Spirometrické vyšetření
mechanika dýchacího
systému
patofyziologie nemocí plic
Respirační systém - fyziologie
Hlavní funkce na úrovni plic:
⚫ Ventilace (tlakové granidenty)
⚫ Difuze (koncentrační gradienty, tlakové gradienty)
⚫ Perfuze
– (srdce = pumpa, plíce = výměník)
Difuze, perfuze
⚫ Plicní perfuze - přivádění odkysličené krve
k alveolům a odvádění krve okysličené
⚫ Plicní difuze - difuze O2 a CO2 přes alveolokapilární
membránu (bazální membrána
pneumocytů + bazální membrána
endotelu kapilár + endotelové buňky)
Alveolární ventilace
VA= (VT - VD) x f
VT…. dechový objem (Tidal volume)
VD …. mrtvý prostor (Dead volume)
f …. dechová frekvence
VA= (500ml-150ml) x 15/min= ±5250ml/min
Respirační systém
⚫ pásmo konvekce = anatomický mrtvý prostor
⚫ neprobíhá výměna plynů, pouze proudění vzduchu
– trachea
– bronchus
– lobární bronchus
– segmentální bronchus
– terminální bronchiolus
⚫ pásmo respirace
⚫ výměna plynů
– respirační bronchiolus
– alveolární duktus
– alveolus
Respirační aparát
⚫ zajišťuje neustálou výměnu O2 a CO2 mezi okolním vzduchem a
krví na požadovaných hodnotách parciálních tlaků obou plynů v
krvi
⚫ mechanika dýchání
– kombinace aktivního nádechu (kontrakce bránice + podtlak v pohrudniční
dutině) a pasivního výdechu (relaxace bránice + elastická smrštivost plic)
⚫ rozpínací tlak překonává odpory dých. cest
– statické = ovlivněny poddajností plic a hrudní stěny
– dynamické = pouze při proudění vzduchu, ovlivněny průsvitem dých. cest
⚫ pro výměnu plynů musejí mít plíce dostatečný povrch
– může být poškozen prachy, plyny a infekčními agens
– ochrana plic proti těmto vlivům je prioritní a dosahuje se jí kombinací
strukturálních a imunologických obranných mechanizmů
⚫ stěny alveolokapilární membrány (plicní parenchym) musejí klást minimální odpor
difúzi plynů
Výměna plynů v plicích
⚫ transport kyslíku z
vdechovaného vzduchu do
tkání
⚫ alveolární ventilace
⚫ kyslík v alveolech  krvi
– alveolo-kapilární rozdíl
⚫ přenos kyslíku krví do tkání
– disociační křivka Hb
⚫ perfuze plic a
arterializace krve
– hypoxická
vazokonstrikce
⚫ ventilačně- perfuzní
nerovnováha
⚫ difuze plynů
Ventilačně perfuzní poměr
Nestejný poměr průtoku plynu a krve (V/Q) u
jednotlivých sklípků
⚫ i za fyziologických podmínek
– plicní báze: V/Q = 0,7
– plicní hroty: V/Q = 3,3
⚫ změněn za patologických stavů (téměř všech)
– ↑ V/Q → ↑mrtvý prostor → ↑PaCO2 (emfyzém)
– ↓ V/Q → ↑zkrat → ↓PaO2 (obstrukce)
Zkrat
⚫ množství krve, které se dostalo z pravé
komory do levé síně, aniž by se v něm
změnila tenze plynů (do 0.10 fyziologický)
– anatomický
– patologický
– funkční (alveoly s nízkým VA/Q)
Poruchy výměny plynů
⚫ hypoxemie (PaO2
<80mmHg
[=20kPa])
– čistá hypoventilace
– poruchy difuze
– ventilačně-perfuzní
nerovnováha
– zkrat
⚫ hyperkapnie
(PaCO2>40mmHg
[5.3kPa])
– čistá hypoventilace
– ventilačně-perfuzní
nerovnováha
– zvýšení dechové
práce
⚫ hypokapnie
Hypoxická plicní vazokonstrikce
⚫ mechanismus, který udržuje poměr ventilace-perfuze v přijatelných
hodnotách
⚫ pokud dojde lokálně ke ↓ ventilace (↓ V/Q), dochází v hypoventilovaných
alveolech postupně ke ↓ pO2
⚫ plicní arterie přivádějící krev k těmto alveolům reagují vazokonstrikcí
– ↓ perfuze této oblasti
– krev je odkláněna a vedena ostatními arteriemi, u kterých
neproběhla vazokonstrikce, do oblastí s normální ventilací
⚫ více ventilované alveoly jsou více perfundovány a poměr V/Q je ve
všech částech plic příznivý pro efektivní výměnu plynů
⚫ při návratu ventilace části tkáně k vyšším hodnotám
– hladká svalovina arterií relaxuje
– ↓ odpor
– ↑ perfuze
→ nová rovnováha mezi ventilací a perfuzí
Hypoxická plicní vazokonstrikce
⚫ Nevýhoda:
– při celkové hypoventilaci (např. následkem
obstrukce dýchacích cest) dochází k
povšechné plicní vazokonstrikci → ↑↑ rezistence
plicního oběhu
– pravé srdce: větší síla stahu (k zajištění
dostatečného průtoku) → náchylnější k
srdečnímu selhání (krev v koronárních arteriích
má menší pO2)
Mechanika dýchání
⚫ (1) statické parametry = na čase
nezávislé
– TLC – celková plicní kapacita
(okolo 6 l)
– RV – reziduální objem (nelze
měřit spirometrem!)
– ERV – expirační rezervní objem
(cca 1,5 l)
– IRV – inspirační rezervní objem
(cca 2,5 l)
– FRC – funkční reziduální
kapacita ERV+RV
– VC – vitální kapacita TLC-RV
(“co nejvíce”)
– TD - dechový objem (cca 0,5 l)
⚫ (2) dynamické parametry = mění
se s časem
– FVC - usilovná vitální kapacita
(“co nejvíce a co nejrychleji“)
– FEV1 - expirační
jednosekundová kapacita
– FEV1/FVC - poměr sekundové
kapacity k FVC
– FEF25-75% - průměrná rychlost
toku ve střední polovině FVC
– PEF - maximální výdechová
rychlost
– Vmax (MEF) 50%, Vmax 25% maximální
tok po vydechnutí
50%, resp. 75% vitální kapacity
Terminologie
Statická/
Dynamická
Inspirační/
Expirační
Název
parametru
-/F („forced“) I/E Objemy,kapacity
(např. VC)
Pozn.: kapacita je objem, který je definován
jako součet několika objemů
7
7 – exspirační rezervní objem
Měření celkové plicní kapacity,
reziduálního plicního objemu
- diluční metoda s He - dnes již zastaralá metoda
- používá se spíše celotělová pletysmografie
Celotělová bodyPletysmografie
- součin objemu a tlaku
v uzavřeném tělese
zůstává konstantní,
pletysmograf měří tlakové
a objemové změny v boxu
a tlakové změny v plicích lze
dopočítat objem plic
Spirometrie (“měření dechu”)
⚫ nejzákladnější funkční test plicní funkce
– měří statické a dynamické objemy plic
– možnosti vyjádření
⚫ křivka průtok – objem (flow - volume)
– průtok jako funkce času, kdy průtok je funkcí objemu
(pomocí pneumotachografické hlavice)
– objemy počítány integrací průtoku podle času
⚫ křivka objem – čas (volume - time)
– objem jako funkce času (např. pomocí spirometrického
zvonu)
– průtoky počítány derivací objemu podle času
Křivka objem - čas
Smyčka průtok - objem
Limitace spirometrie
– měří jen objemy vyměňující se při
dýchání (ne reziduální objemy)
– měří za nefyziologických podmínek
– vyžaduje spolupráci pacienta
⚫ problematické u osob s poruchami vědomí,
dětí, osob s vadou sluchu, simulujících
Poruchy ventilace
⚫ Prostá hypoventilace
⚫ Obstrukční ventilační poruchy
(zúžení dýchacích cest)
⚫ Restrikční ventilační poruchy
(redukce funkčního parenchymu plic
nebo omezení dýchacích pohybů)
⚫ Smíšené ventilační poruchy
Prostá hypoventilace
⚫ Zpravidla mimoplicní příčina
– CNS (otravy, léky, úrazy)
– nervosvalová onemocnění (myastenia gravis)
– obstrukce horních dýchacích cest
⚫ Snížení VA= (VT - VD) x f
⚫ (sníží se dech. objem a frekvence)
– hypoxemie: PaO2 < 80mmHg [=20kPa]
– hyperkapnie: PaCO2 > 40mmHg [=5.3kPa]
Poruchy mechaniky dýchání
⚫ v důsledku patologických změn statických a
dynamických odporů a tím dechové práce
⚫ projeví se na změně plicních objemů a rychlosti jejich
změn
⚫ poruchy ventilace – hodnocení podle změn dechových
objemů za čas
– normální poměr FEV1/FVC ~ 80%
– obstrukce
⚫ snížení expirační rychlosti při zachovalé vitální kapacitě
⚫ FEV1/FVC < 80%
– restrikce
⚫ snížení vitální kapacity při zachovalé nebo dokonce zvýšené
výdechové rychlosti
⚫ FEV1/FVC  80%
Křivky průtok – objem a objem –
čas u ventilačních poruch
Poruchy perfuze a difuze
⚫ poruchy perfuze - restrikční a obstrukční onemocnění
– např. plicní hypertenze, embolie v arteria pulmonalis ...
– snížená perfuze → přenos sníženého množství O2 a CO2 krví →
plicní hypertenze → zvětšení pravého srdce
⚫ poruchy difuze - zmenšení difuzní plochy:
– např. zánět (a následné ztluštění alveolo-kapilární membrány),
edém (exsudace krevní plazmy do intersticia), intersticiální plicní
fibróza (vazivová tkáň oddaluje alveoly od kapilár), anémie ...
– snížená difuze → především snížený pO2
Patofyziologie plicní embolie
⚫ závažnost závisí na velikosti obstrukce a na
předchozím stavu srdce a plic
– bez předchozího srdečního a plicního onemocnění nutná obstrukce
50% plicního cévního řečiště ke vzniku plicní hypertenze
– u kardiaků nebo pac. s plicním onemocněním stačí menší obstrukce
⚫ embolizace plic vede k hyperventilaci → vyvolána podrážděním
"stretch" receptorů v drobných plicních arteriolách → dochází k
poklesu arteriální tenze CO2 až k ev. obrazu respirační alkalózy
provázené hypoxémií
⚫ dochází ke konstrikci alveolárních duktů a terminálních bronchiolů
důsledkem uvolnění serotoninu a histaminu z plicní embolie →
vyšuje se odpor DC
Obstrukční x restrikční nemoci
⚫ obstrukční
⚫ bronchiální astma (alergické, nealergické), chron.
bronchitida, emfyzém, chron. obstrukční plicní nemoc
(CHOPN)
⚫ restrikční
⚫ idiopatická plicní fibróza, sarkoidóza, profesionální
intersticiální nemoci, nemoci pleury, pneumotorax,
skolióza, neuromuskulární nemoci
Asthma bronchiale
⚫ Chronická zánětlivá
choroba dýchacích cest,
charakterizovaná
zvýšenou reaktivitou na
různé stimuly vedoucí k
variabilní bronchiální
obstrukci, která je
reverzibilní buď
spontánně nebo po
terapii
Astma – klinické příznaky
⚫ Dechové obtíže, hvízdavý
dech, dráždivý kašel
⚫ záchvaty se střídají s
obdobím klidu
⚫ variabilita
– sezónní
– diurnální (noční a ranní
záchvaty)
– zátěžová (námahové astma)
Astma - dělení
⚫ Atopické (alergické) astma
– genetická predispozice + alergen, I.typ
přecitlivělosti (IgE)
⚫ Neatopické (nealergické) astma
– endogenní astma (bez známé příčiny)
– námahové astma (tělesná zátěž)
– iritační astma (chem.látky, teplo, chlad)
– aspirinové astma (i jiné léky)
⚫ profesionální astma aj.
Astma – fáze záchvatu
⚫ Časná (bezprostřední odpověď)
– do 30 min, mediátory žírných buněk
– zvýšená sekrece hlenu, otok sliznice
– kontrakce hladkých svalů (bronchospazmus)
⚫ Pozdní odpověď
– po 4-6 hod, mediátory neutrofilů, eozinofilů
– zánět, příp. destrukce epitelu
Astma - léčba
⚫ odstranění nebo omezení provokujících
faktorů
⚫ protizánětlivá terapie
⚫ bronchodilatační terapie
⚫ hyposenzibilizace
⚫ speleoterapie aj.
Plicní funkce
V klidu
⚫ někdy i bez známek obstrukce
⚫ bronchoprovokační testy
V záchvatu známky obstrukce
⚫ snížené dynamické ventilační parametry
⚫ zvýšené statické parametry
⚫ zlepšení po podání bronchodilatátorů
Chronická obstrukční plicní nemoc
(CHOPN) (COPD)
⚫ zahrnuje:
– chronickou bronchitidu
⚫ hyperplazie a hypertrofie hlenových žlázek
⚫ nadměrné množství hlenu v dýchacích cestách (příp.
uzávěr)
⚫ zánětlivá infiltrace a otok stěny dýchacích cest (zúžení)
– plicní emfyzém
⚫ destrukce alveolárních sept
⚫ nerovnováha proteáz a antiproteáz
⚫ obstrukce bronchiolů
CHOPN – klinická definice
⚫ onemocnění s
hypersekrecí hlenu
spolu s chronickým
kašlem nejméně 3
měsíce v roce, a to 2 po
sobě následující roky, s
vyloučením jiných plicních
a kardiálních nemocí
Emfyzém - etiopatogeneze
⚫ nerovnováha proteáz a antiproteáz
– ↑elastáza
⚫ kouření → zánět → neutrofily
– ↓α1-antitrypsin
⚫ kouření
⚫ genetický defekt (homozygoti MM do 40 let)
⚫ obstrukce bronchiolů
– chronická bronchitis (kouření)
Chronická bronchitida - funkční
důsledky
⚫ Zúžení malých dýchacích cest
→ exspirační obstrukce -↓ dynamické parametry
→ plicní hyperinflace - ↑ RV/TLC
→ ventilačně perfuzní nerovnováha (↓V/Q)
→ hypoxemie (cyanóza), hyperkapnie,
respirační acidóza
→ vazokonstrikce → plicní hypertenze
→ normální difúzní plicní kapacita pro O2
Emfyzém - funkční důsledky
⚫ Destrukce alveolární stěny
→ ztráta plicní elastičnosti → exspirační
obstrukce (↓ dynamické parametry)
→ plicní hyperinflace → ↑RV/TLC (nevýhodné
postavení inspiračních svalů)
→ redukce kapilárního řečiště
→ ↓difúzní plicní kapacita
→ plicní hypertenze
→ventilačně perfuzní nerovnováha (↑V/Q)
převážně emfyzém (pink puffer) převážně bronchitida (blue bloater)
klinický
obraz
vyšší věk (nad 60 let),
astenický habitus,
úbytek hmotnosti,
růžový (supějící),
klidová dušnost,
hrudník dlouhý, úzký
nižší věk (pod 40 roků),
pyknický habitus,
hrudník široký,
obezita,
cyanotický (kašlající),
kašel s hnisavou expektorací
RTG
vyšetření
zvýšená transparence,
bránice nízko uložená,
srdce úzké, svisle uložené
zmnožená kresba,
bránice v normě,
srdce normální velikosti
funkce objemy zvětšené,
celková kapacita a reziduální objem
zvětšený
objemy malé,
celková kapacita a reziduální objem
zmenšený
Panlobulární emfyzém
prohloubené dýchání,
zvětšení mrtvého prostoru
Centrilobulární emfyzém
porucha distribuce,
hypoxemie
Rozdělení CHOPN
Emfyzém
⚫ různé obrazy
emfyzému
CHOPN - léčba
⚫ ovlivnění obstrukce (bronchodilatancia)
⚫ ovlivnění infekce (atibiotika)
⚫ odstranění hlenu (expektorancia)
⚫ oxygenoterapie (krátkodobá x dlouhodobá)
⚫ rehabilitace, lázně
⚫ chirurgická terapie
⚫ substituce α1-antitrypsinu
Spirometrie u obstrukčních poruch
⚫ Dynamické ventilační parametry ↓
– objemy při usilovném výdechu
⚫ ↓ FEV1, ↓ FEV1/FVC (%) , norma 80 %, FVC ±↓
– průtoky (rychlosti)
⚫ ↓ PEF, ↓ MEF 50%, ↓ MEF 75%, ↓ MEF 25%
⚫ ↓ FEF 25-50%
⚫ Statické plicní objemy ↑
– reziduální objemy
⚫ ↑ RV, ↑ FRC, ↑ TLC
– “air trapping” - zachycení vzduchu v alveolech
“air trapping”
Restrikční poruchy plic
⚫ Restrikce
– redukce funkčního parenchymu plic nebo
omezení dýchacích pohybů
Omezeno rozpínání plic:
⚫ z vnějších příčin
– resekce, onemocnění pleury, hrudní stěny,
neuromuskulárního aparátu, extrémní obezita.....
⚫ změnou plicního parenchymu
– zánět, nádor, intersticiální nemoci plic - zpravidla
kombinováno s poruchou difúze
restrikční
nemoci z
vnějších
příčin
Nemoci pleury
Pneumotorax
⚫ vzduch v pleurálním prostoru (z plic nebo skrz hrudní
stěnu) => kolaps plíce
⚫ spontánní - prasknutí malé bubliny na povrchu plic v
blízkosti apexu
⚫ tenzní (ventilový) - komunikace mezi plící a peurálním
prostorem - jednostranná záklopka – vzduch vniká do
pleurálního prostoru, ale nemůže zpět => vyžaduje
urgentní lékařskou pomoc
⚫ pneumotorax komplikující plicní nemoci (cysty)
Nemoci pleury
Pleurální výpotek
⚫ tekutina uvnitř pleurálního prostoru – důsledek
lokálního nebo systémového onemocnění
⚫ na základě koncentrace bílkovin a LD se dělí:
- transsudát – např. u chron. srdeční selhání
(↑ hydrostatický tlak v kapilárách)
– hypoalbuminémie (jaterní cirhóza)
(↓ onkotický tlak)
- exsudát – ↑ bílkoviny např. zánět, nádor
Ostatní vnější příčiny restrikčních
nemocí
⚫ skolióza – vychýlení páteře do boku
⚫ kyfóza – vychýlení páteře dozadu
⚫ neuromuskulární nemoci (myastenia
gravis, poliomyelitida)
⚫ extrémní obezita
⚫ resekce plic (nádor)
Změna plicního parenchymu
Intersticiální nemoci plic
⚫ tkáň mezi výstelkou alveolu a endotelem
plicních kapilár => zmnožení vaziva =>
zesílení interalveolárních sept => porucha
difúze pro kyslík
⚫ klesá propustnost pro kyslík a zvyšuje se
rozdíl parc. tlaku v alveolech PaO2 a v
plicních kapilárách ↓PaO2
⚫ snižuje se poddajnost (compliance) plic
Patologie intersticiálních plicních
meocí
⚫ ukládání fibrinu podél alveolárních stěn =>
v alveolech se vytvoří tzv. hyalinní
membrána
⚫ zánětlivá fáze s infiltrací neutrofily a později
makrofágy a lymfocyty => reparační procesy
a fibróza
⚫ proliferace alveolárních buněk, organizace
fibrinózního exsudátu, ukládání kolagenu
=> reparace nebo fibróza
Důsledky intersticiálních nemocí
⚫ hypoxémie (↓PaO2) zejména námahová již v
počátečních stádiích s hyperventilací s
tendencí k respirační alkalóze (↓PaCO2)
⚫ později klidová hypoxémie (↓PaO2) a
hypoventilace (snížená poddajnost plic =>
malé dechové objemy)
⚫ plicní hypertenze (vysoký tlak v malém
oběhu) => cor pulmonale
Nozologické jednotky
Idiopatická plicní fibróza
⚫ neznáme příčinu (imunitní reakce?)
Sarkoidóza
⚫ typická granulomatózní tkáň v různých
orgánech, etiologie imunitní?
Profesionální intersticiální nemoci
⚫ expozice dráždivým látkám po dlouhá
časová období (prach, plyn, léky, infekce)
Profesionální intersticiální nemoci
NEMOC ČINITEL
Asbestóza Asbest
Aspergilóza Spóry plísní rodu Aspergilus
Berylióza Sloučeniny berylia
Plíce chovatelů ptáků Ptačí antigeny
Pneumokonióza uhlokopů Uhelný prach (sloučeniny Si)
Farmářská plíce Plísně ze sena a obilí
Silikóza Sloučeniny křemíku
Svářečská plíce Oxidy železa a jiné látky
Klinické projevy
Subjektivní
⚫ Dyspnoe
⚫ Kašel
Objektivní
⚫ Tachypnoe
⚫ Chrůpky
⚫ Cyanóza
⚫ Cor pulmonale
Laboratorní data
⚫ Zvýšený P(A-a)O2
⚫ Normální nebo nízký
PaCO2
⚫ EKG- cor pulmonale
⚫ Spirometrie - restrikční typ
(↓VC, normál FEV1/FVC)
⚫ Snížená difuzní kapacita
plic pro oxid uhelnatý
Terapie
⚫ závisí na etiologii, pokud je známa
⚫ zastavit expozici škodlivým vdechovaným
činitelům
⚫ proti infekci antibiotika
⚫ u nejasné etiologie (sarkoidóza, idiop. plicní
fibróza) kortikosteroidy
⚫ podávání kyslíku
Obecné důsledky restrikce
⚫ ↓statických ventilačních parametrů
– ↓ objemy (FRC, TLC, FVC)
⚫ kompenzace hyperventilací
⚫ hypokapnie (↓PaCO2), respirační alkalóza
⚫ námahová hypoxémie (↓PaO2) později i
klidová
Spirometrie u restrikčních poruch
⚫ Statické plicní objemy ↓
– reziduální objemy
⚫ ↓ RV, ↓ FRC, ↓ TLC
⚫ Dynamické ventilační parametry ± ↕
– objemy při usilovném výdechu
⚫ ↓ FEV1, ± ↑ FEV1/FVC (%) , norma 80 %, FVC ↓
– průtoky (rychlosti)
⚫ ↓ PEF, ↓ MEF 50%, ↓ MEF 75%, ↓ MEF 25%
⚫ ±↑ FEF 25-50%
Spiroergometrie
⚫ dynamický zátěžový test s
analýzou plicní ventilace a
výměny O2 a CO2
⚫ umožňuje:
– zachytit a posoudit řadu
patofyziologických plicních funkcí
– určit závažnost poruch
– vyšetřit kompenzační mechanismy
v podmínkách zvýšených nároků
Indikace spiroergometrie
⚫ stanovení zátěžové tolerance a možných limitujících faktorů
– odlišení mezi dušností srdečního a plicního původu
– zhodnocení nejasné dušnosti (klidové funkční testy neposkytují přesvědčivé
výsledky)
– zjištění abnormální limitace zátěžové tolerance
– odlišení příčin zátěžové intolerance
⚫ stanovení stupně poškození plicní tkáně u chronických plicních
onemocnění
⚫ diagnóza astmatu vyvolaného zátěží
⚫ předoperační vyšetření
– rozsáhlé břišní operace zejména u starších pacientů, plicní resekce pro
karcinom, resekční operace při plicním emfyzému)
⚫ transplantace plic, resp. plic a srdce
Spiroergometrie – měřené
parametry
⚫ Výkonnost
⚫ Kardiovaskulární
hodnoty
⚫ Ventilačně-respirační
hodnoty
⚫ Biochemické hodnoty
⚫ Subjektivní hodnocení
Dýchání a odborné názvy
⚫ eupnoe
⚫ apnoe
⚫ dyspnoe
⚫ hyperventilace
⚫ hypoventilace
⚫ hyperpnoe
⚫ polypnoe
⚫ tachypnoe
⚫ oligopnoe/bradypnoe
⚫ ortopnoe
Golem – model člověka
⚫ www.physiome.cz
→Atlas fyziologie a patofyziologie
→Přenos plynů
… a další modelování fyziologických a patologických stavů
videa
⚫ Funkční vyšetření plic
⚫ https://www.youtube.com/watch?v=15MC5o8
Gx-c&t=4s (spirometrie v 5.30 min)
⚫ Astma
⚫ https://www.youtube.com/watch?v=PzfLDisL3w
(5 min)