Mechanika dýchání

Dýchání (respirace) patří k základním procesům, při kterých dochází k výměně plynů v organismu. Kyslík je během respirace přijímán a oxid uhličitý, který vzniká jako produkt oxidačních dějů, je naopak eliminován. Dýchání dělíme na:

vnitřní (tkáňová respirace) – výměna O₂ a CO₂ mezi krví a tkáněmi;
vnější (plicní respirace) – difúze O₂ a CO₂ ze vzduchu do krve

Vnější dýchání[upravit | editovat zdroj]

Vnější dýchání sestává ze 4 základních procesů:

Plicní ventilace
Distribuce
Difúze
Perfúze

1. Plicní ventilace[upravit | editovat zdroj]

Plicní ventilací označujeme výměnu vzduchu mezi plícemi a vnějším prostředím. Je možná díky rozdílu tlaků mezi atmosférou a alveoly. Tlaky uvnitř hrudníku se mění vlivem pohybu dýchacích svalů (tzv. dýchací pohyby). Proudění vzduchu v plicích se periodicky opakuje jako nádech (inspirium) a výdech (exspirium). Ventilace podléhá centrálnímu řízení na základě různých parametrů (např. pH krve, koncentrace CO₂, koncentrace O₂).

Pohyb bránice způsobující inspiraci.

Inspirium[upravit | editovat zdroj]

Jedná se vždy o aktivní děj. Vzduch je nasáván do plic díky tlakovému spádu plic, vytvořeným činností inspiračních svalů. Bránice klesá asi o 1 cm. Žebra se zvedají pomocí vnějších mezižeberních svalů.

Exspirium[upravit | editovat zdroj]

Za fyziologických podmínek v klidu se jedná o pasivní děj. Tlakový spád směřuje ven z plic, dochází k vypuzování vzduchu z plic. Probíhá kontrakce alveolů vlivem elastických vláken a povrchovému napětí (tzv. retrakční síla plic k hilu).

K těmto dějům dochází díky negativnímu pleurálnímu tlaku (tento tlak má nižší hodnotu než atmosférický tlak). Negativní pleurální tlak se v průběhu dýchání mění. Při výdechu má nejvyšší hodnotu, naopak při nádechu nejnižší. Nejvyšší hodnota se pohybuje okolo −2 cm H₂O, nejnižší −8 cm H₂O^[1].

Při porušení negativního nitrohrudního tlaku dochází k pneumotoraxu. Při pneumotoraxu je postižená část plic zcela nebo částečně vyřazena z dýchacích činností.

Minutová ventilace[upravit | editovat zdroj]

Minutová ventilace je fyziologický parametr, který kolísá v závislosti na zátěži v rozmezí 6–180 litrů/min^[1]. Určuje se jako objem vdechovaného nebo vydechovaného vzduchu (ne jejich součet). Orientačně ji můžeme určit jako součin dechového objemu (V_T) a dechové frekvence (f).

       MV = V_T × f

Při zátěži se hodnota minutové ventilace mění vlivem změny dechového objemu a dechové frekvence.

Hodnoty^[1][upravit | editovat zdroj]

Parametr	Hodnota
Minutová ventilace (MV)	5–8 litrů
Maximální minutová ventilace (MMV)	200 litrů
Dechový objem (V_T)	400–500 ml
Dechová frekvence (f)	12–16/min

2. Distribuce[upravit | editovat zdroj]

Při distribuci dochází k promíchání vdechnutého vzduchu se vzduchem, který zůstal v dýchacích cestách a v plicích po předchozím výdechu. V horních a dolních dýchacích cestách včetně bronchiolů totiž není přítomen respirační epitel, a tak v nich nemůže docházet k výměně plynů. Tento prostor bývá označován jako anatomický mrtvý dýchací prostor (V_D=150 ml).

3. Difúze[upravit | editovat zdroj]

K vlastní výměně plynů (O₂, CO₂) dochází v plicních sklípcích (alveolech). Celkový povrch alveolů je 100 m²^[2]. K alveolům přiléhá hustá síť vlásečnic.

Difúze je přechod kyslíku a oxidu uhličitého přes alveolokapilární membránu. Kyslík přechází z alveolů do plicních kapilár, oxid uhličitý přechází z kapilár do alveolů.

Rychlost difúze[upravit | editovat zdroj]

Rychlost difúze vychází z Fickova zákona. Objem plynu, který projde přes membránu za jednotku času, je přímo úměrný rozdílu parciálních tlaků na obou stranách membrány (P1, P2), ploše membrány (A) a difúzní kostantě (K) a nepřímo úměrný tloušťce membrány (T).

V={\frac {(P1-P2)\cdot A\cdot K}{T}}

Rychlost difúze CO₂ přes alveolokapilární membránu je 20,6x větší než rychlost difúze O₂.

Difúzní konstanta[upravit | editovat zdroj]

Difúzní konstanta je závislá na složení membrány a na druhu plynu, který přes ní prochází.

Parciální tlaky dýchacích plynů[upravit | editovat zdroj]

Parciální tlaky O₂ a CO₂ závisí na tom, jaká množství těchto plynů jsou v krvi fyzikálně rozpuštěná. Parciální tlaky plynů v arteriální krvi jsou odlišné od tlaků v žilní krvi. Parciální tlak O₂ v arteriální krvi je 12,7 kPa, v žilní krvi je to 5,2 kPa. Parciální tlak CO₂ v arteriální krvi je 5,2 kPa, v žilní krvi je to 6,13 kPa.

4. Perfúze[upravit | editovat zdroj]

Perfúze je průtok krve plicními kapilárami. Je důležitá pro udržování tlakového gradientu pro kyslík a oxid uhličitý. Tyto plyny jsou v krvi přenášeny v různých formách.

Kyslík[upravit | editovat zdroj]

Podrobnější informace naleznete na stránce Transport kyslíku krví.

Kyslík existuje v krvi ve dvou formách. Většina objemu O₂ v arteriální krvi je chemicky navázána na hemoglobin ( 197 ml O₂ / 1 l krve ), zbytek je v krvi fyzikálně rozpuštěn ( 3 ml O₂ / 1 l krve ). Fyzikálně rozpuštěný kyslík je však v krvi velmi důležitý, jelikož vytváří parciální tlak a umožňuje tak difúzi.

Oxid uhličitý[upravit | editovat zdroj]

Podrobnější informace naleznete na stránce Transport CO2 krví.

Oxid uhličitý existuje v krvi ve třech formách. Buď je v ní fyzikálně rozpuštěný ( 30 ml / 1 l krve ), nebo je vázán ve formě bikarbonátů či karbaminových sloučenin ( 520 ml / 1 l krve ).

Dýchací odpory[upravit | editovat zdroj]

Elastický odpor plic[upravit | editovat zdroj]

Zajišťuje pružnost plic. Při dýchání dochází k překonání toho odporu díky dýchacím svalům. Poddajnost (compliance), neboli změna objemu plic v závislosti na změně tlaku, je ukazatelem síly, kterou je nutné působit na plicní tkáň, aby došlo k roztažení plic. Čím je plíce pružnější, tím je poddajnost větší.

Neelastický odpor tkání[upravit | editovat zdroj]

Viskózní odpor vznikající třením plicní tkáně, hrudníku, dýchacích svalů a orgánů dutiny břišní.

Proudový odpor dýchacích cest[upravit | editovat zdroj]

Je určen tlakem, který je potřeba k překonání odporu dýchacích cest. Rozlišujeme proudění laminární, turbulentní a proudění přechodné. Proudový odpor je charakterizován jako hodnota alveolárního tlaku, který zajišťuje průtok 1l vzduchu za sekundu.

Celková dýchací práce je určena mechanickým úsilím vynaloženým k překonání mechanických odporů.

Odkazy[upravit | editovat zdroj]

Související články[upravit | editovat zdroj]

Reference[upravit | editovat zdroj]

↑ ^a ^b ^c KITTNAR, Otomar a ET AL.. Lékařská fyziologie. 1. vydání. Praha : Grada, 2011. 790 s. s. 277. ISBN 978-80-247-3068-4.
↑ TROJAN, Stanislav, et al. Lékařská fyziologie. 4., přeprac. a uprav vydání. Praha : Grada Publishing, a. s, 2003. 772 s. ISBN 80-247-0512-5.

Použitá literatura[upravit | editovat zdroj]

HRAZDIRA, Ivo a Vojtěch MORNSTEIN. Lékařská biofyzika a přístrojová technika. 1. vydání. Brno : Neptun, 2001. ISBN 80-902896-1-4.

NAVRÁTIL, Leoš a Jozef ROSINA. Medicínská biofyzika. 1. vydání. Praha : GRADA, 2005. ISBN 80-247-1152-4.

[Kittnar-1] KITTNAR, Otomar a ET AL.. Lékařská fyziologie. 1. vydání. Praha : Grada, 2011. 790 s. s. 277. ISBN 978-80-247-3068-4.

[Trojan-2] TROJAN, Stanislav, et al. Lékařská fyziologie. 4., přeprac. a uprav vydání. Praha : Grada Publishing, a. s, 2003. 772 s. ISBN 80-247-0512-5.

[1]

[2]