RESPIRATORY physiology. A. Neyrinck, MD Department of Anesthesiology University Hospitals Leuven

Transcriptie

1 RESPIRATORY physiology A. Neyrinck, MD Department of Anesthesiology University Hospitals Leuven

2 ANATOMY PHYSIOLOGY

3 RESPIRATOIR STELSEL het doel van het respiratoir stelsel is zuurstof toe te voegen aan het bloed en CO 2 te verwijderen uit het bloed; anders gezegd om gasuitwisseling te laten plaatsgrijpen tussen ingeademende lucht en veneus zuurstofarm bloed. De funcne van het respiratoir stelsel zal er dus enerzijds in bestaan om lucht aan en af te voeren in ons lichaam en anderzijds om bloed aan en af te voeren zodat deze uitwisselingen kunnen plaatsvinden. De anatomie en de fysiologie van het respiratoir stelsel zijn erop voorzien om deze funcnes te laten plaatsgrijpen. De noodzaak van het respiratoir stelsel ligt in het metabolisme van onze cellen die voor hun energieproducne constant zuurstof nodig hebben en hierbij CO 2 produceren.

4 ANATOMY

5 FUNCTIONELE ANATOMIE Ribbenrooster ademhalingsspieren Luchtwegen alveolen longcirculane

6 FUNCTIONELE ANATOMIE Ribbenrooster ademhalingsspieren Het ribbenrooster bevat de linker en de rechter long De longen zijn omgeven door de pleura (= het longvlies) De top van de borstholte is smal De basis van de borsholte wordt gevormd door het diafragma (= het middenrif) De ademhalingsspieren zijn hoofdzakelijk bedoeld voor de inspira-e (= het inademen). De expira-e (= het uitademen) is vooral een passief proces, behalve bij hevige inspanningen.

7 FUNCTIONAL ANATOMY Ademhalingsspieren: inspirane De belangrijkste ademhalingsspier is het diafragma. ContracNe van het diafragma zorgt ervoor dat de basis van de borstholte naar beneden wordt gedrukt en het volume van de borstholte (en de inliggende longen) wordt vergroot. Deze spier wordt bezenuwd door de phrenicus zenuw. De uitwendige tussenribspieren contraheren ook Njdens de inspirane en zullen de voor- achterwaartse diameter van de borstholte vergroten. De accesoire ademhalingsspieren (sternocleidomastoideus, borstspieren, interscaleenspieren) zijn slechts belangrijk bij hevige inspirane Ademhalingsspieren: expirane De buikspieren en inwendige tussenribspieren zijn slechts belangrijk bij hevige expirane

8

9 FUNCTIONAL ANATOMY Luchtwegen - alveolen De luchtwegen vormen een opeenvolgende vertakking (= de tracheobronchiale vertakkingsboom) vanaf de mond/neusholte tot aan de kleinste vertakkingen (= de longblaasjes of alveolen). De tracheobronchiale vertakkingsboom zal de lucht geleiden Gasuitwisseling zal slechts plaatsgrijpen ter hoogte van de alveolen of longblaasjes

10 FUNCTIONAL ANATOMY Mond, neus, pharynx en larynx Bevochtigen Zuiveren verwarmen De larynx beschermt de luchtwegen en bevat de stembanden. Zij kan de weerstand van de luchtstroom extreem doen toenemen om hoesten mogelijk te maken.

11 FUNCTIONAL ANATOMY De tracheo- bronchiale vertakkingsboom Vertakkende buizen die steeds nauwer, korter en talrijker worden. Klassiek worden vanaf de trachea (=luchtpijp) tot aan de alveolen 23 generanes vertakkingen beschreven. Iedere vertakking krijgt z n eigen benaming. Vanaf vertakking 0 (de trachea) tot en met vertakking 16 (de terminale bronchiolen) vindt alleen geleiding van gas plaats. Deze zone wordt de toevoerende zone genoemd. Vanaf vertakking 17 (respiratoire bronchiolen) tot en met vertakking 23 (sacculus alveolaris) zal geleidelijk aan meer en meer gasuitwisseling plaatsvinden. Deze zone wordt de respiratoire zone of diffusiecompar-ment genoemd

12 FUNCTIONAL ANATOMY De tracheo- bronchiale vertakkingsboom Totale diameter wordt groter (ondanks kleinere vertakkingen!) waardoor de weerstand afneemt

13

14 FUNCTIONAL ANATOMY De alveolen

15 FUNCTIONAL ANATOMY De alveolen Gespecialiseerde unit voor gasuitwisseling Elke alveolus ligt in nauw contact met een netwerk van pulmonale capillairen. Dit vormt de zone waar gasuitwisseling tussen ingeademde lucht en veneus bloed zal plaatsvinden. Deze zone wordt ook nog wel de alveolo- capillaire membraan genoemd.

16 FUNCTIONAL ANATOMY De alveolen Gespecialiseerde unit voor gasuitwisseling Elke alveolus ligt in nauw contact met een netwerk van pulmonale capillairen. Dit vormt de zone waar gasuitwisseling tussen ingeademde lucht en veneus bloed zal plaatsvinden. Deze zone wordt ook nog wel de alveolo- capillaire membraan genoemd.

17 Pulmonale epitheelcel type 1 (90%) type 2 (10%) Interstitium Pulmonale endotheelcel

18 FUNCTIONAL ANATOMY Bloedsvoorziening van de long Pulmonaal circulane vertrekt van aan het rechter ventrikel. De pulmonaalarterie vertakt in de linker en rechter pulmonaalarterie om het zuurstofarme bloed naar beide longen te voeren. Het geoxygeneerde bloed zal nadien terug naar het linkeratrium stromen om verder naar de linker ventrikel en de systeemcirculane te gaan. BronchiaalcirculaNe vertrekt van aan het linker ventrikel. Deze circulane voert zuurstofrijk bloed naar de grootst vertakkingen van de tracheobronchiale vertakkingsboom tot aan de respiratoire bronchi (zuurstofvoorziening van de verder gelegen vertakkingen wordt gewoon voorzien door diffusie uit de ingeademde lucht omdat de barrieres daar smal genoeg zijn)

19 FUNCTIONAL ANATOMY Bloedsvoorziening van de long

20 DIFFUSIE: cfr les van thoracale anesthesie

21 VENTILATION

22 Breathing Periodic exchange of alveolar gas with the fresh gas from the upper airway to reoxygenate desaturated blood and to eliminate CO2 Spontaneous vennlanon Mechanical vennlanon Transpulmonary pressure = Alveolar Pressure Intrapleural Pressure

23 Breathing

24 Breathing Movement of the lung is passive and results from external forces applied to the lung and the physical resistance of the respiratory system ElasNc resistance from lung and chest wall (stanc condinon, determines lung volumes) Non- elasnc resistance (result from gas flow and Nssue resistance) Work of breathing has to overcome these resistances

25 Lung volumes

26 Lung volumes

27 Om de vennlane in de long te kunnen bewerkstelligen zullen een aantal krachten moeten overwonnen worden. De geleverde arbeid die deze krachten zal overwinnen wordt dan de ademarbeid genoemd. Klassiek worden er twee soorten krachten onderscheiden die belangrijk zijn voor de vennlane De elasnsche krachten van de long en thoraxwand De niet- elasnsche krachten, meer bepaal de weerstand in de luchtwegen

28 Elastic Resistance Lung has a tendency to collapse Chest has a tendency to expand

29 Elastic Recoil of the lung ElasNn fibers Surface tension Pressure in alveolus = (2 x surface tension) / Radius Surfactant will reduce surface tension more in smaller alveoli

30 Elastic Recoil of the lung

31 Elastic Recoil of the lung

32 Compliance Lung compliance: Change in lung volume / change in transpulmonary pressure Chest compliance: Change in chest volume / change in transthoracic pressure (1/total lung compliance) = (1/chest compliance) + (1/lung compliance)

33

34 Non-elastic Resistances Gas flow (laminar and turbulent flow) FricNonal resistance to air flow Gas inernon Laminar Flow = (pressure gradient)/raw of pressure gradient flow Raw = (8 x length x gas viscosity) / (π x radius 4 ) (Poiseuille) Turbulent Pressure gradient flow 2 x (gasdensity/radius 5 ) Reynolds number = (linear velocity x diameter x density) / viscosity Re < 2000 or > 4000

35

36 Non-elastic Resistances

37 Effect of lung volume Non-elastic Resistances

38 Closing capacity As the lung volume is reduced towards residual volume, there is a point at which dependent airways begin to close, and the volume at which this occurs is known as the closing capacity

39 Closing capacity As the lung volume is reduced towards residual volume, there is a point at which dependent airways begin to close, and the volume at which this occurs is known as the closing capacity

40 Closing capacity

41 Airway Closure and Closing Capacity

42 Airway Closure and Closing Capacity

43 Airway Closure and Closing Capacity

44 Dynamic airway compression Dynamic airway compression During forced exhalation, Reversal of the normal trans- Mural pressure can cause collapse Of these airways The point of collapse is called equal pressure point

45 Dynamic airway compression

46 Dynamic airway compression

47 Dynamic airway compression

48 Work of breathing

49 Work of breathing

50 Work of breathing

51 Work of breathing

52 Work of breathing

53 Distribution of ventilation

54 Distribution of ventilation

55 Distribution of ventilation

56 Distribution of ventilation

57

58 Distribution of ventilation

59 PERFUSION

60 Pulmonary Perfusion

61 Pulmonary Perfusion Pulmonary Vascular Resistance Pulmonary driving pressure / Cardiac output [(PAP PCWP) x 79.9] / CO dyn/cm/s5 Wood Units

62 Pulmonary Perfusion

63 Pulmonary Perfusion

64 Pulmonary Perfusion

65 Pulmonary Perfusion

66 Pulmonary Perfusion

67 Pulmonary Perfusion

68 Pulmonary Perfusion

69 Pulmonary Perfusion

70 Pulmonary Perfusion

71 VENTILATION- PERFUSION RATIO

72

73 Effect of changes in vennlanon- perfusion on alveolar gas

74 All possible composinons of alveolar gas with a certain inspiratory FiO2 and mixed venous point

75 Regional differences

76

77

78

79 Physiologic dead space Alveolar and anatomic dead space Ventilation of structures that do not exchange respiratory gases VD/Vt = (PaCO2 PECO2) / PaCO2 = 0.33 Physiologic shunt Perfusion of structures that are not ventilated Venous admixture shunt fraction: (Cc O2 CaO2) / (Cc O2 CvO2) 5%

80

81 Non-gravitational determinants of PVR

82 Non-gravitational determinants of PVR

83 Non-gravitational determinants of PVR

84 Non-gravitational determinants of PVR

85 Non-gravitational determinants of PVR

86 Non-gravitational determinants of PVR

87 Non-gravitational determinants of PVR

88 Non-gravitational determinants of PVR

89 Non-gravitational determinants of PVR

90 Non-gravitational determinants of PVR

91 Non-gravitational determinants of PVR

92