ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΑΝΑΠΝΕΥΣΤΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ

ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΑΝΑΠΝΕΥΣΤΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΙΩΑΝΝΑ ΔΗΜΟΠΟΥΛΟΥ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑΣ ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΕΚΠΑ

ΣΚΟΠΟΣ ΑΝΑΠΝΟΗΣ Παροχή οξυγόνου σε ιστούς Απομάκρυνση διοξειδίου άνθρακα από ιστούς

ΕΠΙΜΕΡΟΥΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ (1) Αερισμός πνευμόνων, διακίνηση αέρα μεταξύ ατμόσφαιρας και κυψελίδων (2) Διάχυση οξυγόνου και διοξειδίου άνθρακα μεταξύ κυψελίδων και αίματος (3) Μεταφορά αυτών πρός και από ιστούς (4) Ρύθμιση παραμέτρων αναπνοής

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΗΣ ΑΝΑΠΝΟΗΣ Οι πνεύμονες και το θωρακικό τοίχωμα είναι ελαστικές δομές. Ανάμεσά τους φυσιολογικά υπάρχει μόνο ένα μικρό στρώμα (υπεζωκότας).

Ενδοθωρακική πίεση (ενδο-υπεζωκοτική) Πίεση ανάμεσα στα δύο πέταλα υπεζωκότα (σπλαγχνικός, τοιχωματικός) Φυσιολογικά είναι ελαφρώς αρνητική λόγω της συνεχούς άντλησης υγρού από λεμφαγγεία

Ενδοθωρακική πίεση (ενδο-υπεζωκοτική) Κατά την έναρξη εισπνοής είναι -5 cm H 2 O Κατά την διάρκεια της εισπνοής ο θωρακικός κλωβός έλκει τους πνεύμονες με αποτέλεσμα η ενδοθωρακική πίεση να γίνεται ακόμα πιο αρνητική (-8 cm H 2 O) Κατά την εκπνοή οι μεταβολές αναστρέφονται

ΕΝΔΟΚΥΨΕΛΙΔΙΚΗ ΠΙΕΣΗ (ενδο-πνευμονική) Πίεση αέρα μέσα στις κυψελίδες Όταν γλωττίδα ανοιχτή χωρίς διακίνηση αέρα οι πιέσεις είναι παντού ίδιες σε όλο το αναπνευστικό ίσες με ατμοσφαιρική (0 cm H 2 O) Κατά την εισπνοή και για να προκληθεί ροή αέρα μέσα στους πνεύμονες, η πίεση γίνεται μικρότερη της ατμοσφαιρικής (-1 cm H 2 O)

ΕΝΔΟΚΥΨΕΛΙΔΙΚΗ ΠΙΕΣΗ (ενδο-πνευμονική) Αυτή η μικρή αρνητική πίεση επαρκεί για την μετακίνηση 0.5 lt αέρα Κατά την εκπνοή, η ενδοκυψελιδική πίεση αυξάνεται στο + 1 cm H 2 O και έτσι 0.5 lt αέρα αποβάλλεται από πνεύμονες

ΔΙΑΠΝΕΥΜΟΝΙΚΗ ΠΙΕΣΗ Η διαφορά ενδοκυψελιδικής και ενδοθωρακικής πίεσης Μέτρο ελαστικών δυνάμεων πνευμόνων, τείνει να προκαλέσει σύμπτυξη πνευμόνων για κάθε βαθμό έκπτυξης, είναι δηλ. πίεση επαναφοράς

ΕΝΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ Βαθμός έκπτυξης πνευμόνων ανά μονάδα αύξησης της διαπνευμονικής πίεσης Φυσιολογικά, η ενδοτικότητα των δύο πνευμόνων είναι 200 ml/cmh 2 O

ΕΝΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ Εξαρτάται από (1) τις ελαστικές δυνάμεις του πνευμονικού ιστού (κολλαγόνο παρεγχύματος) (2) τις ελαστικές δυνάμεις που οφείλονται στην επιφανειακή τάση του υγρού που επαλείφει την έσω επιφάνεια κυψελίδων

ΕΝΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ ελαστικές δυνάμεις πν. ιστού

ΕΝΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ επιφανειακή τάση Όταν το υγρό σχηματίζει μια επιφάνεια επαφής με τον αέρα, μεταξύ των μορίων του υγρού που βρίσκονται στην επιφάνεια του ασκείται ισχυρή έλξη. Το αποτέλεσμα είναι ότι η επιφάνεια του υγρού τείνει να συστέλλεται.

ΕΝΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ επιφανειακή τάση Η υδάτινη επιφάνεια που επαλείφει εσωτερικά τις κυψελίδες έρχεται σε επαφή με τον κυψελιδικό αέρα. Αυτή η επαφή αέρα υγρού δημιουργεί το φαινόμενο της επιφανειακής τάσης.

ΕΝΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ επιφανειακή τάση Η επιφανειακή τάση στους πνεύμονες έχει ως συνέπεια την αποβολή αέρα από κυψελίδες, και την σύμπτωση των κυψελίδων.

ΕΝΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ επιφανειακή τάση Η πίεση διάτασης (P) που απαιτείται για να υπάρχει ισορροπία ανάμεσα στην επιφανειακή τάση (Τ) που ευοδώνει την σύμπτωση των κυψελίδων και την έκπτυξη αερίου μέσα στην κυψελίδα με ακτίνα r καθορίζεται από το νόμο του Laplace.

ΕΝΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ επιφανειακή τάση Νόμος Laplace P διάτασης = 2 Χ Τ (επιφανειακή τάση) r (ακτίνα κυψελίδας)

ΕΝΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ επιφανειοδραστικός παράγων Η παρουσία του επιφανειοδραστικού παράγοντα στις κυψελίδες έχει ως αποτέλεσμα την ελάττωση της επιφανειακής τάσης του υγρού στο τοίχωμα των κυψελίδων.

ΕΝΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ επιφανειοδραστικός παράγων

ΟΙ ΑΝΑΠΝΕΥΣΤΙΚΟΙ ΜΥΕΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΕΙΣΠΝΟΗ ΚΑΙ ΕΚΠΝΟΗ Οι πνεύμονες εκπτύσσονται και συμπτύσσονται με δύο τρόπους (1)Με την κάθοδο και άνοδο διαφράγματος (επιμήκυνση / βράχυνση θωρακικής κοιλότητας) (2) Με την ανύψωση και κάθοδο των πλευρών (αύξηση / ελάττωση προσθοπίσθιας διαμέτρου θωρακικής κοιλότητας)

ΟΙ ΑΝΑΠΝΕΥΣΤΙΚΟΙ ΜΥΕΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΕΙΣΠΝΟΗ ΚΑΙ ΕΚΠΝΟΗ Υπό ήρεμες / φυσιολογικές συνθήκες η αναπνοή επιτελείται με τον πρώτο τρόπο, δηλ. με την κίνηση του διαφράγματος Κατά την εισπνοή, με τη σύσπαση του διαφράγματος, η κάτω επιφάνεια των πνευμόνων έλκεται προς τα κάτω

ΟΙ ΑΝΑΠΝΕΥΣΤΙΚΟΙ ΜΥΕΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΕΙΣΠΝΟΗ ΚΑΙ ΕΚΠΝΟΗ Κατά την εκπνοή, το διάφραγμα χαλαρώνει, οπότε η ελαστική επαναφορά των πνευμόνων, του θωρακικού τοιχώματος και των ενδοκοιλιακών οργάνων συμπιέζουν τους πνεύμονες

ΟΙ ΑΝΑΠΝΕΥΣΤΙΚΟΙ ΜΥΕΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΕΙΣΠΝΟΗ ΚΑΙ ΕΚΠΝΟΗ ΕΠΙΚΟΥΡΙΚΟΙ ΕΙΣΠΝΕΥΣΤΙΚΟΙ ΜΥΕΣ Έξω μεσοπλεύριοι (ανύψωση υπεζ. κοιλότητας) Στερνοκλειδομαστοειδείς (ανύψωση στέρνου) Πρόσθιοι οδοντωτοί (ανύψωση πλευρών) Σκαληνοί (ανύψωση δύο πρώτων πλευρών)

ΟΙ ΑΝΑΠΝΕΥΣΤΙΚΟΙ ΜΥΕΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΕΙΣΠΝΟΗ ΚΑΙ ΕΚΠΝΟΗ ΕΠΙΚΟΥΡΙΚΟΙ ΕΚΠΝΕΥΣΤΙΚΟΙ ΜΥΕΣ Ορθοί κοιλιακοί (έλκουν τις κατώτερες πλευρές, ασκούν πίεση στα σπλάγχνα) Έσω μεσοπλεύριοι (έλκουν θωρακικό κλωβό)

ΟΙ ΑΝΑΠΝΕΥΣΤΙΚΟΙ ΜΥΕΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΕΙΣΠΝΟΗ ΚΑΙ ΕΚΠΝΟΗ

ΠΝΕΥΜΟΝΙΚΟΙ ΟΓΚΟΙ - ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΕΣ

ΠΝΕΥΜΟΝΙΚΟΙ ΟΓΚΟΙ Αναπνεόμενος όγκος όγκος εισπνεόμενου / εκπνεόμενου αέρα σε κάθε αναπνευστική κίνηση κατά την ήρεμη αναπνοή 500 ml

ΠΝΕΥΜΟΝΙΚΟΙ ΟΓΚΟΙ Εισπνευστικός εφεδρικός όγκος Ο μέγιστος επιπλέον όγκος αέρα που μπορεί να εισπνευστεί, πέραν του αναπνεόμενου όγκου αέρα 3.000 ml

ΠΝΕΥΜΟΝΙΚΟΙ ΟΓΚΟΙ Eκπνευστικός εφεδρικός όγκος Ο μέγιστος επιπλέον όγκος αέρα που μπορεί να εκπνευστεί με τη μεγίστη βίαιη εκπνευστική κίνηση, πέραν της φυσιολογικής εκπνοής 1.000 ml

ΠΝΕΥΜΟΝΙΚΟΙ ΟΓΚΟΙ Υπολειπόμενος όγκος Όγκος του αέρα που παραμένει στους πνεύμονες και μετά την εκτέλεση της μέγιστης δυνατής εκπνοής 1.200 ml

ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΕΣ ΠΝΕΥΜΟΝΩΝ ΑΘΡΟΙΣΜΑ ΔΥΟ Η ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΩΝ ΟΓΚΩΝ

ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΕΣ ΠΝΕΥΜΟΝΩΝ Εισπνευστική χωρητικότητα Αναπνεόμενος όγκος + εισπνευστικός εφεδρικός όγκος Ποσό αέρα που κάτομο μπορεί να εισπνεύσει από το τέλος ήρεμης εκπνοής μέχρι τη μέγιστη δυνατή εισπνοή

ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΕΣ ΠΝΕΥΜΟΝΩΝ Λειτουργική υπολειπόμενη χωρητικότητα Εκπνευστικός εφεδρικός όγκος + εφεδρικός όγκος Είναι ο όγκος του αέρα που παραμένει στους πνεύμονες μετά την εκπνοή κατά την ήρεμη αναπνοή

ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΕΣ Ζωτική χωρητικότητα ΠΝΕΥΜΟΝΩΝ Εισπνευστικός εφεδρικός όγκος + αναπνεόμενος όγκος + εκπνευστικός εφεδρικός όγκος Είναι η μέγιστη ποσότητα αέρα που μπορεί να εκπνευστεί μετά από πλήρη διάταση του πνεύμονα ή μετά από μια μέγιστη εκπνευστική προσπάθεια

ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΕΣ ΠΝΕΥΜΟΝΩΝ Ολική πνευμονική χωρητικότητα Ζωτική χωρητικότητα + υπολειπόμενος όγκος Ο μέγιστος βαθμός έκπτυξης των πνευμόνων ύστερα από μια έντονη εισπνευστική προσπάθεια

ΠΝΕΥΜΟΝΙΚΟΙ ΟΓΚΟΙ ΚΑΙ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΕΣ

ΠΝΕΥΜΟΝΙΚΟΙ ΟΓΚΟΙ Σπιρομέτρηση Καταγραφή όγκου αέρα που εισέρχεται και εξέρχεται από τους πνεύμονες

ΣΠΙΡΟΜΕΤΡΗΣΗ Κρατώντας το σπιρόμετρο θα πρέπει: 1. Να εισπνεύσετε όσο πιο βαθειά γίνεται, 2. Να φυσήξετε δυνατά τον αέρα όσο πιο γρήγορα γίνεται, 3. Να συνεχίσετε το φύσημα μέχρι να αδειάσουν οι πνεύμονες σας και ο γιατρός σας πει να σταματήσετε, συνήθως μετά από 6 δευτερόλεπτα. Στο διάστημα αυτό δεν πρέπει να εισπνεύσετε. Για να είναι σωστή η εξέταση πρέπει να την επαναλάβετε δύο-τρείς φορές ώστε να έχουμε ακριβή αποτελέσματα.

FORCED VITAL CAPACITY (FVC) = Βίαιη ζωτική χωρητικότητα. Είναι ο μέγιστος όγκος αέρα που μπορεί να εκπνευστεί μετά από μια μέγιστη εισπνευστική προσπάθεια. Χρησιμοποιείται στην κλινική πράξη ως δείκτης της πνευμονικής λειτουργίας. FORCED EXPIRATORY VOLUME IN 1 SECOND (FEV1) = Βιαίως εκπνεόμενος όγκος σε ένα δευτερόλεπτο. Είναι το ποσοστό της ζωτικής χωρητικότητας που εκπνέεται κατά το πρώτο δευτερόλεπτο μιας βίαιης εκπνοής. Ο λόγος FEV1/FVC είναι χρήσιμο εργαλείο για την για την αναγνώριση των παθήσεων των αεραγωγών.

ΣΠΙΡΟΜΕΤΡΗΣΗ

ΑΝΤΑΛΛΑΓΗ ΑΕΡΙΩΝ ΣΤΟΥΣ ΠΝΕΥΜΟΝΕΣ (ΔΙΑΧΥΣΗ)

ΔΙΑΧΥΣΗ ΑΕΡΙΩΝ Η μετακίνηση τόσο του Ο2 όσο και του CΟ2 μέσω του κυψελιδικού φραγμού προς την κυκλοφορία πραγματοποιείται με απλή διάχυση.

ΔΙΑΧΥΣΗ ΑΕΡΙΩΝ Η τυχαία κίνηση των μορίων προκαλεί τη μετακίνησή τους από μία περιοχή υψηλής συγκέντρωσης προς μία περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης. Η διαδικασία αυτή είναι ένα παθητικό φαινόμενο και επομένως δεν απαιτεί την κατανάλωση ενέργειας.

ΔΙΑΧΥΣΗ ΑΕΡΙΩΝ Οι πνεύμονες έχουν μεγάλη σε έκταση και με ελάχιστο πάχος αναπνευστική μεμβράνη.

ΔΙΑΧΥΣΗ ΑΕΡΙΩΝ Ο σχηματισμός αυτός αποτελεί εργαλείο που διευκολύνει τη μετακίνηση των αναπνευστικών αερίων εκατέρωθεν αυτού. Πάχος μεμβράνης: 0,3μm. Εκταση μεμβράνης: 80-100m2.

ΔΙΑΧΥΣΗ ΑΕΡΙΩΝ Η διάχυση του Ο2 και του CΟ2 εκατέρωθεν της αναπνευστικής μεμβράνης υπόκεινται στο νόμο του Fick:

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ FICK Το ποσό του αερίου που διέρχεται στη μονάδα του χρόνου, μέσω διάχυσης, μέσω λεπτής μεμβράνης, είναι ανάλογο της έκτασης της μεμβράνης και της διαφοράς μερικής πίεσης του αερίου εκατέρωθεν αυτής και αντιστρόφως ανάλογο του πάχους της μεμβράνης.

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ FICK

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ FICK V=A/T x d x (P1-P2) V=όγκος αεριου που περνα από μεμβρανη στη μοναδα χρονου Α=εκταση μεμβρανης Τ=παχος μεμβρανης d=συντελεστης διαλυτοτητας

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ FICK (απλοποιημένη μορφή): V= DL x (P1-P2) DL=V/P1-P2 V: όγκος του αερίου, DL: ικανότητα διάχυσης P1-P2 : διαφορά μερικής πίεσης εκατέρωθεν της μεμβράνης

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ FICK DL: ικανότητα διάχυσης. Επηρεάζεται από τα: 1.Τα φυσικά χαρακτηριστικά του αερίου, 2.Τα φυσικά χαρακτηριστικά της μεμβράνης.

DL: ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΔΙΑΧΥΣΗΣ Δύο ιδιότητες των αερίων συμβάλλουν στην DL: 1.Το μοριακό βάρος του αερίου (MW), 2.Η διαλυτότητα του αερίου στο νερό(s). Η κινητικότητα του αερίου ελαττώνεται καθώς αυξάνει το μοριακό του βάρος. Αέρια με πτωχή διαλυτότητα έχουν επίσης πτωχή διάχυση μέσω του κυψελιδικού τοιχώματος.

DL: ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΔΙΑΧΥΣΗΣ Δύο ιδιότητες της μεμβράνης συνεισφέρουν στην DL: 1.Η επιφάνεια της μεμβράνης (A). 2.Το πάχος της μεμβράνης (a).

DL: ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΔΙΑΧΥΣΗΣ Η καθαρή ροή του αερίου είναι ανάλογη με την επιφάνεια του φραγμού και περιγράφει την πιθανότητα να συγκρουστεί ένα μόριο του αερίου με τη μεμβράνη. Όσο πιο παχύ είναι το τοίχωμα της μεμβράνης, τόσο μικρότερη είναι η διαβάθμιση της μερικής πίεσης του αερίου κατά μήκος της μεμβράνης.

ΠΡΟΣΛΗΨΗ Ο2 ΚΑΤΑ ΜΗΚΟΣ ΤΟΥ ΠΝΕΥΜΟΝΙΚΟΥ ΤΡΙΧΟΕΙΔΟΥΣ Η μεταφορά του Ο2 από τον κυψελιδικό αέρα στην κυκλοφορία απαιτεί τη διάχυση του Ο2 κατά μήκος ή μέσω:

ΠΡΟΣΛΗΨΗ Ο2 ΚΑΤΑ ΜΗΚΟΣ ΤΟΥ ΠΝΕΥΜΟΝΙΚΟΥ ΤΡΙΧΟΕΙΔΟΥΣ 1.Των δύο μεμβρανών και του κυτταροπλάσματος των κυψελιδικών πνευμονοκυττάρων τύπου Ι, 2.Του διάμεσου ιστού (συμπεριλαμβανομένων των βασικών μεμβρανών κυψελίδων και τριχοειδών), 3.Των δύο μεμβρανών και του κυτταροπλάσματος των τριχοειδικών ενδοθηλιακών κυττάρων, 4.Του πλάσματος και 5.Της μεμβράνης και του κυτταροπλάσματος του ερυθροκυττάρου και τέλος 6.Τη σύνδεση με την αιμοσφαιρίνη.

ΠΡΟΣΛΗΨΗ Ο2 ΚΑΤΑ ΜΗΚΟΣ ΤΟΥ ΠΝΕΥΜΟΝΙΚΟΥ ΤΡΙΧΟΕΙΔΟΥΣ Ο χρόνος που απαιτείται για να ολοκληρωθούν οι παραπάνω διεργασίες είναι 0,25 δευτερόλεπτα. Αναλυτικότερα, ο χρόνος που απαιτείται για τη δίοδο του Ο2 δια της τριχοειδικής μεμβράνης είναι 0,05 δευτερόλεπτα, ενώ απαιτούνται 0,20 δευτερόλεπτα για την ένωση του Ο2 με την αιμοσφαιρίνη.

ΔΙΑΧΥΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΠΝΕΥΜΟΝΩΝ Αρχικά, για τη μέτρηση της διαχυτικής ικανότητας χρησιμοποιήθηκε το Ο2.

ΔΙΑΧΥΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΠΝΕΥΜΟΝΩΝ Η πραγματοποίηση μίας τέτοιας μέτρησης ήταν εξαιρετικά δύσκολη από τεχνική άποψη(η τριχοειδική πίεση αλλάζει καθώς το αίμα μετακινείται από τη φλεβική προς την αρτηριακή ροή, ο ρυθμός της ανταλλαγής ποικίλει μεταξύ των διάφορων περιοχών του πνεύμονα λόγω των τοπικών αναλογιών αερισμού/αιμάτωσης).

ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ (CO) Οι παραπάνω δυσκολίες μπορούν να αντιμετωπισθούν με την αντικατάσταση του οξυγόνου από μονοξείδιο του άνθρακα (CO). Η μέτρηση της ικανότητας διάχυσης του μονοξειδίου του άνθρακα είναι πολύ πιο εύκολη και παρουσιάζει μεγάλη αντιστοιχία με τη διάχυση του οξυγόνου.

ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ (CO) Το μονοξείδιο του άνθρακα είναι το αέριο που κυρίως χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της διαχυτικής ικανότητας γιατί η μέση μερική πίεσή του στα πνευμονικά τριχοειδή είναι πρακτικά μηδέν (προσοχή στους καπνιστές).

Το CO προσλαμβάνεται από την αιμοσφαιρίνη των ερυθρών αιμοσφαιρίων σε τόσο υψηλό ποσοστό, που η μερική πίεση του CO στα τριχοειδή παραμένει πολύ μικρή και η ισορροπία δεν επιτυγχάνεται σε 0,75s. Γι αυτό η μεταφορά του CO δεν περιορίζεται από την αιμάτωση σε ηρεμία, αλλά είναι περιορισμένη λόγω της διάχυσης. Το Ο 2 έχει συμπεριφορά ενδιάμεση από το Ν 2 Ο και το CO. Προσλαμβάνεται από την αιμοσφαιρίνη, αλλά σε μικρότερο βαθμό από το CO και ισορροπεί με το τριχοειδικό αίμα σε 0,3s. Έτσι η πρόσληψή του υφίσταται περιορισμό λόγω αιμάτωσης.

Κυψελιδοτριχοειδική μεμβράνη

Φυσιολογική κ/τ μεμβράνη

Πεπαχυσμένη κ/τ μεμβράνη

κ/τ μεμβράνη ΗΜ