Αναπνευστική Φυσιολογία Κεφάλαιο 25 ο Οργάνωση του αναπνευστικού

Transcript

1 Αναπνευστική Φυσιολογία Κεφάλαιο 25 ο Οργάνωση του αναπνευστικού Αναπνοή: Εξωτερική: Ανταλλαγή Ο 2, CO 2 μεταξύ Ατμόσφαιρας Μιτοχονδρίων. Εσωτερική: Μιτοχονδριακή Η Αναπνευστική Φυσιολογία επικεντρώνεται στην Εξωτερική Αναπνοή. ΔΙΑΧΥΣΗ: Ο βασικός Μηχανισμός Εξωτερικής Αναπνοής σε μικρές αποστάσεις, στους μικρούς υδρόβιους οργανισμούς, στις κυψελίδες και στα κύτταρα μεταξύ κυκλοφορίας και μιτοχονδρίων. Δεν χρειάζεται παροχή ενέργειας. Η μετακίνηση του Ο 2 και του CO 2, γίνεται χάρη στην τυχαία κίνηση των μορίων από περιοχές υψηλής προς περιοχές χαμηλής πίεσης. Μικροί Υδρόβιοι Οργανισμοί: Το Ο 2 κινείται διαμέσου του μη αναδεύσιμου (διαφορά με το αίμα που κινείται συνεχώς) εξωκυττάριου στρώματος, όπου η Po 2 μειώνεται σταδιακά, προς την κυτταρική μεμβράνη. Το CO 2 κινείται διαμέσου του μη αναδεύσιμου ενδοκυττάριου στρώματος, όπου η Pco 2 μειώνεται σταδιακά, προς την κυτταρική μεμβράνη. Στον άνθρωπο: Διάχυση σε μικρές αποστάσεις μόνο: Από τον αέρα των κυψελίδων προς το αίμα των πνευμονικών τριχοειδών. Από τα συστηματικά τριχοειδή προς τα μιτοχόνδρια. Ο ρυθμός της μετακίνησης Ο 2 και CO 2, διαμέσου της επιφάνειας του οργανισμού ονομάζεται ροή (μονάδες moles/s). Σύμφωνα με το Νόμο του Fick: Ροή Δp * Επιφάνεια => Μαλάκια Ψάρια: βράγχια από την αναδίπλωση της μεμβράνης ανταλλαγής αερίων. Ζώα ξηράς: Αναδίπλωση μεμβράνης ανταλλαγής στους πνεύμονες.

2 Αμφίβια Πνεύμονες: Απλοί ασκοί με αέρα Μέρος της αναπνοής από το δέρμα Ερπετά: Κυψελίδες Θηλαστικά: Βρόγχοι και κυψελίδες ΡΕΥΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ: Μεγαλύτερη απόσταση, Μεγαλύτερη κλίση πίεσης κατά μήκος της Επιφάνειας Διάχυσης. Όταν η διάμετρος ενός οργανισμού είναι μεγαλύτερη από 1mm η διάχυση δεν είναι επαρκής μηχανισμός για την ανταλλαγή αερίων. Paramecium: Παλμική κίνηση κροσσών => Ρεύμα υγρού => Ελάττωση μεγέθους μη αναδεύσιμου εξωκυττάριου στρώματος => μεγαλύτερες Po 2, Pco 2 κοντά στην επιφάνεια του κυττάρου => Μεγαλύτερη κλίση πίεσης => Επαρκής ανταλλαγή αερίων για την κάλυψη των αναγκών του. Οστρακόδερμα, Ψάρια: Άντληση νερού διαμέσου οργάνου ανταλλαγής αερίων (χαì ηλή O 2 ). Αμφίβια, Ερπετά, Πτηνά, Θηλαστικά: Ελεύθερη φάση αερίων Στην ατμόσφαιρα (Έχει περιεκτικότητα 210ml O 2 / λίτρο αέρα, STPD). Στον άνθρωπο: Δύο συστήματα ρευμάτων μεταφοράς. Μεταφορά αέρα από την ατμόσφαιρα στους πνεύμονες. Μεταφορά αίματος από τους πνεύμονες στους ιστούς. Στη περίπτωση της διάχυσης, η ΔPo 2 και ΔPco 2 είναι η κατευθυντήρια δύναμη των αερίων αυτών, ενώ στα ρεύματα μεταφοράς, η μεταφορά είναι ενεργητική (αναπνοή λειτουργία καρδιάς) και δεν υπάρχει (ιδανικά) ΔPo 2 και ΔPco 2. Στάδια Εξωτερικής Αναπνοής i. Αερισμός: Μεταφορά του αέρα από και προς τους πνεύμονες Εξωτερικό μεταφορικό σύστημα Αμφίβια: Κατάποση Αέρα Ερπετά Πτηνά Θηλαστικά: Δημιουργία αρνητικής πίεσης στη Θωρακική κοιλότητα. Κυψελιδικός Αερισμός Άνθρωπος: Πνεύμονες Αεραγωγοί Θωρακικό Τοίχωμα Σκελετικά στοιχεία και Αναπνευστικοί μυς. Κυψελιδικός Αερισμός

3 Στόχος αερισμού: Η Po 2 και η Pco 2 στο υγρό που βρίσκεται σε άμεση επαφή με την εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης ανταλλαγής αερίων να είναι max, κατά το δυνατό πλησιέστερα σε αυτή της Ελεύθερης Φάσης. ΑΛΛΑ: Η σύσταση του κυψελιδικού αέρα τείνει να γίνει ίση με αυτή του ενυδατωμένου εισπνεόμενου αέρα όταν ο κυψελιδικός αερισμός τείνει στο άπειρο. Με την αύξηση του αερισμού, αυξάνεται το μεταβολικό κόστος. Ισορροπία στον ενήλικο: 4000 ml/min, οπότε: o Po 2 (κυψελιδικό) = 100 mmhg, Po 2 (ενυδατωμένος) = 149 mmhg. o Pco 2 (κυψελιδικό) = 40 mmhg, Pco 2 (ενυδατωμένος) = 0,2 mmhg. Δηλητηρίαση με βαρβιτουρικά: Τα φάρμακα αυτά προσβάλουν το κέντρο ελέγχου της αναπνοής στο Ν.Μ., επιβραδύνοντας ή αναστέλλοντας την αναπνοή. ii. Διάχυση των αερίων από τις κυψελίδες προς τα πνευμονικά τριχοειδή. Στον άνθρωπο, η μεμβράνη ανταλλαγής αερίων είναι λεπτή μεγάλη σε έκταση. Η πάχυνση της μεμβράνης ανταλλαγής αερίων, η η ελάττωση της συνολικής της επιφάνειας μειώνουν την αποτελεσματικότητα της ανταλλαγής αερίων. Σε φυσιολογική καρδιακή παροχή, η διάχυση των αερίων που πραγματοποιείται είναι τριπλάσια από την αναγκαία. Ο πλεονασμός αυτός αίρεται σε περιπτώσεις άσκησης, σε παραμονή σε μεγάλα υψόμετρα και στις μεγάλες ηλικίες, οπότε έχουμε έκπτωση της αναπνευστικής λειτουργίας. iii. Κυκλοφορικό σύστημα: Μεταφορά Ο 2 από τους πνεύμονες στους ιστούς και CO 2 κατά την αντίθετη πορεία. Ανάμιξη συστατικών εξωτερικού εσωτερικού περιβάλλοντος οργανισμού => ο- μοιογένεια => Po 2 ίδια σε όλα τα βιολογικά υγρά του οργανισμού ως και την ε- ξωτερική επιφάνεια των μιτοχονδρίων. Στους ιχθύες και τα αμφίβια, των οποίων η καρδιά είναι μονόχωρη, το φλεβικό αίμα και το οξυγονωμένο αναμειγνύονται, με αποτέλεσμα η Po 2 και Pco 2 του αρτηριακού αίματος (στην αορτή) να βρίσκονται μεταξύ των πρώτων.

4 Στα θηλαστικά, όπως και σε εξελιγμένα πτηνά και ερπετά, όπου η τετράχωρη (2 κόλποι 2 κοιλίες) καρδιά επιτρέπει πλήρη διαχωρισμό της πνευμονικής από την συστηματική κυκλοφορία. Έτσι, η Po 2 στην αορτή είναι max και η Pco 2 είναι min. Άρα, η μεταφορά των αερίων είναι περισσότερο αποδοτική (Υπάρχει μεγαλύτερη κλίση πίεσης μεταξύ τριχοειδών μιτοχονδρίων). Προβλήματα καρδιακής λειτουργίας, που επηρεάζουν την κυκλοφορία: Ανεπάρκεια καρδιακών βαλβίδων (Ελάττωση καρδιακής παροχής) Μεσοκολπική ή μεσοκοιλιακή επικοινωνία, όπως συμβαίνει στα μωρά, σε συγγενείς καρδιακές ανωμαλίες (Ανάμειξη φλεβικού οξυγονωμένου αίματος). Την ικανότητα του αίματος να μεταφέρει Ο 2 και CO 2 υποβοηθούν ειδικές μεταλλοπρωτεΐνες, οι αιμοχρωστικές (αιμοκυανίνη στα μαλάκια, αιμοερυθρίνες σε είδη σκωληκων, αιμοσφαιρίνη, η οποία φέρει Fe και είναι η συνηθέστερη). Η αιμοσφαιρίνη είναι το κύριο συστατικό των ερυθρών αιμοσφαιρίων. Συνδέεται αναστρέψιμα με το 96% του οξυγόνου που διαχέεται από τον κυψελιδικό αεροχώρο προς το αίμα των πνευμονικών τριχοειδών. Έτσι, το αίμα μπορεί να μεταφέρει 65 φορές περισσότερο Ο 2 σε σχέση με το φυσιολογικό ορό. Συνδέεται αναστρέψιμα με το 20% του CO 2 που παράγεται στα μιτοχόνδρια, συì - μετέχοντας στη διακίνησή του προς τα έξω. Ρυθμίζει το ph καθώς εξουδετερώνει τα Η + που σχηματίζονται όταν η καρβονική ανυδράση μετατρέπει το CO 2 σε HCO - 3 και Η +. Αναιμία: Ελάττωση Hb στο αίμα. Στις σημερινές βιομηχανοποιημένες κοινωνίες, κυρίως λόγω έλλειψης Fe iv. Μεταφορά του O 2 από τα συστηματικά τριχοειδή προς τα μιτοχόνδρια και του CO 2 α- ντίστροφα, με διάχυση. Το κέντρο ελέγχου του αναπνευστικού συστήματος βρίσκεται στο ΚΝΣ. - Ρυθμική Διέγερση μυών εισπνοής

5 - Ρύθμιση τρόπου αναπνοής κατά την άσκηση/ σε μεταβολές της φυσικής ή πνευμονοστατικής δραστηριότητας. - Έλεγχος αερίων αίματος Po 2, Pco 2, ph. Τοπικά, με μηχανισμούς ανάδρασης ελέγχεται η ροή του αέρα και του αίματος. Ο λόγος αερισμού και αιμάτωσης πρέπει να είναι κατά το δυνατόν παρόμοιος σε όλες τις κυψελίδες για να είναι αποτελεσματική η ανταλλαγή αερίων. Άρα - Άνθρωπος: - 2 συστήματα παραγωγής μεταφορικών ρευμάτων, - 2 μικρά διαστήματα κατά τα οποία τα αέρια διακινούνται με διάχυση Υπεζωκότας: Διπέταλη μεμβράνη - Τοιχωματικός υπεζωκότας: Πολλά αγγεία, από τα οποία παράγεται το υπεζωκοτικό υ- γρό (υπερδιήθημα πλάσματος, 10ml στην υπεζωκοτική κοιλότητα). - Σπλαγχνικός υπεζωκότας: Λεμφαγγεία, τα οποία επαναρροφούν το υγρό. Υπεζωκοτική συλλογή: Υπερέκκριση ή αδυναμία επαναρρόφησης => Περιορισμός έκπτυξης πνεύμονα. Υπεζωκοτικό υγρό: Λειαίνει την κοιλότητα, επιτρέπει μεταβολές του σχήματος και του μεγέθους πνευμόνων. Δεξιός πνεύμονας 3 λοβοί 55% Πνευμονικής μάζας και λειτουργίας. Αριστερός πνεύμονας 2 λοβοί Περιορισμός από την παρουσία της καρδιάς. Ταξινόμηση αεραγωγών Γενεές: - Μηδενική γενεά: Τραχεία - Πρώτη Γενεά: Αριστερός και Δεξιός Κύριος Βρόγχος κ.ο.κ. - Συνολικά: 23 Γενεές - Ο αριθμός των κροσσών, των βλεννοεκκριτικών κυττάρων, των υποβλεννογόνιων αδένων και η ποσότητα του χόνδρου στο τοίχωμα των αεραγωγών ελαττώνεται. - Χόνδροι: Εμποδίζουν σύμπτωση τοιχωμάτων.

6 o Ως 10 η γενεά υπάρχουν => Αεραγωγοί ονομάζονται βρόγχοι o Μετά όχι => Ονομάζονται βρογχιόλια. Ο αυλός τους διατηρείται ανοικτός εάν η εσωτερική πίεση είναι μεγαλύτερη από την εξωτερική. Συγκρατείται επίσης από την ελκτική δύναμη των περιβαλλόντων ιστών. Εκπνοή: Αυξημένος κίνδυνος σύγκλεισης τοιχωμάτων. - Βλέννη: Παγίδευση μικρών ξένων σωμάτων. Διατηρείται υγρή χάρη στους υποβλεννογόνιους αδένες. Μετακινείται προς το λάρυγγα με τη βοήθεια των κροσσών και αποβάλλεται με την κατάποση. Υποδιαιρέσεις βρόγχου: - 1 η 10 η γενεά: Βρόγχος - 11 η 15 η γενεά: Βρογχιόλιο - 16 η γενεά: Τελικό Βρογχιόλιο Ως εδώ όχι κυψελίδες - 17 η 19 η γενεά: Αναπνευστικό Βρογχιόλιο - 20 η 22 η γενεά: Κυψελιδικοί πόροι Τελική αναπνευστική μονάδα - 23 η γενεά: Κυψελιδικοί ασκοί ή Πρωτογενές λοβίδιο Αναπνευστικό Βρογχιόλιο: Αρχίζουν να υπάρχουν κυψελίδες Αυξάνουν με τις γενεές Κυψελιδικοί πόροι: Καλύπτονται πλήρως από κυψελίδες και καταλήγουν τυφλά στους Κυψελιδικούς ασκούς. Πρωτογενές λοβίδιο ή Τελική Αναπνευστική Μονάδα: Το σύνολο των αεραγωγών που προέρχονται από ένα τελικό βρογχιόλιο, μαζί με τα αγγεία και τα λεμφαγγεία που τους συνοδεύουν. Τραχεία 4 η Γενεά 16 η Γενεά 23 η γενεά Συνολική επιφάνεια διατομής 2,5cm cm 2 Ως τους βρόγχους 4 ης γενεάς η συνολική επιφάνεια διατομής μειώνεται. Έτσι, ο αέρας, στη διαδρομή του αυτή επιταχύνεται. Στη συνέχεια η συνολική επιφάνεια διατομής αυξάνεται ξανά και ο αέρας επιβραδύνεται.

7 Από τη 17 η γενεά και μετά, η γραμμική ταχύτητα του αέρα δεν επαρκεί για την προώθηση των μορίων του. Έτσι, στην ελάχιστη αυτή απόσταση ως τους κυψελιδικούς πόρους, η μετακίνηση του αέρα γίνεται μέσω διάχυσης 17 η γενεά Κυψελιδικοί πόροι: ΔΙΑΧΥΣΗ Ως τη 16 η : Μεταφορική Μοίρα Αεραγωγών, Ανατομικός νεκρός χώρος (100ml σε υγιή γυναίκα, 150ml σε υγιή άνδρα). Κυψελίδα: Η θεμελιώδης μονάδα ανταλλαγής αερίων - Από την 17 η γενεά Έχουν τη μορφή εκβλαστήσεων των βρογχιολίων. Ημισφαιρική δομή με διάμετρο ì m (Ανάλογα με το βαθμό έκπτυξης των πνευμόνων). Οι δύο πνεύμονες: 300 εκατομμύρια κυψελίδες, με συνολική επιφάνεια m 2 και όγκο 5 6 L. Καλύπτονται από δύο διαφορετικούς τύπους επιθηλιακών κυττάρων: Κυψελιδικά πνευμονοκύτταρα τύπου Ι (καλύπτουν 90 95% της κυψελιδικής επιφάνειας, αν και υπάρχουν σε ίσο αριθμό με τα κύτταρα τύπου ΙΙ. Είναι λεπτότερα και αποτελούν τη συντομότερη οδό διάχυσης των αερίων) και τύπου ΙΙ (κυβοειδή κατά ομάδες παραγωγή επιφανειοδραστικού παράγοντα, που διευκολύνει την έκπτυξη του πνεύμονα). Σε περίπτωση βλάβης, τα τύπου Ι συρρικνώνονται και εκφυλίζονται ενώ τα άλλα πολλαπλασιάζονται και καλύπτουν την επιφάνεια των κυψελίδων. Τα πνευμονικά τριχοειδή βρίσκονται συνήθως στριμωγμένα μεταξύ 2 κυψελιδικών αεροχώρων. Ελίσσονται και σχηματίζουν συνεχές στρώμα μεταξύ των αεροχώρων. Στις θέσεις όπου υπάρχουν κυψελιδικά πνευμονοκύτταρα τύπου Ι Το πάχος του κυψελιδικού τοιχώματος (πνευμονοκύτταρο & ενδοθήλιο) είναι 0,15-0,30 ì m. Το διάφραγμα αυτό, μεταξύ γειτονικών κυψελίδων, διαπερνάται από μικρές οπές, τους πόρους του Kohn. Πνευμονικές αρτηρίες: Ακολουθούν το βρογχικό δένδρο υποδιαιρούμενες. Σχηματίζουν πυκνό αναστομωτικό δίκτυο τριχοειδών με εξαγωνική διάταξη, το οποίο τροφοδοτεί την τελική αναπνευστική μονάδα και τις κυψελίδες. o Εσωτερική διάμετρος τριχοειδών: 8μm o Μήκος: 10μm

8 o Ερυθροκύτταρο θέλει 0,75sec για να κινηθεί, περνώντας στη σειρά από τρεις κυψελίδες. Βρογχικές αρτηρίες: Τροφικές Κλάδοι αορτής. Αρδεύουν την μεταφορική μοίρα των αεραγωγών. Στο επίπεδο των αναπνευστικών βρογχιολίων, τα τριχοειδή της βρογχικής κυκλοφορίας αναστομώνονται με αυτά της πνευμονικής => Φλεβική πρόσμειξη μικρό φυσιολογικό βραχυκύκλωμα. Άλλοι Φυσιολογικοί Ρόλοι πνευμόνων 1. Όσφρηση: Μεταφορά οσμηρών ουσιών στο οσφρητικό επιθήλιο 2. Επεξεργασία εισπνεόμενου αέρα: Στη μεταφορική μοίρα των αεραγωγών a. Θέρμανση ψυχρού αέρα. Αν ψυχραθεί το αίμα των πνευμονικών τριχοειδών, θα αυξηθεί η διαλυτότητα των αερίων σε αυτό. Όταν όμως αργότερα θερμανθεί, η διαλυτότητα θα ελαττωθεί και θα δημιουργηθούν φυσαλίδες έμβολα, τα οποία μπορεί να προκαλέσουν έμφρακτα στις συστηματικές αρτηρίες b. Ύγρανση, που προστατεύει τις κυψελίδες από τη ξήρανση. c. Διήθηση μεγάλων σωματιδίων για την αποφυγή απόφραξης των μικρών αεραγωγών από πιθανώς τοξικά τεμάχια υλικού. => Οι διαδικασίες είναι αποτελεσματικότερες σε ρινική αναπνοή. 3. Αποταμίευση αίματος που προορίζεται για την αριστερή κοιλία: Χωρητικότητα περίπου 500mL (+2 κύκλοι) 4. Διήθηση μικρών εμβόλων από το αίμα: Το φλεβικό αίμα έχει μεγάλο αριθμό μικροσκοπικών εμβόλων και σωματιδίων (πήγματα αίματος λίπος φυσαλίδες αέρα) που μπορούν να προκαλέσουν απόφραξη αγγείων. Τα κυψελιδικά κύτταρα όμως: α) δεν χρειάζονται την κυκλοφορία για O 2 και CO 2, β) μετά από μικρή πνευμονική εμβολή, συνεχίζουν να τροφοδοτούνται με θρεπτικά συστατικά μέσω αναστομώσεων της βρογχικής κυκλοφορίας. 5. Βιοχημικές αντιδράσεις: Εκλεκτική απομάκρυνση παραγόντων από την κυκλοφορία. Άρα έλεγχος αγγελιοφόρων μορίων του μεικτού φλεβικού αίματος που θα φθάσουν στη συστηματική κυκλοφορία.

9 Αναπνευστική Φυσιολογία Κεφάλαιο 26 ο Μηχανική της Αναπνοής Σπιρόμετρο: Όργανο μέτρησης εισπνεόμενου εκπνεόμενου αέρα. Δηλαδή, όργανο μέτρησης των μεταβολών του πνευμονικού όγκου. Στον πνεύμονα ο αέρας είναι κορεσμένος με υδρατμούς και έχει πίεση και θερμοκρασία ίση με αυτή του ανθρώπινου σώματος 37 ο C Body Temperature Pressure Saturation, BTPS. Στο σπιρόμετρο, ο αέρας έχει τη θερμοκρασία και την πίεση της ατμόσφαιρας και είναι κορεσμένος με υδρατμούς από την ατμόσφαιρα Ambient Temperature Pressure Saturation, ATPS. Έτσι, οι μετρήσεις του σπιρομέτρου διορθώνονται με κριτήριο τη Διαφορά της Θερμοκρασίας. Πρωτογενείς όγκοι Δεν περιλαμβάνουν ο ένας τον άλλο. V T : Ήρεμα αναπνεόμενος όγκος αέρα (Tidal Volume). V T = 500 ml. V T * Αναπν. Συχνότητα = Ολικός Αερισμός, L/min, BTPS Με τη συνήθη δυτική δίαιτα: Κατανάλωση O 2 > Κατανάλωση CO 2 => Όγκος αέρα που εισέρχεται > κατά 4% περίπου. V E : Εκπνεόμενος όγκος αέρα. Εφεδρικός εισπνεόμενος όγκος (Inspiratory Reserve Volume, IRV): ο ì έ- γιστος όγκος που μπορεί να εισπνεύσει κάθε άτομο από το τέλος της ήρεμης εισπνοής. Εξαρτάται από: Τον όγκο του πνεύμονα στο τέλος της ήρεμης εισπνοής. Τη διατασιμότητα του πνεύμονα. Τη μυϊκή δύναμη (Εισπνευστικών μυών). Την άνεση Την κινητικότητα των σκελετικών αρθρώσεων. Την στάση Εφεδρικός εκπνεόμενος όγκος (Expiratory Reserve Volume, ERV): ο μεγιστος όγκος που μπορεί να εκπνευστεί μετά το πέρας της ήρεμη εκπνοής.

10 Υπολειπόμενος όγκος (Residual Volume, RV): η ποσότητα του αέρα που μένει μετά τη μέγιστη εκπνοή. Δεν επιτρέπει τη σύγκλειση των αεραγωγών, της οποίας η αναίρεση θα απαιτούσε μεγάλα ποσά ενέργειας και επιτρέπει τη συνεχή ανταλλαγή αερίων μεταξύ του κυψελιδικού αέρα και του αίματος, ακόμη και στη διάρκεια της ανανέωσης του αέρα. Πνευμονικές «χωρητικότητες» Ολική πνευμονική Χωρητικότητα (Total Lung Capacity, TLC) Λειτουργική υπολειπόμενη χωρητικότητα (Functional Residual Capacity, FCR): Το άθροισμα του ERV και RV. Εισπνευστική Χωρητικότητα (Insiratory Capacity, IC): Το άθροισμα του IRV και του V T. Ζωτική Χωρητικότητα (Vital Capacity, VC): Το άθροισμα των IRV, ERV και V T. Δυναμικά Εκπνεόμενος όγκος αέρα στο πρώτο δευτερόλεπτο (Forced Expiratory Volume in one Second, FEV 1 ): Στο τέλος της σπιρομετρικής καταγραφής ο εξεταζόμενος κάνει μια μέγιστη εισπνευστική προσπάθεια και στη συνέχεια εκπνέει όσο πιο γρήγορα και πλήρως μπορεί. FEV 1 ονομάζεται ο όγκος του αέρα που εκπνέεται κατά το πρώτο δευτερόλεπτο αυτού του χειρισμού. Προσδιορισμός RV Μέθοδος Αραίωσης Ηλίου (Μέθοδος Κλειστού Κυκλώματος) Σπιρόμετρο που περιέχει αέρα (V 1 ) με He γνωστής συγκέντρωσης C 1. Ο ασθενής αρχίζει να αναπνέει στο σπιρόμετρο μετά από ήρεμη εκπνοή - FRC. Αποκατάσταση Ισορροπίας. Μέτρηση Νέας Συγκέντρωσης He, C 2 Αλλά: C 1 * V 1 = C 2 * (V 1 + FRC), όπου FRC = ERV + RV Μέθοδος Έκπλυσης Αζώτου (Μέθοδος Κλειστού Κυκλώματος) Οι πνεύμονες του ασθενούς περιέχουν συγκεκριμένη ποσότητα Ν 2, με συγκέντρωση C 1.

11 Ο ασθενής αρχίζει μετά από ήρεμη εκπνοή (FRC) να: εισπνέει καθαρό Ο 2 και να εκπνέει σε ασκό όπου συγκεντρώνεται ο αέρας. Μετά από 7 min, θεωρούμε ότι όλο το Ν 2 των πνευμόνων έχει εκπλυθεί στον ασκό (V 2 ), όπου βρίσκεται τώρα σε συγκέντρωση C 2. Τότε: C 1 * FRC = C 2 * V 2. Με χρήση πληθυσμιογράφου, με εφαρμογή του νόμου του Boyle. Ο πληθυσμιογράφος είναι ένας αεροστεγής θάλαμος, στον οποίο ο ασθενής αναπνέει μέσω σωλήνα, ο οποίος επικοινωνεί με το εξωτερικό περιβάλλον. Ο σωλήνας συνδέεται α) με μετρητή που καταγράφει την πίεση του στόματος, β) με κλείστρο που ελέγχεται ηλεκτρονικά. Η συσκευή του πληθυσμιογράφου συνδέεται με ένα σπιρόμετρο. Καθώς ο ε- ξεταζόμενος εισπνέει ο όγκος των πνευμόνων και του σώματος του αυξάνουν το ίδιο, με αποτέλεσμα ίσος όγκος αέρα από το θάλαμο να εξωθείται προς το σπιρόμετρο, το οποίο καταγράφει την αύξηση του πνευμονικού όγκου ΔV L. Μετά από ήρεμη εκπνοή του εξεταζομένου (FRC), το κλείστρο κλείνει και αυτός καλείται να κάνει μια μικρή εισπνευστική προσπάθεια. o ΔV L 50 ml. o Η αύξηση του όγκου, χωρίς μετακίνηση αέρα, προκαλεί μείωση της πίεσης κατά ΔP. o Από την Αρχή του Boyle: P * V L = (P ΔP) * (V L + ΔV L ). o Έτσι, υπολογίζουμε το V L = FRC = ERV + RV. ΣΤΑΤΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΠΝΕΥΜΟΝΑ (Όταν δεν υπάρχει ροή) Ο πνευμονικός όγκος καθορίζεται από την αλληλεπίδραση μεταξύ των πνευμόνων και του θωρακικού τοιχώματος. Η τάση ελαστικής επαναφοράς των πνευμόνων τους ωθεί προς σύγκλειση, ενώ η τάση ελαστικής επαναφοράς του θωρακικού τοιχώματος έχει αντίθετη κατεύθυνση. Η ενδοϋπεζωκοτική πίεση (PIP), λόγω της τάσης του πνεύμονα και του θωρακικού τοιχώματος να κινηθούν αντίθετα είναι αρνητική. Έτσι, ο χώρος αυτός αντιπροσωπεύει

12 ένα σχετικό κενό. Η PIP δεν περιορίζεται στην υπεζωκοτική κοιλότητα. Η ίδια αντιστοιχεί και α) Στο χώρο μεταξύ του θωρακικού τοιχώματος ή του διαφράγματος και του τοιχωματικού πετάλου του υπεζωκότα. β) Στο χώρο μεταξύ του πνεύμονα και του σπλαγχνικού πετάλου. γ) Στο διάμεσο πνευμονικό χώρο, που περιβάλλει τους αεραγωγούς. δ) Στο χώρο γύρω από την καρδιά και τα μεγάλα αγγεία ε) Στο χώρο γύρω από τον οισοφάγο και μέσα σε αυτόν. Μάλιστα, μετριέται συνήθως με την εισαγωγή μπαλονιού στον οισοφάγο. Κατά τη φορά της βαρύτητας, ανάλογα με τη στάση του σώματος, η PIP αυξάνεται, λόγω της βαρομετρικής πίεσης. Με αλλαγή της ισορροπίας ανάμεσα στις αντιτιθέμενες τάσεις ελαστικής επαναφοράς των πνευμόνων και του θωρακικού τοιχώματος. ΕΙΣΠΝΟΗ: Οι εισπνευστικοί μύες εκπτύσσουν το θωρακικό τοίχωμα και αυξάνουν την τάση ελαστικής επαναφοράς του θωρακικού τοιχώματος. Η ΡΙΡ γίνεται περισσότερο αρνητική και έτσι οι πνεύμονες παθητικά εκπτύσσονται. Κατά την ήρεμη εισπνοή ενεργοποιούνται οι κύριοι εισπνευστικοί μυς: το διάφραγμα (αύξηση κεφαλοουραίας διαμέτρου) και οι έξω μεσοπλεύριοι μύες σταθεροποίηση ιστών & αύξηση εγκάρσιας [bucket-handle effect] & προσθιοπίσθιας διαμέτρου [water-pump effect]). Κατά τη βίαιη εισπνοή δρουν και οι επικουρικοί εισπνευστικοί μυς: οι σκαληνοί, ο στερνοκλειδομαστοειδής, οι αυχενικοί, οι μύες της ράχης και οι μύες των ανώτερων αεραγωγών (Ελάττωση των αντιστάσεων των αεραγωγών). Ασθενείς με πνευμονική ίνωση, λόγω αυξημένης εναπόθεσης ινώδους ιστού, εì - φανίζουν ιδιαίτερα αυξημένη δύναμη ελαστικής επαναφοράς των πνευμόνων, κάτι που οδηγεί σε ελάττωση του πνευμονικού όγκου και δυσκολία κατά την εισπνοή. ΕΚΠΝΟΗ: Η χάλαση των εισπνευστικών μυών προκαλεί την ήρεμη εκπνοή, καθώς η ΡΙΡ γίνεται λιγότερο αρνητικοί και οι πνεύμονες παθητικά επαναφέρονται. Κατά τη βίαιη εκπνοή ατόμων με φυσιολογική αντίσταση και κατά την ήρεμη αναπνοή ασθενών με αυξημένη αντίσταση αεραγωγών (άσθμα χρόνια βρογχίτις εμφύσημα), χρησιμοποιούνται και οι επικουρικοί μύες της εκπνοής: οι κοιλιακοί μύες

13 (με τη σύσπασή τους αυξάνεται η ενδοκοιλιακή πίεση και το διάφραγμα εξωθείται προς τα πάνω), οι έσω μεσοπλεύριοι (ελάττωση προσθιοπίσθιας διαμέτρου) και οι μύες του αυχένα και της ράχης. Κατά τη διάρκεια της βίαιης εισπνοής, οι επικουρικοί μύες της εισπνοής καταναλώνουν ενέργεια κυρίως για να αυξήσουν την V L. Η ενέργεια αυτή αποθηκεύεται με τη μορφή της τάσης ελαστικής επαναφοράς των πνευμόνων. Αντίθετα, κατά τη διάρκεια της βίαιης εκπνοής, οι επικουρικοί μύες της εκπνοής καταναλώνουν ενέργεια προκειμένου να υπερνικήσουν την αντίσταση της ροής του αέρα. Η Διατοιχωματική Πίεση (Ρ ΤΜ ) των αεραγωγών, δηλαδή η διαφορά της πίεσης κατά μήκος της ακτίνας τους, είναι η δύναμη που τους διατείνει. Στην περίπτωση των κυψελιδικών τοιχωμάτων, αυτή ονομάζεται Διαπνευμονική Πίεση (Ρ ΤΡ ). Εάν Ρ Α η κυψελιδική πίεση ισχύει: Ρ ΤΡ = Ρ Α Ρ ΙΡ Υπό στατικές συνθήκες και με τη γλωττίδα ανοικτή: Ρ Α = Ρ Περιβάλλοντος = 0, οπότε: Ρ ΤΡ = - Ρ ΙΡ Πνευμοθώρακας ονομάζεται το φαινόμενο της εισόδου αέρα από την ατμόσφαιρα στον πνεύμονα, λόγω κάποιας κάκωσης. Τότε η ΡΙΡ αυξάνεται και εξισώνεται με την Ρ Β (του περιβάλλοντος). Τότε η τάση ελαστικής επαναφοράς των πνευμόνων δεν αντιρροπίζεται και οι κυψελίδες συμπίπτουν: Ατελεκτασία. Παραμένει εντός ένας ελάχιστος ό- γκος αέρα, 10% TLC, επειδή οι μεγάλοι αεραγωγοί συμπίπτουν πριν από τους μικρούς παγιδεύοντας μέσα αέρα. Η αντιμετώπιση του πνευμοθώρακα γίνεται με εισαγωγή σωλήνα στην υπεζωκοτική κοιλότητα και σταδιακή αφαίρεση του αέρα από αυτή, ενώ ο ασθενής αναπνέει (όλο και πιο αρνητική PIP). Η διάνοιξη των αεραγωγών είναι πολύ δύσκολη, εξαιτίας της επιφανειακής τάσης που αναπτύσσεται μεταξύ του αέρα και του ύ- δατος. Οι αρχικές μικρές αυξήσεις του V L οφείλονται στη διάνοιξη των εγγύς αεραγωγών με τη μεγαλύτερη διατασιμότητα. Στη συνέχεια εκπτύσσονται οι ήδη ανοικτοί μικρότεροι αεραγωγοί. Κατά την αντίθετη πορεία, δηλαδή την αύξηση της ΡΙΡ, ως την τιμή μηδέν, η V L ε- λαττώνεται αλλά η καμπύλη της (V L PIP) ακολουθεί διαφορετική πορεία, η οποία δείχνει ότι χρειάζεται μεγαλύτερη διαφορά πίεσης για τη διάνοιξη ενός κλειστού αερα-

14 γωγού, παρά για τη διατήρηση αυτού του αεραγωγού ανοικτου και αποφυγή της σύμπτωσης. Ορίζουμε διατασιμότητα ή ενδοτικότητα c ενός αεραγωγού το λόγο ΔV L / ΔΡ ΤΡ, που είναι μέτρο του πόσο εύκολα διατείνεται αυτός (μεταβολή όγκου του πνεύμονα που προκαλείται από συγκεκριμένη μεταβολή της πίεσης των τοιχωμάτων του). Ελαστικότητα το αεραγωγού ορίζεται το αντίστροφο μέγεθος: E = 1/c, που είναι μέτρο της τάσεως ελαστικής επαναφοράς τους. Η διατασιμότητα ελαττώνεται καθώς ο V L αυξάνεται από την FRC προς την TLC. Οι αεραγωγοί ασθενών με εμφύσημα, λόγω της καταστροφής της ελαστίνης της εξωκυττάριας θεμέλιας ουσίας από την ελαστάση των μακροφάγων, έχουν αυξημένη διατασιμότητα. Χρειάζεται, βέβαια, μικρότερη προσπάθεια για την έκπτυξη των πνευμόνων ΑΛΛΑ καθίσταται ευκολότερη η σύμπτωση των αεραγωγών κατά τη διάρκεια της εκπνοής (αύξηση αντίστασης). Η τάση ελαστικής επαναφοράς των πνευμόνων οφείλεται στον πνευμονικό ιστό και την εξωκυττάρια θεμέλια ουσία αλλά κυρίως από την επιφανειακή τάση των επιφανειών ύδατος των αεραγωγών. Η επιφανειακή τάση είναι το μέτρο της δύναμης που αναπτύσσεται από την αλληλεπίδραση των επιφανειών ύδατος και αέρα και η οποία κρατά τα μόρια της υδάτινης επιφάνειας μαζί. Τείνει να ελαχιστοποιήσει την επιφάνεια επαφής του ύδατος με τον αέρα. Στα τοιχώματα της κυψελίδας, το νερό τείνει να κλείσει τον αυλό, μειώνοντας έτσι την επιφάνεια επαφής του με τον αέρα. Ο επιφανειοδραστικός παράγοντας ελαττώνει την επιφανειακή τάση και ελαχιστοποιεί την τάση των κυψελίδων. Τη σύμπτωση των μικρών κυψελίδων εμποδίζει η πρόσφυση κάθε μία με τις διπλανές της (αρχή της αλληλεξάρτησης). ΕΠΙΦΑΝΕΙΟΔΡΑΣΤΙΚΟΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ Δρα στην επιφάνεια επαφής του ύδατος με τον αέρα στους αεραγωγούς μειώνοντας την επιφανειακή τάση. Έτσι: αυξάνει τη διατασιμότητα του πνεύμονα, μειώνει τη συνάθροιση υγρού στις κυψελίδες και εξασφαλίζει ομοιόμορφο μέγεθος για όλες τις κυψελίδες. Έχει ένα υδρόφιλο και ένα υδρόφοβο τμήμα.

15 Είναι ένα περίπλοκο μείγμα λιπιδίων (90%, κυρίως διπαλμυτιδοφωσφατιδυλοχολίνη, φωσφατιδυλοχολίνη με ακόρεστες αλυσίδες λιπαρών οξέων, φωσφατιδυλογλυκερόλη) και πρωτεϊνών (10%, πρωτεΐνες πλάσματος [αλβουμίνη, εκκριτική IgA] και αποπρωτεΐνες [SP-A, -B, -C, -D]). SP-A, SP-D: Υδατοδιαλυτές, συμμετοχή στη φυσική ανοσία περιβάλλουν βακτήρια & ιούς, και έλκουν τα κυψελιδικά μακροφάγα. Η SP A, ίσως ελέγχει μέσω παλίνδρομης ρύθμισης την παραγωγή του επιφανειοδραστικού παράγοντα. Συγγενής έλλειψη SP-B: Σύνδρομο αναπνευστικής δυσχέρειας νεογνών. Τα συστατικά του επιφανειοδραστικού παράγοντα συγκεντρώνονται στα πεταλιώδη σωμάτια (λιπίδια από την κυκλοφορία, κάποια συστατικά από τα κύτταρα Clara των βρογχιολίων, οι τρεις αποπρωτεΐνες από το εκκριτικό μονοπάτι των κυττάρων τύπου ΙΙ), στα πνευμονοκύτταρα τύπου ΙΙ. Ο φυσιολογικός πνεύμονας εκκρίνει κάθε ώρα από στους κυψελιδικούς αεροχώρους περίπου το 10% του υλικού που βρίσκεται στα πεταλιώδη σωμάτια (ιδιοσύστατη εξωκυττάρωση). Στη συνέχεια υφίσταται μείζοντες δομικές μεταβολές και μετατρέπεται σε σωληνώδη μυελίνη, ένα περίπλοκο δίκτυο. Κατά την έκπτυξη του αεραγωγού, ποσότητες του παράγοντα που βρίσκονται σε ε- φεδρεία αναδύονται στην επιφάνεια, χωρίς ωστόσο να μπορούν να αντισταθμίσουν την μεγάλη αύξηση της επιφάνειας επαφής του ύδατος με τον αέρα. Έτσι η επιφανειακή τάση σταδιακά αυξάνεται. Συνεπώς: (1) εμποδίζεται η περαιτέρω έκπτυση και (2) εξασφαλίζεται η ομοιόμορφη έκπτυση όλων των κυψελίδων, καθώς οι ταχέως εκπτυσσόμενες επιβραδύνονται. Το αντίθετο συμβαίνει στην εκπνοή. Η επιφανειακή τάση μειώνεται σταδιακά και από ένα σημείο και μετά, κάποιες ποσότητες του επιφανειοδραστικού παράγοντα υπαναχωρούν σε εφεδρεία. Παράλληλα, οι ταχέως συρρικνούμενες κυψελίδες επιβραδύνονται, ώστε να συρρικνωθούν ταυτόχρονα με τις βραδείες. Ως τον τοκετό, η σύνθεση και έκκριση γίνεται με βραδύ ρυθμό. Στη μετανεογνική ζωή η σύνθεση του επιφανειοδραστικού παράγοντα διεγείρεται από ποικιλία ερεθισμάτων όπως η υπερδιάταση των πνευμόνων. Απομάκρυνση: Αποσύνθεση από τα μακροφάγα ή ανακύκλωση ή καταστροφή μετά από επαναπρόσληψη από τα κύτταρα τύπου ΙΙ.

16 ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΠΝΕΥΜΟΝΑ (Όταν υπάρχει ροή) Η ροή του αέρα είναι ανάλογη της διαφοράς μεταξύ κυψελιδικής και ατμοσφαιρικής πίεσης και αντιστρόφως ανάλογη της αντίστασης των αεραγωγών. V = ΔP / R, R = 8 η l / π r 4, Νόμος του Poiseuille, για γραμμική ροή αέρα σε σωλήνα όπου: η: το ιξώδες του αέρα, l: το μήκος του αγωγού r: η ακτίνα του R: η αντίσταση Η ροή είναι ακόμα πιο ευαίσθητη στις μεταβολές της ακτίνας όταν η ροή δεν είναι γραμμική. Μέτρηση αντιστάσεων αεραγωγών: Σε πληθυσμιογράφο, με εφαρμογή του νόμου του Boyle, υπολογίζουμε την P A. Χρήση ροομέτρου (πνευμονοταχογράφος), προσαρμοσμένο στο σωλήνα από τον οποίο εισπνέει ο εξεταζόμενος για τη μέτρηση της ροής. Σε φυσιολογικά άτομα R 1.5 cm H 2 O / λίτρα / sec. Η αντίσταση που μετράται εδώ είναι η αντίσταση των αεραγωγών, η οποία αντιπροσωπεύει το 80% της πνευμονικής αντίστασης. Το υπόλοιπο 20% αντιπροσωπεύει την αντίσταση των ιστών. Η κίνηση ενός αερίου ή ενός υγρού σε ένα σωλήνα θεωρείται γραμμική, όταν όλα τα σωματίδιά του έχουν την ίδια ταχύτητα και κατεύθυνση, κάτι που δε συμβαίνει στην πραγματικότητα λόγω του ιξώδους. Αν η μέση ταχύτητα του υγρού/αερίου υπερβεί μια κρίσιμη τιμή, η κίνηση γίνεται στροβιλώδης. Για ευθείς μακρείς ομαλούς σωλήνες, χωρίς διακλαδώσεις ισχύει ότι: Αν Re = 2rvρ / η < 2000, τότε η κίνηση είναι γραμμική, όπου: r: η ακτίνα του αγωγού v: η μέση ταχύτητα του αέρα ρ: η πυκνότητά του η: το ιξώδες του.

17 Όμως, η συνεχής διακλάδωση των αεραγωγών αποτελεί έδαφος για το σχηματισμό μικρών περιδινήσεων, οι οποίες εξασθενούν μόλις περάσουν τη διακλάδωση για να σχηματιστούν εκ νέου στη συνέχεια. Έτσι, η κίνηση του αέρα ονομάζεται Μεταβατική. Οι μικροί αεραγωγοί των πνευμόνων (<2mm) συμβάλλουν ελάχιστα στη συνολική αντίσταση. Παρότι ο καθένας από αυτούς έχει μεγάλη αντίσταση, η συνολική αντίσταση είναι μικρή, δεδομένου ότι οι μικροί αεραγωγοί διατάσσονται παράλληλα. Η Χρόνια Αποφρακτική Πνευμονοπάθεια (ΧΑΠ) είναι μια ασθένεια που προκαλεί αύξηση της αντίστασης των αεραγωγών (συνδυασμός χρόνιας βρογχίτιδας και εμφυσήματος). Κατά κύριο λόγο επηρεάζει τους μικρούς αεραγωγούς 12-πλασιάζοντας την αντίστασή τους. Η αντίσταση των αεραγωγών αυξάνεται: Από το παρασυμπαθητικό: Ίνες του που μεταφέρονται με το πνευμονογαστρικό απελευθερώνουν ακετυλοχολίνη (Ach), η οποία δρα στους μουσκαρινικούς υποδοχείς των λείων μυϊκών ινών των βρόγχων και προκαλεί βρογχόσπασμο (προκαλείται από ερεθιστικές ουσίες ως αποτέλεσμα νευρογενούς αντανακλαστικού, του οποίου απαγωγό σκέλος είναι το πνευμονογαστρικό) και αύξηση της αντίστασης των αεραγωγών. Αναστολή: Από ατροπίνη. Από το συμπαθητικό: Έκκριση νορεπινεφρίνης, η οποία προκαλεί διαστολή των βρόγχων και των βρογχιολίων και ελαττώνει τις εκκρίσεις των αδένων. Ασθενής δράση, καθώς είναι πτωχός αγωνιστής των β 2 αδρενεργικών υποδοχέων. Η επινεφρίνη από το μυελό των επινεφριδίων: κυκλοφορεί στο αίμα και είναι α- ποτελεσματικότερος β 2 αγωνιστής. Η ισταμίνη προκαλεί στένωση των κυψελιδικών πόρων και έτσι αυξάνει τις αντιστάσεις των αεραγωγών. Με τη μείωση του πνευμονικού όγκου V L, η ακτίνα των αεραγωγών μειώνεται και άρα αυξάνεται η αντίστασή τους. Επιπλέον, μειώνονται οι δυνάμεις μηχανικής πρόσδεσης (αρχή αλληλεξάρτησης), που διατηρούν ανοικτούς γειτονικούς αεραγωγούς.

18 Η ΑΝΑΠΝΟΗ ΩΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ ΤΩΝ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΠΙΕΣΕΩΣ Η αναπνοή διεκπεραιώνεται ως αποτέλεσμα της μεταβολής των πιέσεων στους πνεύμονες. Η διαπνευμονική πίεση (P TP ), η διαφορά μεταξύ της κυψελιδικής και της υπεζωκοτικής πίεσης είναι αυτή που καθορίζει τον πνευμονικό όγκο. Είναι η στατική παράμετρος, δεν προκαλεί ροή αέρα. Δεν ελέγχεται άμεσα από τον οργανισμό. Η κυψελιδική πίεση (Ρ Α ) είναι αυτή που καθορίζει τη ροή του αέρα. Όταν η Ρ Α είναι μηδέν δεν υπάρχει ροή. Όταν είναι θετική και η γλωσσίδα είναι ανοικτή, θα υπάρχει ροή προς τα έξω και αντίθετα, όταν είναι αρνητική (με τη γλωσσίδα ανοικτή), θα υπάρχει ροή προς τα μέσα. Είναι, δηλαδή η δυναμική παράμετρος. Δεν ελέγχεται ούτε και αυτή άμεσα από τον οργανισμό. Η ΡΙΡ ελέγχεται από τον εγκέφαλο, μέσω της λειτουργίας των μυών της αναπνοής, και μέσω αυτής (Ρ IP = P A P TP ) ελέγχονται οι επιμέρους πιέσεις. Δηλαδή: Κατά την εισπνοή, η Ρ ΙΡ γίνεται περισσότερο αρνητική και έτσι καταναλώνεται ενέργεια α) για να γίνει η Ρ Α πιο αρνητική και να υπάρξει ροή αέρα προς τα μέσα (δυναμική συνιστώσα) και β) για να γίνει η Ρ ΤΡ πιο θετική και να εκπτυχθεί ο πνεύμονας (στατική συνιστώσα) Σταθερά χρόνου (τ): Το χρονικό διάστημα που απαιτείται για να έχουμε μεταβολή όγκου του πνεύμονα ΔV L ίση με το 63% της μέγιστης δυνατής τιμής. Σε υγιής πνεύμονες τ = 0.2 sec, οπότε η αύξηση του V L είναι κατά 63% πλήρης σε 0.2 sec, 86% σε 0.4 sec και 95% πλήρης σε 0.6 sec. Η σταθερά τ αυξάνεται σε περιπτώσεις ασθένειας Η φυσιολογική συχνότητα του αερισμού είναι 12/min, δηλαδή ένας κύκλος σε 5 sec. Σε περιπτώσεις αύξησης της συχνότητας του αερισμού είναι δυνατό οι πνεύμονες να μην προλαβαίνουν να εκπτυχθούν πλήρως. Αυτό είναι εμφανέστερο σε ασθενείς με αυξημένες αντιστάσεις αεραγωγών, οπότε η σταθερά του χρόνου τ αυξάνεται. Η δυναμική διατασιμότητα c δυναμική = ΔV L / (-ΔP IP ) είναι το μέγεθος που περιγράφει τη μεταβολή στον πνευμονικό όγκο. Δεν είναι σταθερό μέγεθος, αλλά ανάλογο της ΔV L. Είναι μεγαλύτερη της στατικής c σε μικρές αναπνευστικές συχνότητες, αλλά, σε μεγάλες συχνότητες γίνεται μικρότερη.

19 Όσο μεγαλώνει η αναπνευστική συχνότητα, τόσο μειώνεται ο διαθέσιμος χρόνος για εισπνοή και εκπνοή (με παράλληλη μείωση της διατασιμότητας των αεραγωγών) και άρα τόσο μικρότερος θα είναι ο V T. Εμφύσημα: Προκαλεί καταστροφή των κυψελιδικών τοιχωμάτων. Έτσι οι αεροχώροι δεν έχουν σταθερό μέγεθος, ελαττώνονται τα σημεία στήριξής τους και εξασθενεί η αμοιβαία αντιστήριξή τους. Ασθενείς με εμφύσημα έχουν έντονο πρόβλημα σύμπτωσης των τοιχωμάτων των αεραγωγών τους κατά την εκπνοή. Αντιμετώπιση: o Αργή εκπνοή: Λιγότερο θετική P A και άρα ΡΙΡ. Έτσι ελαχιστοποιείται η τάση σύμπτωσης. o Αναπνοή σε αυξημένους πνευμονικούς όγκους: Μεγαλύτερη FRC Αύξηση δυνάμεων μηχανικής πρόσδεσης. o Εκπνοή με μισόκλειστα χείλη: Δημιουργία μηχανικά αυξημένης αντίστασης στα χείλη. Η μεγαλύτερη τάση για σύμπτωση γίνεται εκεί όπου υπάρχει μεγαλύτερη διαφορά πίεσης. Καθώς μετακινούμε τη διαφορά αυτή προς το στόμα, προστατεύουμε τους αεραγωγούς. Λόγω της σύμπτωσης των αεραγωγών, η εκπνευστική ροή είναι ανεξάρτητη από την προσπάθεια στους μικρούς πνευμονικούς όγκους (κάτω των 3 λίτρων)

20 Αναπνευστική Φυσιολογία Κεφάλαιο 27 ο - Οξεοβασική Ισορροπία Ορισμοί: Οξύ: Δότης Η +, κατά Bronsted-Lowry Βάση: Δέκτης Η +. pη = - log 10 [H + ] Ρυθμιστικό σύστημα: Ουσία που καταναλώνει παλινδρομικά ή απελευθερώνει Η +. Έτσι βοηθά στη σταθεροποίηση του ph. Συνήθως είναι ένα ασθενές οξύ με τη συζευγμένη του ασθενή βάση. Ρυθμιστική δύναμη συστήματος (β) είναι ο αριθμός των γραμμομορίων μιας ισχυρής βάσης ή οξέος που πρέπει να προστεθεί σε ένα λίτρο δ/τος ώστε να μεταβληθεί το ph κατά μια μονάδα. Η ρυθμιστική δύναμη ενός συστήματος μεταβάλλεται με το ph και τη συνολική συγκέντρωση του ζεύγους ασθενούς οξέος ασθενούς βάσης. Επίσης μεταβάλλεται μεταξύ ανοικτού κλειστού συστήματος. Ισχύει για κλειστό σύστημα: β κλειστό = 2,3 * [ΤΒ] * [Η + ] * k / ([Η + ] + k) 2 [ΤΒ]: Η συνολική συγκέντρωση του ζευγαριού των ουσιών του συστήματος Καμπανοειδής εξάρτηση με μέγιστο όταν ph = pk. Το ph του αίματος ελέγχεται από το ρυθμιστικό σύστημα CO 2 /HCO - 3, και ένα μείγμα πολλών μη-hco - 3 ρυθμιστικών συστημάτων. Το σύστημα CO 2 /HCO - 3 είναι ανοικτό, επειδή η [CO 2 ] aq παραμένει συνεχώς σταθερή, σε ισορροπία με την αέρια φάση του CO 2, στην ατμόσφαιρα. Για το διαλυμένο CO 2 ισχύει: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 - H 2 CO 3 - H + + Η 2 Ο αργή αντίδραση, καταλύτης: καρβονική ανυδράση γρήγορη αντίδραση Σύμφωνα με την εξίσωση Henderson Hasselbalch: ph = pk + log {[HCO 3 ]/[CO 2 ]} ή, αφού [CO 2 ] = s * Pco 2 (Ανοικτό Σύστημα) ph = pk + log {[HCO 3 ]/ (s * Pco 2 )}. Η ρυθμιστική ικανότητα του CO 2 στο αίμα είναι: β ανοικτό = 2,3 * [ΗCO - 3 ]. Σε καθορισμένη Pco 2, το β ανοικτό αυξάνεται εκθετικά με το ph.