CResp Φυσιολογία Ρύθμιση της αναπνοής Όγκοι και χωρητικότητες πνευμόνων Ψυχογιού Αθηναΐς Γεωργία, PT, MSc 1
Πλάνο για σήμερα Νευρικός έλεγχος αναπνοής Κεντρικά (αναπνευστικά κέντρα) Περιφερικά (υποδοχείς) Πνευμονικοί όγκοι και χωρητικότητες Σημασία TV και FRC IST/UH_W6_13/14_Physiology Tutorial 2
Ρύθμιση αναπνοής Αναπνευστικά κέντρα Χημειοϋποδοχείς (chemoreceptors) Κεντρικοί και περιφερικοί Τασεοϋποδοχείς (baroreceptors) στο αορτικό τόξο Μηχανοϋποδοχείς (stretch receptors) Αποτρέπουν την υπερβολική έκπτυξη Υποδοχείς ευαίσθητοι σε ερεθιστικούς παράγοντες, ξένα σωματίδια, τοξικά αέρια / υγρά στους αεραγωγούς Βήχας, πταρμός και σπασμός λάρυγγα Βρογχοσυστολή Εκούσιος έλεγχος Μερικός Εν αναμονή για άσκηση (περισσότερα στο Β Εξάμηνο) 3
Έλεγχος ρυθμού βάθους αναπνοής Ο ρυθμός και το βάθος της εισπνοής / εκπνοής ρυθμίζεται με ρυθμική πυροδότηση νευρώνων του αναπνευστικού κέντρου στο εγκεφαλικό στέλεχος προς τους αναπνευστικούς μύες (ποιοι είναι;) μέσω των φρενικών και μεσοπλεύριων νεύρων Τα κέντρα αυτά ανατροφοδοτούνται από αισθητικούς νευρώνες προκειμένου να αλλάξουν το αναπνευστικό πρότυπο Μέσος εγκέφαλος (midbrain) Γέφυρα (pons) Προμήκης μυελός (medulla oblongata) Νωτιαίος μυελός (spinal cord) αναπνευστικά κέντρα Πνευμονοταξικό Κέντρο ομάδα νευρώνων γέφυρας Ραχιαία ομάδα νευρώνων Κοιλιακή ομάδα νευρώνων 4
Χημειοϋποδοχείς Ο ρόλος της εξίσωσης: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - Στο σώμα το CO 2 συνδυάζεται με το H 2 O και σχηματίζει ασθενές καρβονικό οξύ (H 2 CO 3 ) διασπάται σε H + και διτανθρακικά ιόντα (HCO 3- ) Ο βασικός αναπνευστικός ρυθμός και η αναπνευστική συχνότητα επηρεάζεται από την συγκέντρωση H +, CO 2 και O 2 στο αίμα Ανιχνεύεται από κεντρικούς και περιφερικούς χημειοϋποδοχείς 5
Χημειοϋποδοχείς Κεντρικοί Προμηκικοί υποδοχείς ευαίσθητοι στα H + (από το CO 2 ) στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό (ΕΝΥ) Αυξάνουν το ρυθμό και το βάθος αναπνοής όταν τα επίπεδα των H + λόγω του CO 2 Περιφερικοί Αορτικά και καρωτιδικά σωμάτια ευαίσθητα σε: P a O 2 < 8-9 kpa (< 55 mmhg) P a CO 2 λιγότερο ευαίσθητοι από τους κεντρικούς H + - είτε από το CO 2 είτε μεταβολικής προέλευσης 6
Εγκέφαλος Διαγραμματική επισκόπηση χημειοϋποδοχέων Αισθητικές ίνες της IX εγκεφαλικής συζυγίας (φαρυγγικός κλάδος του γλωσσοφαρυγγικού ν. Έξω καρωτίδα α. Έσω καρωτίδα α. Καρωτιδικό σωμάτιο Κοινή καρωτίδα α. Εγκεφαλική συζυγία X (πνευμονογαστρικό ν.) Αισθητικές ίνες εγκεφαλικής συζυγίας X Αορτικά σωμάτια στο αορτικό τόξο Αορτή Καρδιά Figure 22.26
Έλεγχος αναπνοής από χημειοϋποδοχείς Fig. 17.21 Stanfield CR Physiology Wk6_2012_13 8
Τασεοϋποδοχείς Ο ερεθισμός των καρωτιδικών και αορτικών τασεοϋποδοχέων επηρεάζει: Αρτηριακή πίεση Αναπνευστικά κέντρα Όταν η αρτηριακή πίεση ο πνευμονικός αερισμός Όταν η αρτηριακή πίεση ο πνευμονικός αερισμός 9
Σύνοψη ρύθμισης αναπνοής Άλλοι υποδοχείς (π.χ. αλγοϋποδοχείς) και συναισθηματικά ερεθίσματα που δρουν μέσω του υποθαλάμου + + Ανώτερα εγκεφαλικά κέντρα (εγκεφαλικός φλοιός εκούσιος έλεγχος αναπνοής) Αναπνευστικά κέντρα (προμήκη & γέφυρας) Περιφερικοί χημειοϋποδοχείς O 2, CO 2, H + Κεντρικοί χημειοϋποδοχείς CO 2, H + Υποδοχείς σε μύες και αρθρώσεις + + + Μηχανοϋποδοχείς πνευμόνων Υποδοχείς ερεθιστικών παραγόντων στους αεραγωγούς Marieb Figure 22.24
Ορολογία V T : Αναπνεόμενος όγκος (tidal volume) ~500mls RR: Αναπνευστική συχνότητα (respiratory rate) ανά λεπτό ~12-15/min στους ενήλικες, σε ηρεμία MV ( ) : Κατά λεπτό όγκος (minute volume) = V T x RR = ~ 6l/min V V V DA V D : Ανατομικός νεκρός χώρος (anatomical dead space) Ο όγκος αέρα που παραμένει στη ζώνη αγωγής ~150mls : Κυψελιδικός αερισμός Ο όγκος φρέσκου αέρα που φτάνει στις κυψελίδες ανά λεπτό V V A= RR x (V T D ) π.χ. 12 x (500-150) = 4.5l/min Σχέση με την ύλη της φυσιολογίας από την W5: Ο λόγος για τον οποίο οι συγκεντρώσεις των αερίων στις κυψελίδες ΔΕΝ είναι ίδιες με αυτές του ατμοσφαιρικού αέρα, ούτε κατά το τέλος της εισπνοής Προφανώς οι συγκεντρώσεις θα μεταβάλλονται από την αρχή μέχρι το τέλος της εισπνοής ενώ πραγματοποιείται η ανταλλαγή αερίων V 11
Η συνέπεια της επιπόλαιας αναπνοής V Τ = 500mls 350 mls του αέρα που φτάνει στις κυψελίδες είναι φρέσκος αέρας 150mls 350mls Ανατομικός νεκρός χώρος 150mls V Τ = 350mls Μόνο 200mls του αέρα που φτάνει στις κυψελίδες είναι φρέσκος αέρας 200mls Κυψελιδικός αέρας Κυψελιδικός αέρας Adapted from Widmaier, Raff & Strang. (2006) 12
Επίδραση της συχνότητας και του βάθους της αναπνοής στον κυψελιδικό αερισμό Marieb 13
Πώς μετράμε τους πνευμονικούς όγκους; Σπιρομετρία Μετράει όγκο αέρα που εισέρχεται και εξέρχεται από το αναπνευστικό σύστημα Το ΣΠΙΡΟΜΕΤΡΟ (πρότυπο) είναι ένα σύστημα τροχαλίας στο ένα μέρος της οποίας εξαρτάται αεροστεγώς κλειστό δοχείο μεταβαλόμενου όγκου (αβαρής μετρητική μεμβράνη βυθισμένη σε νερό) και στο άλλο μετρητής βάρους με ενσωματομένο στυλογράφο καταγράφει μεταβολές όγκου σε καταγραφικό χαρτί (σήμερα χρησιμοποιούνται ηλεκτρονικά σπιρόμετρα) 14
Σπιρομετρικές μετρήσεις Πνευμονικοί όγκοι Πνευμονικές χωρητικότητες IRV IC VC TLC V T ERV RV FRC Fig. 17.17 Stanfield 15
Όγκοι & χωρητικότητες V T (tidal volume) αναπνεόμενος όγκος (κλινικά TV) IRV (inspiratory reserve volume) εισπνευστικός εφεδρικός όγκος ERV (expiratory reserve volume) εκπνευστικός εφεδρικός όγκος RV (residual volume) υπολειπόμενος όγκος (απαιτεί ειδικό εξοπλισμό για τη μέτρησή του) IC (inspiratory capacity) εισπνευστική χωρητικότητα VC (vital capacity) ζωτική χωρητικότητα [συνήθως μετριέται στο max και λέγεται FVC (forced vital capacity) ζωτική χωρητικότητα] TLC (total lung capacity) ολική πνευμονική χωρητικότητα FRC (functional residual capacity) λειτουργική υπολειπόμενη χωρητικότητα 16
Όγκοι & χωρητικότητες Σημαντικοί: Φυσιολογικός V Τ ~ 500mls Ανατομικός νεκρός χώρος ~150mls Λειτουργική υπολειπόμενη χωρητικότητα (FRC) ο όγκος αέρα που παραμένει στους πνεύμονες κατά το τέλος της εκπνοής Πρόκειται για τη σημαντικότερη χωρητικότητα επηρεάζει την ανταλλαγή αερίων στις κυψελίδες Όσο μεγαλύτερη τόσο καλύτερα Πολλές Φ/Θ τεχνικές έχουν ως στόχο την της FRC Και οι δύο (V Τ και FRC) επηρεάζουν τις PaO 2 και PaCO 2 στο αρτηριακό αίμα, ωστόσο: FRC κυρίως επηρεάζει την PaO 2 V Τ κυρίως επηρεάζει την PaCO 2 Οι λόγοι για τους οποίους συμβαίνει αυτό είναι πολύπλοκοι, προς το παρόν απλά να θυμάστε 17
Φυσιολογική καμπύλη βίαιης εκπνοής TLC FEV 1 /FVC 80% FVC FEV 1 RV Όγκος (L) MEF 50 / FEF 25-75 FEV 1 /FVC < 80% FEV 1 /FVC > 80% 1 Χρόνος (sec) 18
Ερωτήσεις για το σεμινάριο της W7 Πώς και γιατί τα παρακάτω το έργο της αναπνοής; Συστολή των λείων μυών των αεραγωγών Συσσώρευση βλέννας στους αεραγωγούς Οίδημα αεραγωγών Πνευμονική ίνωση Κυφοσκολίωση Ποιες θα ήταν οι συνέπειες για τον πνευμονικό αερισμό στις παρακάτω περιπτώσεις: Τραυματισμός στο εγκεφαλικό στέλεχος; Παράλυση των φρενικών νεύρων; Ποιο αέριο αίματος θα επηρεαστεί πρώτο σε περίπτωση υπεραερισμού; 19
Μαθησιακά αποτελέσματα Κατά την ολοκλήρωση του σεμιναρίου και μετά από σχετική ανεξάρτητη μελέτη, οι σπουδαστές θα πρέπει να είναι σε θέση να: Περιγράψουν την εμβιομηχανική του κυψελιδικού αερισμού Συζητήσουν πώς ο νόμος του Boyle και οι μεταβολές στην κυψελιδική και ενδοθωρακική πίεση εξασφαλίζουν τον κυψελιδικό αερισμό Εξηγήσουν τη σπουδαιότητα του ρόλου του υπεζωκότα για τον κυψελιδικό αερισμό Περιγράψουν τους όρους ενδοτικότητα και αντίσταση και να τους σχετίσουν με το έργο της αναπνοής Εξηγήσουν πώς καθορίζεται ο βασικός ρυθμός του πνευμονικού αερισμού Περιγράψουν τους παράγοντες που επηρεάζουν τη συχνότητα και το βάθος του πνευμονικού αερισμού Εξηγήσουν τους διαφορετικούς όρους περιγραφής των πνευμονικών όγκων και χωρητικοτήτων 20
Βιβλιογραφία Fox, S. I. (2009). Human physiology. (11 th ed.). Boston: McGraw Hill Higher Education. Marieb, E. N. (2004). Human anatomy and physiology. (6th ed.). Pearson Benjamin Cummings. San Francisco: London. Martini, F. H. (2006). Fundamentals of anatomy and physiology. (7 th ed.). San Francisco: Pearson Benjamin Cummings. Stanfield, C. L. & Germann, W. J. (2008). Principles of human physiology. (3 rd San Francisco: Pearson Benjamin Cummings. ed.). Thibodeau, G. A. & Patton, K. T. (2007). Anatomy and physiology. (6 th ed.). St Louis, Missouri: Mosby Elsevier. Vander, A., Sherman, J. & Luciano, D. (2004). Human physiology. (9th ed.). Boston: McGraw Hill. (The newer edition of this is Widmaier, E. P., Raff, H. & Strang. K.Y. (2006). Vander s human physiology: The mechanisms of body function. (10 th ed.). Boston: McGraw Hill.) 21