Respiran systm II odpov na zaten Doc Ph

Respirační systém II (odpověď na zatížení) Doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. Katedra studií lidského pohybu (Pd. F) Ostravská univerzita Email: lukas. cipryan@osu. cz Web: www. sportdefacto. cz Twitter: @Lukas. Cipryan

Klíčová slova: • Anaerobní práh • Hyperventilace • Maximální volní ventilace • Valsalvův manévr • Ventilační ekvivalent pro CO 2 • Ventilační ekvivalent pro O 2 • Dyspnoe • Zatížením vyvolaná arteriální hypoxémie • Ventilační práh doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 2

Klíčové otázky: • Jak se mění plicní ventilace s rostoucí intenzitou zatížení? • Definujte a vysvětlete pojmy: dyspnoe, hyperventilace, Valsalvův manévr, ventilační práh. • Co způsobuje zatížením vyvolané astma u některých sportovců? Kteří sportovci jsou k tomu nejvíce náchylní? • Jakou úlohu hraje respirační systém v udržování acidobazické rovnováhy? • Jaká je normální hodnota klidového p. H pro arteriální krev a sval? Jak se tyto hodnoty mění při vysoce intenzivním zatížení? • Jaké jsou hlavní pufrovací systémy v krvi? A ve svalech? doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 3

Odpověď respiračního systému na zatížení Fáze 1 • zvýšené dýchání již před samotným zatížením – anticipační reakce • velmi rychlá reakce na zatížení způsobena nervovou cestou (respirační kontrolní centra v mozku, zároveň také nervové signály z receptorů v pracujících svalech) doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 4

Odpověď respiračního systému na zatížení Fáze 2 • chemické změny v arteriální krvi → zvýšení aktivity respiračního systému • ↗metabolismus v pracujících svalech - ↗ produkce CO 2 a H+ posun oxyhemoglobinové saturační křivky doprava (tj. ↗ uvolňování O 2 z vazby na Hb) - ↗ (a-v)O 2 • CO 2 a H+ - chemoreceptory v mozku, karotidách a plících • při nižší IZ – zvýšení dechového objemu • při vyšší IZ – zvýšení i dechové frekvence • maximální ventilace až 200 L / min (vliv velikosti těla) doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 5

Odpověď respiračního systému na zatížení Fáze 3 • po zatížení je pokles plicní ventilace pomalejší než pokles energetických nároků svalů • dýchání po zátěži regulováno primárně: 1. acidobazickou rovnováhou 2. PCO 2 3. teplotou krve doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 6

Kenney et al. (2020) doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 7

Dechové nepravidelnosti během zatížení Dyspnoe (=dušnost) • běžné u jedinců s nízkou trénovaností během zatížení vyšší intenzity (snadná unavitelnost dýchacích svalů → neschopnost přizpůsobit dýchání PCO 2 a H+ v krvi) Zatížením vyvolané astma = obstrukce v dolních dýchacích cestách • kašel, sípání, dušnost • u astmatiků • zánět způsobuje konstrikci dýchacích cest a/nebo mikrotraumata v dýchacích cestách způsobené intenzivním zatížením + chlad → reflex: ↗aktivita parasympatiku → bronchokonstrikce a vazokonstrikce v bronchiolách k zachování tepla • faktory prostředí a specifické podmínky konkrétních sportů doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 8

Dechové nepravidelnosti během zatížení Hyperventilace = ventilace neodpovídající potřebám tkání • způsobuje změny v PCO 2 (↓), nikoli PO 2 → ↗ p. H krve • může vést k „točení hlavy“ až ke ztrátě vědomí Valsalvův manévr • potenciálně nebezpečný manévr: 1. 2. 3. uzavření hlasivkové štěrbiny ↗intra-abdominálního tlaku (kontrakce bránice a břišních svalů) ↗intra-hrudního tlaku (kontrakce respiračních svalů) →omezení žilního návratu a ↘ Q a TK (pokud držen po delší dobu) doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 9

• buňky využívají O 2 pro zajištění metabolismu, zároveň se produkuje CO 2 • protože zásoby O 2 jsou v organismu malé a protože některé orgány jsou velmi citlivé na nedostatek O 2, musí k výměně docházet nepřetržitě doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 10

Dýchací cesty • nos / ústa – hltan – hrtan – trachea (průdušnice) – bronchy (průdušky) – bronchioly – alveoly (plícní sklípky) • alveoly jsou obklopeny plicními kapilárami • člověk má asi 300 miliónů alveolů • výměna O 2 a CO 2 mezi vzduchem a krví probíhá v plících na ploše cca 70 -90 m 2 • šířka tkáně oddělující vzduch a krev 0, 2 -0, 7 μm doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 11

• Místo pro výměnu plynů by mělo splňovat tyto podmínky: 1. velká kontaktní plocha mezi vzduchem a krví s velmi tenkou membránou, která by měla klást co nejmenší odpor 2. inspirovaný vzduch musí být zvlhčen a zahřán na teplotu těla, v dýchacích cestách musí dojít k odstranění jakýchkoli pevných částic – omezení rizika poranění výměnné membrány doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 12

3. koncentrace O 2 a CO 2 v krvi, která opouští plíce by měla být poměrně stálá 4. výměna plynů by měla odpovídat VO 2 a produkci CO 2 (svalová práce může zvýšit VO 2 až 20 x, podobně jako produkci CO 2) doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 13

• respirace hraje také důležitou úlohu v udržení p. H H+ + HCO 3 - ↔ CO 2 + H 2 O • eliminace CO 2 prostřednictvím ventilace omezuje pokles p. H krve doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 14

Mechanika dýchání • parietální pleura (pohrudnice) – viscerální pleura (pleura pulmonalis, poplicnice) – mezi je tekutina a podtlak plíce následují pohyb hrudníku doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 15

Mechanika dýchání • vdech - aktivní práce svalů - zvětšení objemu hrudníku - tlak v dýchacích cestách mírně negativní vzduch proudí do plic • při výdechu táhne elasticita plic hrudní stěnu zpět do výdechové polohy - dojde ke zvýšení tlaku v dýchacích cestách - vzduch proudí z plic ven • při klidném dýchání je výdech pasivní doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 16

Respirační svaly • diafragma (bránice) – pohyb v klidu o cca 1, 5 cm, při zátěži až 10 cm - při klidném vdechu je 75 % změn objemu hrudníku způsobeno pohybem bránice • mm. intercostales externi (inspirace) et interni (expirace) – úloha zejména při zátěži doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 17

Respirační svaly • mm. scaleni, mm. levatores costarum, mm. abdominis, m. latissimus dorsi (poslední dva jen při maximální ventilaci) • při ventilaci přesahující 50 l / min se přidávají i ostatní svaly: m. sternocleidomastoideus, mm. pectoralis doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 18

Statické plicní objemy doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 19

Statické plicní objemy • funkční reziduální kapacita (FRC) • reziduální objem (RV) • celková plicní kapacita (TLC) • vitální kapacita (VC) • dechový objem (VT) • inspirační rezervní objem (IRV) • expirační rezervní objem (ERV) • dechový mrtvý objem (VD) - anatomický / fyziologický doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 20

• objem plic u žen je asi o 10 % menší než u stejně starých a velkých mužů • trénink v průběhu dospívání zvyšuje VC a TLC • po 30. věku obvykle RV a FRC stoupá, VC se zmenšuje (nemusí platit pro sportující) doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 21

Muži Ženy IRV 3, 3 1, 9 VT 0, 5 ERV 1, 0 0, 7 RV 1, 2 1, 1 TLC 6, 0 4, 2 doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 22

Dynamické plicní objemy • minutová ventilace plic (VE) - v klidu asi 8 l / min = 12 -15 dechů / min x 500 ml / dech • maximální minutová ventilace (MMV) - 125 -180 l / min • jednovteřinová vitální kapacita (FEV 1) - objem vyjádřený jako procento VC (u 25 letého člověka asi 80 %) doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 23

Transport plynů doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 24

Transport O 2 Dodávka O 2 do příslušné tkáně závisí na: 1. 2. 3. 4. množství O 2, který se dostal do plic na přiměřenosti výměny plynů v plicích na průtoku krve příslušnou tkání na kapacitě krve přenášet O 2 doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 25

Transport O 2 • průtok krve závisí na stupni konstrikce cévního řečiště ve tkáni a na Q • 1. 2. 3. množství O 2 v krvi je určeno: množstvím rozpuštěného O 2 množstvím hemoglobinu v krvi afinitou Hb ke O 2 doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 26

Transport O 2 • Hb + 4 molekuly O 2 • disociační křivka Hb - ukazuje vztah saturace vazebné kapacity Hb pro O 2 • 1 g plně saturovaného Hb obsahuje 1, 34 ml O 2 • koncentrace Hb v krvi cca 150 g / l, tzn. 1 l krve obsahuje 201 ml O 2 vázaného na Hb při jeho 100 % saturaci doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 27

doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 28

Faktory ovlivňující afinitu Hb ke O 2: 1. p. H 2. teplota 3. 2, 3 -difosfoglycerát (2, 3 -DPG) doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 29

• pokles p. H - posun disociační křivky Hb DOPRAVA • zvýšení teploty - DOPRAVA • zvýšení koncentrace 2, 3 -DPG - DOPRAVA doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 30

• hladina 2, 3 -DPG klesá při nízkém p. H (acidóza inhibuje glykolýzu v červených krvinkách) • zvýšení 2, 3 -DPG způsobují hormony štítné žlázy, růstový hormon a androgeny • hladina 2, 3 -DPG se zvyšuje po 60 min tělesné zátěže, u trénovaných atletů se však zvýšit nemusí doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 31

doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 32

doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 33

Transport CO 2 • rozpustnost CO 2 je asi 20 x vetší než O 2, tzn. při stejných parciálních tlacích je v krvi rozpuštěno více CO 2 než O 2 • CO 2 v krvi fyzikálně rozpuštěn nebo chemicky vázán na Hb doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 34

doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 35

doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 36

Regulace dýchání Dva oddělené regulační mechanismy: • volní regulace - mozková kůra • automaticita - prodloužená mícha a most doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 37

• rytmické výboje z mozku vyvolávající spontánní dýchání jsou regulovány změnami PO 2, PCO 2 a koncentrací H+ • chemoreceptory • vůlí lze dýchání zastavit, ale nakonec je volní úsilí vždy překonáno jako následek zvýšení arteriálního PCO 2 a poklesu PO 2 doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 38

Vliv tělesné námahy • PO 2 krve přitékající do plicních kapilár klesá ze 40 až na 25 mm Hg - zvýšení alveolokapilárního gradientu pro O 2 - do krve vstupuje více O 2 • průtok krve za minutu se zvyšuje z 5, 5 l / min na 20 -35 l / min, tzn. zvýšení celkového množství O 2 přecházejícího v plicích do krve z 250 na 4000 ml / min • výdej CO 2 se zvětší z 200 na 8000 ml / min doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 39

• hned v počátku tělesné zátěže náhlý vzestup plicní ventilace • při středně náročné námaze především prohloubení dýchání • při usilovnější námaze se zvyšuje i frekvence dýchání • frekvence dýchání nedosáhne po skončení zátěže klidových hodnot dříve, než je odstraněn O 2 dluh (až 90 min) - důsledek zvýšené koncentrace H+ v arteriální krvi doc. Ph. Dr. Lukáš Cipryan, Ph. D. 40

Respirační systém při tělesné zátěži