Fysiologie van het Respiratoir Stelsel - Presentatie 2024 PDF

Fysiologie van het respiratoir stelsel Vincent Segers, MD, PhD Universiteit Antwerpen, UZA  Overzicht 1. Mechanica van de ademhaling A. Het respiratoire systeem B. Gas wetten C. Ventilatie 2. Gas uitwisseling en transport A. Gas uitwisseling in de long en de weefs...

Fysiologie van het respiratoir stelsel Vincent Segers, MD, PhD Universiteit Antwerpen, UZA  Overzicht 1. Mechanica van de ademhaling A. Het respiratoire systeem B. Gas wetten C. Ventilatie 2. Gas uitwisseling en transport A. Gas uitwisseling in de long en de weefsels B. Gas transport in het bloed C. Controle van de ademhaling 1) Mechanica van de ademhaling A. Het respiratoir systeem VENTILATIE EXTERNE GASUITWISSELING TRANSPORT INTERNE GASUITWISSELING  Functies van het AH systeem Gasuitwisseling tussen atmosfeer en bloed pH regeling Bescherming tegen ingeademde pathogenen Stemvorming  Het respiratoir systeem Diffusie van gassen: pO2 , pCO2 Grote oppervlakte (kwetsbaar) Uitdroging  INTERNALISATIE van diffusie oppervlakte NOOD aan - ventilatie, luchtflow - luchtwegen - musculaire pomp (ademhalingspieren)  Functie luchtwegen Geleiden lucht Conditioneren van lucht: – Opwarmen ingeademde lucht – Bevochtigen ingeademde lucht – Wegfilteren van vreemd materiaal Cystic fibrosis= mucoviscidose  Mucoviscidose Erfelijke ziekte: autosomaal recessief, 1/22 is drager Taaie slijmen: luchtwegen, gastrointestinaal, zweetklieren Hersenen, spieren, hart, nieren zijn NIET aangetast Meestal symptomen vanaf 1ste levensjaar: aanhoudende luchtweginfecties, gewichtsverlies, abnormale ontlasting Diagnose: screening bij geboorte, zweettest  Pulmonaire circulatie Debiet zelfde als systemische circulatie Lage druk: 25/8mmHg  B. Gaswetten Wet van Boyle: P1. V1 = P2. V2 Wet van Dalton – De totale druk van een gas is de som van de partiële drukken van de individuele gassen  VENTILATIE Flow van lucht in/uit longen : inspiratie & expiratie Wet van Boyle: druk en volume van een gas veranderen omgekeerd evenredig. P1. V1 = P2. V2  Ademhalingspieren veroorzaken volumeveranderingen van borstkast en dus longen  intrathoracale drukken veranderen  lucht verplaatst zich. Wet van Dalton De totale druk van een gas is de som van de drukken van de individuele gassen Atmosferische druk = 760 mmHg Zuurstof: 21% 160 mmHg Koolstofdioxide 0.04% 0.30 mmHg Stikstof 78% 593 mmHg Lucht gesatureerd met water op 37ºC Atmosferische druk = 760 mmHg Waterdampdruk = 47 mmHg Zuurstof: 21% = 0.21*(760-47) = 150 mmHg C. Ventilatie Longvolumina: Definities INSPIRATIE actief - ademhalingspieren EXPIRATIE passief: elasticiteit actief Klein drukverschil voldoende om luchtflow te creeeren Weerstand immers laag (viscositeit – lengte – doormeter) Balans tussen elastische recoil van de thorax en de long Op einde van passieve expiratie Pleurale ruimte is virtueel Negatieve druk Pneumothorax Volume-druk verhoudingen van ademhalingssysteem long volume FRC long 0 3 mmHg Volume-druk verhoudingen van ademhalingssysteem long volume thoraxwand 500 ml FRC long 0 3 mmHg Compliance Long 1. Weefsel krachten: “unfolding elastin&collagen” Pathophysiologie: emfyseem – fibrose 2. Water oppervlakte krachten lucht - water oppervlakte – wet van Laplace (T ~ P.r) “surfactant” – egaliseert drukken in communicerende alveolen van ongelijke grootte dipalmitoylfosfaditylcholine “RDS of the newborn” Luchtflow door de luchtwegen Flow is evenredig aan drukverschil en omgekeerd evenredig aan weerstand 80% van de weerstand van de luchtwegen thv eerste 6 generaties (in gezonde longen)  Regeling luchtweerstand Vagale tonus – Ach – M3 receptoren OrthoSympatisch systeem – Noradrenaline – β2 receptoren – Circulerend adrenaline Histamine Leukotrienen: LTC4 en LTD4 Functie ventilatie Aanvoer van verse lucht uit atmosfeer naar alveolen Samenstelling van gassen in de alveolen is afhankelijk van de Afvoer van CO2 rijke alveolaire lucht uit alveolen naar ventilatie atmosfeer pO2?, pCO2? Samenstelling van gassen in de alveolen is afhankelijk van de alveolaire ventilatie ALVEOLAIR MINUTENVOLUME hoeveelheid lucht in/uit alveolen per minuut In normale omstandigheden: = 12/min x (ademvolume – dode ruimte volume) = 12/min x (0.5 liter – 0.15 liter) = 4.2 liter/min Ventilatoire efficientie snel oppervlakkig ademen is geen efficiente alveolaire ventilatie  Restrictief longlijden Aandoeningen die de FRC, VC of de totale longcapaciteit verminderen Longfibrose Pneumothorax Kyphoscoliosis Neuromusculaire ziekten – ALS – Poliomyelitis  Poliomyelitis Veroorzaakt door poliovirus Infecteert keel en darmen, met mogelijke verspreiding naar zenuwstelsel Vooral kinderen < 5 jaar 1/200 infecties leidt tot onomkeerbare verlamming – 5 – 10% van de personen met verlamming sterven tgv verlamming ademhalingsspieren – Aantasting motorneuronen Grote uitbraken begin 20ste eeuw in Europa en USA  Longfibrose Verbindweefseling van interstitiële ruimte rondom alveoli – Gedaalde compliance longen – Daling longvolume – Verminderde diffuse van gassen Veroorzaakt door chronische ontstekingsreactie – Idiopathisch – Sarcoidose (granulomen) – Systeemsclerose – Rheumatoide arthritis Symptomen: dyspnoe bij inspanning, droge hoest Behandeling: – Ontstekingsremmers (corticoiden, azathioprine) – Antifibrotische medicatie (pirfenidone)  Obstructief vs restrictief longlijden Restrictieve longziekten Totale longcapaciteit en vitale capaciteit Obstructieve longziekten 1 seconde waarde (FEV1) + Tiffenau verhouding FEV1/FVC » Asthma, COPD 1 seconde waarde + residueel volume » longemfyseem  Asthma Symptomen: wheezing, hoest, kortademigheid Diagnose: – Spirometrie FEV1/FVC (forced experitory volume; forced vital capacity) < 70% + triggers, metacholine – Peak flow test Asthma pathophysiology  Asthma behandeling ICS: Inhaled corticosteroid – Budesonide; Fluticason LABA: Long-acting beta-agonists – Formoterol; Salmeterol – Vaak in combinatie inhaler met ICS SABA: Short-acting beta 2 agonist – Salbutamol LTRA: leukotriene receptor antagonists – Montelukast  Asthma behandeling SLIT: Sublingual immunotherapy – Desensibilisatie met allergeenextract van pollen of huisstofmijt: beperkt effect LAMA: Long-acting muscarinic antagonists – Tiotropium – Bij matig-ernstig asthma  Asthma behandeling Stepwise approach of asthma treatment (GINA 2021). ICS: Inhaled corticosteroid; LABA: Long-acting beta-agonists; LTRA: leukotriene receptor antagonists; SLIT: Sublingual immunotherapy; Med: medium; LAMA: Long- acting muscarinic antagonists; SABA: Short-acting beta 2 agonist.  COPD Chronic obstructive pulmonary disease Ouderen Rokers  Pathofysiologie Obstructie kleine luchtwegen Verminderde elastance zorgt voor collaps luchtwegen – Vooral bij expiratie Kleinere oppervlakte diffusie Symptomen  GOLD Classification CAT= COPD Assessment Test (symtoms questionnaire) COPD exacerbatie (opstoot)  COPD behandeling Roflumilast = PDE4 inhibitor with anti-inflammatory effects 2) Gas uitwisseling en transport A. Gasuitwisseling in de long en de weefsels ALVEOLO-CAPILLAIRE GAS UITWISSELING CO2 CO2  ALVEOLO-CAPILLAIRE GAS UITWISSELING CO2 CO2 DIFFUSIEWETTEN VENTILATIE - PERFUSIE VERHOUDING (V/Q) opp. a. P Flow ~ dikte  DIFFUSIEWETTEN P P verschil zuurstof: Veneus 60 mmHg PO2 = 40 mmHg pCO2 = 46 mmHg P verschil CO2: 6 mmHg a  opp * α Flow ~ * ΔP Flow ~ DL * ΔP dikte DL = Diffusiecapaciteit partiele drukken in ARTERIEN = partiele drukken in ALVEOLEN  Alveolaire ventilatie: 4.2 L/min lucht pO2 = 160 mmHg alveole pCO2 = 0.25 mmHg pO2 = 100 mmHg pCO2 = 40 mmHg Veneus arterieel pO2 = 40 mmHg pO2 = 100 mmHg pCO2 = 46 mmHg pCO2 = 40 mmHg  Ventilatie-perfusie verhouding Er moet alleen verse lucht naar alveolen die bevloeid zijn. Er moet alleen bloed naar alveolen die geventileerd zijn. Ideaal: ventilatie is juist voldoende om het bloed volledig te verzadigen van zuurstof. -- 250ml zuurstof/min inademen  250ml zuurstof/min transporteren -- 1 liter zuurstof/min inademen  1 liter zuurstof/min transporteren 1 liter lucht: 210 ml zuurstof, 1 liter bloed: 200 ml zuurstof  Ideale V/Q verhouding ~ 1 V/Q verhouding is een dynamisch evenwicht Alveolaire pCO2 – diameter bronchiolen Alveolaire pO2 – diameter longarteriolen Ventilatie = 4.2 l/min Perfusie = 5 l/min alveolaire alveolaire  Non-uniformiteit van V/Q verhouding alveolar Alveolaire ventilatie: 4.2 l/min Longperfusie: 5.0 l/min V/Q = 0.8 B. Gastransport in het bloed Gasbinding en -transport O2 Opgelost 2% Gebonden aan Hb 98 % (oxy Hb) O2  Hemoglobine: O2 bindingscurve vlak!! STIJL!  Hemoglobine 100% saturatie: 150g Hb /liter bloed x 1,3ml O2 /g Hb = 200ml O2 /liter bloed Anemie (100% saturatie): 75g Hb /liter bloed x 1,3ml O2 /g Hb = 100ml O2 /liter bloed Actieve organen zijn warm, produceren veel CO2, en het capillaire bloed is verzuurd BOHR EFFECT: Vergroten van zuurstofextractie uit bloed in zure omgeving  Actieve organen verlagen de centraal veneuze pO2 Gasbinding en -transport CO2 Opgelost 7% als bicarbonaat 70 % Gebonden aan Hb (carbamino Hb) 23 % CO2  Hemoglobine: CO2 bindingscurve CO2 bindingscurve in veneus bloed ml CO2 in plasma (70% zuurstof saturatie) CO2 bindingscurve in arterieel bloed (100% zuurstof saturatie) Haldane effect: CO2 binding aan Hb is afhankelijk van saturatie aan zuurstof (meer CO2 binding wanneer O2 saturatie laag) 40 46 pCO2 plasma  BOHR EN HALDANE EFFECT: Scheikundige eigenschappen van hemoglobine faciliteren IN DE LONGEN IN DE WEEFSELS opname van O2 afgifte van O2 afgifte van CO2 opname van CO2 C. Controle van de ademhaling  Homeostase van bloedgassen pO2 ~ 100 mmHg Ventilatie pCO2 ~ 40 mmHg variabele effector sensor controle centrum chemo-receptoren  REGELING VENTILATIE = homeostase van arteriele bloedgassen “Sensing” van de arteriele bloedgassen Doorgeven aan “integratie”centrum Verandering van ventilatoire efficientie Aanpassing van de arteriele bloedgassen Hogere hersencentra (emoties, cortex) Ademhalingscentrum in de hersenstam “rythmische basis activiteit” ademhalingspieren inspiratie/expiratie Chemo-receptoren (aortaboog, carotis alveolaire ventilatie hersenstam) arterieel bloedgaswaarden pO2 pCO2 alveolair minuten volume 4.2 pO2 arterieel 50 100 alveolair minuten volume rechtsverschuiving onder invloed van chronische hypercapnie 4.2 pCO2 arterieel 40