Μηχανική Αερισμού Πνευμόνων

Μηχανική του Αερισμού των Πνευμόνων

• Οι μαθησιακοί στόχοι περιλαμβάνουν την κατανόηση των αναπνευστικών μυών, των πνευμονικών πιέσεων, της ευενδοτότητας και ελαστικότητας του πνεύμονα, του επιφανειοδραστικού παράγοντα, της σπιρομετρίας και των αναπνευστικών όγκων, καθώς και τον αερισμό των κυψελίδων.

Εισπνοή και Εκπνοή

• Κατά την εισπνοή:
  • Οι πλευρές ανυψώνονται.
  • Το διάφραγμα κατέρχεται.
  • Οι πνεύμονες εκπτύσσονται.
• Κατά την εκπνοή:
  • Οι πλευρές κατέρχονται.
  • Το διάφραγμα ανυψώνεται.
  • Οι πνεύμονες συμπτύσσονται.
• Η ελαστικότητα είναι η δύναμη επαναφοράς του πνεύμονα.
• Σε κατάσταση ηρεμίας, η διαφραγματική αναπνοή είναι η κύρια κινητήρια δύναμη για την έκπτυξη και σύμπτυξη των πνευμόνων, ενώ συμμετέχει και η κίνηση του θωρακικού κλωβού.

Διάφραγμα

• Απεικονίζονται εικόνες του διαφράγματος σε εισπνοή και εκπνοή.

Αυξημένη Ανάγκη για Οξυγόνο

• Σε κατάσταση μεγαλύτερης ανάγκης για οξυγόνο:
  • Αυξάνεται η συχνότητα των αναπνοών.
  • Εντονότερη είναι η κίνηση του θώρακα.
  • Συμμετέχουν οι κοιλιακοί μύες.
• Κατά την εισπνοή, αυξάνεται κατακόρυφα και προσθιοπίσθια η διάμετρος, γίνεται συστολή έξω μεσοπλεύριων μυών και ανυψώνεται ο θωρακικός κλωβός.
• Κατά την εκπνοή, υπάρχει χαλάρωση των έσω μεσοπλεύριων και συστολή των κοιλιακών μυών.

Μύες που Συμμετέχουν στην Αναπνοή

• Οι μύες που συμμετέχουν στην αναπνοή διακρίνονται σε εισπνευστικούς (Στερνοκλειδομαστοειδείς, Σκαληνοί, Έξω μεσοπλεύριοι, Πρόσθιοι οδοντωτοί, Διάφραγμα) και εκπνευστικούς (Έσω μεσοπλεύριοι, Έξω και Έσω λοξοί κοιλιακοί, Εγκάρσιος και Ορθοί κοιλιακοί).

Σχέση Πνευμόνων με Υπεζωκότα

• Οι πνεύμονες επιπλέουν στην θωρακική κοιλότητα, περιβαλλόμενοι από τον υπεζωκότα, χάρη στο πλευριτικό υγρό.
• Δεν συνδέονται με το θωρακικό τοίχωμα, παρά μόνο στο μεσοθωράκιο (πνευμονικές πύλες).
• Ανάμεσα στον σπλαχνικό και πλευρικό υπεζωκότα υπάρχει αρνητική πίεση, απαραίτητη για την αναπνοή.

Πιέσεις στον Πνεύμονα

• Ατμοσφαιρική Πίεση (Patm): 0 mm Hg (760 mm Hg).
• Τοιχωματικό και Σπλαγχνικό πέταλο Υπεζωκότα: Περιβάλλουν τον πνεύμονα.
• Διαπνευμονική Πίεση: 4 mm Hg (διαφορά πίεσης κυψελίδας και σπλαγχνικού υπεζωκότη).
• Υπεζωκοτική Πίεση (Pip): -4 mm Hg (756 mm Hg), αρνητική στον υπεζωκότα.
• Κυψελιδική Πίεση (Ppul): 0 mm Hg (760 mm Hg), ίδια με του περιβάλλοντος.
• Η πίεση του αέρα στις πνευμονικές κυψελίδες ονομάζεται ενδοκυψελιδική πίεση.

Ενδοκυψελιδική Πίεση

• Ο αέρας κινείται από περιοχές υψηλής πίεσης σε περιοχές χαμηλής πίεσης.
• Κατά την εισπνοή, η διάταση του θώρακα ελαττώνει την ενδοκυψελιδική πίεση κατά -1 cm H₂O, επιτρέποντας την εισροή 0,5 λίτρων αέρα.
• Κατά την εκπνοή, η ενδοκυψελιδική πίεση αυξάνεται σε +1 cm H₂O.
• Η πίεση στις κυψελίδες διακυμαίνεται μεταξύ -1 και +1 cm H₂O.

Ενδοθωρακική/Υπεζωκοτική Πίεση

• Είναι η πίεση του αέρα στον σχισμοειδή χώρο ανάμεσα στα πέταλα του υπεζωκότα.
• Η υπεζωκοτική πίεση είναι -5 cm H₂O τελοεκπνευστικά και -7,5 cm H₂O τελοεισπνευστικά.
• Η υπεζωκοτική πίεση είναι πάντα αρνητική, με διακύμανση -5 έως -7,5 cm H₂O.

Διαπνευμονική Πίεση

• Η διαπνευμονική πίεση τείνει να συμπτύξει τους πνεύμονες και συνδέεται με την ελαστικότητά τους.
• Η διακύμανσή της είναι από περίπου +6,5 cm H₂O κατά την εισπνοή σε περίπου +5 cm H₂O κατά την εκπνοή.
• Η πίεση επαναφοράς αντιτίθεται στην περαιτέρω έκπτυξη του πνεύμονα κατά την εισπνοή και ενισχύει την εκπνοή.

Ελαστικότητα/Ευενδοτότητα Πνεύμονα

• Η ευενδοτότητα είναι ο όρος που συσχετίζει τις μεταβολές στον όγκο με την αλλαγή της πίεσης.
• Ευενδοτότητα = ΔV/ΔP
• Πνεύμονας με μεγάλη ευενδοτότητα διατείνεται εύκολα, ενώ με μικρή ευενδοτότητα διατείνεται δύσκολα.
• Οι πνεύμονες θυμίζουν μπαλόνια, όπου η μικρή δύναμη φουσκώματος ασκεί στα εσωτερικά τοιχώματα πίεση ισχυρότερη από την ατμοσφαιρική.
• Η σαπουνόφουσκα έχει μεγαλύτερη ενδοτικότητα, ενώ μια μπάλα ποδοσφαίρου έχει μικρή ευενδοτότητα.
• Δίνεται διάγραμμα πνευμονικής ευενδοτότητας, όπου φαίνεται ότι ο εισερχόμενος αέρας μπαίνει πιο δύσκολα από ότι βγαίνει, καθώς στις αρχές της εισπνοής η πίεση ανεβαίνει πιο αργά από ότι στο τέλος όπου ανεβαίνει κατακόρυφα

Ελαστικότητα Πνευμόνων

• Η ελαστικότητα των πνευμόνων είναι η τάση/ελαστική δύναμη που τους συμπτύσσει.
• Αποτέλεσμα ελαστικότητας είναι ελαστικότητα πνευμονικού ιστού και επιφανειακής τάσης..
• Η ελαστικότητα είναι αντίστροφη της ενδοτικότητας του πνεύμονα.
• Ελαστικότητα = ΔP/ΔV και Ελαστικότητα = 1/Ευενδοτότητα
• Η εισπνοή είναι το αποτέλεσμα της ισορροπίας μεταξύ ελαστικής επαναφοράς και ευενδοτότητας του πνεύμονα.
• Στη πνευμονική ευενδοτότητα, η ελαστικότητα είναι αποτέλεσμα της ελαστικής τάσης του υγρού στις κυψελίδες και των ελαστικών δυνάμεων των ινών ελαστίνης και κολλαγόνου.

Επιφανειακή Τάση

• Τα υγρά έχουν την τάση να καλύπτουν την μικρότερη δυνατή επιφάνεια όταν έρχονται σε επαφή με τον αέρα, επειδή τα μόρια του υγρού έχουν έλξη μεταξύ τους.
• Η έλξη αυτή δημιουργεί φαινόμενα όπως το σφαιρικό σχήμα στις σταγόνες και την πλεύση εντόμων στο νερό.
• Λόγω δεσμών υδρογόνου, το νερό έχει υψηλή επιφανειακή τάση.
• Yπάρχει επιφανειακή τάση του κυψελιδικού υγρού που πιέζει για συσπείρωση τις κυψελίδες.
• Η επιφανειακή τάση πνεύμονα, που συνδέεται με την ελαστικότητα του πνεύμονα, είναι μεγάλη όταν οι κυψελίδες είναι εκπτυγμένες, δηλαδή στην εισπνοή.
• Είναι μικρότερη στο τέλος της εκπνοής.

Επιφανειοδραστικός Παράγοντας

• Τα κυψελιδικά επιθηλιακά κύτταρα εκκρίνουν τον επιφανειοδραστικό παράγοντα που καλύπτει τις κυψελίδες, περιορίζοντας την επιφανειακή τάση (μείγμα φωσφολιπιδίων, αποπρωτεϊνών και ιόντων ασβεστίου).
• Τα φωσφολιπίδια έχουν υδρόφιλο και υδρόφοβο τμήμα.
• Το υδρόφοβο τμήμα έρχεται σε επαφή με τον αέρα και ανοίγει την κυψελίδα.
• Στο Σύνδρομο αναπνευστικής δυσχέρειας των νεογνών, η έλλειψη επιφανειοδραστικού παράγοντα προκαλεί ατελεκτασία και θάνατο.
• Η επιφανειακή τάση του νερού είναι 72 dynes/cm, χωρίς παράγοντα 50 dynes/cm, και με παράγοντα 5-30 dynes/cm.
• O νόμος του Laplace συνδέει την πίεση για σύμπτωση των κυψελίδων με την επιφανειακή τάση των μορίων του υγρού που καλύπτει τις επιφάνειες τους (P = 2T/r).

Αύξηση Πίεσης Κυψελίδας στην Ατελεκτασία

• Όσο μεγαλύτερη είναι η ακτίνα, τόσο μικρότερη η πίεση για το κλείσιμο των κυψελίδων (P = 2T/r).
• Ατελεκτασία είναι η κατάσταση στην οποία σε κάποιο μέρος του πνεύμονα οι κυψελίδες είναι κενές από αέρα, μπορεί να είναι συγγενής ή επίκτητη.
• Στην ατελεκτασία, η μικρή διάμετρος αυξάνει σημαντικά την πίεση στην κυψελίδα και δυσκολεύει τη ροή αέρα.

Εφαρμογή του Νόμου Boyle

• Όσο αυξάνεται η διάμετρος (και κατ' επέκταση ο όγκος) της κυψελίδας, τόσο μικρότερη είναι η κυψελιδική πίεση.
• Σύμφωνα με το Νόμο του Boyle, σε σταθερή θερμοκρασία, η μεταβολή του όγκου αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογη με τη μεταβολή της πίεσης (P₁V₁=P₂V₂).

Αερισμός του Πνεύμονα

• Κυκλικές διακυμάνσεις της ενδοκυψελιδικής πίεσης προκαλούν τη ροή αέρα από την ατμόσφαιρα προς τις κυψελίδες και αντίστροφα.
• Τα μόρια του αέρα κινούνται προς χαμηλότερες πιέσεις.
• Κατά την εισπνοή, η ενδοκυψελιδική πίεση είναι μικρότερη από την ατμοσφαιρική, επιτρέποντας στον αέρα να εισέλθει.
• Κατά την εκπνοή, η ενδοκυψελιδική πίεση είναι μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική, προκαλώντας την έξοδο του αέρα.
• Κατά την εισπνοή η υπεζωκοτική πίεση είναι 754mmHg και η κυψελιδική πέφτει στα 759mmHg (από 760), οπότε ο αέρας τείνει να κατευθυνθεί προς τις κυψελίδες (που έχουν χαμηλότερη πίεση από την ατμόσφαιρα).

Όγκοι Αέρα Πνευμόνων

• Ο μέγιστος όγκος αέρα που χωρά στους πνεύμονες ενός υγιούς νεαρού ατόμου είναι 5,7L για τους άντρες και 4,2L για τις γυναίκες.

Σπιρογράφημα

• Παρουσιάζεται σχήμα της συσκευής σπιρομέτρησης.

Αναπνευστικοί Όγκοι και Χωρητικότητες

• Εισπνευστικός Εφεδρικός Όγκος (IRV): 3.000ml
• Αναπνεόμενος Όγκος (TV): 500ml
• Εκπνευστικός Εφεδρικός Όγκος (ERV): 1.100ml
• Υπολειπόμενος Όγκος (RV): 1.200ml
• Ολική χηριτηκότητα πνευμόνων(TLC)=Εισπνευστικός εφεδρικός όγκος(IRV)+Αναπνεόμενος Όγκος (TV) +Εκπνευστικός Εφεδρικός Όγκος(ERV)+Υπολειπόμενος Όγκος (RV), δεν μπορούμε να μετρήσουμε τους όγκους από το FRC(Λειτουργική Υπολειπόμενη Χωρητικότητα) και το RV(Υπολειπόμενος Όγκος)

Χωρητικότητες

• Για τη μελέτη των πνευμόνων, χρησιμοποιούμε και συνδυασμούς όγκων: τις χωρητικότητες.
• Λειτουργική Υπολειπόμενη Χωρητικότητα (FRC): Ο όγκος αέρα που παραμένει στον πνεύμονα μετά από μια ήρεμη εκπνοή, 2.300ml.
• Ζωτική Χωρητικότητα (VC): Ο όγκος του αέρα που εκπνέεται από τη μέγιστη εισπνευστική προς τη μέγιστη εκπνευστική θέση , είτε βιαίως είτε βραδέως 4.600 ml
• Ολική Πνευμονική Χωρητικότητα (TLC): Ο όγκος αέρα στον πνεύμονα στη μέγιστη εισπνευστική θέση, 5.800ml.
• Εισπνευστική Χωρητικότητα (IC): Ο μέγιστος όγκος αέρα που εισπνέεται με την έναρξη της εισπνοής από το επίπεδο ήρεμης εκπνοής, 3.500ml.

Υπολογισμός Λειτουργικής Υπολειπόμενης Χωρητικότητας (FRC)

• Δίνεται ο τύπος υπολογισμού της FRC με χρήση ηλίου: FRC = (CiHe/CfHe - 1)Vispir.

Κυψελιδικός Αερισμός

• Ένα μέρος του αέρα δεν φτάνει στις κυψελίδες μένει στις αναπνευστικούς όδούς βρόγχοι, βαρογχιόλια (νεκρός αέρας)

Αέρας Νεκρού Χώρου

• Εμφανίζονται σχήματα που επεξηγούν τον αέρα του νεκρού χώρου

Υπολογισμός Όγκου Νεκρού Χώρου

• Δίνεται ο τύπος: VD = (Γκρίζα περιοχή × VE ) / (Ροζ περιοχή + Γκρίζα περιοχή).
• Όγκος νεκρού χώρου περίπου 150ml.