Adobe Systems Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno 1 Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzika dýchání. Spirometrie 2 Obsah přednášky Mechanismus výměny plynů mezi organismem a okolím (dýchací pohyby – mechanika dýchání, difuze a rozpouštění plynů) Dechové objemy a kapacity Dechový odpor Dechová práce Spirometrie Některé biofyzikální aspekty dýchání 3 Ventilační pohyby Účastní se především mezižeberní svaly a bránice dýchání hrudní (převažuje u žen) a břišní (převažuje u mužů) cfm?article_ID=ZZZ8PPLCGJC&sub_cat=285 Dle: http://www.medem.com/MedLB/article_detaillb. 4 Difuze O2 a CO2 v plazmě Molekulové hmotnosti: MO2 = 32 MCO2 = 44 Bunsenovy koeficienty rozpustnosti (a) pro plyny v krvi o tělesné teplotě. Jednotkou rozpustnosti je (ml plynu při standardní teplotě a tlaku)*(ml krve)-1 *(101,3 kPa)-1 CO2 0,52 CO 0,018 N2 (Voda: 0,013; Tuk: 0,065) O2 0,022 5 Výměna plynů Prostředí Druh transportu pO2 (kPa) pCO2 (kPa) alveoly proudění 13,3 5,2 alveolo-kapilární stěna difuze - Krevní oběh: tepny žíly proudění 12,7 5,3 5,5 6,0 Kapilární stěna, buněčná membrána difuze - Buňka difuze 4,0 6,7 6 Výměna dýchacích plynů PLYNY 7 Změny negativního nitrohrudního tlaku během dýchání 6-8 8 Dechové objemy a kapacity Øvzduch v dýchacích trubicích - mrtvý prostor - 150 ml Øreziduální objem vzduchu v alveolech - RO - 1 l Øexspirační rezervní objem - ERO - 1,5 l Ø(klidový) dechový objem - DO - 0,5 l Øinspirační rezervní objem - IRO - 2,5 l Øvitální kapacita VK = ERO + DO + IRO Øfunkční reziduální kapacita FRK = RO + ERO Ø ØMírou ventilace plic je minutový objem MO = DO·f 6-10 Příklad spirogramu V [l] 9 Pneumothorax Pneumothorax_2 http://www.pennhealth.com/health/health_info/Surgery/graphics/Pneumothorax_2.jpg 10 Dýchací odpory Elastický odpor plic a hrudníku - dán napětím elastických vláken v plicní tkáni, podobný vliv má povrchové napětí alveolů. Neelastický odpor tkání (též tkáňový viskózní odpor). Vzniká třením plicní tkáně, hrudníku, dýchacích svalů a orgánů dutiny hrudní. Proudový odpor dýchacích cest - komplex odporů, které kladou vzdušnému proudu dýchací cesty – příčinou je viskozita vzduchu a turbulence, k nimž dochází i místech větvení dýchacích cest. 11 Dýchací práce a obrázek k zamyšlení Při překonávání souhrnu dýchacích odporů platí: W = pDV p je rozdíl tlaku nitrohrudního a nitroplicního obr6_10 Dýchací práce. A) - při nádechu, B) - při výdechu. Plocha 0ACD0 - elastická práce konaná na úkor energie organismu (při nádechu) nebo pružnými tkáněmi přeměnou potenciální energie (při výdechu). Plocha ABCA je při nádechu aktivní prací proti neelastickému odporu. Plocha ACEA je prací proti neelastickému odporu při výdechu, na úkor potenciální energie nahromaděné při nádechu (podle Pilewského). 12 Výpočty dýchací práce při klidovém dýchání: minutový objem MO = 7 l dechová frekvence DF = 14 min-1 tlak p: 0,7 kPa dechový objem V: 0,5 l (5·10-4 m3) práce W = 0,35 J - pro jeden vdech 294 J - za 1 hodinu při velké zátěži: MO = 200 l DF 100 min-1 p = 0,7 kPa V = 2 l (2·10-3 m3) W = 1,4 J - pro jeden vdech 8400 J - za 1 hodinu homersleep Fightsmall 13 Měření dechových objemů - spirometrie spiro Výsledek obrázku pro spirography Výsledek obrázku pro spirometrie 14 Spirogram Měříme závislost objemu na čase nebo velikosti toku na dechovém objemu art-asthma_fig5_2 15 Další biofyzikální aspekty dýchání Projevy fyzikálních vlastností plic v některých oblastech diagnostiky a terapie: Ønejvětší plocha kontaktu s vnějším prostředím Ømožnost ovlivnění funkcí organismu prostřednictvím dýchání (hyperventilace) Ørušivý vliv dýchacích pohybů na diagnostické obrazy Ønegativní kontrast při rtg. vyšetřeních Ørizika v UZ diagnostice a při litotrypsi 16 Autor: Vojtěch Mornstein Obsahová spolupráce: C.J. Caruana, I. Hrazdira Poslední revize a ozvučení: březen 2021