Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity1
XVII. Pneumografie
XX. Pneumotachografie
Praktické cvičení z fyziologie (podzimní semestr: 7. – 9. týden)
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity2
Pneumografie
= metoda registrace dýchacích pohybů
̶ Dýchací svaly
̶ Hlavní inspirační svaly: bránice a zevní
mezižeberní svaly
̶ Pomocné dýchací svaly: musculus
sternocleidomastoideus a skupina skalenových
svalů
̶ Exspirační (výdechové) svaly: vnitřní mezižeberní
svaly a svaly přední břišní stěny
̶ Nádech – aktivní děj
̶ Výdech – v klidu je pasivní (elasticita plic táhne
hrudní stěnu zpět do výdechové polohy )usilovný
výdech je aktivní (použití výdechových svalů)
nádech
výdech
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity3
Chemické řízení ventilace
̶ Ventilace = dechový objem * frekvence dýchání
̶ Objem vzduchu prodýchaný za čas (l/min)
̶ Frekvence dýchání v pneumografii – dána délkou dechového cyklu (BI), délkou inspiria (Ti)
a expiria (Te)
̶ Hloubka dýchání v pneumografii – amplituda dechu (Amp)
̶ Chemická regulace ventilace:
hloubky a frekvence dýchání na základě
informací z chemoreceptorů
̶ Chemoreceptory
̶ Centrální - buňky v prodloužené míše blízko respiračního centra
̶ Periferní – karotické a aortální
Amp
Ti Te
BI
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity4
Centrální chemoreceptory
̶ V prodloužené míše poblíž dechového centra
̶ CO2 proniká hematoencefalickou bariérou
do cerebrospinální a mezibuněčné
tekutiny mozku
CO2+H2O →CHO3
- + H+
̶ ↑Koncentrace H+ v mozkomíšním
moku stimuluje chemoreceptory
→ zvýšení ventilace
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity5
Periferní chemoreceptory
̶ Obsahují ostrůvky dvou typů buněk
̶ Typ I: Naléhají na nervová vlákna
̶ Typ II: charakter glie (každá obklopuje 4-6 buněk I. Typu)
̶ Registrace pO2 rozpuštěného v krevní plazmě
za čas
̶ Stimulace poklesem pO2 a nebo poklesem průtoku krve
̶ Periferní receptory registrují také pCO2, pH
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity6
Mrtvý prostor
̶ Objem vzduchu v konduktivní oblasti dýchacích cest,
kde neprobíhá výměna plynů s krví
̶ Anatomický MP: objem respiračního systému mimo alveoly (150-200 ml)
̶ Funkční (fyziologický) MP: Objemem vzduchu, který se neúčastní výměny plynů s krví –
zahrnuje neprokrvené alveoly
̶ U zdravých jedinců jsou oba mrtvé prostory stejné
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity7
Parciální tlaky plynů (mm Hg)
̶ v různých částech respirační a oběhové soustavy
8
Tlaky v plicích
nádech výdech
pohrudnice
http://worldartsme.com/images/happy-lungs-clipart-1.jpg
poplicnice
Pleurální štěrbina –
mezi poplicnicí a
pohrudnicí
Pleurální
tekutina
Alveolární (pulmonální) tlak
Pleurální (štěrbinový) tlak (vždy záporný)
Objem vdechovaného vzduchu
atmosférický tlak
(zde 0)
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity9
Plicní poddajnost (compliance, C)
̶ 𝐶 =
∆𝑉
∆𝑃
(na grafu sklon křivky)
̶ C je nejvyšší při
klidovém dýchání
̶ C je dána
̶ Vlastní tkáňovou elasticitou
(vlákna elastinu a kolagenu)
̶ Silami povrchového napětí
(síly povrchového napětí v
alveolech: rozhraní tekutinavzduch,
surfaktantem)
3
2
1
0
-80
-1
-40 0 40 80 120 160
křivka
usilovného
inspiria
křivka
relaxačnho
tlaku
respiračního
systému křivka
usilovného
expiriaklidová výdechová
poloha
(relaxační objem)
Vitálníkapacita
Objemovázměnaodhodnoty
relaxačníhoobjemu(l)
Intrapulmonální tlak (mmHg)
(0=atmosférický tlak)
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity10
Statistické vyhodnocení - obecně
̶ Mann-Whitneyho test
̶ Neparametrický test založený na pořadí,
porovnává výběrové soubor A a B
̶ Nulová hypotéza H0: Výběrový soubor A se nebude lišit od souboru B
̶ Alternativní hypotéza HA: Soubor A je větší nebo menší než soubor B
̶ Statistická významnost α (obvykle α = 0.05 nebo 0.01)
̶ Pravděpodobnost chyby, tzn. že jsme na základě výběru zamítli H0, ale v realitě H0 platí
̶ Výsledek testu:
̶ Test není významný – potvrzení H0: nepotvrdili jsme rozdíl mezi A a B
̶ Test je významný s významností α – zamítnutí H0: potvrdili jsme rozdíl mezi A a B
realita
H0 HA
Rozhodnutí
testu
H0 OK β
HA α OK
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity11
Statistické vyhodnocení - příklad
̶ Např. soubor A: Amp v klidu, soubor B: Amp po zátěži
̶ Nulová hypotéza H0: Amp v klidu bude stejné jako Amp po zářeži
̶ Alternativní hypotéza HA : Amp v klidu je větší nebo menší než Amp po zátěži
̶ Možné výsledky statistiky
T1´-T1 porovnáváme s tabulkovou hodnotou pro α pro počet prvků n = 6
̶ T1´-T1 < 13 → nezamítáme H0 na hladině významnosti α = 0,01, tzn. neprokázali jsme, že by
se Amp v klidu lišilo od Amp po zátěži
̶ T1´-T1 > 13 → zamítáme H0 na hladině významnosti α = 0,05, tzn. prokázali jsme, že Amp v
klidu se liší od Amp po zátěži (logicky by po zátěži měla být větší)
̶ T1´-T1 > 16 → zamítáme H0 na hladině významnosti α = 0,01, tzn. prokázali jsme, že Amp v
klidu se liší od Amp po zátěži (logicky by po zátěži měla být větší)
Amp
Ti Te
BI
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity12
Pneumotachografie
Praktické cvičení z fyziologie (podzimní semestr: 7. – 9. týden)
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity13
Pneumotachografie
̶ Metoda měření rychlosti proudu vzduchu
̶ Používá se pro určení odporu dýchacích cest na základě měření
tlakového rozdílu mezi začátkem a koncem trubice, přes kterou
vyšetřovaná osoba dýchá
̶ Zvýšená hodnota odporu dýchacích cest ukazuje na zúžení
(obstrukci) dýchacích cest
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity14
Poiseuillův - Hagenův zákon
Objemový průtok (Q) v rigidní trubici je přímo úměrný tlakovému rozdílu na
začátku a konci trubice (ΔP=PA-PB) čtvrté mocnině jejího poloměru (r) a
nepřímo úměrný délce trubice (l) a viskozitě proudící kapaliny/plynu (η).
𝑄 =
𝜋 ∙ ∆𝑃 ∙ 𝒓 𝟒
8 ∙ 𝑙 ∙ 𝜂
=
∆𝑃
𝑹
R je odpor trubice proti proudění plynu
(tlak, který je potřeba vynaložit, aby byl daný objem kapaliny/plynu protlačen trubicí za
jednotku času)
Platí pouze při laminárním proudění
PA PB
l
r
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity15
Odpor dýchacích cest
̶ Odpor dýchacích cest (Rd) vzniká následkem vnitřního tření mezi proudícím
plynem a stěnou dýchacích cest.
𝑹 𝒅 =
∆𝑃
𝑄
=
8 ∙ 𝑙 ∙ 𝜂
𝜋 ∙ 𝒓 𝒅
𝟒
̶ Malá změna poloměru dýchacích cest (rd) způsobí podstatně větší změnu
jejich odporu vůči proudění vzduchu (Rd).
̶ Ke zúžení (obstrukci) dýchacích cest dochází při kompresi hrudníku, zduření sliznice, otoku
hlasivek, konstrikci hladkých svalů dýchacích cest při vdechnutí cizího tělesa, astmatickém
záchvatu či jiné alergické reakci
̶ Na odporu se nejvíce podílí bronchioly: velký podíl hladké svaloviny a žádná chrupavčitá výztuha,
obsahují receptory pro různé působky (histamin – bronchiolokonstrikce, adrenalin - bronchiolodilatace)
16
Princip metody - výpočet
Průtok vzduchu v pneumoachografu je stejný
jako průtok vzduchu v dýchacích cestách
𝑃 𝑝−𝑃 𝑎𝑡𝑚
𝑅 𝑝
= 𝑄 =
𝑃 𝑎𝑙𝑣−𝑃 𝑝
𝑹 𝒅
Substituce: Δ𝑃𝑝 = 𝑃𝑝 − 𝑃𝑎𝑡𝑚 𝑎 Δ𝑃𝑎𝑙𝑣 = 𝑃𝑎𝑙𝑣 − 𝑃𝑎𝑡𝑚
𝑹 𝒅 = 𝑅 𝑝 ∙
Δ𝑃 𝑎𝑙𝑣
Δ𝑃 𝑝
− 1
Odpor pneumotachografu: Rp=0,086 kPa*s/l
ΔPalv a ΔPp budou změřeny
Palv
Q
Pp Patm
pneumotachograf
záklopka
plíce
průdušnice
Q
Rd
Rp
Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity17
Princip metody
𝑹 𝒅 = 𝑅 𝑝 ∙
Δ𝑃 𝑎𝑙𝑣
Δ𝑃 𝑝
− 1
̶ Odpor pneumotachografu: Rp=0,086 kPa*s/l
̶ ΔPalv a ΔPp lze změřit
(pozn.: Hodnoty jsou v mV, ne kPa, což nevadí, protože jsou dány
do poměru. Nezapisujte minus u hodnot expiria.)
̶ Výpočet Rd
̶ v inspiriu s normálním náustkem
̶ v expiriu s normálním náustkem
̶ v inspiriu se zúženým náustkem
̶ v expiriu se normálním náustkem
̶ Fyziologické hodnoty: 0,1 - 0,2 kPa*s/l
Zúžený náustek několikanásobně zvýší Rd
0
U [V]
Pp
Palv
t [s]
U [V]
pneumotachografický
záznam
pneumografický
záznam
M
marker
inspirium expirium
okamžik zaklapnutí
záklopky na
začátku
inspiria/expiria
Pp
Palv