A légzés funkciója Oxigén ellátás hőleadás pH szabályozása kiválasztás Légcsere: az O2 és CO2 kicserélődése Külső légzés: tüdő alveolusok - vér Belső légzés: vér - szövetek Biológiai oxidáció hőleadás pH szabályozása kiválasztás pici vérrögök és buborékok kiszűrése a vénából a szív mechanikai védelme Angiotenzin I-II átalakítás (ACE)

Az emberi légzőrendszer Orr Garat - Gége Légcső (trachea) Tüdő Főhörgők Hörgők Hörgőcskék Légvezetékek és léghólyagocskák (alveolusok) Mellhártya Parietális és viszcerális lemez között folyadék

Orr és garat Az orr szerepe: Garat A levegő vezetése Melegítése, nedvesítése Tisztítása, szűrése A beszédben rezonátor Szaglás Garat Nasopharynx (uvula, orrmandula, fülkürt) Oropharynx (torokmandulák) Laryngopharynx

Gége (Larynx) 4-6 nyakcsigolyánál Izmos fal Gégefedő (epiglottis) Hangadás, hangszalagok Porccsontok: thyroid porc (Ádámcsutka) Arytenoid Cricoid porcok

Légcső (Trachea) Levegő vezetése Tisztítás, melegítés C alakú porcok Csillós hengerhám

Hörgők (Brochi et bronchioli) Főhörgők (primary bronchi): Jobb és bal Belépnek a tüdőkbe Hörgők (secondary) Jobb oldalon 3, bal oldalon 2db A tüdőlebenyeket határozzák meg Porcdarabok Harmadlagos hörgők stb Hörgőcskék Csak simaizom

A tüdő bronchopulmonális szegmentumai Jobb oldal: 1. apicale; 2. posterior; 3. anterior; 4. laterale; 5. mediale; 6. basale superior (apicale); 7. basale mediale; 8. basale anterior; 9. basale laterale; 10. basale posterior. Bal oldal: 1. apicale; 2. posterior; 3. anterior; 4. lingulare superior; 5. lingulare inferior; 6. basale superior (apicale); 8. basale anterior; 9. basale laterale; 10. basale posteromediale.

Léghólyagocskák (alveoli) Type I sejtek: epitélium (laphám) sejtek, a gáz diffundál rajtuk keresztül Type II sejtek: köbhám sejtek, a surfactant réteget képezik terminális bronchus tüdővéna tüdőartéria nyirokér simaizom bronchus respiratoricus alveoláris zsák alveoulus sövények ductus alveolaris alveoláris kapilláris

A légutak elágazásai és ezek generációi VEZETŐ ZÓNA G: generációs szám GÁZCSERE ZÓNA

A tüdő nyugalmi nyomásviszonyai Nyitott légutak esetében a tüdőben levő levegő nyomása megegyezik a légköri nyomással. A mellhártya két rétege között viszont “vakuum” van: A mellkas anatómiai szerkezete folytán expanziós tendenciát mutat. A tüdő kollapszus-tendenciát mutat, ennek oka: légutak hámját borító folyadék felületi feszültsége a tüdő rugalmas elemei Ezt enyhíti a surfactant és a léghólyagocskák interdependenciája. A két hatás légzésszünetben pontosan kiegyenlíti egymást. Az intrapulmonális és intrapleurális nyomás különbsége (1,4Hgmm) a transzmurális nyomás. Ez tartja az alveolusokat nyitva.

A tüdő nyugalmi térfogata A funkcionális reziduális kapacitás (FRC) a tüdő térfogata légzésszünetben (kb. 2400ml). A tüdő aktuális térfogata függ a transzmurális nyomástól a tüdő tágulékonyságától (compliance) a térfogatváltozás és nyomásváltozás hányadosa a tüdő szöveti szerkezete szabja meg A tuberculosis csökkenti a tüdők tágulékonyságát. Specifikus compliance: compliance/FRC Gáztörvények Boyle: Állandó hőmérsékletű gáz nyomása és térfogata fordítottan arányos. Charles: Adott mennyiségű gáz hőmérséklete és térfogata egyenesen arányos. (A beszívott levegő felmelegedése segíti a tüdő kitágulását.)

Áramlási ellenállás Légzés közben átmeneti nyomáskülönbségek (1-2Hgmm) alakulnak ki az alveolusok és a külső levegő között. Ennek oka az áramlási ellenállás (a térfogatváltozásokat a levegőáramlás csak némi késéssel követi) amit légutak (főleg bronchusok) átmérőjének változtatásával (simaizmok) szabályoz a szervezet. krónikus légcsőhurut (bronchitis) és az asztma növeli az áramlási ellenállást. BE- KI- LÉGZÉS intrapulmonaris nyomás intrapleuralis légzéstérfogat (Hgmm) térfogat (liter) idő (s)

A légzőizmok működése Belégzőizmok: Külső bordaközi izmok (T1-11) Rekeszizom (C3-5, n. phrenicus) Nyakizmok (erőltetett belégzés) Sternocleidomastoid (nXII) Scalenes (C3-8) Mellkasizmok (erőltetett belégzés) Pectoralis minor (C8,T1) Serratus anterior (C5-7) Kilégzőizmok (erőltetett kilégzés): Belső bordaközi izmok (T1-11) Mellkasizmok Transversus thoracis (T1-11) Hasizmok Rectus abdominis (T7-12) etc

Légzőmozgások Belégzés: Kilégzés: A rekeszizom összehúzódik és lesüllyed. A külső bordaközi izmok összehúzódása a bordákat megemeli. Nehézlégzés esetén a segédizmok is részt vesznek. Kilégzés: Passzívan a tüdő kollapszus-tendenciája okozza. Aktív kilégzés során hasizmok megnövelik a hasűri nyomást, ami a rekeszizmot felfelé nyomja. A belső bordaközi izmok összehúzzák a mellkast.

A légzési paraméretek 12-15 légvétel/perc 500 ml gáz/légvétel 6-8 l gáz/perc (250 ml O2 felvétele és 200 ml CO2 leadása /perc) 300 millió alveolus 70m2 felület a légcserére Spirometria: a légzési térfogatok vizsgálata A spirometriás vizsgálatok elkülönítik az „obstruktív” és „restriktív” betegségeket: Obsturktív: a levegőáramlást akadályozza Restriktív: a tüdő tágulékonyságát és a vitálkapacitást csökkenti Anatómiai holttér: A vezető zónában maradó levegő nem vesz részt a gázcserében Alveoláris holttér: az összeesett vagy elzáródott alveolusok sem vesznek részt a gázcserében.

Légzési térfogatok (A vitálkapacitás összetevői) maximális belégzési szint nyugalmi kilégzés maximális kilégzési szint holt-tér IRV: BELÉGZÉSI REZERV TÉRFOGAT TV: NYUGALMI BELÉGZÉSI TÉRFOGAT ERV: KILÉGZÉSI REZERV TÉRFOGAT RV: REZIDUÁLIS TÉRFOGAT

Spirometria értékek Változó Egység Regressziós egyenlet (férfiak, ill. nők) 1,64 RSD (ezen belül normális) IVC (l) 6,10H–0,028A–4,65 4,66H–0,026A–3,28 0,92 0,69 FVC (l) 5,76H–0,026A–4,34 4,43H–0,026A–2,89 1,00 0,71 FEV1 (l*s-1) 4,30H–0,029A–2,49 3,95H–0,025A–2,60 0,84 0,62 H: testmagasság, méterben A: életkor, évben (18–25 életév között 25 évet kell az egyenletbe behelyettesíteni) RSD: reziduális standard deviáció

A légzési funkciót jellemző egyes orvosi kifejezések AZ ÁLLAPOT NEVE JELLEMZŐI eupnoe nyugalmi légzés, 500 ml, 14-16/perc polypnoe, tachypnoe szapora légvételek hyperpnoe a nyugalmit meghaladó percventilláció dyspnoe erőlködő, „nehézlégzés” légszomjjal apnoe légzési szünet apneusis a mellkas tartósan belégzésben marad hyperventilatio a légcsere meghaladja az anyagcsere által adott szintet; PaCO2 alacsony hypoventilatio a légcsere alacsonyabb az anyagcsere szintnél; PACO2, PAO2

A légzési gázok összetétele Parciális nyomás (Hgmm)(%) Levegő be alveolusok artériák vénák Levegő ki O2 158 (21) 100 (13) 95 (13) 40 (6) 116 (15) CO2 0,3 (0,0004) 40 (5) 46 (7) 32 (4) H2O 5,7 (0,008) 47 (6) 47 (7) N2 és egyéb 596 (78+) 573 (76) 573 (80) 565 (75) (normál levegő nyomása: 760Hgmm)

A külső légzés Az alveoláris gázcsere tényezői tehát: Dalton törvénye: egy gázkeverék nyomása az összetevői parciális nyomásának összege. Henry törvénye: A folyadékok oldott gáz tartalma a gáz vízoldékonyságától és parciális nyomásától függ. Az alveoláris gázcsere tényezői tehát: Koncentráció grádiens Vízoldékonyság (CO2 20szor jobban, mint O2) Membrán vastagság Membrán felület (tüdőtágulás!) Megfelelő keringés (Ha egy adott tüdőrészben romlik a légcsere, akkor annak vérellátása is reflexesen csökken.)

Az alveoláris diffúzió

Az O2 szállítása Fizikai oldódása igen rossz Hemoglobin és a hőmérséklettel csak tovább romlik - halpusztulás Hemoglobin Oxigenálva élénkpiros egyébként lilásvörös Tetramer szerkezetű

A széndioxid szállítása A vérplazmában fizikailag oldott formában (5%), Hemoglobinhoz kötve (5%) A CO2 az deoxi-Hb szabad aminocsoportjához kötődik, az oxihemoglobinhoz jóval kisebb affinitással. A vvt-ben szénsavvá alakulva (90%) A vvt felveszi a CO2-t A szénsavanhidráz H2CO3-vá alakítja A H+-t a deszaturálódott Hb megköti, a HCO3- a kapnoforin transzporteren keresztül a vérplazma Cl- ionjával kicserélődik Az oxi-Hb nem köti a H+ iont, ezért a tüdőben ellenkező irányban folyik a reakció.

A légzőizmok beidegzése A kicserélt levegő (és hő) mennyisége a légzések mélységétől és szaporaságától függ. A légzőizmokat gerincvelői mozgatóneuronok idegzik be, ezeket felsőbb központok aktiválják. A légvételek mélysége és frekvenciája függ a légzőizmokat beidegző motoros idegben ingerületbe került axonok számától, és egy adott axonon terjedő AP frekvenciától. A belégzés alatt mind a két tényező fokozatosan növekszik (crescendo). (I) A kilégzés elején is van egy kicsi aktivitás a n. phrenicus axonjaiban. (E1) Légzési szünetben viszont semmi. (E2)

A légzésszabályozás agytörzsi területei Nyúltvelő dorzomediális neuroncsoport DRG ventrolaterális neuronoszlop VRC Híd Hídi neuroncsoport PRG „pneumotaxikus központ” apneuziás „központ”

A légzésszabályozás sémája Agykéreg Mechanoreceptorok Kemoreceptorok Nyúltvelői-hidi légzőközpontok ideg-impulzusok feszülés, elmozdulás Gerincvelő ideg-impulzusok Légzőizmok mechanikai munka Tüdő és mellkas légcsere Alveolus-kapilláris határ véráramlás diffúzió Vér PCO2, PO2, pH

Felsőbb szabályozó területek Agykéreg Közvetlenül a piramispályán át, és/vagy a légzőközpontok felülszabályozásával. Akaratlagos szabályozás: apnoé, beszéd, hiperventilláció stb Tudattalan, ám részben kérgi eredetű: légszomj Kérgi szenzoros területek érzékelik a ventilláció mértékét és ha az kisebb, mint a szükséglet, légszomj alakul ki. Éber állapotban nem okoz apneusist a híd roncsolása. Ondin átka (central hypoventilation syndrome): alvás alatt lélegeztetni kell, mert az automatikus kontrol nem működik Az éberségi szint befolyásolja a szabályozást. Limbikus rendszer – hipotalamusz Emóciók légzési hatásai

A tüdő receptorai 1. A légutak simaizomsejtjei között elhelyezkedő lassan adaptálódó feszítési receptorok: ingerületét velőshüvelyes rostok a n. vagusban futva a nucleus tractus solitarii (NTS)-ba juttatják. Az AP frekvencia és az ingerületbe kerülő axonok száma a tüdő feszülésével arányosan nő. A reflexes válasz a passzív kilégzés (és a bronchusok dilatációja). Egyesek szerint emberben nyugodt légzés során nincs jelentősége.

Centrális kemoreceptorok A nyúltvelő ventrális felszínén n retrotrapezoideus Hiperkapnia (PalvCO2 ↑) aktiválja A válasz 1-2 perc alatt alakul ki. Valójában a likvor és az EC tér pH-ját érzékeli állandó [HCO3-] mellett a pH és a [CO2] egyenesen arányos. Az izokarbonát körülményeket a HCO3/Cl antiporter biztosítja A vér pH-ját nem érzékeli, mert az agyi erek nem permeábilisek az ionokra, csak a CO2 juthat át. Tartós hiperkapnia (8-12 óra) esetén „adaptálódnak” ekkor már a liquor HCO3- koncentrációja is megnő

Perifériás kemoreceptorok Glomus caroticum és Glomus aorticum Az utóbbi kevéssé jelentős a légzésben Hámsejtes csomók 2 mg tömegű, 2000 ml/100g/perc véráramlás I (szenzoros) és II (támasztó) típusú sejtek Beidegzés: n.glossopharyngeus(IX) ill. vagus(X) Sejttest: ggl pertosum ill. nodosum A NTS mediális részére vetül.

A glomusok aktiválása 1. Hipoxia: Csak jóval a fiziológiás érték (100Hgmm) alatt (60Hgmm-től) aktiválódik. A hiperkapniás hipoxia (aszfixia, fulladás) a legerősebb inger O2-függő Na/K pumpa (Skou’s emzim): hipoxia gátolja → depolarizáció → Ca++ influx → transzmitter-release A sejtek DA tartalmúak, ám az gátló mediátor. A transzmitter esetleg acetilkolin, vagy ATP.

A glomusok aktiválása 2. Hipovolémia: Hiperkapnia: pH emelkedése: közvetve, nagy O2 igényük miatt hipoxiát érzékelnek. Hiperkapnia: A CO2 az sejtplazma savasodását okozza. A H+/Na+ antiporter beindul Gyors (pár mp) hatás lineáris érzékenység Hipoxia mellett erősebb reakció nem adaptálódik! Tartós hiperkapniában az egyetlen belégzési inger. Ilyen betegnek életveszélyes tiszta oxigént adni!!! pH emelkedése: Nagyon gyors, légzéssel szinkron, lineáris hatás K+ emelkedése: magas [K+]EC depolarizál Az izomműködést követő ventilláció-fokozódás egyik ingere.

Légzés és izommunka Az azonnali ventillációfokozódás kérgi eredetű parancsoknak és az izmok receptoraiból kiinduló reflexeknek tudható be. A lassú adaptáció az izommunka során megnövekvő EC tér/plazma [K+] hatására indul meg. A ventilláció nagyobb, mint amit hiperkapniával el lehetne érni. (Kb, mint az akaratlagos maximum: 100-120 l/perc.) Az artériás PCO2, (PO2 és pH) alig változik az izommunka alatt!! Extrém izommunka estén még csökken is, mivel ekkor már az izom vérellátása nem tud lépést tartani az igénnyel: „anaerob küszöb”. Az izomban tejsav halmozódik fel, a tejsavas acidózis (glomusok) tartja fenn a további hiperventillációt.