Fiziologija disanja

[Boki]

RESPIRACIJA ili disanje je zbir pojava koje omogućuju udisaj koji se sastoji u apsorpciji kiseonika, i izdisaja koji se sastoji u eliminaciji ugljen-di-oksida.

Mehanizam plućnog disanja omogućuju: plućna ventilacija, difuzija i nervni sistem.

1. Plućna ventilacija - pokreti širenja (ekstazije) i skupljanja (retrakcije) grudnog koša izazivaju promene pritiska u unutrašnjosti pluća koji se kompenzuje ulaskom i izlaskom vazduha kroz dušnik. Plućna ventilacija ili provetravanje pluća obezbeđuje stalni sastav alveolarnog vazduha koji se usled razmene gasova obogaćuje kiseonikom, a osiromašuje ugljen-dioksidom.

- udisanje ili inspiracija je aktivan rad većeg broja mišića od kojih su najvažniji ošit ili prečaga (dijafragma), koja svojom kontrakcijom povećava zapreminu grudnog koša u tri pravca: vertikalnom, prednje-zadnjem i frontalno. Udisaj počinje skraćivanjem i spuštanjem prečage koja naleže na organe trbušne duplje i povlači za sobom plućnu maramicu (pleuru) a ona oba plućna krila. Istovremeno se grče mišići grudnog koša i pokreću rebra u stranu, a grudnu kost u napred.

- izdisanje ili ekspiracija predstavlja proces omogućen elastičnošću plućnog tkiva i zidova grudnog koša. Izdisaj počinje opuštanjem i vraćanjem prečage u prvobitni položaj, istovremeno se mišići grudnog koša opuštaju povlačeći unazad grudnu kost (sternum). Zapremina grudne duplje se smanjuje, a pluća skupljaju.

2. Difuzija - razmena gasova između alveola i kapilara, obavlja se između alveolarnog vazduha i krvi plućnih kapilara. Kiseonik difenduje u pravcu krvi a ugljen-dioksid u pravcu alveola. Ova razmena zavisi od razlike u parcijalnom pritisku O2 i CO2 u venskoj krvi i alveolarnom vazduhu, i od difuzione konstante pluća koja zavisi od kvaliteta i površine alveolarno-kapilarne membrane.

Ukupna površina svih alveola - plućnih mehurića iznosi 70 metara kvadratnih, što jeste površina respiratorne membrane; količina krvi u plućima iznosi 100 ml i ta mala količina je u kontaktu sa velikom alveolarnom površinom što znači da je sloj krvi veoma tanak.

3. Nervna regulacija disanja - ostvaruje se preko respiratornog centra koji se nalazi u retikularnoj formaciji produžene moždine i moždanog mosta, a sastoji se iz tri područja:

- bulbarno područje je područje za ritmičnost, nalazi se u donjem delu produžene moždine i sastoji se iz dve grupe nervnih ćelija; nervni impulsi se iz inspiratorne grupe nervnih ćelija šalju putem odgovarajućih motornih živaca do inspiratornih (udisajnih) mišića - spoljašnji međurebarni mišić i dijafragma, za to vreme grupa ekspiratornih ćelija se nalazi u inhibiciji. Posle dve sekunde prestaje aktivnost inspiratornih ćelija i njihova inhibicija traje 3 do 4 sekunde. Tada nastaju impulsi ekspiratorne grupe ćelija koji se šalju u ekspiratorne (izdisajne) mišiće - unutrašnji međurebarni mišići i trbušni mišići.

- apneustički centar utiče na prvi bulbarno područje tako što povećava aktivnost inspiratorne grupe nervnih ćelija.

- pneumotaksički centar utiče na prvo bulbarno područje smanjujući aktivnost inspiratorne grupe nervnih ćelija, pa se plućna ventilacija smanjuje.

Centar za disanje je pod uticajem različitih impulsa iz viših i nižih delova CNS-a, i ti impulsi su trojaki:

- impulsi iz kičmene moždine izazivaju razdraženje centara za disanje, disanje se pojačava.
- impulsi iz nerva lutalca (vagusa) iz pluća su veoma značajni i poznati kao Hering-Brajerovi refleksi i oni podpomažu smanjenje respiracije. Pri udisaju pluća se šire i time nadražuju nervne završetke koji su osetljivi na rastezanje, taj nadražaj se prenosi preko nerva vagusa do centra za disanje i izaziva inhibiciju udisajne grupe ćelija, a nadražaj izdisajne grupe nervnih ćelija.
- impulsi iz kore velikog mozga imaju važnost za rad mišića, disanje se 20 puta povećava u toku mišićnog rada.

Od značaja su i arterijski krvni pritisak koji deluje na baroreceptore (receptori osetljivi na pritisak), nalaze se u luku aorte i karotidnom sinusu; porast pritiska izaziva depresiju rada disanja.

 

[Boki]

RAZMENA GASOVA

Ugljen-dioksid i kiseonik u plućima se razmenjuju na taj način što prelaze procesom difuzije kroz više slojeva respiratorne membrane, pri tom je pravac difuzije gasa određen parcijalnim pritiskom.

Parcijalni pritisak CO2 u alveolarnom vazduhu iznosi 5,3 kPa , a u venskoj krvi iznosi 6,0 kPa; ugljen-dioksid CO2 prelazi iz venske krvi u alveole, a iz njih se eliminiše u spoljnu sredinu.

Parcijalni pritisak kiseonika O2 u alveolarnom vazduhu iznosi 13,3 kPa , a u venskoj krvi iznosi 5,3 kPa; on prelazi iz alveolarnog vazduha u vensku krv, tj, u sredinu sa manjim pritiskom.

Brzina difuzije gasa zavisi od rastvorljivosti gasa u tečnosti respiratorne membrane; CO2 je 20 puta rastvorljiviji u vodi od O2, pa je brzina difuzije CO2 za oko 20 puta veća od difuzije kiseonika.

TRANSPORT KISEONIKA

Kiseonik se u plućima vezuje za krv, a krvlju se transportuje do tkiva na dva načina:

1. Kao fizički rastvoren gas - samo oko 3% do 5% ukupne količine koja se prenosi putem krvi;
2. Kao hemijski vezan za hemoglobin Hgb u vidu oksihemoglobina HbO2 - ova veza je labava i zbog toga se sjedinjenje ne naziva oksidacija, već oksigenacija.

Ukoliko je parcijalni pritisak O2 veći, stvara se i više HbO2, a ukoliko je parcijalni pritisak manji, manja je i nastanak oksihemoglobina.

Zavisnost koja postoji između parcijalnog pritiska kiseonika i procenta stvorenog HbO2 predstavlja se krivom disocijacije oksi-hemoglobina.
Pri parcijalnom pritisku kiseonika od 5,3 kPa koji vlada u venskoj krvi, 70% hemoglobina se pretvara u HbO2, a tada se u 100 ml krvi nalazi 14 ml kiseonika.
Pri parcijalnom pritisku kiseonika od 13,3 kPa koji vlada u arterijskoj krvi, 95% hemoglobina se pretvara u HbO2, a tada se u 100 ml krvi nalazi 19 ml kiseonika.

Znači: 100 ml arterijske krvi otpusti 19 ml kiseonika i 100 ml venske krvi otpusti 14 ml kiseonika iz svakih 100 ml krv u tkivo otpusti 5 ml kiseonika (25% ukupne količine kiseonika koji se transportuje). Tu količinu kiseonika ćelije koriste u metaboličke procese i ta vrednost naziva se koeficijent iskorišćavanja ili koeficijent utilizacije kiseonika.

U uslovima jakog mišićnog rada ovaj koeficijent iznosi 15 ml/ 100 ml krvi, ili 75% od ukupne količine kiseonika u transportu.

TRANSPORT UGLJEN-DI-OKSIDA

Ugljen-dioksid difenduje iz pravca tkiva u krv kapilara - iz ćelija u krv. Postoje tri načina transporta:

1. Kao fizički rastvoren gas u krvi - 7% od ukupne količine koja se transportuje.
2. Kao hemijski vezan u obliku karbaminojedinjenja, jedinjenja amino grupa i belančevina i CO2; najveći deo ovog jedinjenja vezuje se za belančevinu hemoglobin, a manji deo za belančevine krvne plazme; ovim se trasnportuje 20% CO2.
3. U obliku bikarbonatnih jedinjenja - 70% transporta; bikarbonatna jedinjenja se stvaraju iz ugljene kiseline i to u eritrocitima i u krvnoj plazmi.

U eritrocitima se stvaraju kalijum-bikarbonati KHCO3, a u plazmi natrijum-bikarbonati NaHCO3.
Ugljena kiselina H2CO3 stvara se iz ugljen-dioksida i vode, stvara se u crvenim krvnim zrncima jer u njima postoji enzim - ugljena anhidraza koja ubrzava tu reakciju.

U krvnim kapilarima tkiva gde je parcijalni pritisak CO2 veći stvara se ugljena kiselina, a u plućima gde je parcijalni pritisak CO2 manji, dolazi do razgradnje ugljene kiseline i stvaranje CO2 i vode.
Količina CO2 izražava se u milimetrima na 100 mililitara krvi, tj. VOL%.

Venska krv - 52VOL%
Arterijska krv - 48VOL%

Iz 100 ml venske krvi otpusti se 4 ml CO2 u plućima.

 

[Boki]

HUMORALNA REGULACIJA

Ona se ostvaruje putem krvi i na nju utiču sledeći faktori:

- promene koncentracije CO2 i jona vodonika; Porast koncentracije CO2 i jona vodonika stimulišu centar za disanje i smanjenje koncentracije CO2 i jona vodonika inhibiše centar za disanje.

- promene koncentracije O2 u krvi; Smanjenje koncentracije O2 u krvi deluje tako da se disanje povećava.

Humoralna regulacija zavisi od parcijalnog pritiska CO2 u arterijskoj krvi, jer on deluje na hemioreceptore u karotidnom sinusu podstičući na disanje.

Šema: sa hemioreceptora (luk aorte) nadraženje se prenosi preko nerva vagusa, a sa baroreceptora u račvi karotidnih arterija preko nerva glosofaringeusa.

Ova vrsta regulacije ima značaj pri smanjenju atmosferskog pritiska pri penjanju na visine; tada se u razređenom vazduhu smanjuje koncentracija kiseonika. Acidoza izazvana anoreksijom takođe podstiče disanje.

Kroz celokupnu respiratornu membranu pluća za 1 minut difunduje oko 250 ml kiseonika, to znači da krv u plućima za jedan minut veže 250 ml O2 a za to vreme se iz krvi preko pluća eliminiše 400-450 ml CO2. U toku mišićne aktivnosti ove vrednosti se povećavaju i do 3-4 puta.

Uslovi za normalno disanje su slobodni udisajni putevi sve do alveola, udisanje normalne smeše gasa, propustljiv alveolarno-kapilarni zid, dobro sinhronizovani disajni pokreti koji deluju na grudni koš sa normalnim elasticitetom i pluća dobro snabdevena krvlju.

 

[Boki]

PLUĆNI VOLUMENI



I. Tidalov ili respiratorni plućni volumen TRV - količina vazduha koja se udahne i izdahne iz pluća pri normalnom disanju; iznosi oko 500 ml.

II. Inspiratorni rezervni volumen IRV - maksimalna inspiracija (udisaj) koja se nadovezuje na normalnu; iznosi 3000 ml.

III. Ekspiratorni rezervni volumen ERV - maksimalna ekspiracija (izdisaj) a koja sledi posle normalne ekspiracije; iznosi 1100 ml.

IV. Rezidualni plućni volumen RPV - količina vazduha koja ostaje u plućima i posle maksimalne ekspiracije (izdisaja); iznosi oko 1200 ml.

Statički testovi - mere se po jednoj respiraciji; svi plućni volumeni i kapaciteti određuju se spirometrijski.

Dinamički testovi - mere se u funkciji vremena.

1. Minutni volumen plućne ventilacije - količina vazduha koja prođe kroz disajne puteve za jedan minut:

- min.VOL.pl.vent. = f.resp. x TRV
- min.VOL.pl.vent. = 12/16 min. x 500 ml
- min.VOL.pl.vent. = 6000-8000/min-ml

f.resp. - frekvencija funkcije disanja

2. Minutni volumen alveolarne ventilacije - količina vazduha koja u jednom minutu učestvuje u razmeni gasova u alveolama - plućnim mehurićima:

- (TRV - "V") x f.resp.
- min.VOL.alv.vent. = (500 ml - 150 ml) x 12-16/min
- min.VOL.alv.vent. = 4200-5600 ml/min

Zapremina mrtvog prostora "V" iznosi uvek oko 150 ml vazduha.

Frekvencija funkcije disanja (ff.resp.) iznosi oko 12 do 16 respiracija u minutu.

3. Maksimalna voljna ventilacija za 1 minut i maksimalni kapacitet disanja - najveća zapremina vazduha koja se voljnim naporom može udahnuti i izdahnuti u jednom minutu:

- max.vent./1 min. = 125-170 l / min
- max.cap.resp. = 130-165 l / min

Normalna vrednost iznosi 125 do 17o litara u minutu.

4. Forsirani ekspiratorni volumen u prvoj sekundi - količina vazduha koja se maksimalnim voljnim naporom može izdahnuti za jednu sekundu posle prethodne maksimalne inspiracije; iznosi 80% vitalnog kapaciteta:

- FEV 1" = 80% VTC (4600 ml)
- FEV 1" = 3680 ml

 

[Boki]

PLUĆNI KAPACITETI



I. Vitalni kapacitet - količina vazduha koja se izdahne pri maksimalnoj ekspiraciji kojoj prethodi maksimalna inspiracija:

VTC = IRV + ERV
VC = IERV + TRV

VTC = 3000 ml + 1100 ml
VC = 4100 ml + 500 ml
VC = 4600 ml

II. Totalni kapacitet - zbir svih plućnih volumena, maksimalna količina vazduha koja se nalazi u plućima i na kraju maksimalne inspiracije:

TC = TRV + IRV + ERV + RPV
TC = 500 + 3000 + 1100 + 1200
TC = 5800 ml

III. Inspiratorni kapacitet - količina vazduha koja se može udahnuti i posle normalne ekspiracije:

IC = TRV + IRV
IC = 500 + 3000
IC = 3500 ml

IV. Funkcionalni rezidualni kapacitet - zapremina vazduha koja ostaje posle normalne ekspiracije:

ERC = RPV + ERV
FRC = 1100 + 1200
FRC = 2300 ml