
14-15 55 6,3 76,4 5,2 6,13
Výměna dýchacích plynůpřes alveolokapilární membránu probíhá formou difuze, která závisí
na parciálních tlacích jednotlivých plynů (O2 a CO2) v alveolárnímvzduchu a kapilárním plicním řečišti.
Pri difuzi: tlakový gradient pro O2
O2= 13,4 – 5,2 = 8 (kPa)
O2 = 100 – 40 = 60 (torr)tlakový gradient pro CO2
CO2 = 6,13–5,33 = 0,8 (kPa)
C02= 46 - 40 = 6 (torr)
(1 kPa= 7,5 mmHg =cca 10 H2O cm)
Tónová audiometrie: převodní nedoslýchavost vpravo
Kochleární rezerva
Fickův zákonDifuze O2 a CO2 přes alveolokapilární (AK) membránu seřídí Fickovým zákonem.
V = (P1 – P2) . A . k skde P1 a P2 jsou parciální tlaky,A = difuzní plocha (70 m2) , s = tloušťka membrány (0,8 um)k = difuzní konstanta.
Difúzna konstanta závisí na složení membrány a druhu difundujícího plynu(pro CO2 je 20-krát větší než pro O2 )
Rozpustnost plynů v krevní plazmě
Henryho zákon - množství plynu fyzikálně rozpuštěného
v kapalině, je úměrné parciálnímu tlaku plynu nad kapalinou a jeho
koeficientu rozpustnosti.
Množství O2 , rozpuštěného v 1 l krve určíme ze vzorce:
SO2 = . PO2 . 1000 / PB = 3,0 ml/l krve
Množství CO2 v 1l krve je:
SCO2 = . P CO2 . 1000/ PB = 27ml/l krve.
(kde je koeficient rozpustnosti, P je parciální tlak plynu a
PB je celkový barometrický tlak)
Koeficient rozpustnosti pre O2 = 0,024 a
pro CO2 = 0,57. Rozpustnost CO2 v krvi je teda približne 24x
větší než pro kyslík.
Perfúze
O2 - jako fyzikálně rozpuštěný v plazmě a chemicky vázaný na hemoglobin.
V 1 l arteriální krve je 200 ml O2 , z toho jen 3 ml připadají na fyzikálně rozpuštěný O2 a 197 ml je chemicky vázáno na hemoglobin.
Fyzikálně rozpuštěný O2 podmiňuje parciální tlak a tým umožňuje difuzi.
CO2 - jako fyzikálně rozpuštěný v plazmě, a chemicky vázaný ve formě bikarbonátů a karbaminohemoglobinu.
V 1 l venózní krve je 27 ml fyzikálně rozpuštěného CO2 (v plazmě), zbytek cca 520 ml je vázaný v ostatních dvou formách.
Reference
Leoš Navrátil, Jozef Rosina a kolektiv: Medicínská biofyzika
Ján Jakuš: Biofyzika dýchacieho systému