Patofyziolgia vonkajieho dchania Tatr M Hanek J Hlavn

Patofyziológia vonkajšieho dýchania Tatár M. , Hanáček J.

Hlavné časti dýchacieho systému • • dýchacie centrá v predĺženej mieche a moste motorická inervácia dýchacích svalov dýchacie svaly stena hrudníka pleura a pleurálna dutina dýchacie cesty a pľúca senzitívna a motorická inervácia dýchacích ciest a pľúcna cirkulácia

Dýchanie • Dýchanie z biologického hľadiska – časť metabolizmu, pri ktorej sú organické zlúčeniny oxidované na výsledné produkty (metabolity) za vzniku ATP. Keďže sa pri tomto procese substrátový vodík postupne prostredníctvom dýchacieho reťazca prenáša na terminálny elektrónový akceptor (kyslík), dýchanie je spojené s výmenou plynov medzi organizmom a vonkajšou atmosférou. • Dýchanie – súbor procesov pri výmene dýchacích a krvných plynov Vonkajšie dýchanie – krv v pľúcnej cirkulácii prijíma kyslík z alveolárneho vzduchu a odovzdáva do neho oxid uhličitý prostredníctvom výmeny plynov medzi atmosférou a pľúcami Vnútorné dýchanie – krv odovzdáva kyslík tkanivám a odvádza metabolický CO 2 prostredníctvom výmeny medzi krvou, intersticiálnou tekutinou a bunkami • Respirácia – proces súvisiaci s dýchaním; ventilácia – respirácia (porucha) • Oxygenácia – naviazanie O 2 v molekulárnej forme na hém, pričom mocenstvo Fe 2+ sa nemení; oxidácia – zlučovanie s kyslíkom, pri ktorej atóm uvoľňuje elektrón

Súčasti vonkajšieho dýchania • • • ventilácia pľúc distribúcia ventilácie difúzia plynov cez alveolo-kapilárnu membránu perfúzia pľúc distribúcia perfúzie ventilačno - perfúzne pomery v alveolárnych jednotkách Poškodenie častí dýchacieho systému a tiež poškodenie iných orgánov a systémov organizmu zmeny vonkajšieho dýchania

Ventilácia pľúc

Ventilácia pľúc a jej poruchy • Cyklicky sa opakujúce vdychovanie atmosférického vzduchu do dýchacích ciest („mŕtvy priestor“) a alveolárneho priestoru vystriedané vydychovaním vzduchu z týchto priestorov do atmosféry • Dychový objem – VT • Objem vzduchu v alveolách – VA • Anatomický mŕtvy priestor – VD • Ventilácia pľúc - V´tot = VT x f. R 1. ventilácia alveolárneho priestoru – V´A 2. ventilácia „mŕtveho priestoru“ – V´D • Veľkosť alveolárnych jednotiek a ich ventilácia sú rozdielne v rôznych častiach pľúc; vplyv rôznych faktorov

Statické (A) a dynamické (B) ventilačné objemy A V (l) B čas (min)

Vplyv zmien frekvencie dýchania a dychového objemu (zmeny dychového vzoru) na intenzitu alveolárnej ventilácie (1) Zdravý jedinec Pacient s rýchlym, plytkým dýchaním VT = 500 ml f. R = 16/min VD = 150 ml VAi = 350 ml VT = 250 ml f. R = 32/min VD = 150 ml VAi = 100 ml V´tot = 8 l V´D = 2, 4 l (30% V´tot) V´A = 5, 6 l (70% z V´tot) V´tot = 8 l V´D = 4, 8 l (60% V´tot) V´A = 3, 2 l (40% V´tot) Normálna alveolárna ventilácia Znížená alveolárna ventilácia

Vplyv zmien frekvencie dýchania a dychového objemu (zmeny dychového vzoru) na intenzitu alveolárnej ventilácie (2) Zdravý jedinec s hlbokým, pomalým dýchaním VT = 800 ml f. R = 10/min VD = 150 ml VAi = 650 ml V´tot = 8 l V´D = 1, 5 l (19% V´tot) V´A = 6, 5 l (81% V´tot) Zvýšená alveolárna ventilácia

Zhrnutie • Intenzita alveolárnej ventilácie závisí: 1. od veľkosti celkovej pľúcnej ventilácie (priama závislosť) 2. od pomeru medzi VT a f. R 3. od pomeru medzi VA a V´A • Intenzita alveolárnej ventilácie ovplyvňuje: a) výšku parciálneho tlaku O 2 v alveolách (PAO 2) - V´A PAO 2 b) výšku parciálneho tlaku CO 2 v alveolách (PACO 2) - V´A PACO 2 Hodnoty PAO 2 a PACO 2 ovplyvňujú hodnoty parciálnych tlakov O 2 a CO 2 v artériovej krvi (Pa. O 2, Pa. CO 2); !!! Neplatí to pre obsah O 2 v artériovej krvi (Ca. O 2)

Pomer intenzity alveolárnej ventilácie k intenzite metabolizmu (produkcia CO 2) 1. Normoventilácia - taká intenzita V´A, ktorá zabezpečí odventilovanie CO 2 primerané metabolickej produkcii normokapnia (Pa. CO 2 = 5, 3 0, 7 k. Pa) 2. Hypoventilácia - alveolárna ventilácia je nižšia ako sú požiadavky na odventilovanie metabolickej produkcie CO 2 hyperkapnia (závažná - Pa. CO 2 = 6, 7 k. Pa a viac) 3. Hyperventilácia - alveolárna ventilácia je vyššia ako je metabolická tvorba CO 2 hypokapnia (závažná - Pa. CO 2 = 4, 0 k. Pa a menej)

Procesy vedúce k zmene V´A Termíny normokapnia, hyperkapnia, hypokapnia môžeme použiť len keď poznáme Pa. CO 2 Termíny normoventilácia, hyperventilácia môžeme použiť tiež len vtedy, keď poznáme Pa. CO 2

Extrapulmonálne príčiny vzniku hyperkapnie ( V´A) 1. Zníženie centrálnej inspiračnej aktivity dýchacieho centra - poškodenie nádorom, zápalom, lokálnou ischémiou, liekmi - metabolická alkalóza, centrálny typ SAS 2. Porucha motorickej inervácie dýchacích svalov - poškodenie nervov: frenikus, interkostálne 3. Poruchy nervosvalového spojenia - myasthenia gravis 4. Poruchy funkcie dýchacích svalov - poranenie, bolesť, zápaly, únava 5. Poruchy funkcie hrudníka - poruchy pohyblivosti kĺbových spojení, deformity, trauma 6. Poškodenie pleury a patologické procesy v pleurálnom priestore - pleuritídy, zrasty, pneumotorax, hydrotorax

Príčiny vzniku hypokapnie ( V´A) 1. Psychogenné mechanizmy - úzkosť, stres, panika, hystéria 2. Dráždenie dýchacieho centra - progesterón, spev, vysoká nadmorská výška, horúčka - exacerbácia astmy, pľúcna embólia, pneumónia 3. Zlyhávanie pečene; mechanizmy: - stimulácia periférnych chemoreceptorov - laktátová acidóza - hepatálna encefalopatia

Distribúcia ventilácie

Prečo je distribúcia ventilácie do jednotlivých kompártmentov pľúc dôležitá? 1. Patologické procesy v dýchacích cestách a pľúcnom parenchýme a taktiež ich intenzita sú len málokedy rovnomerne rozložené v jednotlivých častiach respiračného systému. 2. toto nerovnomerné priestorové rozloženie poškodenia v respiračnom systéme tvorí morfologický ako aj biofyzikálny základ pre vznik nerovnomernej distribúcie inhalovaného vzduchu do jednotlivých oblastí (nerovnomerná distribúcia alveolárneho objemu a alveolárnej ventilácie). 3. Normálna výmena plynov v pľúcach je podmienená nielen celkovou pľúcnou ventiláciou (spirometria), ale hlavne primeranou ventiláciou každého kompártmentu (alveolárne jednotky - AJ). 4. Distribúcia alveolárneho objemu a alveolárnej ventilácie v jednotlivých častiach pľúc závisí od biofyzikálnych vlastností každej AJ. 5. Efektívnosť alveolárnej výmeny plynov v každej AJ závisí od pomeru alveolárnej ventilácie ku alveolárnemu objemu (V´A/VA).

Základné typy distribúcie VA a V´A a výmeny plynov Dôsledok: rôzne zloženie dýchacích plynov v rôznych AJ (C, D) zhoršenie výmeny plynov v pľúcach (Pa. O 2, Pa. CO 2)

Poruchy biofyzikálnych vlastností AJ - priestorová a časová nerovnomernosť ventilácie AJ Príčiny: A. regionálne rozdiely v odpore dýchacích ciest (Raw) B. regionálne rozdiely v poddajnosti pľúc (CL)

Vplyv gravitácie na distribúciu alveolárneho objemu a alveolárnej ventilácie • Pri stabilných biofyzikálnych vlastnostiach, objem každej AJ závisí od síl, ktoré na ňu pôsobia z jej vnútornej aj vonkajšej strany • Transpulmonálny tlak (Ptp) je tou silou, ktorá ovplyvňuje objem AJ. Je to rozdiel medzi tlakom v ústach (Pmo) a intratorakálnym tlakom (Pth). • Intratorakálny tlak u stojacieho (sediaceho) jedinca v jednotlivých pľúcnych poliach závisí aj od hmotnosti pľúc a krvi v pľúcnej cirkulácii (gravitácie) a dôsledkom je, že intratorakálny tlak na bázach je vyšší (menej subatmosférický) ako v apikálnej časti. Príklad: Ptp na báze pľúc Ptp= ( Pmo-Pth)+PGR Ptp= (0 -3, 0 k. Pa)+0, 8 k. Pa Ptp= -2, 2 k. Pa Ptpv hrote pľúc Ptp= (0 -3, 0 k. Pa)+0 k. Pa Ptp= -3, 0 k. Pa

Zmeny objemu AJ v jednotlivých pľúcnych poliach v stoji RV FRC TLC Alveolová ventilácia v bazálnych AJ je intenzívnejšia ako v apikálnych, rozdiel sa zväčšuje pri prehĺbení dýchania.

Difúzia plynov

Difúzia plynov v pľúcach a jej poruchy Dodávka O 2 do organizmu - aktívne procesy - ventilácia, cirkulácia krvi - pasívne procesy - difúzia cez alveolo-kapilárnu membránu Difúzia O 2 a CO 2 cez alveolo-kapilárnu membránu závisí od - rozpustnosti plynu v tekutine (O 2 , CO 2 ) - veľkosti difúznej plochy - tlakového gradientu naprieč membránou - hrúbky membrány a kvality tkanív (difúzia ale nie Pa. O 2!)

Faktory ovplyvňujúce difúziu plynov cez alveolo-kapilárnu membránu alveolus A-k membrána krv

Difúzia CO 2 a jej poruchy Transport CO 2 krvou - fyzikálne rozpustený (8% z celkového obsahu) - chemicky viazaný (92%) KHCO 3 (v Er), Na. HCO 3 (v plazme ), karbaminohemoglobín Parametre CO 2 v krvi - Pa. CO 2= 5, 3 k. Pa (40 mm. Hg) - Pv. CO 2= 6, 0 (45 mm. Hg)

Výmena CO 2 PA CO 2 PC´ CO 2 PV CO 2 k. Pa 6 PV CO 2 - k. Pa 6 porucha záťaž pokoj záťaž norma 5, 3 0, 8 s 5, 3 PC´ CO 2 0, 4 s

Difúzia O 2 a jej poruchy Transport O 2 krvou - fyzikálne rozpustený v plazme (1, 5% z celkového obsahu) - chemicky viazaný (98, 5%) – oxyhemoglobín Parametre O 2 v krvi - Pa. O 2=13 k. Pa (100 mm. Hg) - Pv. O 2= 5, 3 k. Pa (40 mm. Hg)

Výmena O 2 PA O 2 PC´ O 2 P V O 2 k. Pa 12 PC´ O 2 ~ PA O 2 norma porucha 4 pokoj k. Pa P V O 2 PC´ O 2 4 vysoká nadm. výška P V O 2 0, 8 s PC´ O 2 12 záťaž 4 10 0, 4 s P V O 2 0, 8 s

Patologické procesy ovplyvňujúce difúziu O 2 z alveol do krvi Patologický proces Mechanizmus • alveolárnej ventilácie Po 2 v alveolárnom vzduchu PO 2 vo vdychovanom vzduchu • vyradenie AJ z funkcie difúznej plochy afinity Hb ku O 2 koncentrácie Hb patologické typy Hb kapacity krvi prenos O 2 hromadenie krvi v pľúcach, embolizácia do a. pulm. rýchlosti prietoku krvi

Perfúzia pľúc

Pľúcna cirkulácia a jej poruchy Základná funkcia pľúc závisí - primeraná ventilácia alveolárnych jednotiek - primeraný prietok alveolárnych kapilár plnohodnotnou krvou Prietok krvi ovplyvňujú dýchacie pohyby Ø Alveolárne cievy v bezprostrednom kontakte so stenou alveoly - hlboký vdych stlačenie ciev prietoku krvi - hlboký výdych uvoľnenie ciev prietoku krvi Ø Extraalveolárne cievy v pľúcnom interstíciu - výdych intratorakálny tlak prietoku - vdych intratorakálny tlak prietoku - nezúčastňujú sa na výmene plynov; môžu byť základom pľúcnych pravo-ľavých skratov venózna prímes do ľavého srdca

Vplyv gravitácie na distribúciu perfúzie v pľúcach

Distribúcia perfúzie

Zmeny distribúcie krvi v pľúcach Fyziologické procesy - zmena polohy tela - dýchacie pohyby - fyzická záťaž Patologické procesy - poškodenie aa. pulmonales - stlačenie pľúcneho parenchýmu - zníženie TK v a. pulmonalis - pľúcne pravo-ľavé skraty - lokálna alveolárna hypoxia Tieto procesy zvýrazňujú alebo znižujú rozdiely v regionálnej distribúcii perfúzie podmienenej gravitáciou

Vplyv fyziologických a patologických procesov na perfúziu pľúc pokoj fyzická záťaž

Ventilačno – perfúzne pomery

Súlad medzi ventiláciou a perfúziou a jej poruchy Hlavné určovatele výmeny plynov v pľúcach - lokálne pomery medzi alveolárnou ventiláciou a alveolárnou perfúziou = ventilačno - perfúzne pomery V zdravých pľúcach je ventilačno - perfúzny pomer v podstatnej väčšine AJ blízky hodnote 0, 8 (V´A/Q´A =4, 5 l/5, 6 l = 0, 8) - rovnosmerná a ekvivalentná zmena V´A a Q´A zachováva nezmenený pomer - 0, 8 - protismerná zmena týchto parametrov, ako aj ich rovnosmerná neekvivalentná zmena vedie ku alebo V´A/Q´A

Vplyv gravitácie na regionálne rozdiely v alveolárnej ventilácii a perfúzii Lokálna hypoxická pľúcna vazokonstrikcia a lokálna hypokapnická bronchiolokonstrikcia upravujú do určitej miery lokálne ventilačno-perfúzne vzťahy hlavne v patologických situáciách

Hlavné typy ventilačno - perfúznych vzťahov A – V/Q = 0, 8 B – V/Q < 0, 8 C – V/Q > 0, 8 D – V/Q = 0 C A E B D E – V/Q = ∞