REGULACIJA AKTIVNOSTI RESPIRACIJSKOG SISTEMA

Transcript

1 REGULACIJA AKTIVNOSTI RESPIRACIJSKOG SISTEMA

2 RESPIRACIJA je proces razmene gasova izmeñu atmosferskog vazduha i tkiva, sa ciljem da snabde ćelije O2 i Ukloni CO2 iz organizma Obuhvata sledeće procese: PLUĆNA VENTILACIJA (DISANJE) strujanje vazduha izmeñu atmosfere i plućnih alveola 2. SPOLJAŠNJA RESPIRACIJA razmena gasova izmeñu alveolarnog vazduha i krvi na nivou respiratorne membrane TRANSPORT GASOVA KRVLJU 4. UNUTRAŠNJA RESPIRACIJA razmena gasova izmeñu krvi i ćelija na nivou tkivnih kapilara ĆELIJSKA RESPIRACIJA Oksidativni procesi

3 Respiratorna membrana (disajni putevi razmene) Karakteristike: Površina = 70 m 2 Debljina = 0,2-0,6 µm Zapremina krvi = ml Respiratorna membrana Površinski sloj Endotel kapilara Intersticijum Aleveolarni epitel

4 PLUĆNA VENTILACIJA (DISANJE) je rezultat promene 1. volumena i 2. pritisaka u grudnoj duplji i plućima koji nastaju radom respiratorne muskulature INSPIRIJUM EKSPIRIJUM Dijafragma

5 Podizanje rebara i sternuma povećava volumen grudnog koša INSPIRIJUM Spuštanje rebara i sternuma smanjuju volumen grudnog koša EKSPIRIJUM Kranio-kaudalni prečnik SPUŠTANJE DIJAFRAGME, PODIZANJE DIJAFRAGME

6 Podizanje rebara Spuštanje rebara povećava volumen grudnog koša Antero- posteriorni prečnik smanjuje volumen grudnog koša

7 BOJLOV ZAKON: Odnos pritiska i volumena Pritisak gasa je obrnuto proporcionalan volumenu prostora u kome se nalazi P x V = const P P Smanjenjem V povećava se P Povećanjem V smanjuje se P

8 Promene pritiska tokom inspirijuma i ekspirijuma Intrapleuralni pritisak (mmhg)

9 ALVEOLARNI PRITISAK: Pritisak koji vlada unutar plućnih alveola Tokom insprijuma je manji a tokom ekspirijuma veći od atmosferskog pritiska

10 UDISAJ UDAH INSPIRIJACIJA Inspiratorni mišići se kontrahuju Volumen grudnog koša Alveolarni pritisak (760 mmhg) Miran inspirijum traje 2 s Alveolarni pritisak (759 mmhg) Atmosferski pritisak (760 mmhg) Intrapleuralni pritisak pluća se šire Alveolarni pritisak (postaje subatmosferski) Vazduh ulazi u pluća Dijafragma

11 IZDISAJ IZDAH - EKSPIRACIJA Inspiratorni mišići se relaksiraju Miran ekspirijum traje 3 s Volumen grudnog koša Interkostalni mišići Intrapleuralni pritisak pluća se skupljaju (elastična retraktilnost pluća veća od elastične retraktilnosti toraksa) Alveolarni pritisa (postaje supraatmosferski) Vazduh izlazi iz pluća Dijafragma Abdominalni organi Dijafragma Abdominalni organi Mišići trbušnog zida

12 EFEKTORI: Respiracijska muskulatura INSPIRTORNI MIŠIĆI Pri mirnom insprijumu aktivni su: DIJAFRAGMA mm. intercostales externi EKSPIRATORNI MIŠIĆI Pri mirnom disanju ekspirijum je pasivan (dekontrakcija dijafragme) dok pri forsiranom disanju ulogu imaju ekspiratorni mišići : Pri forsiranom insprijumu uključuju se : mm. scaleni m. sternocleidomastoideus m. pectoralis minor m. seratus anterior - mm. intercostales interni - m. transvesus thoracis - m. rectus abdominis - m. internus abdominis, - m. externus abdominis et - m. transvesus abdominis

13 Respiracijska muskulatura: DIJAFRAGMA Dijafragma je glavni inspiratorni mišić kontrakcijom povećava kranio-kadudalni dijametar grudog koša - Dondersov model (demonstracija uloge dijafragme) Pritisak više negativan Pritisak manje negativan Ekskurzija dijafragme je pri mirnom disanju 1,5 cm a pri forsiranom od 7 do 10 cm 1 cm povećava volumen grudne duplje za ml,

14 INERVACIJA dijafragmd ijafragme: Ulazni signali iz drugih centara Medulla oblnongata Neuroni u Dorzalnoj respiratornoj grupi Medulla spinalis C3,C4,C5 n. phrenicus Dijafragma

15 Inspiratorni mišići: i: mm. intercostales externi Ekspiratorni mišići: i: mm. intercostales interni podizanje rebara Inervacija: nn. intercostales Pravac pružanja spoljašnjih meñurebarnih mišića odgovara pravcu pružanja prstiju šake kada se stavljaju u džepove spuštanje rebara Inervacija: nn. intercostales Pravac pružanja unutrašnjih meñurebarnih mišića odgovara pravcu pružanja prstiju šake kada se stave na prekordijum

16 SPIROMETRIJA Zvono Inspirijum Ekspirijum Vazduh Voda Vreme Volumen pluća (ml) Inspiratrni rezervni volumen Disajni volumen Rezidualni volumen Vitalni kapacitet Ekspiratorni rezervni volumen Inspiratorni kapacitet Funkcionalni rezidualni kapacitet Totalni Pućni kapacitet

17 MINUTNI VOLUMEN VENTILACIJE MINUTNI VOLUMEN PLUĆNE VENTILACIJE (VE) je ukupna količina vazduha koji svakog minuta dospe u disajne puteve disajni volumen (VT); frekvenca disanja (f) VE = VTV x f = 500 ml x 12/min = 6 l/min MINUTNI VOLUMEN ALVEOLARNE VENTILACIJE (VA) je ukupna količina vazduha koji svakog minuta ulazi u alveole i druga područja gde se vrši razmena gasova. MRTVI PROSTOR (VD)- disajni putevi u kojima nema razmene gasova Anatomski, Alveolarni, Fiziološki VA = (VT VD) ) x f = (500ml 150 ml) x 12/min = 4,2 l/min f = /min VT = 500 ml VD = 150 ml

18 Arterijski (P a ) Zona 1 P A >P a >P v Plućna cirkulacija Alveolarni (P A ) Zona 2 P a >P A >P v Venski (P v ) Zona 3 P a >P v >P A Rastojanje Protok

19 O2 se krvlju transportuje: 1. vezan za hemoglobin oksihemoglobin (97 %) 2. rastvoren u plazmi (3 %) PO2 Alveola Krv Kapilar Molekuli hemoglobina Krv PO2 = 40 mm Hg Tok Krvi (iz tkiva) molekuli kiseonika Molekuli hemoglobina Difuzija O2 na nivou respiratorne membrane PO2 = 104 mm Hg Molekuli oksihemoglobina Difuzija kiseonika Ćelije tkiva Difuzija kiseonika Difuzija O2 na nivou tkivnih kapilara Tok Krvi (ka plućima)

20 KRIVA DISOCIJACIJE OKSIHEMOGLOBINA 100 Maksimalni O2 22 Saturacija Hb (%) oksi Hb Rastvoren O (ml O 2 /dl krvi) O2 Content P O 2 (mmhg)

21 Efekti ph NA DISOCIJACIJU OKSIHEMOGLOBINA UTIČU: Efekti temperature Procenat saturacije Hb (%) Procenat saturacije Hb (%)

22 Procenat saturacije Hb (%) Procenat saturacije Hb (%) Bez Normalan Višak Fetus Postnatalno (61 dan) Postnatalno (81 dan) Hb A (α 2+ β 2 ) Hb F (α 2 +γ 2 ) - ima veći afinitet za vezivanje O 2 nego adultni Hb 2,3 DPG se vezuje samo za β lance, tako da se smanjuje afinitet za O 2 slabo vezivanje 2,3 DPG za γ lance i na taj način povećava afinitet za O 2

23 BOROV EFEKAT Kriva pre pomaka Pomak krive u desno Kada ph,co2, temperatura PO2 u tkivu Od vitalnog značaja: povećana kiselost I povećan CO2 smanjuje afinitet molekula Hb za O 2 povećava disocijaciju HbO 2 i više O 2 će se otpustiti; Borov efekat ( Kristijan Bor)

24 Transport CO2 23% 70% 7% Kada eritrociti prolaze kroz aktivna tkiva, koja produkuju laktat primaju signal da je tkivu potrebno više O 2 Karbaminohemoglobin

25 CO 2 CO 2 Rastvoren CO 2 Rastvoren CA CO 2 CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 CO 2 Transport Karbamino Hb HCO 3 Cl HCO 3 H + Cl Hb HHb O 2 O 2 O 2 O 2 HbO 2 H 2 O H 2 O Eritrocit Tkivo c Cl - u Er arterijske krvi je manji od c Cl - u Er u venske krvi

26 Vezivanje O2 za Hb ima tendenciju da istisne CO2 iz krvi: HALDANEOV EFEKAT 1)HbO2 je jača kiselina od Hb i ima manju tendenciju da gradi CO2Hb 2) HbO2 dodatno otpuštanje H + koji se vezuju za HCO3 - i gradi H 2 CO 3 koja disosuje na CO2 i H2O Koncentracija CO2 (ml/100ml) Koncentracija CO2 U tkivnim kapilarima povećano preuzimanje CO2, a u plućnim kapilarima povećano otpuštanje CO2 Rastvoren Parcijalni pritisak CO2 (mmhg)

27 Voljna kontrola (motorni korteks) Emocije Položaj Kašalj, kijanje Generator ritma Limbički sistem Retikularna formacija Respiratorni motoneuron (kičmena moždina) Senzorni stimulus

28 REGULACIJA RESPIRACIJE VIŠI NERVNI CENTRI RESPIRATORNI CENTAR SENZORI (hemoreceptori, mehanoreceptori i dr) EFEKTORI (respiratorna muskulatura)

29 RESPIRATORNI CENTAR II CENTRI U PONSU Pneumotaksični centar Apneustički centar Hemo i baroreceptori karotidnog i aortnog sinusa Receptori na istezanje pluća Moto n. koji inerviše dijafragmu Cerebralni korteks Limbički korteks Hipotalamus hemoreceptori MEDULARNI CENTRI Dorzalna respiratorna grupa Ventralna respiratorna grupa Moto n. koji inervišu druge respiratorne mišiće I Respiratorni Ritmički centar Centri u moždanom stablu odgovorni za AUTOMATSKU, NEVOLJNU kontrolu

30 1. Dorzalna respiratorna grupa (DRG) I INSPIRATORNI neuroni E- EKSPIRATORNI neuroni Medulla spinalis INSPIRATORNI neuroni nucleus tractus solitarii (NTS) Odgovorna za osnovni ritam disanja bilateralno u dorzomedijalnom delu medulle oblongate Prima senzorne signale iz: hemoreceptora receptora u plućima proprioceptora

31 Inspiratorni stepenasti signal inspiracije Disajni volumen (l) Inspirijum Ekspirijum Inspirijum Ekspirijum Inspirijum Broj aktivnih inspiratornih neurona Pozitivna Povratna sprega Inspirijum 2 sec Inspirijum Inspirijum iskuljuči Ekspirijum 2 sec Vreme Eksprijum Inspirijum 2 sec + Volumen pluća Inspiratorni neuron Ekspiratorni neuron Vreme

32 Inspirijumski generator ritma

33 2. Ventralna respiratorna grupa (VRG) Sadrži INSPIRATORNE i EKSPIRATORNE neurone Inspiratorni neuroni Ekspiratorni neuroni Podeljena u 3 funkcionalna dela: ROSTRALNI ( Bötzinger kompleks, primarno E neuroni) INTERMEDIJERNI (nc. ambiguus (NA), nc. paraambiguus (NPA) KAUDALNI (nc. retroambiguus (NRA), skoro iskljčivo E neuroni) Pneumotasksički centar Apneustički centar Dorzalna respiratorna grupa Ventralna respiratorna grupa Bilateralno u ventrolateralnom delu medulle oblongate Uglavnom potpuno neaktivni tokom normalnog mirnog disanja

34 Eferentni putevi iz VRG i DRG Rostralna VRG n. XI Kičmena moždina n. IX I n.x n. V n. VII n. phrenicus dijafragma Intermedijerna VRG (NA i NPA) Kaudalna VRG (NRA) Inspiratorni signali Ekspiratorni signali Kičmena moždina mm. intercostales externi mm. intercostales interni abdominalni mm.

35 II Respiratorni centri u ponsu 1. PNEUMOTAKSIČKI KI CENTAR Obuhvata: nc. parabrachialis medialis i nc. Köliker - Fuse Šalje impulse u DRG Kontroliše momenat isključenja stenepanstog signala inspiracije Primarno ograničava trajanje inspirijuma 2. APNEUSTIČKI CENTAR Može da spreči isključivanje stepenastog signala inspiracije Učestvuje u kontroli dubine inspirijuma

36 Različiti iti obrasci disanja usled sukcesivnih transekcija moždanog stabla Normalan obrazac disanja disanja n. vagus intaktan n. vagus presečen Povećana dubina dubina disanja disanja Pneumotasksički centar Apneustički centar Medularni centri Apneustično disanje disanje Dispnoično disanje disanje Kičmena moždina Respiratorni arest arest

37 Respiratorni centar prima siganle iz: 1. VIŠI I NERVNI CENTRI 2. HEMORECEPTORI 3. MEHANORECEPTORI U PLUĆIMA I BRONHIJIMA Periferni hemoreceptori Centralni hemoreceptori 4. PROPRIOCEPTORI U MIŠIĆIMA IMA I ZGLOBOVIMA

38 I) HEMORECEPTORI 1. CENTRALNI HEMORECPOTORI registruju promenu PaCO2 2. PERIFERNI HEMORECEPTORI Karotidna i aortna telašca Registruju primarno promenu PaO2, ali i PaCO2 i ph

39 1.Centralni hemoreceptori Hemosenzitivni delovi Rostralna area Bilateralno u meduli oblongati 0,2 mm ispod njene ventralne površine Šalje ekscitatorne signale u DRG Intermedijerna Diretkan stimulator je porast [H+] u moždanom intersticijumu a. basilaris Kaudalna area

40 Mehanizam stimulacije hemosenzitivnog područja Hematoencefalna barijera je nepermeabilna za H +, ali CO2 prolazi nesmetano CO2 reaguje sa H2O u likvoru i nastaj H2CO3 koja disosuje na HCO3 - i H + Moždano tkivo signali iz hemosenzitvnog područja snažno stimulišu respiratorni centar Hematoencefalna barijera Horoidni pleksus

41 2. Periferni hemorceptori A.. KAROTIDNA TELAŠCA lokalizacija: bilateralno na bifurkaciji a. carotis communis vaskularizacija: grana a.occipitalis Inervacija: Heringov nerv, zatim n. glossopharingeus B. AORTNA TELAŠCA Lokalizacija: duž luka aorte Vaskularizacija: male arterije iz luka aorte Inervacija: n. vagus Karotidno telašce Karotidni sinus a. carotis communis Aortno telašce Luk aorte

42 Periferni hemoreceptori Protok krvi kroz telašca je ekstremno veliki i iznosi 2000 ml/100g/min, dok je protok kroz bubrege 420, a kroz mozak 54 ml/100g/min kroz telašca sve vreme protiče arterijska krv, PO 2 u njima jednak je arterijskom PO 2 Vlaka n.ix Sinusoid Glomus ćelija s. Tip I GLOMUS ĆELIJE s. Tip 1 Osetljive na lokalnu promenu PaO2 (dominatno), ali i PaCO2 i ph Sadrže granule U kontaktu sa aferentnim nervnim vlaknima POTPORNE ĆELIJE s. Tip 2 Nemaju granule Okružuju glomus ćelije Glatka mišićna ćelija Arteriola

43 Periferni hemoreceptori Odgovor r karotidnog telašca na pad PaO2P Nervna aktivnost krarotidnog tela (% maksimalnog odgovora) Kritična vrednost PaO2

44 Transmisija signala u glomus ćeliji 1. PO2< 60 mm Hg 2. Zatvaranje K + kanala 3. Depolarizacija glomus ćelije 4. Otvaranje voltažno-zavisnih Ca 2+ kanala 5. Influks Ca Egzocitoza vezikula dopamina Dopaminski receptor 7. Signal u medularne centre za povećanje ventilacije

45 Uticaj promene PaCO P CO2,, ph i PaO2 P na alveolarnu ventilaciju Alveolarna ventilacija (bazalna vrednost=1 Normalna vrednost

46 II) MEHANORECEPTORI U PLUĆIMA I BRONHIJIMA Klasifikacija mehanorecepora u plućima i bronhijima izvršena je na osnovu njihovog odgovora na promenu volumena pluća: 1. Sporoadaptirajući receptori s. Bronhopulmonalni receptori na istezanje 2. Brzoadaptirajući receptori s. Iritantni receptori Inervacija: n.vagus 3. Slobodni završeci C vlakana s. J receptori

47 1. Bronhopulmonalni receptori na istezanje Lokalizovani unutar muskularnog sloja bronhoalveloa i bronhija Sporoadaptirajući receptori: kontinuirano odašilju signale dok postoji povećanje volumena pluća Odgovorni za: Respiratornu sinusnu aritmiju Ubrzanje srčane frkevence (HR) tokom inspirijuma Mehanizam: volumen pluća aferenti vagalni impulsi medularni kardiovaskularni centar parasimpatička + simpatička aktivnost HR Hering Brojerove reflekse

48 Hering - Brojerovi refleksi 1. Hering - Brojerov inflacioni refleks Refleksni luk: bronhopulmonalni receptori na istezanje, aferentna vlakna n. vagusa, DRG Stimulus: prekomerna nadutost pluća, odnosno disajni volumen veći od 1,5 l Efekat: isključuje inspiratorni stepenasti signal i zaustavlja inspirijum, time ubrzava frekvencu Značaj: zaštitni mehanizam od prevelike nadutosti pluća, tokom napronog fizičkog rada i hronične opstruktivne bolesti pluća Kod neunatusa učestvuje u ograničenju normalnog inspirijuma 2. Hering - Brojerov deflacioni refleks Suprotan Hering-Brojerovom inflacinom refleksu

49 2. Iritantni i 3. J receptori Iritantni receptori Lokalizacija: epitel traheje, bronhija i broniola Brzoadaptirajući receptori: Stimulus: različite nadražljive supstance i medijatori inflamacije Efekat: mogu prouzrokovati kašalj i kijanje Jukstakapilarni ( J )( ) receptori Lokalizacija: u zidovima alveola u neposrednoj blizini plućnih kapilara Slobodni završeci C vlakana: veoma slab odgovor na povećanje volumena pluća Stimulus: plućna vaskularana kongestija i edem pluća Efekat: dispnea subjektivni osećaj otežanog disanja; površno, plitko disanje

50 III) PROPRIOCEPTORI U MIŠIĆIMA IMA i ZGLOBOVIMA Šta je uzrok povećane alveolarne ventilacije u toku mišićnog rada? 1. Pokreti na početku obavljanja fizičke aktivnosti peko proprioceptora u mišićima i zglobovima stimulišu respiratorni centar i dovode do povećanja plumonalne ventilacije 2. Pri slanju signala u mišiče koji se kontrahuju, kolateralni signali iz motornog korteksa dospevaju do respiratornog centra i ekscitiraju I neurone u DRG 3. Povećanje telesne temperature 4. Promena ph krvi usled povećanog stvaranja mlečne kiseline

51 VIŠI I NERVNI CENTRI Da li možete da demonstrirate da je respiracija pod voljnom kontrolom? MOTORNI KORTEKS - najveći broj signala potiče iz motornih regiona korteksa - signali iz motornih regiona korteksa putuju kortikospinalnim putem i zaobilaze respiratorni centar u moždanom stablu ONDINA KLETVA -Legenda o nimfi koja je zavolela smrtnika i bila kažnjena da će - signali odlaze u respiratorni centar prestati da diše ako zaspe. Morala je da svesno kontroliše svoje disanje - signali odlaze u respiratorni centar LIMBIČKI SISTEM HIPOTALAMUS Pacijenti sa kongenitalnim sindromom imaju nefunkcionalan respiratorni centar i ne mogu da dišu spontano.

52 TEZE ZA SEMINAR Regulacija aktivnosti respiracijskog sistema 1. Respiracija definicija i faze 2. Plućna ventilacija: - mehanizam inspirijuma i ekspirijuma - respiratorna muskulatura - minutni volumen plućne i alveolarne ventilacije 3. Pregled transporta O 2 i CO 2 - Kriva disocijacije oksihemoglobina i faktori koji je modifikuju - Borov efekat - Hamburgerov efekat - Haldaneov efekat 4. Respiratorni centri - Dorzalna respiratorna grupa - Ventralna respiratorna grupa - Pneumotaksični centar - Apneustički centar 5. Faktori koji utiču na respiraciju: - Hemorceptori centralni i periferni - Mehanoreceptori u plućima i bronhijima - Proprioceptori u mišićima i zglobovima - Viši nervni centri i voljna kontrola respiracije