Oddychanie wyklad fizjologia.doc

Oddychanie (respiracja) – wymiana gazowa 02 i CO2 pomiędzy organizmem a jego środowiskiem.

Oddychanie zewnętrzne ( płucne) – pobieranie 02 i usuwanie C)2 z całego organizmu

Oddychanie wewnętrzne (komórkowe)- wykorzystywanie 02 i wytwarzanie CO2 przez komórkę oraz wymiana gazowa pomiędzy komórkami a ich płynnym otoczeniem.
Komórki potrzebują tlenu z otoczenia do produkcji ATP w procesie utleniania komórkowego.  Końcowym produktem utleniania komórkowego jest CO2, który musi być usunięty ze środowiska aby zapobiec jego toksycznemu działaniu.
Oddychanie komórkowe- utlenianie związków organicznych ( glukozy) w wyniku którego uwalnia się energia (ATP) i powstaje CO2. W procesie tym O2 służy jako ostateczny akceptor elektronów w systemie przenoszenia elektronów (łańcuch oddechowy, mitochondria)

Wymiana gazów zachodzi w wyniku dyfuzji.
- Dyfuzja ruch cząsteczek z kierunku o wyższym stężeniu do regionu o niższym stężeniu w celu osiągnięcia stanu równowagi.

Oddychanie zewnętrzne stanowi wymiana gazów pomiędzy:
- powietrzem atmosferycznym a pęcherzykami płucnymi
- pęcherzykami płucnymi a osoczem krwi
- osoczem krwi a krwinkami czerwonymi
Ten etap zachodzi w płucach

Fizyczne procesy zachodzące podczas wymiany gazowej. Właściwości gazów:
Zawartość tlenu w powietrzu jest 20 razy większa niż w wodzie.Dyfuzja O2 jest 8000 razy szybsza w powietrzu.
Zawartość tlenu w powietrzu zależy od ciśnienia atmosferycznego i zmniejsza się wraz ze wzrostem wysokości.

Ciśnienie parcjalne –ciśnienie wywierane przez dowolny gaz w mieszaninie gazów jest równe ciśnieniu całkowitemu pomnożonemu przez ułamek jaki reprezentuje gaz w całkowitej objętości.

Ciśnienie parcjalne tlenu na poziomie morza wynosi 760mm Hg x 30,9 = 159mm Hg
Ciśnienie parcjalne tlenu na szczycie Mt. Everest wynosi 50mm Hg

Wymiana gazowa między płucami a krwią oraz między krwią i tkankami przebiega na zasadzie dyfuzji.
Ciśnienie parcjalne CO2 w powietrzu wynosi 0,3 mm Hg a w płucach 40mm Hg, co sprzyja wydalaniu CO2 z organizmu.
Ciśnienie parcjalne O2 w powietrzu wynosi 159mm Hg a w płucach 100mm Hg, co sprzyja wprowadzaniu O2 do organizmu.

Fizyczne procesy zachodzące podczas wymiany gazowej.
Prawo dyfuzji Ficka :

                           Q=DA (P1-P2/L)
Q – szybkość z jaką substancje dyfundują pomiędzy dwoma miejscami.
D – współczynnik dyfuzji
A – powierzchnia przekroju poprzecznego przez którą substancje dyfundują
P1 i P2 ciśnienie parcjalne gazu w dwóch różnych miejscach
L – odległość pomiędzy dwoma różnymi miejscami
Zwiększenie powierzchni wymiany gazów lub różnicy ciśnienia parcjalnego ma największy wpływ na intensyfikację oddychania.
Płuca człowieka są rozgałęzione i podzielone aby zwiększyć powierzchnię i elastyczne aby zapobiec rozdęciom i wypuszczeniem powietrza.

Zwiększenie szybkości dyfuzji przez błony komórkowe można osiągnąć ;
- zmniejszenie grubości błony komórkowej (przegrody) skraca się droga dyfuzji L.
- wentylacja dostarcza świeżego powietrza z dużą zawartością tlenu a niską dwutlenku węgla.
- przenikanie do systemu krążenia pozwala utrzymać niskie stężenie tlenu i wysokie stężenie dwutlenku węgla na wewnętrznych powierzchniach wymiany.

Powierzchnia płuc ludzkich jest bardzo duża ( kort tenisowy) a droga dyfuzji bardzo krótka.

Budowa układu oddechowego człowieka
Drogi oddechowe prowadzą powietrze do płuc
górne drogi oddechowe: nozdrza, jama nosowa, gardziel- filtrowanie, zwilżenie i ogrzanie powietrza
dolne drogi oddechowe: krtań(nagłośnia- ochrona dróg oddechowych przed dostaniem się pokarmu) i tchawica, oskrzela, oskrzeliki.

Płuca – wymiana gazowa.

Pompa – wentylacja płuc: klatka piersiowa, mięśnie oddechowe, okolice w mózgowiu kontrolujące mięśnie oraz drogi i nerwy łączące mózgowie z mięśniami.
U ludzi występuje 300 milionów pęcherzyków płucnych, a 70m2 wynosi całkowita powierzchnia ścian pęcherzyków pozostających w kontakcie z naczyniami włosowatymi.

Drogi oddechowe śródpłucne
Pomiędzy tchawicą a pęcherzykami płucnymi drogi oddechowe dzielą się 23 razy, zwiększając całkowitą powierzchnię  przekroju poprzecznego.
Tchawica i oskrzela są wyścielone nabłonkiem urzęsionym w którym występują komórki śluzowe i surowicze.
- śluz zapobiega wysychaniu komórek, wychwytuje wdychane substancje stałe i mikroorganizmy, które przy pomocy rzęsek transportuje na zewnątrz dróg oddechowych i jest połykany
- proces ten nazywany jest transportem śluzowo-migawkowym (winda śluzowa). Palenie papierosów uszkadza ten proces.
- w chorobie genetycznej zwanej mukowiscydozą (defekt białka transportującego jony chlorkowe) powstaje bardzo lepki śluz , który trudno usunąć. Śluz ten blokuje drogi oddechowe i staje się pożywieniem dla bakterii i nawracające zapalenia płuc i oskrzeli).

Płuca duże gąbczaste wirki położone w klatce piersiowej. Każde płuco podzielone jest na płaty: prawe płuco 3-płaty, lewe-2. Płuca oraz wewnętrzną powierzchnię klatki piersiowej pokrywa cienka, gładka błona surowicza opłucna. Pomiędzy opłucną płuc i opłucną ścienną znajduje się płyn surowiczy.

Komórki nabłonkowe pęcherzyków płucnych typu II wydzielają lipidowy czynnik powierzchniowy obniżający napięcie- surfaktant.
Surfaktant- w fazie wdechu zapobiega rozrywaniu ścian pęcherzyków płucnych, a w fazie wydechu zapadaniu  się ścian pęcherzyków płucnych.
Surfaktant spełnia ważną rolę tuż po urodzeniu. Płuca płodu w macicy są zapadnięte. Po urodzeniu noworodek wykonuje kilka ruchów wdechowych i płuca się rozciągają . Surfaktant zabezpiecza je przed ponownym zapadnięciem.
Niedobór surfaktantu u noworodków- zespół wyczerpania oddechowego RDS.
Skład surfaktantu: - fosfatydylocholina 62 %
                              - fosfatydyloglicyna 5 %
                              - inne fosfolipidy 10 %
                              - białka  SP-A, SP-B, SP-C, SP-D 8%
                               - węglowodany 2 %
Siła napięcia powierzchniowego w płucach
Prawo Laplace’a : Ciśnienie w obrębie kuli jest wprost proporcjonalne do napięcia ściany i odwrotnie proporcjonalne do promienia kuli.

Mięśnie oddechowe
przepona zapewnia &5% zmian objętości klatki piersiowej. Przecięcie rdzenia kręgowego powyżej trzeciego segmentu jest śmiertelne, a poniżej piątego nerwy przeponowe nie uszkodzone, jest to niebezpieczne dla życia

mięsnie wdechowe dodatkowe : międzyżebrowwe, pochyłe szyi, mostkowo-sutkowo-obojczykowe

mięśnie wdechowe : międzyżebrowe wewnętrzne , przedniej jamy ściany brzucha

Głośnia- wczesna faza wdechu, skurcz mięśni odwodzących w krtani pociąga fałdy głosowe i otwiera głośnię. Mięśnie przywodzące krtań zamykają głośnię podczas połykania, odruchów wymiotnych.
Połykanie – hamowanie czynności oddechowej niebezpieczeństwo – zakrztuszenia

Mięśnie oddechowe: spoczynkowe oddychanie-skurcz przepony zawiera 72 % wdechu. Mięśnie klatki piersiowej, szyi i brzucha wspomagają przeponę w czasie oddychania wysiłkowego.

Mechanika oddechania
Powietrze
02        20,9 %             14%
CO2    0,04%               5,6%
N2       79%                 70%

- wdech : skurcz przepony, powiększenie klatki piersiowej, ciśnienie wewnątrz opłucnej jest ujemne, powiększenie płuc, wpływ powietrza
- wydech : rozkurcz przepony, skurcz klatki piersiowej, ciśnienie wewnątrz opłucnej mniej ujemne, skurcz płuc, wydech powietrza


Pojemność płuc

Objętość oddechowa TV (tridal volume) ilość powietrza, która napływa/wypływa do/
z płuc z każdym wdechem/wydechem.

Objętość wdechowa zapasowa  IRV (inspiratory reserve volume)powietrze wprowadzone do płuc przy maksymalnym wdechu w nadmiarze do objętości oddechowej.

Objętość wydechowa zapasowa ERV (expiratory reserve volume) objętość usuwana przez aktywny wydech po spokojnym wydechu.

Pojemność życiowa płuc VC(vital capacity) TV+IRV+ERV największa ilość powietrza która może być usunięta  po maksymalnym wdechu stosowana w klinice jako wskaźnik czynności płuc

Objętość zalegająca RV (residual volume) powietrze pozostające w płucach po maksymalnym wydechu, które zabezpiecza płuca przed zapadnięciem.

Całkowita pojemność płuc TLC (total lung capacity) suma objętości zalegającej (RV) i pojemności życiowej( VC).

Pojemność czynnościowo-zalegająca (FRC) suma objętości zalegającej rezerwowej objętości wydechowej. Powietrze wdychane miesza się z powietrzem pozostającym w płucach, co poważnie ogranicza ciśnienie parcjalne tlenu.

Pojemność oddechowa minutowa ilość powietrza wprowadzana do płuc w ciągu minuty 6L (500mL/oddech x 12 oddechów/min)

Całkowita pojemność płuc kobiet 4,2L a mężczyzn 6L

Wentylacja płuc

Wentylacja minutowa- ilość powietrza przepływająca przez płuca w ciągu minuty (liczba oddechów x objętość oddechowa 12x500=6L/min)

Przestrzeń martwa anatomiczna- objętość układu oddechowego bez objętości pęcherzykowej 150 ml

Przestrzeń martwa fizjologiczna- objętość powietrza nie biorąca udziału w wymianie gazowej z krwią – 150 ml

Wentylacja pęcherzykowa- ilość powietrza docierająca do pęcherzyków płucnych. ( 6L – 12 x 150 = 4,2L)

Przestrzeń martwa może być mierzona przez analizę krzywej stężenia azotu w jednym cyklu oddechowym.