Fiziologija dišnog sustava

Izvor: Anestezija .org

Sadržaj 1 Plućna ventilacija 2 Mehanika disanja 3 Popustljivost pluća 4 Otpor u dišnim putovima 5 Površinska napetost 6 Dišni rad 7 Plućni volumeni 8 Plućni kapaciteti 9 Dinamički plućni volumeni i protoci 10 Minutni volumen disanja 11 Alveolarna ventilacija 12 Vremenska konstanta 13 Alveolarna jednadžba 14 Izmjena plinova u plućima 14.1 Odnos ventilacije i perfuzije 14.2 Venska primjesa 15 Parcijalni tlak kisika u arterijskoj krvi 16 Parcijalni tlak kisika u miješanoj venskoj krvi 17 Parcijalni tlak ugljičnog dioksida

Plućna ventilacija

• osnovna funkcija pluća je izmjena plinova, kisika i ugljičnog dioksida, između atmosfere i i krvi
• površina respiracijske membrane iznosi 50 - 100 m²
• organizam ima mali kapacitet pohrane kisika, već nakon 90 sekundi utroše se sve zalihe kisika

Proces izmjene plinova može se podijeliti u četiri dijela:

1. plućna ventilacija
2. difuzija respiracijskih plinova između alveola i krvi
3. transport plinova krvlju i tjelesnim tekućinama do stanica i od njih
4. regulacija disanja

Mehanika disanja

Glavni inspiracijski mišići:

• ošit
• vanjski međurebreni mišići

Glavni ekspiracijski mišići:

• trbušni mišići
• unutarnji međurebreni mišići

Za vrijeme inspirija

• tlak u alveolama je niži od atmosferskog
• iznosi -3 do -5 cmH₂O
• gradijent tlaka uzrokuje strujanje zraka dišnim putovima do alveola

U ekspiriju

• tlak u alveolama je viši od atmosferskog
• iznosi oko 3 cmH₂O
• gradijent tlaka uzrokuje strujanje zraka dišnim putovima prema van

Pluća neprestano teže kolapsu i odvajanju od torakalne stijenke. To je uzrokovano:

• površinskom napetošću tekućine koja oblaže alveole
• napetošću elastičnih vlakana u plućima
• ukupna tendencija pluća da kolabiraju može se mjeriti vrijednošću negativnog tlaka u intrapleuralnom prostoru, koji je potreban da spriječi kolaps pluća
  • normalna vrijednost mu je -4 cmH₂O

Popustljivost pluća

• pluća su viskozno-elastične građe
• dio rada potrebnog za disanje troši se rastezanje elastičnih struktura pluća i prsnog koša
• Popustljivost je porast plućnog volumena po jedinici porasta intraalveolarnog tlaka
• statička popustljivost mjeri se kad nema protoka
• dinamička popustljivost mjeri se za vrijeme disanja
• u kliničkoj praksi mjeri se ukupna popustljivost pluća i prsnog koša
  • normalno iznosi 0.1 L/cmH₂O

Otpor u dišnim putovima

R = ΔP/V = 8ηl/πr4

V = brzina protjecanja ΔP = promjena tlaka η = viskoznost plina l = duljina duljina cijevi r = polumjer cijevi

Otpor u dišnim putovima ovisi o:

• vrsti protoka (laminaran ili turbulentan)
  • U velikim dišnim putovima protok je turbulentan
  • u malim dišnim putovima protok je laminaran
• veličini protoka
• polumjeru dišnih putova

Normalno otpor u dišnim putovima iznosi 0.5 - 2 cm H₂O/L/s

Površinska napetost

• surfaktant je lipoproteinska tvar koja smanjuje površinsku napetost
• smanjuje tendenciju alveola da kolabiraju
• omogućuje lakše rastezanje pluća
• smanjuje dišni rad
• bez njega bi tlak u malim alveolama bio tako velik da bi se one ispraznile u veće alveole

Laplaceova jednadžba:

P = 2T/R

Prema Laplaceovoj jednadžbi:

• kako se smanjuje promjer alveola, tako raste tlak unutar njih
• to dovodi do protoka plinova iz manjih alveola u veće (iz područja višeg tlaka u područje nižeg)
• da nema surfaktanta, male alveole bi potpuno kolabirale
• kako se smanjuje promjer alveola, tako se povećava koncentracija surfaktanta koji oblaže njihovu površinu i pojačava se njegovo djelovanje na smanjenje površinske napetosti
• na taj način surfaktant stabilizira plućne alveole

Dišni rad

Prilikom disanja energija se troši na:

• svladavanje elastičnog otpora pluća
• svladavanje viskoznosti
• svladavanje otpora u dišnim putovima

Normalno na rad disanja otpada 2 - 3% ukupne potrošnje kisika Može biti i veći od 30% ukupne potrošnje kisika kod:

• smanjene plućne popustljivosti
• povećanog otpora u dišnom putovima
• pri smanjenoj plućnoj popustljivosti plitko i ubrzano disanje smanjuje dišni rad
• kod opstruktivnih poremećaja duboko i sporo disanje smanjuje dišni rad

Plućni volumeni

• TV - respiracijski volumen (tidal volume)
  • volumen zraka koji se udahne i izdahne svakom respiracijom
  • približno, kod odraslog iznosi 500 ml (7 ml/kg)
• IRV - inspiracijski rezervni volumen
  • volumen zraka koji možemo udahnuti povrh normalnog respiracijskog volumena
  • približno 3000 ml
• ERV - ekspiracijski rezervni volumen
  • volumen koji se može forsirano izdahnuti nakon normalnog izdaha
  • približno 1100 ml
• RV - rezidualni volumen
  • volumen zraka koji ostaje u plućima i nakon forsiranog izdaha
  • prosječno 1200 ml
  • omogućuje da zrak u alveolama ostane u stalnom kontaktu s krvlju između udaha
  • da nema rezidualnog volumena, koncentracija plinova u krvi bi jako varirala prilikom svake inspiracije

Plućni kapaciteti

• kombinacija dvaju ili više volumena
• VC - vitalni kapacitet
  • IRV + ERV + TV
  • 65 - 75 ml/kg
• FRC - funkcionalni rezidualni kapacitet
  • ERV + RV
  • količina zraka koja ostaje u plućima nakon normalnog izdisaja
  • normalno oko 2300 ml
  • o njemu ovisi ukupna zaliha kisika u organizmu
  • za vrijeme apneje ta zaliha iznosi
    • FiO₂ * FRC = 2300 * 0.21 = 480 ml
    • kod udisanja čistog kisika iznosi 2300 ml
    • u tom slučaju hipoksemija nastaje nakon 4 - 5 min
• TLC - ukupni kapacitet pluća
  • maksimalni volumen do kojeg se pluća mogu raširiti
  • oko 5800 ml

Dinamički plućni volumeni i protoci

• odražavaju promjer i cjelovitost dišnih putova
• mjere se volumeni i kapaciteti u jedinici vremena
• FVC - forsirani vitalni kapacitet
  • VC uz brzi, forsirani, puni izdisaj
• FEV₁ - forsirani izdahnuti volumen u prvoj sekundi
  • normalno iznosi više od 75% FVC-a
  • omjer FEV₁/FVC govori o stupnju opstrukcije u dišnim putovima
  • nije dovoljno osjetljiv za utvrđivanje ranih opstruktivnih promjena na malim dišnim putovima
• PEF - vršni ekspiracijski protok
  • maksimalni volumen zraka izdahnut u jedinici vremena
  • normalno je veći od 200 L/min
  • pokazatelj je učinka bronhodilatatorne terapije u astmi
• krivulja protok volumen
  • ispisuje se usporednim mjerenjem volumena i protoka tijekom maksimalnog udisaja i forsiranog izdisaja
  • odražava stanje plućnih volumena i dišnih putova tijekom čitavog resp. ciklusa
• CV - volumen zatvaranja
  • volumen pri kojem zbog porasta pleuralnog tlaka i povećanja tlačenja plućnog tkiva u donjim dijelovima pluća dolazi do zatvaranja malih dišnih putova
  • izražava se kao postotak VC-a
• CC - kapacitet zatvaranja malih dišnih putova
  • CV + RV
• odnos FRC i CC određuje stanje svake plućne jedinice
• normalno se CC nalazi ispod FRC
• s godinama se CC povećava
• iznad 65. godine je jednak ili veći od FRC

Minutni volumen disanja

• količina novog zraka koja u svakoj minuti dospije u dišne putove
• približno 70 ml/kg
• TV * frekvencija disanja

Alveolarna ventilacija

• dio minutnog volumena koji sudjeluje u izmjeni plinova
• jednaka je minutnom volumenu minus mrtvi prostor
• anatomski mrtvi prostor
  • iznosi oko 2 ml/kg
  • čine ga gornji dišni putovi i bronhioli do 17 generacije
• alveole koje nisu perfundirane čine alveolarni mrtvi prostor
• fiziološki mrtvi prostor je zbroj jednog i drugog
• može se izračunati modificiranom Bohrovom jednadžbom

VD = TV*(PaCO2-PECO2)/PaCO2

• kod normalne plućne funkcije oko 2/3 svakog udaha sudjeluje u izmjeni plinova
• mrtvi prostor normalno čini trećinu respiracijskog volumena

Vremenska konstanta

• u normalnim plućima postoji razlika u popustljivosti i otporu među pojedinim dijelovima pluća
• zbog toga se neke alveole dulje pune, a neke se već prazne za vrijeme dok se druge pune tijekom udaha
• kod strojne ventilacije, primjena PEEP-a nije preporučena u svih bolesnika upravo zbog različite vremenske konstante pojedinih dijelova pluća

Alveolarna jednadžba

Koncentracija plinova u alveolarnom zraku nije jednaka atmosferskom zraku.

• prilikom svakog udisaja alveolarni zrak se samo djelomično nadomješta atmosferskim
• kisik neprestano difundira iz alveola u krv
• ugljični dioksid neprestano difundira u suprotnom smjeru
• prolaskom kroz dišne putove atmosferski zrak se ovlaži prije dolaska u alveole
• tlak vodene pare pri 37^o iznosi 47 mmHg

Alveolarni parcijalni tlak kisika može se izračunati pomoću alveolarne jednadžbe:

PAO2 = FiO2 * PB - PaCO2/RQ

FiO₂ - parcijalni tlak kisika u udahnutom zraku PB - atmosferski tlak RQ - respiracijski kvocijent

• omjer stvorenog CO₂ prema utrošenom O₂
• RQ = 200ml/250ml = 0.825

Približna vrijednost PAO₂ u mmHg dobije se množenjem FiO₂ brojem 6.

Izmjena plinova u plućima

• kad bi funkcija pluća bila idealna, arterijski parcijalni tlak kisika bio bi jednak alveolarnom
• u normalnim plućima postoji alveolo-arterijska razlika u parcijalnom tlaku kisika
• označava se P_A-aO₂
• normalno iznosi manje od 2 kPa (manje od 15 mmHg)
• povećava se s godinama

Odnos ventilacije i perfuzije

• alveolarna ventilacija i plućna perfuzija nisu ravnomjerno raspoređene u svim dijelovima pluća zbog utjecaja gravitacije
• govorimo o odnosu ventilacije i perfuzije (V/Q)
• gornji dijelovi pluća su dobro ventilirani, a slabije perfundirani
• u donjim dijelovima je obrnuto

Prema V/Q omjeru pluća možemo podijeliti u 3 zone (Westove zone)

1. zona alveolarnog mrtvog prostora
   • alveolarni tlak okludira plućne kapilare i nema perfuzije
   • gornji dijelovi pluća
2. zona idealnog omjera
   • protok kroz plućne kapilare je intermitentan i varira s respiracijom
3. zona venske primjese
   • perfuzija nadilazi ventilaciju

Venska primjesa

• ona količina minutnog volumena srca koja prolazi kroz plućne kapilare neoksigenirana
• smanjuje parcijalni tlak kisika u arterijskoj krvi
• izražava se kao postotak srčanog minutnog volumena
• normalna venska primjesa iznosi manje od 5%
• nastaje zbog
  • priljeva venske krvi iz bronhalnih vena koje su dio sistemske cirkulacije
  • utoka tabesianovih vena (vv. cordis minimae) direktno u lijevo srce

Parcijalni tlak kisika u arterijskoj krvi

• normalno 8 - 12,7 kPa (60 - 95 mmHg)
• normalna vrijednost u odnosu na dob

PaO2 (u mmHg) = 109 - 0.43*godine

Parcijalni tlak kisika u miješanoj venskoj krvi

• normalno 5.3 kPa (40 mmHg)

Parcijalni tlak ugljičnog dioksida

• u miješanoj venskoj krvi normalno iznosi 6.1 kPa (46 mmHg)
  • rezultat je miješanja krvi pristigle iz različitih tkiva
• parcijalni tlak ugljičnog dioksida u arterijskoj krvi, PaCO₂ odgovara tlaku u plućnim kapilarama, odnosno alveolama
  • normalna vrijednost 5.3 kPa 40 mmHg
• u praksi pratimo ETCO₂
  • njegov odnos prema PaCo₂ je konstantan
  • razlika iznosi manje od 0.75 kPa (5 mmHg)
  • razlika nastaje zbog razrjeđenja izdahnutog zraka zrakom iz mrtvog prostora
• za razliku od kisika, u organizmu je pohranjeno približno 120 L ugljičnog dioksida
• nakon poremećaja stvaranja ili eliminacije ugljičnog dioksida potrebno je da prođe 20 - 30 min. do povratka ravnoteže