Náplň podkapitoly:
1. Úvod do mechaniky dýchání
2. Plicní objemy a kapacity
3. Dýchací pohyby
4. Změny tlaků během dýchacího cyklu
_
Úvod do mechaniky dýchání
Každý dechový cyklus se skládá z fází nádechu (inspiria) a výdechu (exspiria). Ty fáze se periodicky střídají a garantují tak dostatečně velký parciální tlak kyslíku, a naopak dostatečně nízký parciální tlak CO2 v alveolech. Udržení těchto parciálních tlaků je zcela vitální pro efektivní výměnu dýchacích plynů na alveolokapilární membráně. Jedině při optimálním průběhu dechových cyklů je zajištěna dostatečná extrakce CO2 z krve a její sycení kyslíkem.
Tím jak, dechový cyklus probíhá a jaké mechanismy se podílejí na exspiriu a inspiriu, se budeme zabývat v této podkapitole.
_
Plicní objemy a kapacity
Před diskusí o vlastním dechovém cyklu je nutné zavést některé nové pojmy, které nám pomohou k jeho pochopení.
Dechový objem – VD
Dechový objem je objem vzduchu, který vdechneme při klidném nádechu po ukončeném klidovém výdechu, nebo také objem vzduchu, jejž vydechneme při klidném výdechu po ukončení klidového inspiria. Tato rovnost je zcela logická, neboť při normálním dýchání se objem inspirovaného a exspirovaného vzduchu shoduje. U dospělého 70 kg vážícího muže činí asi 500 ml.
Rezervní inspirační objem – IRV
Tímto pojmem rozumíme objem vzduchu, který lze nejvýše vdechnout po ukončeném klidovém inspiriu. Jinými slovy: jedná se o objem vzduchu, jejž lze vdechnout „navíc” při maximálním usilovném nádechu. U dospělého 70 kg vážícího muže jde o hodnotu asi 3000 ml.
Rezervní exspirační objem – ERV
Jde objem vzduchu, jejž lze nejvýše vydechnout po ukončeném klidovém exspiriu. Kdybychom tuto větu chtěli přeformulovat, můžeme říci, že se jedná o objem vzduchu, který lze vydechnout „navíc” při maximálním usilovném výdechu. Dospělý 70 kg vážící muž se dokáže dostat k číslu asi 1100 ml.
Všimněte si prosím, že jak do IRV, tak do ERV není započítán dechový objem. Oba rezervní objemy jsou nad rámec klidového dechového cyklu, a proto se odměřují buď od plného klidového nádechu (v případě IRV), nebo od plného klidového výdechu (v případě ERV).
Reziduální objem – RV
Reziduální objem je objem vzduchu, který v plících zůstává i po maximálním usilovném výdechu, tedy takový objem vzduchu, který zůstane v maximálně smrštěných plicích. U dospělého 70 kg vážícího muže hovoříme o asi 1200 ml.
Při popisování dechového cyklu je někdy třeba užít součet několika objemů. Tento součet se nazývá kapacita.
Inspirační kapacita – IC
Inspirační kapacita je objem vzduchu, který lze maximálně vdechnout po ukončeném klidovém výdechu. Inspirační kapacita se tak rovná součtu dechového objemu a rezervního inspiračního objemu.
IC = VD + IRV
U dospělého 70 kg vážícího muže proto půjde o asi 3500 ml.
Exspirační kapacita – EC
Exspirační kapacitou rozumíme takový objem vzduchu, který lze maximálně vydechnout po ukončeném klidovém nádechu. Exspirační kapacita je tak rovna součtu dechového objemu a rezervního exspiračního objemu.
EC = VD + ERV
U dospělého 70 kg vážícího muže proto napočítáme hodnotu asi 1600 ml.
Funkční residuální kapacita – FRC
Funkční residuální kapacita, čili objem vzduchu, který v plicích zůstává po ukončeném klidovém výdechu, se rovná součtu exspiračního rezervního objemu a reziduálního objemu plic.
FRC = ERV + RV
U dospělého 70 kg vážícího muže jde proto o asi 2300 ml.
Vitální kapacita – VC
Pod tímto pojmem rozumíme objem vzduchu, jejž lze nejvýše vydechnout po ukončeném maximálním usilovném nádechu, respektive se jedná o objem vzduchu, který jsme schopni z plic vypudit maximálním usilovným výdechem po maximálním usilovném nádechu. Představuje tedy součet rezervního inspiračního objemu, dechového objemu a rezervního exspiračního objemu.
VC = IRV + VD + ERV
Dospělého 70 kg vážícího muže se proto týká hodnota asi 4600 ml.
Celková kapacita plic – TLC
Celková kapacita plic je objem vzduchu, který lze nejvýše zadržet v plicích při maximálním usilovném nádechu. Lze také říci, že se jedná o objem, jehož mohou plíce maximálně dosáhnout. Jde o součet všech čtyř objemů, tedy objemu reziduálního, rezervního exspiračního, dechového a rezervního inspiračního. Častěji bývá vyjádřen jako součet vitální kapacity plic a reziduálního objemu.
TLC = RV + ERV + VD + IRV = VC + RV
U dospělého 70 kg vážícího muže proto tato hodnota dosahuje asi 5800 ml.
_
Dýchací pohyby
Existují dva způsoby, kterými mohou být plíce smrštěny nebo roztaženy:
1) Činností bránice
2) Činností mezižeberních svalů
Činnost bránice
Normální klidové dýchání je téměř výhradně zprostředkováno kraniokaudálními pohyby bránice. Během inspiria se bránice kontrahuje, svým pohybem táhne plíce kaudálně a tím zvyšuje jejich objem. Při klidném dýchání tento pohyb pokračuje až do dosažení dechového objemu (VD). Následně dojde k relaxaci bránice, čímž je zahájeno exspirium. Klidový výdech je pasivní děj, neboť se jej neúčastní žádné svalstvo. Jediným mechanismem jsou elastické síly plic a hrudní stěny, které se díky elastickým vlastnostem tkání smrští na původní objem. Tak je vypuzen stejný objem vzduchu, jako byl vdechnut – 500 ml.
Činnost mezižeberních svalů
Nastává-li potřeba zvýšit alveolární ventilaci, jak tomu bývá například při fyzické zátěži, doplňuje bránici důmyslný systém pák tvořený mezižeberními svaly. Uspořádání těchto svalů je následující:
Mm. intercostales externi
Mm. intercostales externi míří od svého úponu dolů (na kaudálněji uložené žebro) a dopředu. Vzniká tak páka, která při kontrakci vnějších mezižeberních svalů táhne hrudní koš dopředu a nahoru (kraniálně a ventrálně). Tím zvětšuje předozadní rozměr hrudního koše a napomáhá usilovnému nádechu.
Mm. intercostales interni
Mm. intercostales interni míří od svého úponu vzhůru (na kraniálněji uložené žebro) a dopředu. Vzniká tak páka, která při kontrakci vnitřních mezižeberních svalů táhne hrudní koš dolů a zpět (kaudálně a dorzálně). Tím zmenšuje předozadní rozměr hrudního koše a napomáhá usilovnému výdechu.
Existují i mm. intercostales intimi, ale jejich funkce při dýchacích pohybech není příliš významná.
V klidu jsou žebra uspořádána tak, že jejich dlouhé osy míří směrem dolů a mezižeberní svaly jsou relaxované. Při usilovném nádechu je kontrakce bránice doplněna pákou mm. intercostales externi a dojde k přesunu osy žeber do téměř horizontální polohy, respektive zvětšení předozadního rozměru hrudníku. Tím se dále zvětší objem vdechnutého vzduchu až na hodnotu inspirační kapacity (IC) a plíce se mohou roztáhnout až na svůj maximální objem (TLC). Při usilovném nádechu není působení elastických sil dostatečné pro rychlý návrat plic do původního objemu. Proto je zapojena páka mm. intercostales interni, které působí synergicky s elastickými silami.
_
Změny tlaků během dýchacího cyklu
Alveolární tlak
Plyn se vždy pohybuje do oblasti s nižším tlakem, a jelikož by bylo velmi složité fyziologickými pochody ovlivnit atmosférický tlak, nastávají tlakové změny pouze v systému plíce – hrudní koš. Tak je v každém okamžiku zabezpečena výměna plynů mezi dýchacím systémem a atmosférou. Ve skutečnosti dýchací pohyby slouží pouze ke změně tlaku v alveolech oproti tlaku v atmosféře, a to následovně:
1) Při inspiriu: tlak v alveolech je negativní oproti atmosférickému tlaku. Vzduch proudí do dýchacího systému.
2) Při exspiriu: tlak v alveolech je pozitivní oproti atmosférickému tlaku. Vzduch proudí z dýchacích cest do atmosféry.
Dýchací svaly (a elastické síly) tak vytvářejí tlakový gradient (rozdíl tlaků) mezi alveoly a atmosférou, a to pouze změnami alveolárního tlaku.
Pleurální tlak
Pokud by byly plíce vytaženy z hrudního koše, okamžitě by zkolabovaly. Jejich objem je udržován elastickou silou hrudního koše, na jehož vnitřním povrchu jsou přichyceny pomocí podtlaku v pleurální dutině.
Pleurální dutina je čistě morfologický pojem, neboť za fyziologických okolností je prostor mezi parietálním a viscerálním listem pleury zcela vyplněn pouze tenkou vrstvou tekutiny. Tato tzv. pleurální tekutina lubrikuje pleurální listy a usnadňuje jejich vzájemný pohyb.
Pleurálním tlakem se tedy rozumí tlak v úzké vrstvě pleurální tekutiny. Ten je v každé chvíli negativní díky stálé činnosti lymfatického systému. Lymfatikus tekutinu nasává a tím podtlak udržuje. Je dobré si uvědomit, že pleurální tekutinu nikdy nemůže „odsát” všechnu. Jakmile se tlak ve vrstvě tekutiny vyrovná s tlakem v lymfatických cévách, pohyb tekutiny se zastaví. Odstraněna je pouze přebytečná tekutina produkovaná transudací z kapilár pleurálních listů.
Hodnota pleurálního tlaku byla experimentálně určena na -5 cm vodního sloupce. Tak je zajištěno přilnutí obou pleurálních listů. Během dýchacího cyklu se tato hodnota mění. Při inspiriu klesá až k -7,5 cm vodního sloupce, jelikož se zvětší objem pleurální dutiny (prakticky spíše plocha kontaktu pleurálních listů).
Transpulmonální tlak
Pod tímto pojmem rozumíme rozdíl mezi alveolárním tlakem a tlakem pleurálním. Jeho velikost je měřítkem elastických sil soustavy hrudník – plíce. Transpulmonální tlak se tak zvyšuje při každém nádechu a klesá při výdechu.
Jak bylo řečeno výše, plíce mají tendenci zcela kolabovat. Tomu brání negativní pleurální tlak, který udržuje viscerální list pleury v úzkém kontaktu s pleurálním listem hrudního koše. Hrudní koš by se naopak po odstranění plic lehce rozšířil ve svém předozadním rozměru. Tento fenomén je patrný u pacientů s pneumotoraxem, u nichž se do pleurální dutiny dostal vzduch, plíce zkolabovaly a hrudník nabyl tvaru, který mu diktují elastické síly (tzv. soudkovitý hrudník).
Výslednicí těchto dvou proti sobě působících sil – elastické síly hrudního koše a elastické síly plic – je objem, při kterém velikost jejich výslednice dosahuje nulové hodnoty. Není to nic jiného než funkční reziduální kapacita (FRC) – hodnota, na které se systém hrudník – plíce ustálí po každém výdechu.
Plicní compliance
Compliance neboli poddajnost je hodnota, která udává, jak velká změna objemu nastane na jednotku změny transpulmonálního tlaku. Neboli:
C = ΔV / ΔP
Čím vyšší je hodnota compliance, tím větší bude změna objemu na jednotku změny tlaku. Za fyziologickou hodnotu se považuje 200 ml / 1 cm H2O. Odchylka v jakémkoliv směru je vnímána jako patologická. Ke zvýšení poddajnosti plic dochází při emfyzému (rozedmě), chorobném stavu, kdy dochází ke spojování alveolů do větších a objemnějších jednotek. V těch ovšem nemůže efektivně proběhnout výměna dýchacích plynů kvůli zmenšení povrchu alveolokapilární membrány. Ke snížení poddajnosti plic naopak dochází například při plicní fibróze.
Pozn. Hodnotu compliance lze určit pro všechny duté orgány. Stačí změřit změnu objemu při působení transmurálního tlaku. Takto můžeme např. získat hodnotu pro střevo, cévy atd. Poddajnost poskytuje cenný údaj o stavu stěny daného orgánu a její změny jsou popsány v patofyziologii mnoha cévních chorob a patologiích gastrointestinálního systému.
Autoři podkapitoly: Patrik Maďa
