XVII. Pneumografie 1 Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity XX. Pneumotachografie Pneumografie - je metoda registrace dýchacích pohybů Dýchací svaly ØHlavní inspirační svaly: bránice a zevní mezižeberní svaly ØPomocné dýchací svaly: m. sternocleidomastoideus a skupina skalenových svalů ØExspirační 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)-využití ve spirometrii na zjištění obstrukčních poruch nádech 2 Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity výdech Evoluční okénko Ryby -dýchají přes žábry (Během nádechu ryba otevře ústa a vpustí vodu do ústního otvoru. Během výdechu ryba ústa zavře a otevře skřele, kde proběhne výměna plynů. Kyslík ryba přijímá z vody z ústního otvoru, kterou v průběhu výdechu ryba vypouští do okolního prostředí, -Paryby se musí pohybovat, aby proudila voda s kyslíkem přes žábry (pasivní dýchání) -u některých je doplňkové střevní dýchání (např. piskoř žijící v bahně) -Ryby dvojdyšné - u těchto ryb se vyvinuly vnitřní nozdry a 1 nebo 2 plíce (z plynového měchýře), takže dokážou dýchat vzdušný kyslík (přídatné dýchání). - - Dvojdyšní – Wikipedie Žraloci žijící blíž lidem jsou větší a mají víc hormonů, zjistili biologové — ČT24 — Česká televize Žralok tygří Piskoř pruhovaný Bahník Evoluční okénko Obojživelníci -dýchají několika způsoby - pulci pomocí žaber - povrchem těla - plícemi, ale nemají dýchací svaly a vzduch musí polykat Jarní roztoužení obojživelníků: Na „zamilované“ žáby číhá smrtelné nebezpečí | 100+1 zahraniční zajímavost Plazi -dýchají plícemi a mají již dýchací svaly, u krokodýlů a varanů je vyvinutá bránice -Želvy mají velké houbovité plíce, ale problematické dýchání kvůli krunýři; využívají k dýchání končetiny, mořské želvy i doplňkové dýchání sliznicí úst a kloakou. - - - - - - - - Dinosauři a Ptáci - nejefektivnější dýchání Vzduch z ústního otvoru prochází průdušnicí hlasovým ústrojím syrinx a poté průduškami do trubičkovitých plic. Na plíce je napojeno devět „vzdušných vaků“, které sahají i do dutých kostí. Evoluční okénko Jak získává želva kyslík, když zrovna nepoužívá plíce? | Rádio Junior Obdivujete krokodýly? V Djerba Explore Parku jich uvidíte 400 najednou! Adobe Systems Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity 6 Regulace dýchání Dechové centrum Centrální chemoreceptory, automatické dýchání Mozková kůra Volní dýchání, podmíněné reflexy Podkorové struktury Emoce, změny centrální teploty, změny při reakcích ANS Přímý vliv složení prostředí Hormony (adrenalin, steroidní hormony) baroreceptory Nespecifické mechanoreceptory Receptory kůže, svalů, šlach a kloubů Receptory dýchacích svalů Receptory plic a dýchacích cest Periferní chemoreceptory Život bez hlavy - Časopis Vesmír Evoluce prvních ryb: Kolébka v mělkém moři | Ábíčko.cz Pradávná cesta živočichů z vody na souš objevena v genech divné ryby Není k dispozici žádný popis fotky. Adobe Systems Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity 7 Dechová centra v prodloužené míše ̶Dýchání je automatický proces, který probíhá mimovolně. ̶Automaticita dýchání vychází z pravidelné (rytmické) aktivity skupin neuronů anatomicky lokalizovaných v prodloužené míše a její blízkosti. ̶Dorzální respirační skupina - pouze neurony inspirační, vysílající axony k motoneuronům nádechových svalů (bránice, zevní mezižeberní svaly; jejich aktivace=nádech, při jejich relaxaci=výdech), podílí se na klidovém i usilovném nádechu ̶ ̶Ventrální respirační skupina - umístěná na ventrolaterální části prodloužené míchy, horní část: neurony jejichž axony aktivují motoneurony hlavních a pomocných nádechových svalů; dolní část: exspirační neurony s inervací výdechových svalů. Neurony této skupiny jsou v činnosti pouze při usilovném nádechu a výdechu ̶Pontinní respirační skupina (pneumotaktické centrum) – podílí se na kontrole frekvence a hloubky dýchání; ovlivňuje činnost respiračních neuronů v prodloužené míše ̶ ̶ Pradávná cesta živočichů z vody na souš objevena v genech divné ryby Není k dispozici žádný popis fotky. Adobe Systems Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity 8 Centrální chemoreceptory ̶na ventrální straně prodloužené míchy ̶CO2 proniká hematoencefalickou bariérou do cerebrospinální a mezibuněčné tekutiny mozku CO2+H2O →CHO3- + H+ ̶↑Koncentrace H+ v mozkomíšním moku stimuluje chemoreceptory → zvýšení ventilace ̶ ̶centrální chemoreceptor reaguje i na pokles pH z jiných příčin (laktázová acidóza, ketoacidóza) - Změna pCO2 je pouze v krvi v cévách (evolučně starší), ̶Náhlá změna pCO2 se neprojeví okamžitě, změna ve ventilaci přes centrální chemoreceptory nastává až po 20-30s ̶ ̶ ̶ Adobe Systems Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity 9 Periferní chemoreceptory ̶glomus caroticum, glomus aorticum (aferentace n. vagus a n. glossopharyngeus) ̶ ̶Reagují na pokles parciálního tlaku, zvýšení CO2 a pokles O2 (rozpuštěného v krvi). ̶Obzvlášť reagují na pokles O2 pod 10-13 kPa v arteriální krvi (Stimulace poklesem pO2 a nebo poklesem průtoku krve) ̶Mechanismus účinku: následkem poklesu tvorby ATP v mitochondriích se depolarizuje membrána receptorů ̶ C:\Users\Johanka\Desktop\výuka\prezentace k praktikám ppt\Nové verze praktik podzim 2018\hypoxie, hyperkapnie\staré prezentace\Fig-216-Locations-of-peripheral-chemoreceptors-22.png Evoluce prvních ryb: Kolébka v mělkém moři | Ábíčko.cz Chemické řízení ventilace Ventilace = dechový objem * frekvence dýchání Øobjem vzduchu prodýchaný za čas (l/min) Øfrekvence dýchání v pneumografii – dána délkou dechového cyklu (BI), délkou inspiria (Ti) a expiria (Te) Øhloubka dýchání v pneumografii – amplituda dechu (Amp) Chemická regulace ventilace: - hloubky a frekvence dýchání na základě informací z chemoreceptorů Chemoreceptory Øcentrální - buňky v prodloužené míše blízko respiračního centra Øperiferní – karotické a aortální Amp 10 Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity Ti Te BI Mrtvý prostor -je objem vzduchu v konduktivní oblasti dýchacích cest, kde neprobíhá výměna plynů s krví 11 Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity 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 8 Tlaky v plicích nádech výdech poplicnice pohrudnice Pleurální štěrbina – mezi poplicnicí a pohrudnicí http://worldartsme.com/images/happy-lungs-clipart-1.jpg Pleurální tekutina Alveolární (pulmonální) tlak atmosférický tlak (zde 0) Pleurální (štěrbinový) tlak (vždy záporný) Objem vdechovaného vzduchu Plicní poddajnost (compliance, C) Øobjemové změny plic jsou závislé na poddajnosti plic a hrudníku a na odporu plic RL, Ø ØElasticita plic určuje plicní poddajnost – complianci C. C = ΔV/ ΔP (na grafu sklon křivky) RL = ΔP / V C je nejvyšší při klidovém dýchání C je dána Øvlastní tkáňovou elasticitou (vlákna elastinu a kolagenu), Ø Øsilami povrchového napětí (síly povrchového napětí v alveolech: rozhraní tekutina- vzduch, surfaktantem) Statistické vyhodnocení – Mann-Whitneyho test 14 Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity 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 (Amp v klidu bude stejné jako Amp po zářeži) Alternativní hypotéza HA: Soubor A je větší nebo menší než soubor B (Amp v klidu je větší nebo menší než Amp po zátěži) 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 Pneumotachografie 15 Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity Ømetoda měření rychlosti proudu vzduchu, Øpoužívá se pro určení odporu dýchacích cest na základě měření tlakového rozdílu mezi začátkem a koncem trubice, přes kterou vyšetřovaná osoba dýchá, Ø Øzvýšená hodnota odporu dýchacích cest ukazuje na zúžení (obstrukci) dýchacích cest, Poiseuillův - Hagenův zákon 𝑄= 𝜋 ∙ ∆𝑃 ∙ 𝒓𝟒 ∆𝑃 8 ∙ 𝑙 ∙ 𝜂 = 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 P A P B l 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). r 16 Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity Odpor dýchacích cest Øodpor dýchacích cest (Rd) vzniká následkem vnitřního tření mezi proudícím plynem a stěnou dýchacích cest. 𝑹 𝒅 = ∆𝑃 = 8 ∙ 𝑙 ∙ 𝜂 𝑄 𝜋 ∙ 𝒓𝒅𝟒 Ømalá změna poloměru dýchacích cest (rd) způsobí podstatně větší změnu jejich odporu vůči proudění vzduchu (Rd), Ø Øke 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, Ø ØNa odporu se nejvíce podílí bronchioly: velký podíl hladké svaloviny a žádná chrupavčitá výztuha - obsahují receptory pro různé působky (histamin – bronchiolokonstrikce, adrenalin - bronchiolodilatace) 17 Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity Pneumotachograf Øje přístroj tvořený paralelně uspořádanými trubičkami o stejném průměru. Jedna z trubiček má blízko obou svých konců (ústního a vnějšího) odbočky s hadičkami. Ty jsou napojeny na snímač tlaku, který umožňuje měřit rozdíly tlaku vzduchu na začátku a na konci pneumotachografu úměrné rychlosti vdechovaného nebo vydechovaného vzduchu. Přes převodník tlaku na napětí jsou změny dále zpracovávány počítačem, Øtlak na vnějším konci trubice pneumotachografu přibližně odpovídá tlaku atmosférickému (Patm) a klademe ho rovným nule, Øvíme, že průtok vzduchu (V) je přímo úměrný rozdílu tlaků (ΔP) a nepřímo úměrný odporu pneumotachografu (Rp). Jde o analogii s Ohmovým zákonem (I = U/R; I proud, U napětí, R odpor), Øpři dýchání do pneumotachografu proudí vzduch přes dva za sebou zařazené odpory: odpor pneumotachografu (Rp) a odpor dýchacích cest (Rd), Øpokud známe tlak v alveolech (Palv), tlak na ústním konci trubice pneumotachografu (Pp) a odpor pneumotachografu (Rp ) Odpor pneumotachografu: Rp=0,086 kPa*s/l ΔPalv a ΔPp budou změřeny Princip metody - výpočet Průtok vzduchu v pneumoachografu je stejný jako průtok vzduchu v dýchacích cestách 𝑹𝒅 = 𝑅𝑝 ∙ Δ𝑃𝑝 Δ𝑃𝑎𝑙𝑣 − 1 Palv Q- objemový průtok P – tlak pneumografu p P pneumotachograf atm záklopka plíce průdušnice Q Rd- odpor dýchacích cest Rp 17 Fyziologický ústav, Lékařská fakulta Masarykovy univerzity Princip metody 𝑹𝒅 = 𝑅𝑝 ∙ Δ𝑃𝑝 Δ𝑃𝑎𝑙𝑣 − 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 – tlak pneumotachografu Palv t [s] U [V] M marker inspirium expirium okamžik zaklapnutí záklopky na začátku inspiria/expiria Pp Palv