8.1
Fyziologie dýchání
Pro pochopení stručné fyziologie dýchání je nutné objasnit některé pojmy:
  • ventilace – jedná se zejména o mechanickou funkci se zajištěním výměny plynů mezi atmosférou a alveoly (inspirium – vdech, expirium – výdech)
  • difuze – jedná se o výměnu plynů O2 a CO2 přes alveolokapilární stěnu (tj. mezi plicními alveoly a plicními kapilárami → následně přenos O2 ke tkáním → mitochondrie buněk; přenos CO2 v opačném směru)
  • perfuze – průtok krve (jiné tekutiny) tkání, orgánem; dostatečná perfuze zajišťuje zásobení kyslíkem, živinami a odplavení zplodin metabolismu
  • zevní dýchání – výměna O2 a CO2 mezi zevním prostředím a krví
  • vnitřní dýchání – výměna O2 a CO2 mezi krví a tkáněmi
  • složení vdechovaného vzduchu (zaokrouhleno): necelých 21 % kyslíku, 78 % dusíku a vzácných plynů a 0,04 % oxidu uhličitého
  • složení vydechovaného vzduchu: 15 – 17 % kyslíku, 79 % dusíku a z 5 – 6 % oxidu uhličitého; složení vydechovaného vzduchu se mění; (při výdechu je zapotřebí vzít v potaz poměr vzduchu z mrtvého dýchacího prostoru a alveolárního vzduchu)
Poznámka
O dostatečném zásobení kyslíkem rozhodují: funkce plic (ventilace, difuze, perfuze), funkce srdce a oběhového systému (srdeční výdej, průchodnost cév, mikrovaskulatura = konstrikce/dilatace), složení krve (množství erytrocytů, koncentrace a typ hemoglobinu). Dobrá difuze probíhá v dobře ventilovaných a perfundovaných alveolech. Z těchto důvodů se v klinické praxi hodnotí poměr ventilace/perfuze. Porucha poměru je příčinou poruch difuze O2 → arteriální hypoxie s důsledky.
ventilační funkce
Ventilační funkci zabezpečují zejména bránice a mezižeberní svaly, při usilovné ventilaci i pomocné svaly dýchací a svaly stěny břišní.
  • inspirium (vdech) – aktivní děj
    • je zajištěno především inspiračními svaly (bránice 60 %, zevní mezižeberní svaly, při usilovném dýchání i pomocné inspirační svaly)
    • při vdechu dochází k rozpínání hrudního koše (bránice se oplošťuje, mezižeberní svaly působí jako páka, žebra se zdvíhají, hrudní koš se rozšíří) → tím dojde k většímu poklesu intrapleurálního tlaku proti atmosférickému (tj. tlaku mezi poplicnicí a pohrudnicí, kde je malé množství tekutiny s funkcí skluznosti = fyziologicky je zde vždy podtlak, negativní tlak) → pokles se přenáší na plicní tkáň → „rozepnutí” plic → vzduch proudí do alveolů
  • expirium – výdech, při klidném dýchání jde o děj pasivní; pouze při usilovném výdechu se uplatňuje činnost pomocných dýchacích svalů a nápomocné jsou svaly stěny břišní
dechová frekvence
  • novorozenec 50 – 60 dechů za minutu
  • kojenec 35 – 40 dechů za minutu
  • desetileté dítě 20 dechů za minutu
  • dospělý člověk 16 – 20 dechů za minutu
Poznámka
Terminologie: tachypnoe = zrychlené dýchání; bradypnoe = zpomalené dýchání; apnoe = zástava dýchání; dyspnoe = dušnost/ztížené dýchání/s námahou; hypoventilace = povrchní/mělké dýchání → hyperkapnie (hromadění CO2 v krvi) → respirační acidóza a hypoxemie (nedostatek kyslíku v krvi); hypoxie = nedostatek kyslíku ve tkáni; hyperventilace = hluboké/prohloubené dýchání → snižuje se parciální tlak (pCO2) v arteriální krvi → mění se pH krve → vzniká respirační alkalóza; parciální tlak = dílčí tlak vyvolaný jednou ze složek směsi plynů; součet parciálních tlaků všech složek směsi je roven celkovému tlaku směsi (Daltonův zákon); paO2 = parciální tlak kyslíku v arteriální krvi (množství kyslíku fyzikálně rozpuštěného v arteriální krvi); paCO2 = je parciální tlak oxidu uhličitého v arteriální krvi; pAO2 = parciální tlak kyslíku v alveolu (= vyšší než v arteriích, závisí na pO2 a pACO2 a ve vdechovaném vzduchu);
vitální kapacita plic
Vitální kapacita plic (VC) – je množství vzduchu vypuzené z plic při maximálním výdechu, kterému předcházel maximální nádech (VC= VT + IRV + ERV). Činí asi 4,5 – 6 l (vyšší je např. u některých druhů sportu).
Dechový objem (VC) – situace, kdy během jednoho vdechu a výdechu dochází v plicích při klidném dýchání k výměně asi 0,5 l vzduchu.
Inspirační rezervní objem (IRV) – je objem vzduchu, který je možné s maximálním úsilím vdechnout po klidovém vdechu (činí asi 3 l).
Expirační rezervní objem (ERV) – je objem vzduchu vypuzený maximálním úsilím po klidovém výdechu (asi 1,7 l).
Reziduální objem (RV) – je objem vzduchu, který zůstává v plicích i po maximální výdechu, uniká při otevřeném hrudníku – plíce „splaskne“ (asi 1,3 l).
Asi 100 ml a nachází se i v kolabované plíci. Bezvzdušnost plic je pouze v období intrauterinního života a u mrtvě narozeného jedince. V soudním lékařství se provádí tzv. plovací zkouška. Bezvzdušné plíce klesají ve vodě ke dnu, okraje plic s minimálním objemem vzduchu plavou na vodní hladině.
Klidová minutová ventilace – činí asi 5 – 8 l/min
Vteřinová vitální kapacita plic – je objem vzduchu vypuzený z plic maximální silou za jednu sekundu po předchozím maximálním vdechu. U zdravého jedince činí asi 80 % vitální kapacity plic. Snížená hodnota ukazuje na obstrukci dýchacích cest.
řízení a regulace dýchání
Dýchání je řízeno centrálně. Roli sehrává systém dechové automacie (dechové centrum je umístěno v prodloužené míše), ovlivněno je systémem volní regulace (lokalizace v mozkové kůře a podkorové oblasti). Vůlí lze regulovat frekvenci, pravidelnost a hloubku dýchání. Některé patologické stavy mohou způsobit ztrátu volní regulace (mozkové krvácení). Existují situace, kdy se vytrácí mimovolní regulace dýchání, člověk musí na dýchání neustále myslet (volní regulace), tím ve spánku hrozí smrt (syndrom Ondininy kletby).
Dýchání je ovlivněno zpětnou vazbou:
  • z chemoreceptorů (na základě parciálních tlaků plynů v krevní plazmě a likvoru)
  • z mechanoreceptorů (na základě hloubky dechů, jsou citlivé na napětí stěn dýchacího systému)
  • ze svalových vřetének dýchacích svalů, chladových kožních receptorů (hlavně obličeje vedené prostřednictvím n. trigeminus)
Hlavní regulace se děje přes chemoreceptory.
  • chemická regulace dýchání
Dýchání zajišťuje optimální koncentraci kyslíku, oxidu uhličitého a vodíkových iontů v krvi a ve tkáních. Dýchání je ovlivněno parciálním tlakem kyslíku (= tlak plynného kyslíku rozpuštěného v plazmě), ne jeho množstvím (objemem) v arteriální krvi (které je závislé na množství a saturaci hemoglobinu). Změní-li se parciální tlak, dojde ke změně ve frekvenci a hloubce dýchání. Změnu zprostředkují respirační chemoreceptory:
    • centrální chemoreceptory – jsou uloženy v prodloužené míše, jsou citlivé zejména na vzestup CO2 v krvi ( → difunduje do mozkomíšního moku → vzestup H+ iontů) → posun pH; oxid uhličitý ovlivňuje dýchání převážně tím, že stimuluje centrální chemoreceptory → zrychlené a pohloubené dýchání (Kussmaulovo); parciální tlak CO2 v krvi je přímo úměrný produkci CO2 a nepřímo úměrný alveolární ventilaci (VA);
    • periferní chemoreceptory (záložní mechanismus) – jsou uloženy při rozvětvení krkavic a v oblasti aortálního oblouku (glomus caroticum a glomus aorticum); tělíska jsou citlivá na snížení parciálního tlaku kyslíku (pO2) v arteriální krvi (např. při pobytu ve vysoké nadmořské výšce, nebo při plicních onemocněních); významnější jsou tělíska karotická (jsou inervována z n. glossopharyngeus, aortální tělíska z n. vagus);
  • mechanické vlivy na řízení dýchání
Při rozepětí plic je reflexně „zabrzděný” vdech a zahájen výdech. Naopak velký pokles objemu plic stimuluje vdech. Reflexní oblouk začíná u plicních mechanoreceptorů v trachei, bronších a bronchiolech (reakce na změnu tvaru alveolu). Dostředivá (aferentní) vlákna běží prostřednictvím nervus vagus (č. X) k pneumotaktickému centru v mozkovém kmeni → utlumí se činnost inspiračních neuronů a nádech (Hering – Breuerův reflex).
Podráždění jednotlivých typů receptorů vyvolá různé reakce podle toho, které receptory jsou podrážděny (kde jsou uloženy). Reakcí jsou změny dýchání, obranné dýchací reflexy nebo odpověď ve změne krevního tlaku a tepové frekvence.
Poznámka
Objasněte/řešte vzniklé situace: 1) barotrauma; 2) ventilační odpověď na: akutní acidózu; akutní hyperkapnii; akutní hypoxii při zachovaném paCO2; kombinované akutní změny paO2 a paCO2; chronickou hypoxii a hyperkapnii; 3) dýchání ataktické, apneustické, apnoe, apnoické pauzy, Cheyne – Stokesovo, Kussmaulovo, při otravě CO2; 4) vliv opiátů na centrální chemoreceptory, vliv benzodiazepinů; 5) Pickwickův syndrom