FIZJO-ODDECH1.doc

1.definicja  oddychania i jego znaczenie biologiczne dla organizmów żywych

Procesy zachodzące w organizmach, związane z pobieraniem tlenu ze środowiska zewnętrznego i wydalaniem dwutlenkiem węgla, nazywamy ogólnie oddychaniem. Pobieranie tlenu u zwierząt domowych odbywa się przez płuca,  a w nieznacznym tylko stopniu (2% ogólnej wymiany gazów) przez skórę.

Prowadzenie przez ssaki aktywnego trybu życia w różnych środowiskach i niezależnie od temperatury otoczenia stało się możliwe między innymi dzięki wykształceniu bardzo sprawnie działających układów: oddechowego i krwionośnego. Umożliwiają one wymianę gazową pomiędzy wnętrzem organizmu, a powietrzem atmosferycznym. w ten sposób do każdej z bilionów komórek budujących organizm możliwie staje się dotarcie tlenu w ilości wystarczającej do przebiegu procesów życiowych. Tlen jest niezbędny do życia  zwierząt, a jego pobieranie waha się w szerokich granicach. Człowiek w spoczynku zużywa ok. 0,2 l O2/kg m.c./h, a podczas wytężonej pracy zużycie wzrasta wielokrotnie – do 4 l O2/kg m.c./h. Małe ssaki, wykazujące ogromne tempo przemian metabolicznych w przeliczeniu na masę ciała, charakteryzują się jeszcze większym wykorzystywaniem tlenu w jednostce czasu-mysz w stanie spoczynku zużywa aż 2,5 l O2/kg m.c./h, a podczas biegu nawet 20 l. Równocześnie dzięki układowi krążenia i układowi oddechowemu zachodzi wydalanie powstających metabolitów gazowych, w tym przede wszytki CO2.

3. Oddychanie zewnętrzne i wewnętrzne,

Oddychanie składa się  z powiązanych ze sobą aktów:

1.oddychania płucnego(zewnętrznego)

2.oddychania tkankowego(wewnętrznego)

w procesie oddychania mamy do czynienia z 4 następującymi po sobie procesami:

Wentylacją-przechodzeniem gazów przez drogi oddechowe do pęcherzyków  płucnych i z powrotem

Dyfuzją zewnętrzną-wymiana gazów między powietrzem pęcherzykowym a krwią

Transportem-gazów przez krew

Dyfuzją wewnętrzną-wymiana gazów między krwią a tkankami

4.Ruch powietrza w drogach oddechowych i wymiana gazów oddechowych w płucach, transport gazów oddechowych przez krew do tkanek.(oddychanie zewnętrzne).

Mechanizm oddychania polega na rytmicznych ruchach klatki piersiowej, prowadzących do wzrostu jej objętości przy wdechu i zmniejszeniu przy wydechu. W czasie wdechu powiększenie objętości klatki piersiowej następuje na skutek pracy mięśni wdechowych, głównie przepony i mięśni międzyżebrowych zewnętrznych. Obniżenie przepony i rozszerzenie oraz uniesienie żeber,powiększajce objętość klatki piersiowej w czasie wdechu powoduje zmniejszenie ciśnienia

w jamie opłucnej i w następstwie rozciąganie płuc. Rozciągnięcie i powiększenie pęcherzyków płucnych prowadzi do spadku w nich ciśnienia poniżej atmosferycznego, co daje w konsekwencji wsysanie powietrza z zewnątrz i wypełnianie nim pęcherzyków płucnych. Wdech jest więc

Ujemne ciśnienie w worku opłucnowym konieczne dla procesu wdechu, utrzymywane jest dzięki dwóm procesom działającym przeciwstawnie: elastyczności pęcherzyków płucnych dążących do maksymalnego skurczu, dających siłę działającą dośrodkowo oraz działającej odśrodkowo dążności ścian klatki piersiowej do zwiększenia objętości, nieco zmniejszonej. Energia nagromadzona w rozciągniętych i elastycznych pęcherzykach przy wdechu wykorzystana jest przy wydechu.

Wymiana CO2  i O 2 między krwią a płucami zachodzi dzięki różnicy ciśnień parcjalnych między tymi gazami a krwią. Ciśnienie parcjalne tlenu w pęcherzykach płucnych jest wysokie i wynosi ok. 104 mm Hg(13,8 kPa). Krew żylna, dopływająca do pęcherzyków płucnych, posiada niskie ciśnienie parcjalne tlenu rzędu 50 mm Hg (6,7 kPa).Dzięki różnicy ciśnień,na zasadzie dyfuzji tlen przenika do krwi aż do zrównania się w niej ciśnienia parcjalnego z powietrzem pęcherzykowym, tj. do ok. 100 mm Hg (13,3 kPa).

Ciśnienie parcjalne CO2 w pęcherzykach wynosi 40 mm Hg(5,3 kPa). Krew żylna dopływająca do pęcherzyków jest znaczenie bogatsza w CO2 którego ciśnienie wynosi 46 mm Hg (6,1 kPa) w wyniku tych różnic CO2  oddawany jest do pęcherzyków płucnych aż do spadku ciśnienia parcjalnego do ok. 40 mm Hg(5,3 kPa)

Z krwi tlen przekazywany jest tkankom, które mają znacznie niższą jego prężność, wahającą się w granicach 20-40 mm Hg (2,6-5,3 kPa) , natomiast CO2, którego prężność w tkankach jest wyższa i wynosi 50 mm Hg (6,7 kPa) przenika do krwi.

5.Wkorzystanie tlenu przez mitochondria-oddychanie wewnętrzne.

Niezbędnym warunkiem do utrzymania przy życiu komórek organizmu jest dostarczenie im odpowiedniej ilości tlenu. W komórce tlen jest absorbowany przez mitochondria , które na zew i wew. powierzchni błony posiadają enzymy cyklu Krebsa i łańcucha oddechowego. Tlen zużywany jest do utleniania substratów metabolicznych w komórkach , w efekcie czego powstaje CO2 i H2O oraz wyzwalana jest energia.  Energia w postaci wysokoenergetycznych związków jak ATP i foso kreatyna.

Rozpad ATP na ADP i  ortofosforan  dostarcza energii bezpośrednio konicznej dla życia komórki. Energia ta jest niezbędna dla: skurczu mięśniowego, biosyntezy nowych związków oraz podtrzymania aktywnego transportu wewnątrzkomórkowego. Ważnym materiałem energetycznym jest glukoza, której przemiany zużytkowujące duże ilości tlenu stają się istotnym źródłem energii.

7. Mięśnie wdechowe i wydechowe

Unoszenie klatki piersiowej, powiększenie i zmniejszenie jej objętości jest możliwe dzięki działaniu mięśni oddechowych.

- właściwe mięśnie oddechowe : biorą udział w oddychaniu podstawowym

- dodatkowe mięśnie oddechowe – włączają się do skurczu przy bardzo nasilonych ruchach oddechowych (hyperpnoë) :

1) m. mostkowo – obojczykowo – sutkowy

2) m. pochyłe szyi

3) m. piersiowy mniejszy

4) m. zębaty brzuszny

5) m. czworoboczne

6) m. prostowniki kręgosłupa

7) m. rozszerzające górne drogi oddechowe : m. skrzydeł nosa, m. dźwigacz podniebienia miękkiego i języczka, m. bródkowo – gnykowy

Przepona – jej ruch odpowiada za 75% zmian objętości klatki piersiowej podczas spokojnego wdechu. Przyczepia się u dołu klatki piersiowej, sklepia się nad wątrobą i w czasie skurczu porusza się w dół działając jak tłok. Odległość na jaką się porusza wynosi od 1,5cm do 7cm przy głębokim wdechu.

Składa się z trzech części: żebrowej, krzyżowej, środkowego ścięgna. Włókna cz. Krzyżowej przechodzą po obu stronach przełyku – mogą go uciskać w czasie skurczu.

Cz. Żebrowa i krzyżowa są unerwione przez różne części nerwów przeponowych i mogą kurczyć się oddzielnie.

M. międzyżebrowe zewnętrzne – biegną skośnie ku dołowi i w przód od żebra do żebra. Ich skurcz podnosi dolne żebra, wypycha to mostek ku przodowi (zwiększa się przednio-tylny wymiar KP)

M. międzyżebrowe wewnętrzne – kurcząc się mogą powodować wydech, ponieważ przebiegają ukośnie w dół i ku tyłowi od żebra do żebra i kurcząc się, pociągają kl. piersiową w dół.

M. gładkie oskrzeli – wspomagają oddychanie.

W spoczynku odpowiednia wentylacja płuc może być utrzymana dzięki skurczom przepony albo dzięki skurczom samych mięśni międzyżebrowych zewnętrznych.

Typ brzuszny (przeponowy) oddychania – przewaga ruchów przepony dla wymuszenia                                          

                                                                    ruchu powietrza w płucach.

Typ piersiowy (żebrowy) oddychania – przewaga ruchów mięśni klatki piersiowej.

Typ oddychania ulega zmianom, np.: u człowieka podczas spokojnego oddychania najczęściej występuje typ brzuszny, w nocy – typ piersiowy.

W sytuacjach stresowych, podczas wysiłku – typ mieszany.

W młodości – dominuje typ piersiowy, później ulega zmianie na typ mieszany.

Mięśnie oddechowe wykonują pracę:

- rozciągając sprężyste tkanki płuc i klatki piersiowej (praca sprężysta)

- poruszając tkanki nieelastyczne (opór lepki)

- przesuwając powietrze w drogach oddechowych

Całkowita praca obliczona dla spokojnego oddychania waha się w zakresie od 0,3-0,8 kg-m/min. Wartość ta rośnie podczas wysiłku fizycznego. U zdrowych ludzi energia wydatkowana na oddychanie wynosi mniej niż 3% całkowitej energii wydatkowanej podczas wysiłku. Praca oddechowa znacznie zwiększa się w chorobach (rozedma, dychawica oskrzelowa, niewydolność zastoinowa serca z dusznością).

M. oddechowe mogą wykazywać zmęczenie i niewydolność, co prowadzi do niedostatecznej wentylacji.

8. Lokalizacja ośrodków ruchowych mięśni oddechowych i ich połączenia z ośrodkami oddechowymi.

Oddychanie regulują dwa niezależne mechanizmy. Jeden odpowiada za kontrolę dowolną, drugi za kontrolę automatyczną. Układ odpowiedzialny za kontrolę dowolną znajduje się w korze mózgu i wysyła impulsy do motoneuronów oddechowych poprzez drogi korowo-rdzeniowe. Układ odpowiedzialny za kontrolę automatyczną znajduję się w rdzeniu przedłużonym i moście. Impulsy z tego układu aktywują motoneurony oddechowe, znajdujące się w szyjnym i piersiowym odcinku rdzenia kręgowego, unerwiające mięśnie wdechowe.

Motoneurony odcinka szyjnego rdzenia – powodują skurcz przepony przez nn. przeponowe.

Motoneurony odcinka piersiowego – pobudzają mm.międzyżebrowe zewnętrzne.

Impulsy pobudzające docierają też do mięśni międzyżebrowych wewnętrznych i innych mięśni wydechowych.

Motoneurony oddechowe rdzenia kręgowego są to:

- motoneurony przeponowe zlokalizowane w rogach brzusznych istoty szarej szyjnych segmentów rdzenia kręgowego (od trzeciego do piątego) oraz

- motoneurony mięśni międzyżebrowych zewnętrznych zlokalizowane w rogach brzusznych istoty szarej segmentów piersiowych rdzenia kręgowego.

Włókna odpowiadające za wydech dochodzą do motoneuronów zlokalizowanych w odcinku piersiowym rdzenia i unerwiających mm.międzyżebrowe wewnętrzne.

W trakcie pobudzenia motoneuronów wdechowych dochodzi do hamowania motoneuronów wydechowych i odwrotnie. Motoneurony wdechowe i wydechowe spełniają swoją funkcję tylko wtedy, gdy są stymulowane impulsacją płynącą z rdzenia przedłużonego.

Obszar w rdzeniu przedłużonym, który kontroluje oddychanie nazywany jest ośrodkiem oddechowym. Wyróżniamy w nim:

- grzbietową grupę neuronów oddechowych : znajduje się w obrębie i obok pasma samotnego (NTS); składa się z neuronów wdechowych, z których część zaopatruje motoneurony przepony; otrzymuje ona impulsację dośrodkową = aferentną z interoreceptorów dróg oddechowych oraz z chemoreceptorów w kłebkach szyjnych i kłębkach aortalnych.

- brzuszną grupę neuronów oddechowych : leży w brzuszno-bocznej, przedniej części rdzenia przedłużonego; składa się ona głównie z neuronów rozrusznikowych, wdechowych i wydechowych i są to neurony generujące rytm oddechowy; część z nich wysyła długie włókna do rdzenia kręgowego, hamujące bezpośrednio motoneurony wdechowe rdzenia kręgowego.

9. Doświadczenie Dondersa /ciśnienie śródpłucnowe i śródpłucne/

Wpływ zmian objętości klatki piersiowej i związane z tym zmiany ciśnień w jamie opłucnowej i drogach oddechowych w czasie wdechu i wydechu można prześledzić w preparacie płucnym Dondersa.

Do doświadczenia potrzebujemy płuca np. królika, butle Dondersa, manometr, kaniule. Płuca umieszczamy w butli w odpowiedni sposób. Butla gra rolę klatki piersiowej, której objętość może się zmieniać dzięki ruchom membrany gumowej stanowiącej dno (rysunek, Pytasz 82r. str.213). Przestrzeń między płucami, a ścianą butli pełni rolę jamy opłucnowej, w której ciśnienie wskazuje manometr.

Pociągając membranę ku dołowi obserwujemy rozszerzenie się płuc – wdech (następuje zmiania ciśnienia w jamie opłucnowej i w tchawicy). Po opuszczeniu membrany, ciśnienie w jamie opłucnowej wyrównuje się z atmosferycznym i płuca dzięki elastyczności zapadają się – wydech.

Ciśnienie transpulmonarne- różnica ciśnienie w jamie opłucnowej i pęcherzykach płucnych; równoważy siły retrakcji płuc i jest siłą rozciągającą płuca.

Ciśnienie transtorakalne- różnica między ciśnieniem opłucnowym, a atmosferycznym.

Ciśnienie napędowe- różnica między ciśnieniem atmosferycznym a wewnątrz pęcherzyków płucnych, zapewnia ruch powietrza w czasie wdechu.

10. Mechanika wdechu i wydechu

Wdech - wprowadzenie powietrza do dróg oddechowych: tchawicy à oskrzeli à oskrzelików à pęcherzyków płucnych. Jest to proces aktywny, możliwy dzięki skurczowi mięśni wdechowych, które zwiększają objętość klatki piersiowej. Podczas wdechu płuca są rozciągnięte. Ciśnienie w drogach oddechowych staje się nieznacznie ujemne i powietrze napływa do płuc. Spadek ciśnienia powoduje, że płuca przylegające do ścian klatki piersiowej podążają za jej ruchami oraz ruchami przepony. Objętość pęcherzyków płucnych ulega zwiększeniu, co wywołuje napływ powietrza. Na szczycie wdechu następuje rozkurcz i zwiotczenie mięśni wdechowych, następnie natychmiastowe – dzięki sile wywieranej przez rozciągnięte elementy sprężyste – zmniejszenie się objętości jamy piersiowej (wydech), co skutkuje wzrostem ciśnienia wewnątrz pęcherzyków płucnych powyżej ciśnienia atmosferycznego.

Wydech – jest aktem biernym (żaden z mięśni, które zmniejszają objętość klatki piersiowej nie kurczy się), podczas którego zmniejsza się obwód i objętość klatki piersiowej, dochodzi do wzrostu ciśnienia w jamie opłucnej i kurczenia się pęcherzyków. W trakcie spokojnych wydechów ciśnienie wzrasta o kilka mm Hg, a przy maksymalnym skurczu mięśni wydechowych może przewyższać ciśnienie atmosferyczne nawet o 100 mm Hg. Zawarte w pęcherzykach powietrze zostaje usunięte, ale nie do końca.

Po urodzeniu na skutek powiększania się klatki piersiowej płuca ulegają rozciągnięciu, a pomiędzy płucami okrytymi opłucną płucną , a pokrywającą ściany klatki piersiowej opłucną ścienna, zostaje wytworzone stałe podciśnienie wynoszące 5-10mm Hg poniżej ciśnienia atmosferycznego.

Pamiętamy☺: w jamie opłucnej pomiędzy płucną płucną, a opłucna ścienną znajduje się bardzo niewielka ilość płynu zmniejszającego tarcie i zwiększającego przyleganie.

16. Pojemność całkowita płuc i jej wartości

Całkowita pojemność płuc to cała objętość powietrza zawartego w płucach. Dzieli się ją na:

1) pojemność wdechową, którą określa pojemność powietrza wciąganego do płuc w czasie najgłębszego wdechu, po spokojnym wydechu.

Składają się na nią: objętość oddechowa (ilość powietrza wchodzącego i wychodzącego z płuc przy spokojnym oddychaniu) i objętość zapasowa wdechowa (wydychana przy maksymalnym wysiłku ponad objętość oddechową),

2) pojemność zalegającą czynnościową, którą określa pojemność powietrza pozostająca w płucach przy spokojnym wydechu.

Składają się na nią: objętość zapasowa wydechowa (ilość powietrza usuwana z płuc przy maksymalnym wydechu) i objętość zalegająca (ilość powietrza pozostającego w płucach przy maksymalnym wydechu).

Wartości pojemności całkowitej płuc

Pojemność oddechowa płuc (wdech i wydech spokojny) to ok. 0,5 l

Pojemność życiowa (ilość powietrza przy max.wdechu i max.wydechu)-2-3 l

Pojemność zalegająca(to, co pozostaje po max. wydechu)- 1,2 l

Pojemność całkowita- ok. 4-5l

17. Pojemność życiowa płuc i jej składowe oraz wartości

Pojemnością życiową płuc Vc - nazywamy ilość powietrza, którą możemy usunąć z płuc podczas max powolnego wydechu po uprzednim max wdechu. Na pojemność życiową składają się trzy wielkości: 1objętość oddechowa VT -powietrze którym oddychamy bez wykonania nasilonych ruchów oddechowych 2wdechowa objętość zapasowa IRV-, którą jest powietrze pobierane dodatkowo do płuc po spokojnym wdechu, jeżeli wykonujemy wdech nasilony 3wydechowa objętość zapasowa ERV-którą z płuc możemy usunąć wykonując nasilony wdech. Powietrze oddechowe stanowi niewielką część całej pojemności życiowej (około 1/6 do 1/10) Jeżeli bowiem pojemność życiowa płuc u człowieka wynosi ok. 3-5-6.0 L to na powietrze oddechowe przypada ok. 0.5 L Objętość wdechowa zapasowa wynosi zwykle 1,5-2,5 L a powietrza zapasowego ok. 1,0 - 2,0 L Jak widać układ oddechowy dysponuje znacznymi rezerwami wentylacji, które uruchamiane są przy wzroście zapotrzebowania na tlen przede wszystkim podczas pracy fizycznej i tuż po jej zakończeniu. Wielkość pojemności życiowej zależy od wielkości osobnika (ciężar ciała, wzrost) od płci oraz od sprawności układu oddechowego. Może być więc miarą sprawności tego układu Natężona pojemność życiowa płuc -mierzona przy szybkim natężonym wdechu jest mniejsza od Vc ponieważ znaczymy wzrost ciśnienia w kl piersiowej przy natężonym wdechu powoduje zapadanie się niektórych oskrzelików -pewna ilość powietrza pozostaje po wdechu uwięziona w pęcherzykach płucnych W płucach poza wymienionymi znajdują się jeszcze inne rodzaje powietrza. Ponieważ powietrze to nie może być z płuc usunięte nawet przy najgłębszych oddechach, nie zaliczamy go do pojemności życiowej Tymi rodzajami powietrza są: powietrze zalegające-które usuwane jest z płuc po wykonaniu obustronnej odmy i wyrównaniu się ciśnień w jamie opłucnej z atmosferycznym- jego ilość wynosi ok. 1,0 L powietrze resztkowe- nie usuwane z płuc nawet po otwarciu klatki piersiowej a wciągane do płuc z pierwszym oddechem noworodka, jego ilość jest mała i wynosi ok. 0,3 L Te rodzaje powietrza spełniają jednak fizjologiczną funkcje, gdyż stabilizują skład powietrza wypełniającego pęcherzyki płucne, tworząc razem tzw. Powietrze pęcherzykowe

18. Funkcjonalna pojemność rezydualna płuc i jej wartości.

pojemność zalegającą czynnościową, która określa pojemność powietrza pozostająca w płucach przy spokojnym wydechu. Składają się na nią: objętość zapasowa wydechowa (ilość powietrza usuwana z płuc przy maksymalnym wydechu) i objętość zalegająca (ilość powietrza pozostającego w płucach przy maksymalnym wydechu)

19. Pojemność wdechowa płuc

Pojemność wdechowa (ang. Inspiratory Capacity; IC) - pojemność płuc mierzona podczas badania spirometrycznego będąca maksymalną objętością powietrza jaką można dostarczyć do płuc w trakcie maksymalnego wdechu. Jest sumą objętości oddechowej (TV) i objętości zapasowej wdechowej (IRV).

20. Wentylacja minutowa płuc

Wentylacja płuc minutowa (ang. pulmonary ventilation) - objętość powietrza swobodnie pobierana i oddawana w ciągu minuty. U dorosłego człowieka w spoczynku wdychane i wydychane jest około 8 litrów powietrza na minutę – 16 oddechów × 500 mL powietrza objętości oddechowej. Może ona się znacznie zwiększyć w czasie wykonywania szybkich i głębokich oddechów.

21. Wentylacja przestrzeni martwej /bezużytecznej/ i wentylacja pęcherzykowa.

Wentylacja gazowa w układzie oddechowym zachodzi tylko w końcowych partiach dróg oddechowych, dlatego powietrze, które wypełnia pozostałą część układu oddechowego ( a więc drogi doprowadzające powietrze do płuc) nie podlega wymianie gazowej z krwią w płucnych naczyniach włosowatych jest to przestrzeń martwa anatomicznie. Na około 500 ml powietrza pobieranego przez człowieka podczas spokojnego wdech 150 ml wypełnia tę przestrzeń, a jedynie 350 ml dostaje się do pęcherzyków i może uczestniczyć w wymianie gazowej. Z kolei w każdym wydechu pierwsze wydychane 150 ml to powietrze wypełniające przestrzeń martwą i tylko końcowe 350 ml stanowi powietrze z pęcherzyków płucnych. Dlatego też wentylacja pęcherzykowa, tj. ilość powietrza docierającego do pęcherzyków w ciągu minuty, biorąca udział w pęcherzykowo- włośniczkowej wymianie gazowej, równa jest różnicy wentylacji płuc i wentylacji przestrzeni martwej.

22. Współczynnik wentylacji płuc.

Współczynnik wentylacji płuc = współczynnik wymiany oddechowej (R) – stosunek ilości CO2 do O2 określony w dowolnym momencie niezależnie od tego czy został osiągnięty stan równowagi co było uwzględnione we współczynniku oddechowym

23. Anatomiczna i fizjologiczna przestrzeń martwa /sposób jej obliczania/

Przestrzeń martwa anatomiczna – objętość układu oddechowego bez objętości pęcherzykowej

Przestrzeń martwa całkowita(fizjologiczna) – objętość powietrza nie biorąca udziału w wymianie gazowej z krwią, tj. niewykorzystana wentylacja.

U ludzi zdrowych obie przestrzenie martwe są identyczne.

Sposoby obliczania przestrzenia martwej anatomicznej:

Analiza krzywej stężenia N2 w jednym cyklu oddechowym.

W połowie spokojnego wdechu badany wykonuje głęboki wdech czystego O2, po czym wykonuje spokojnych wydech. W tym czasie mierzone jest stężenie N2 w powietrzu wydychanym. Pierwsza porcja wydychanego powietrza (faza 1) jest to powietrze, które wypełnia przestrzeń martwą i w związku z tym nie zawiera N2. następną porcję stanowi mieszanina powietrza pęcherzykowego z powietrzem przestrzeni martwej (faza II), a kolejną powietrze pęcherzykowe (faza III). Wraz z każdą faza ilość wydychanego N2 wzrasta. Objętość przestrzeni martwej to objętość powietrza wydychanego ze szczytu wdechu do połowy fazy II. Faza III krzywej stężenia N2 kończy się na objętości zamykającej (CV) i poprzedza fazę IV, podczas której N2 w powietrzu wydechowym jest podwyższone. Powietrze w górnych partiach płuc  jest bogatsze w N2 niż powietrze w dolnych, ponieważ pęcherzyki w górnych partiach płuc są bardziej rozciągnięte na początku wdechu.

Sposób obliczania całkowitej objętości przestrzeni martwej:

Na podstawie ciśnienia CO2 (PCO2) w powietrzu wydychanym, PCO2 we krwi tętniczej i objętości oddechowej (Vt). Objętość oddechowa (Vt) pomnożona przez PCO2 w powietrzu wydechowym (PECO2) równa się PCO2 we krwi tętniczej (PaCO2), pomnożonemu przez różnicę między objętością oddechową i przestrzenią martwą (Vd) plus PCO2 w powietrzu wydechowym (PICO2) razy Vd (równanie Bohra):

PECO2 x Vt = PaCO2 x (Vt – Vd) + PICO2 x Vd

30. Regulacja oddychania (lokalizacja ośrodków oddechowych w tyłomózgowiu i rdzeniu przedłużonym).

  Oddychanie jest regulowane przez dwa niezależne mechanizmy, pierwszy z nich odpowiada za kontrolę dowolną, drugi za kontrolę automatyczną. Układ odpowiedzialny za kontrolę dowolną jest zlokalizowany w korze mózgowej i wysyła impulsy do motoneuronów oddechowych przez drogi korowo-rdzeniowe. Układ odpowiedzialny za kontrolę automatyczną jest w pniu mózgu, to jest w rdzeniu przedłużonym i moście.

  Od zlokalizowanych w rdzeniu przedłużonym neuronów regulujących oddychanie impulsacja nerwowa przekazywana jest do motoneuronów oddechowych rdzenia kręgowego. Są to motoneurony przeponowe, zlokalizowane w rogach brzusznych istoty szarej szyjnych segmentów rdzenia kręgowego i motoneurony mm. Międzyżebrowych zewn.  Włókna odpowiedzialne za wydech dochodzą do motoneuronów zlokalizowanych w odcinku piersiowym rdzenia i unerwiających mm. Międzyżebrowe wewn. Motoneurony wdechowe i wydechowe spełniają rdzenia kręgowego spełniają funkcje tylko wtedy, kiedy są stymulowane impulsacją płynącą z rdzenia przedłużonego.

  Układ generujący impulsy oddechowe i odpowiedzialny za oddychanie automatyczne zlokalizowany jest w rdzeniu przedłużonym . Choć miejscem postawania cyklicznych impulsów oddechowych jest rdzeń przedłużony, to modyfikowane są one przez impulsację aferentną pochodzącą z mostu i nerwu błędnego.

  Źródłem również modulującym automatyczne funkcje oddechowe jest unerwienie aferentne nerwu błędnego i częściowo nerwu językowo-gardłowego. Do neuronów oddechowych rdzenia przedłużonego dociera też pobudzenie doprowadzane nerwem błędnym i nerwem gardłowo – językowym z chemoreceptorów kłębków aortalnych i kłębków zatoki szyjnej.

31. Neurony wdechowe i wydechowe rdzenia przedłużonego oraz ich rola w uczynnianiu wdechu i wydechu.

  W populacji neuronów oddechowych rdzenia przedłużonego i mostu rozróżniamy neurony aktyne podczas wdechu (neurony wdechowe) i aktywne podczas wydechu (neurony wydechowe). Obszar w rdzeniu przedłużonym, który kontroluje oddychanie nazywany jest ośrodkiem oddechowym. Rozróżnia się w tym obszarze 2 gr. neuronów oddechowych. Pierwsza gr to grzbietowa grupa neuronów oddechowych , znajdująca się w obrębie i obok jądra pasma samotnego (NTS). Grupa neuronów grzbietowych składa się w zasadzie z z neuronów wdechowych, z których część zaopatruje motoneurony przepony. Ta grupa neuronów oddechowych otrzymuje impulsację dośrodkową (aferentną) z interoreceptorów dróg oddechowych oraz z chemoreceptorów w kłębkach szyjnych i w kłębkach aortalnych.

  Grupa brzuszna neuronów oddechowych stanowi długie pasmo, leżące w brzuszno-bocznej, przedniej cz. rdzenia przedłużonego. Składa się ona głownie z neuronów rozrusznikowych, wdechowych i wydechowych i są to neurony generujące rytm oddechowy.  Część tych neuronów wysyła długie włókna do rdzenia kręgowego, hamując bezpośrednio motoneurony wdechowe rdzenia kręgowego.

32. Teorie wyjaśniające okresową czynność neuronów wdechowych.

33. Mechanizm działania neuronów ośrodka pneumotaksji.

Centrum regulacyjnym oddychanie automatyczne w obrębie mostu jest obszar  znany jako ośrodek pneumotaksyczny. Neurony, które tworzą ten ośrodek zlokalizowane są w obrębie grzbietowo-bocznej cz. mostu i zawierają neurony wdechowe, neurony wydechowe oraz neurony aktywne w obu fazach oddychania.  Hamuje on czynność neuronów wdechowych rdzenia przedłużonego i odgrywa rolę w przełączaniu wdechów i wydechów. Również w obrębie mostu, lecz w jego tylniej części, zlokalizowany jest ośrodek apneustyczny. Silnie współdziała on z ośrodkiem pneumotaksycznym i bezpośrednio oddziaływa na grzbietową grupę neuronów oddechowych rdzenia przedłużonego, tonicznie pobudzając neurony wdechowe.

34. Centrum chemosensytywne i mechanizm jego funkcjonowania.

Obok impulsacji przenoszonej z płuc i klatki piersiowej, bardzo ważne jest pobudzenie poprzez bodźce chemiczne informujące o aktualnym stanie wysycenia krwi gazami i o jej pH. Chemiczna kontrola oddychania prowadzi do ustalenia wentylacji płuc w sposób pozwalający na utrzymanie prężności dwutlenku węgla w pęcherzykach płucnych na stałym poziomie, zniwelowanie skutków nadmiaru jonów wodorowych we krwi orz zapewnienie wzrostu prężności tlenu po obniżeniu się jego ilości do potencjalnie niebezpiecznego poziomu.

Sygnały chemiczne, to jest wzrost prężności dwutlenku węgla i stężenia jonów wodorowych oraz spadek prężności tlenu we krwi tętniczej, są odbierane przez chemoreceptory w kłębkach szyjnych i aortalnych. Kłębki szyjne położone są w okolicy rozwidlenia tętnic szyjnych wspólnych, natomiast w pobliżu łuku aorty zlokalizowane są kłębki aortalne . Drugim miejscem odbierania sygnałów chemicznych jest sam pień mózgu. To tutaj właśnie zlokalizowane receptory pośredniczą  w hiperwentylacji  wywoływanej przez wzrost stężenia dwutlenku węgla, u zwierząt z odnerwionymi kłębkami szyjnymi i aortalnymi. Receptory te zlokalizowane są w rdzeniu przedłużonym, na jego brzusznej powierzchni, w okolicy ośrodka oddechowego.

35. Odruchowa regulacja oddychania.

Rozciągnięcie tkanki płuc pobudza mechanoreceptory, a wzbudzona w nich impulsacja, przekazywana przez nerw błędny hamuje czynność neuronów wdechowych rdzenia przedłużonego. Następuje odruchowe skracanie wdechu i inicjowanie wydechu. Podczas wydechu zmniejsza się objętość płuc, a tym samym ustaje pobudzanie mechanoreceptorów. Następstwem tego jest powrót do aktywnośći neuronów wdechowych i i wystąpienie wdechu.

Główna rola odruchu Heringa – Breuera sprowadza się do regulacji opartej na ujemnym sprzężeniu zwrotnym, intensywności i czasu trwania wdechu oraz do zapobiegania nadmiernemu rozciaganiu dróg oddechowych i tkanki płucnej.

Odruch głębokiego wdechu (ziewanie) powstaje w wyniku pobudzenia mikrokosmków komórek szczoteczkowych umieszczonych tuż pod nabłonkiem błony śluzowej dróg oddechowych, np. podczas zwolnionej wentylacji płuc podczas snu.

36). Odruch inflacyjny z płuc/ Heringa-Breuera.

Inflacyjny odruch Heringa-Breuera polega na wydlużeniu czasu trwania wydechu powodowanym stałym, powolnym napełnianiem płuc. Odruch Heringa-Breuera postaje pod wpływem pobudznia wolno adaptujących receptorów płuc (SAR). Odruch ten przyspiesza rytm oddechowy, głównie przez skrócenie fazy wdechu, a jego eliminacja zwalnia i pogłebia ruchy oddechowe. Podczas wydechu w miarę zmniejszania objętości płuc pobudzenie SAR i w ślad i w ślad za tym pobudznie za tym neuronów wdechowych stopniowo maleje, maleje też ich wpływ hamujący na neurony wdechowe i w ten sposób torowany jest następny wdech. Główna rola fizjologiczna odruchu Heringa-Br...