CResp Φυσιολογία Εμβιομηχανική του αερισμού Ψυχογιού Αθηναΐς Γεωργία, PT, MSc 1
Πλάνο για την W6 Σεμινάριο Εμβιομηχανική του αερισμού Η έννοια του όρου «Έργο της Αναπνοής» Διάλεξη Νευρικός έλεγχος Κεντρικά Περιφερικά Όγκοι και χωρητικότητες Σημασία TV και FRC 2
Πλάνο για σήμερα Εμβιομηχανική της αναπνοής μεταφορά αέρα προς/από τις κυψελίδες Νόμος του Boyle, κλίση πίεσης, βασική μυϊκή αντλία Σπουδαιότητα και λειτουργία του υπεζωκότα Ενδοτικότητα αντίσταση πνευμόνων και θωρακικού κλωβού Η έννοια του όρου «Έργο της Αναπνοής» 3
Πίεση (P) Εμβιομηχανική πνευμονικού αερισμού απαραίτητες έννοιες Η δύναμη (F) που ασκείται ανά μονάδα επιφάνειας (A) P = F/A F = m x γ (m = μάζα, γ = επιτάχυνση) μετράται σε Newton (N) [1Ν = 1kg 1m/s 2 ] Μετράται σε χιλιοστά στήλης υδραργύρου (mmhg) ή στο SI σε Pascals (Pa) [1Pa = 1 N/m 2 ] Κλίση πίεσης (pressure gradient) Ο αέρας θα κινείται πάντοτε από περιοχή υψηλής πίεσης περιοχή χαμηλής πίεσης Νόμος του Boyle: P 1 V 1 = P 2 V 2 Για δεδομένη ποσότητα αερίου, σε αεροστεγές δοχείο, σε σταθερή θερμοκρασία, η πίεση που ασκεί το αέριο είναι αντιστρόφως ανάλογη προς τον όγκο που καταλαμβάνει P 1 V 1 P 1 >P 2 760mmHg = 103.3 cm H 2 O = 101kPa 1 mmhg = 1.36 cm H 2 O = 0.133 kpa = 0.0193 PS P 2 V 2 V 1 <V 2 4
Θυμηθείτε από την W5 P 1 V 1 PV P 2 V 2 PV = P 1 V 1 = P 2 V 2 5
Αναπνευστικοί μύες Εισπνοή Εκπνοή Σύσπαση έξω μεσοπλεύριων Χαλάρωση έξω μεσοπλεύριων Σύσπαση έσω μεσοπλεύριων & κοιλιακών στην ενεργητική εκπνοή μόνο Σύσπαση διαφράγματος Χαλάρωση διαφράγματος Έκπτυξη θωρακικού τοιχώματος & πνευμόνων Σύμπτυξη θωρακικού τοιχώματος & πνευμόνων Fig. 16.11 Stanfield Έκπτυξη πλευρών κίνηση CR Physiology Σύμπτυξη Wk6_2012_13 πλευρών - στέρνου 6 στέρνου προς τα επάνω και έξω
Εισπνοή (Inspiration) Συσπώνται το διάφραγμα και οι έξω μεσοπλεύριοι κίνηση των πλευρών προς τα πάνω και έξω ο όγκος του θωρακικού κλωβού ; Κατά συνέπεια η πίεση στο εσωτερικό του θωρακικού κλωβού ; Οπότε σε σχέση με την ενδοκυψελιδική πίεση, η ατμοσφαιρική πίεση είναι τώρα ; Άρα τι συμβαίνει ; 7
Εκπνοή;;; (Expiration) 8
Δομή θωρακικής κοιλότητας πνευμονικό παρέγχυμα μεσοπλεύριοι μύες πλευρά πνεύμονας μεσοπλεύριοι μύες υπεζωκοτική κοιλότητα διάφραγμα περισπλάγχνιο πέταλο ενδοϋπεζωκοτικός χώρος τοιχωματικό πέταλο θωρακικό τοίχωμα (θωρακικός κλωβός, στέρνο, θωρακικοί σπόνδυλοι, συνδετικός ιστός, μεσοπλεύριοι μύες) υπεζωκοτική κοιλότητα Fig. 16.7 Stanfield 9
Ο ζωτικός κρίκος σε όλα τα παραπάνω ο υπεζωκότας (pleura) Γενικά ο θώρακας τείνει να εκπτυχθεί προς τα έξω και οι πνεύμονες τείνουν να συμπέσουν προς τα μέσα Το πλευριτικό υγρό στο εσωτερικό της αεροστεγώς κλειστής υπεζωκοτικής κοιλότητας, ασκεί αναρροφητική δράση στους πνεύμονες, αποτρέποντας τους από την σύμπτωση προς τα μέσα Οι πνεύμονες περιβάλλονται ουσιαστικά από μια μεμβράνη ανακάμπτει κατά τις πύλες των πνευμόνων σχηματίζοντας δύο πέταλα: Τοιχωματικό πέταλο του υπεζωκότα επενδύει εσωτερικά το θωρακικό κλωβό Περισπλάγχνιο ή περίτονο πέταλο του υπεζωκότα περιβάλλει τους πνεύμονες Η πίεση του υπεζωκοτικού υγρού είναι πάντα αρνητική σε σχέση με την ενδοκυψελιδική και την ατμοσφαιρική πίεση http://medical-dictionary.thefreedictionary.com/pleura 10
Δημιουργία αρνητικής πίεσης στον υπεζωκότα 11
Πιέσεις που εμπλέκονται στον πνευμονικό αερισμό Ενδοκυψελιδική ή ενδοπνευμονική πίεση: Η πίεση μέσα στον πνεύμονα όσο ο όγκος του κατά την εισπνοή η πίεση κατά την εκπνοή. Ενδοθωρακική ή ενδοϋπεζωκοτική πίεση: Η πίεση στην υπεζωκοτική κοιλότητα γίνεται περισσότερο αρνητική καθώς εκπτύσσεται ο θώρακας κατά την εισπνοή. Επανέρχεται στο αρχικό της επίπεδο καθώς ο θώρακας επανασυμπτύσσεται. Αναπνεόμενος όγκος: Σε κάθε αναπνοή, οι διαφοροποιήσεις στην πίεση έχουν σαν αποτέλεσμα τη μεταφορά 0.5 litres αέρα προς και από τους πνεύμονες. Εισπνοή Εκπνοή Αναπνεόμενος όγκος 5 seconds elapsed Intrapulmonary pressure Transpulmonary pressure Intrapleural pressure Marieb & Hoehn 2010 Figure 22.14 12
Πρέπει να γνωρίζετε Τις μεταβολές πίεσης που συμβαίνουν: Στην υπεζωκοτική κοιλότητα ενδοϋπεζωκοτική ή ενδοθωρακική πίεση Στις κυψελίδες ενδοκυψελιδική ή ενδοπνευμονική πίεση Και τη διαφορά ανάμεσα στις παραπάνω: Λέγεται διαπνευμονική (transpulmonary) ή διατοιχωματική (transmural) κλίση πίεσης Σε σχέση με την ατμοσφαιρική πίεση (760mmHg) κατά την εισπνοή εκπνοή 13
Υπεζωκότας και μεσολόβιες σχισμές Το περισπλάγχνιο πέταλο του υπεζωκότα καταδύεται και επενδύει τις μεσολόβιες σχισμές μπορεί σε μια CXR να παρατηρήσετε πλευριτικό υγρό στη λοξή και οριζόντια μεσολόβια σχισμή Περισσότερα στοιχεία σχετικά με τραυματισμούς παθολογικές καταστάσεις του υπεζωκότα την W7 14
Το πόσο εύκολα αναπνέει κανείς αναφέρεται ως «Έργο της Αναπνοής» Έργο Δύναμη σε σχέση με τη διανυθείσα απόσταση Το έργο της αναπνοής σχετίζεται με: 1. Ενδοτικότητα (compliance) των πνευμόνων 2. Ενδοτικότητα του θωρακικού κλωβού 3. Αντίσταση (resistance) αεραγωγών 4. Αποδοτικότητα: Μυών Δομής θωρακικού κλωβού 15
Ενδοτικότητα και ελαστική επαναφορά (elastic recoil) Ενδοτικότητα Ορίζεται ως η μεταβολή του όγκου που παρατηρείται όταν ασκείται μια μονάδα πίεσης [η κλίση της καμπύλης P=f(V)] Π.χ. πόσο εύκολα κινείται ο πνεύμονας ή ο θώρακας όταν ασκείται κάποια δύναμη / πίεση επάνω τους Εκτασιμότητα ή διατασιμότητα (distensibility / stretchiness) Εκφράζεται σε λίτρα ανά kpa ή σε λίτρα ανά mmhg ή σε λίτρα ανά cmh 2 O Ελαστική επαναφορά Αντιστρόφως ανάλογη της ενδοτικότητας Όσο πιο δύσκολα εκπτύσσεται ο πνεύμονας τόσο πιο εύκολα επανέρχεται στο αρχικό του μέγεθος 16
1. Ενδοτικότητα πνεύμονα Ο βαθμός έκπτυξης των πνευμόνων ανά μονάδα της διαπνευμονικής πίεσης Εξαρτάται από: Ελαστικότητα των πνευμονικών ινών Επιφανειακή τάση στο εσωτερικό των πνευμόνων Ποια ουσία βοηθάει στην ενδοτικότητα; Όγκος του πνεύμονα Η ενδοτικότητα του πνεύμονα είναι ελάχιστη όταν ο πνεύμονας βρίσκεται σε πλήρη έκπτυξη ή σε πλήρη σύμπτυξη. 17
1. Ενδοτικότητα πνεύμονα (συνέχεια) πνευμονική ενδοτικότητα οφείλεται σε: Ίνωση των ελαστικών ινών Έλλειψη επιφανειοδραστικού παράγοντα π.χ. νεογνό με RDS σε πνευμονικό εμφύσημα (Αργότερα θα πούμε πώς γίνεται αυτό και ποιες οι συνέπειες για τον πνευμονικό αερισμό) 18
2. Ενδοτικότητα θωρακικού κλωβού Θωρακικός κλωβός πλευρές / θωρακικό τοίχωμα και διάφραγμα Επηρεάζεται από: Οστεοποίηση θωρακικού κλωβού Παχυσαρκία Μυϊκός τόνος και λειτουργία Σχήμα του θωρακικού κλωβού 19
3. Αντίσταση αεραγωγών Η αντίσταση στη ροή ενός αερίου / υγρού επηρεάζεται από: Διάμετρο των αεραγωγών κατά ½ της διαμέτρου x 16 φορές την αντίσταση Το μήκος των αεραγωγών Το ιξώδες (viscosity) του αερίου (ή του υγρού στην CVS φυσιολογία!) και Αν η ροή είναι στροβιλώδης (turbulent) ή ομαλή (laminar) Στους ενήλικες, η κύρια αντίσταση στη ροή είναι στους βρόγχους Στα μωρά είναι στα βρογχιόλια Σε ήρεμη αναπνοή, η ροή είναι στροβιλώδης στους κύριους βρόγχους και ομαλή στους μικρότερους βρόγχους και τα βρογχιόλια 20
Συνολικό αναπνευστικό έργο (WOB) Το έργο της αναπνοής είναι μια λειτουργία της: 1. Ενδοτικότητας των πνευμόνων 2. Ενδοτικότητας του θωρακικού κλωβού 3. Αντίστασης των αεραγωγών 4. Αποδοτικότητας των αναπνευστικών μυών 5. Δομής / μηχανικής του θωρακικού κλωβού Σκεφτείτε πώς σχετίζεται το WOB (1-5) με ασθενείς που έχουν αναπνευστική νόσο, δυσμορφία ή αναπνευστική δυσλειτουργία (π.χ. πονούν κατά την αναπνοή) 21
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 22
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.) 23