Boundless Anatomy and Physiology

Pressure Changes During Pulmonary Ventilation

Ventilation is the rate at which gas enters or leaves the lung.

Learning Objective

Differentiate among the types of pulmonary ventilation: minute, alveolar, dead space

Key Takeaways

Key Points

  • Ventilation is the rate at which gas enters or leaves the lung.
  • The three types of ventilation are minute ventilation, alveolar ventilation, and dead space ventilation.
  • The alveolar ventilation rate changes according to the frequency of breath, tidal volume, and amount of dead space.
  • PA se referă la presiunea parțială alveolară a unui gaz, în timp ce Pa se referă la presiunea parțială a acelui gaz în sângele arterial.
  • Schimbul de gaze are loc prin difuzie pasivă deoarece PAO2 este mai mare decât PaO2 în sângele deoxigenat.

Termeni cheie

  • Ventilație: Procesul corporal de respirație, inhalarea aerului pentru a furniza oxigen și exhalarea aerului uzat pentru a elimina dioxidul de carbon.
  • presiune parțială: Presiunea exercitată de un gaz, fie în aer, fie dizolvat, care indică concentrația acelui gaz.

Tipurile de rate de ventilație

În fiziologia respiratorie, rata de ventilație este rata la care gazul intră sau iese din plămân. În general, ventilația este exprimată ca volum de aer înmulțit cu o rată respiratorie.

Volumul de aer se poate referi la volumul curent (cantitatea inhalată într-o respirație medie) sau la ceva mai specific, cum ar fi volumul spațiului mort din căile respiratorii. Cele trei tipuri principale de rate de ventilație utilizate în fiziologia respiratorie sunt:

  1. Ventilația minuțioasă (VE): Cantitatea de aer care intră în plămâni pe minut. Poate fi definită ca \text{VE}=\text{Volumul curent}\times\text{Respirații pe minut}
  2. Ventilația alveolară (VA): Cantitatea de gaz pe unitate de timp care ajunge în alveole și se implică în schimbul de gaze. Se definește astfel: \text{VA}=\left(\text{Volumul curent}-\text{Volumul spațiului mort}\right)\times\text{Frecvența respiratorie}
  3. Ventilația spațiului mort (VD): Cantitatea de aer pe unitate de timp care nu este implicată în schimbul de gaze, cum ar fi aerul care rămâne în zonele de conducere. Este definită ca \text{VD}=\text{Volumul spațiului mort}\times\text{Frecvența respiratorie}.

În plus, ventilația minutelor poate fi descrisă ca fiind suma ventilației alveolare și a ventilației spațiului mort, cu condiția ca frecvența respiratorie folosită pentru a le deriva să fie în termeni de respirații pe minut.

Cele trei tipuri de ventilație sunt legate matematic una de alta, astfel încât modificările unei frecvențe de ventilație pot determina modificarea celeilalte. Acest lucru este cel mai evident în cazul modificărilor volumului spațiului mort. Atât respirația printr-un tub de snorkeling, cât și o embolie pulmonară cresc volumul spațiului mort (prin spațiul mort anatomic, respectiv alveolar), ceea ce va reduce ventilația alveolară.

Ventilația alveolară este cel mai important tip de ventilație pentru măsurarea cantității de oxigen care ajunge efectiv în organism, ceea ce poate iniția mecanisme de feedback negativ pentru a încerca să crească ventilația alveolară în ciuda creșterii spațiului mort. În special, organismul va încerca, în general, să combată creșterea spațiului mort prin creșterea frecvenței respirațiilor pentru a încerca să mențină niveluri suficiente de ventilație alveolară.

Presiunea parțială a gazelor

Aceasta este o diagramă a schimbului de gaze în plămâni. Aceasta arată cum aveoli elimină dioxidul de carbon din sânge și apoi adaugă oxigen în sânge.

Schimbul gazos în plămâni: Diagrama schimbului de gaze în plămâni.

Când gazele se dizolvă în fluxul sanguin în timpul ventilației, acestea sunt în general descrise prin presiunea parțială a gazelor. Presiunea parțială se referă mai exact la concentrația relativă a acelor gaze prin presiunea pe care o exercită în stare dizolvată.

În fiziologia respiratorie, PAO2 și PACO2,se referă la presiunile parțiale ale oxigenului și dioxidului de carbon în alveole.

PaO2 și PaCO2 se referă la presiunile parțiale ale oxigenului și dioxidului de carbon în sângele arterial. Diferențele de presiuni parțiale ale gazelor între aerul alveolar și fluxul sanguin sunt motivul pentru care schimbul de gaze are loc prin difuzie pasivă.

În condiții normale, PAO2 este de aproximativ 100 mmHg, în timp ce PaO2 este de 80-100 mmHg în arterele sistemice, dar de 40-50 mmHg în sângele deoxigenat din artera pulmonară care merge la plămâni.

Reamintim că gazele se deplasează din zonele de presiune ridicată în zonele de presiune scăzută, astfel încât presiunea mai mare a oxigenului din alveole în comparație cu cea din sângele dezoxigenat explică de ce oxigenul poate difuza pasiv în fluxul sanguin în timpul schimbului de gaze.

Conversa, PACO2 este de 35 mmHg, în timp ce PaCO2 este de aproximativ 40-45 mmHG în arterele sistemice și de 50 mmHg în artera pulmonară. Presiunea parțială și, prin urmare, concentrația de dioxid de carbon, este mai mare în capilarele alveolelor în comparație cu aerul alveolar, astfel încât dioxidul de carbon va difuza pasiv din fluxul sanguin în alveole în timpul schimbului de gaze.

În plus, deoarece PaCO2 este un indicator al concentrației de dioxid de carbon în sângele arterial, poate fi folosit pentru a măsura pH-ul sângelui și pentru a identifica cazurile de acidoză și alcaloză respiratorie.

Inspirația

Inspirația este fluxul de aer într-un organism care se datorează unei diferențe de presiune între atmosferă și alveole.

Obiectiv de învățare

Subliniați mecanica inspirației

Key Takeaways

Key Points

  • La om, inspirația este fluxul de aer într-un organism din mediul extern, prin căile respiratorii și în alveole.
  • Inhalarea începe cu debutul unei contracții a diafragmei, care are ca rezultat expansiunea cavităților toracică și pleurală și o scădere a presiunii (numită și creșterea presiunii negative).
  • Există mulți mușchi accesorii implicați în inspirație – cum ar fi mușchii intercostali externi, mușchii scaleni, mușchiul sternocleidomastoidian și mușchiul trapez.
  • Respirația doar cu ajutorul mușchilor accesorii în locul diafragmei este considerată ineficientă și furnizează mult mai puțin aer în timpul inhalării.
  • Presiunea negativă din cavitatea pleurală este suficientă pentru a menține plămânii deschiși în ciuda elasticității inerente a țesutului. Cavitatea toracică își mărește volumul provocând o scădere a presiunii (un vid parțial) în interiorul plămânului însuși.
  • Atâta timp cât presiunea din interiorul alveolelor este mai mică decât presiunea atmosferică, aerul va continua să se deplaseze spre interior, dar de îndată ce presiunea se stabilizează, mișcarea aerului se oprește.

Termeni cheie

  • inspirație: Tragerea aerului în plămâni, realizată la mamifere prin ridicarea pereților toracici și aplatizarea diafragmei.
  • mușchi accesorii: Mușchii care ajută la extinderea unor părți mici ale cavității toracice, lucrând fie în plus față de diafragmă, fie înlocuind-o în cazul în care diafragma se rănește.
  • presiune intrapleurală: Presiunea din interiorul cavității pleurale, care este negativă în comparație cu aerul exterior și devine și mai negativă în timpul inspirației.

Inspirația se referă la inhalare – este fluxul curentului respirator într-un organism. La om este mișcarea aerului ambiental prin căile respiratorii și în alveolele plămânilor.

Procesul de inspirație

Inspirația începe cu contracția diafragmei, care are ca rezultat expansiunea cavității toracice și a cavității pleurale. Cavitatea pleurală are în mod normal o presiune mai mică în comparație cu aerul din mediul înconjurător (-3 mmHg în mod normal și, de obicei, -6 mmHg în timpul inspirației), astfel încât atunci când se extinde, presiunea din interiorul plămânilor scade.

Presiunea și volumul sunt invers legate între ele, astfel încât scăderea presiunii din interiorul plămânilor crește volumul de aer din interiorul plămânilor prin atragerea aerului exterior în plămâni. Pe măsură ce volumul de aer din interiorul plămânului crește, plămânul împinge înapoi împotriva cavității pleurale extinse ca urmare a scăderii presiunii intrapleurale (presiunea din interiorul cavității pleurale).

Forța presiunii intrapleurale este chiar suficientă pentru a menține plămânii deschiși în timpul inspirației, în ciuda reculului elastic natural al plămânului. Sacii alveolari se dilată, de asemenea, ca urmare a umplerii cu aer în timpul inspirației, ceea ce contribuie la expansiunea din interiorul plămânului.

În cele din urmă, presiunea din interiorul plămânului devine mai puțin negativă pe măsură ce volumul din interiorul plămânului crește și, atunci când presiunea și volumul se stabilizează, mișcarea aerului se oprește, inspirația se termină și va începe expirația (expirația). Respirațiile profunde au volume curente mai mari și necesită o scădere mai mare a presiunii intrapleurale în comparație cu respirațiile mai puțin adânci.

Aceasta este un desen schematic al întregului tract respirator, include detalii interioare, cum ar fi aveoli. Acesta ilustrează tractul respirator ca un sistem complex, conectat, în care rezistența în orice parte a acestuia poate cauza probleme.

Sistemul respirator: Rezistența în orice parte a tractului respirator poate cauza probleme.

Musculatura accesorie a inspirației

Diafragma este mușchiul principal implicat în respirație, însă mai mulți alți mușchi joacă un rol în anumite circumstanțe. Acești mușchi sunt denumiți mușchi accesorii ai inspirației.

  • Mușchii intercostali exteriori: Mușchii situați între coaste care ajută cavitatea toracică și cavitatea pleurală să se extindă în timpul inspirației liniștite și forțate.
  • Mușchii scaleni: Mușchii de la nivelul gâtului care ridică coastele superioare (și cavitatea toracică din jurul coastelor superioare) pentru a ajuta la respirație. Aceștia oferă un mecanism pentru inspirație atunci când diafragma este rănită și nu se poate contracta în mod normal.
  • Musculul Sternocleidomastoidian: Mușchi care leagă sternul de gât și permit rotația și întoarcerea capului. Aceștia pot ridica coastele superioare așa cum o pot face mușchii scaleni.
  • Musculul trapez: Mușchii din umeri care retrag scapula și extind partea superioară a cavității toracice.

Mușchii accesorii ajută la respirație prin extinderea cavității toracice într-un mod similar cu diafragma. Cu toate acestea, ei extind o parte mult mai mică a cavității toracice în comparație cu diafragma. Prin urmare, ei nu ar trebui să fie utilizați ca mecanism principal de inhalare, deoarece absorb mult mai puțin aer în comparație cu diafragma, rezultând un volum curent mult mai mic.

De exemplu, cântăreții au nevoie de mult aer pentru a susține producția puternică de voce necesară pentru a cânta. O problemă frecventă la cântăreții începători este respirația cu ajutorul mușchilor accesorii ai gâtului, umerilor și coastelor în locul diafragmei, ceea ce le oferă o cantitate de aer mult mai mică decât cea necesară pentru a cânta în mod corespunzător.

Expirația

Expirația (sau expirația) este fluxul de curent respirator în afara organismului.

Obiectiv de învățare

Subliniați mecanica expirației

Key Takeaways

Key Points

  • La om, expirația este mișcarea aerului din tuburile bronșice, prin căile respiratorii, către mediul extern în timpul respirației.
  • Expirația este un proces pasiv datorită proprietăților elastice ale plămânilor.
  • În timpul expirației forțate, mușchii intercostali interni care coboară cutia toracică și scad volumul toracic, în timp ce mușchii abdominali împing în sus diafragma, ceea ce face ca cavitatea toracică să se contracte.
  • Relaxarea diafragmei toracice determină contracția cavității pleurale care pune presiune asupra plămânilor pentru a expulza aerul.
  • Controlul cerebral al expirației poate fi împărțit în control voluntar și control involuntar.

Termeni cheie

  • Muschii intercostali: Mușchii intercostali sunt mai multe grupuri de mușchi care se desfășoară între coaste și ajută la formarea și mișcarea peretelui toracic.
  • expirație: Acțiunea sau procesul de a expira sau de a trimite afară sub formă de aburi sau vapori; evaporare.

Expirația, numită și expirație, este fluxul de curent respirator în afara organismului. Scopul expirației este de a elimina deșeurile metabolice, în principal dioxidul de carbon din organism, din schimbul de gaze. Calea de expirație este mișcarea aerului în afara zonei de conducere, către mediul extern în timpul respirației.

Este un desen schematic al întregului tract respirator, include detalii interioare, cum ar fi aveoli. Acesta ilustrează tractul respirator ca un sistem complex, conectat, în care rezistența în orice parte a acestuia poate cauza probleme.

Sistemul respirator: Pe măsură ce diafragma se relaxează, cavitatea pleurală se contractă, ceea ce exercită o presiune asupra plămânilor, ceea ce reduce volumul plămânilor pe măsură ce aerul este împins în mod pasiv în afara plămânilor.

Procesul de expirație

Expirația este de obicei un proces pasiv care are loc din relaxarea mușchiului diafragmei (care s-a contractat în timpul inspirației). Motivul principal pentru care expirația este pasivă se datorează reculului elastic al plămânilor. Elasticitatea plămânilor se datorează moleculelor numite elastine din matricea extracelulară a țesuturilor pulmonare și este menținută de surfactant, o substanță chimică care împiedică elasticitatea plămânilor să devină prea mare prin reducerea tensiunii superficiale de la apă. Fără surfactant, plămânii s-ar prăbuși la sfârșitul expirației, ceea ce ar face mult mai dificilă o nouă inspirație. Deoarece plămânul este elastic, acesta va reveni automat la dimensiunea sa mai mică atunci când aerul părăsește plămânul.

Expirația începe atunci când se termină inspirația. La fel cum presiunea negativă crescută a cavității pleurale duce la absorbția aerului în timpul inspirației, cavitatea pleurală se va contracta în timpul expirației (datorită relaxării diafragmei),ceea ce exercită presiune asupra plămânilor și face ca presiunea din interiorul cavității să fie mai puțin negativă. O creștere a presiunii duce la o scădere a volumului în interiorul plămânului, iar aerul este împins în afara căilor respiratorii pe măsură ce plămânul revine la dimensiunea sa mai mică. Cavitatea pleurală este atât de importantă pentru respirație deoarece presiunea pe care o exercită modifică volumul plămânilor și oferă un spațiu fără frecare pentru ca plămânul să se extindă și să se contracte în timpul respirației.

În timp ce expirația este, în general, un proces pasiv, ea poate fi, de asemenea, un proces activ și forțat. Există două grupe de mușchi care sunt implicați în expirația forțată.

  • Mușchii intercostali interni: Mușchi ai cutiei toracice care ajută la coborârea cutiei toracice, ceea ce împinge în jos pe cavitatea toracică, provocând o expirație forțată. Rețineți că aceștia nu sunt aceiași cu mușchii intercostali externi implicați în inspirație.
  • Mușchii abdominali: Orice număr de mușchi din abdomen care exercită presiune asupra diafragmei de jos pentru a o extinde, ceea ce, la rândul său, contractă cavitatea toracică, provocând o expirație forțată.

Acest lucru se întâmplă datorită proprietăților elastice ale plămânilor, precum și a mușchilor intercostali interni care coboară cutia toracică și scad volumul toracic. Pe măsură ce diafragma toracică se relaxează în timpul expirației, aceasta face ca țesutul pe care l-a deprimat să se ridice superior și să exercite presiune asupra plămânilor pentru a expulza aerul.

Controlul expirației

Expirația poate fi fie voluntară, fie involuntară pentru a servi unor scopuri diferite pentru organism. Aceste două tipuri de expirație sunt controlate de diferiți centri din organism.

Expirația voluntară este controlată în mod activ. În general, este definită prin reținerea aerului în plămâni și eliberarea acestuia la o rată fixă, ceea ce permite controlul asupra momentului și a cantității de aer care trebuie expirat. Este necesară pentru producerea vocii în timpul vorbirii sau al cântării, care necesită un control foarte specific asupra aerului, sau chiar și pentru activități mai simple, cum ar fi suflarea unei lumânări de ziua cuiva. Componenta sistemului nervos care controlează expirația voluntară este cortexul motor (calea respiratorie ascendentă), deoarece controlează mișcările musculare, dar această cale nu este pe deplin înțeleasă și există multe alte locuri posibile în creier care pot fi, de asemenea, implicate.

Expirația involuntară nu este sub control conștient și este o componentă importantă pentru funcția metabolică. Exemplele includ respirația în timpul somnului sau meditației. Modificările modelelor de respirație pot apărea, de asemenea, din motive metabolice, cum ar fi prin creșterea frecvenței respiratorii la persoanele cu acidoză din cauza feedback-ului negativ. Principalul centru de control neuronal pentru expirația involuntară este format din medulla oblongata și pons, care sunt situate în trunchiul cerebral direct sub creier. În timp ce aceste două structuri sunt implicate în controlul neuronal al respirației, ele au și alte funcții de reglare metabolică pentru alte sisteme ale corpului, cum ar fi sistemul cardiovascular.

Structuri de respirație

Respirația este un proces autonom care mișcă aerul în și din plămâni.

Obiectiv de învățare

Descrieți procesul de respirație la om

Key Takeaways

Key Points

  • Planurile de respirație constau din volumul curent și frecvența respiratorie la un individ.
  • Un plan de respirație mediu este de 12 respirații pe minut și 500 ml pe respirație.
  • Eupneea este respirația normală în repaus.
  • Există tipuri de tipare respiratorii alterate care sunt simptome ale multor boli.
  • Tiparele respiratorii alterate se referă la modificări ale frecvenței respiratorii sau ale cantității de aer schimbate în timpul respirației și nu indică întotdeauna modificări ale ventilației alveolare.
  • Mecanismul de generare a tiparului ventilator implică integrarea semnalelor neuronale de către centrele de control respirator din măduvă și punte.

Termeni cheie

  • tipuri respiratorii alterate: Modele anormale de respirație care indică de obicei fie o frecvență respiratorie prea rapidă sau prea lentă, fie un volum curent prea mare sau prea mic.
  • volum curent: Cantitatea de aer deplasată sau schimbată într-o singură respirație.

Programele de respirație se referă la frecvența respiratorie, care este definită ca fiind frecvența respirațiilor pe o perioadă de timp, precum și la cantitatea de aer ciclat în timpul respirației (volumul curent). Tiparele respiratorii reprezintă un criteriu de diagnostic important pentru multe boli, inclusiv unele care implică mai mult decât sistemul respirator propriu-zis.

Caracteristicile tiparelor respiratorii

Frecvența respiratorie reprezintă frecvența respirațiilor în timp. Perioada de timp este variabilă, dar de obicei este exprimată în respirații pe minut, deoarece această perioadă de timp permite estimarea ventilației minute. În timpul respirației normale, volumul de aer ciclat prin inspirație și expirație se numește volum curent (VT) și reprezintă cantitatea de aer schimbată într-o singură respirație. Volumul curent înmulțit cu frecvența respiratorie reprezintă ventilația minuțioasă, care este unul dintre cei mai importanți indicatori ai funcției pulmonare. La un adult uman mediu, frecvența respiratorie medie este de 12 respirații pe minut, cu un volum curent de 0,5 litri și o ventilație minuțioasă de 6 litri pe minut, deși aceste cifre variază de la o persoană la alta. Sugarii și copiii au frecvențe respiratorii considerabil mai mari decât adulții.

Curba de spirometrie: Frecvența respiratorie normală se referă la inspirația și expirația ciclică a volumului curent (VT).

Frecvența respiratorie este controlată de procesele involuntare ale sistemului nervos autonom. În special, centrele respiratorii din măduva și pons controlează ritmul respirator general pe baza unei varietăți de stimuli chimici din interiorul corpului. Hipotalamusul poate, de asemenea, să influențeze ritmul respirator în timpul răspunsurilor emoționale și de stres.

Schemele respiratorii normale și alterate

Eupneea este termenul pentru ritmul respirator normal pentru un individ aflat în repaus. Mai mulți alți termeni descriu tipare anormale de respirație care indică simptome ale multor boli, dintre care multe nu sunt în principal boli respiratorii. Unii dintre cei mai comuni termeni pentru modelele respiratorii alterate includ:

  • Dispnee: numită în mod obișnuit dificultăți de respirație. Descrie scăderea dramatică a volumului curent și, uneori, creșterea frecvenței respiratorii, ceea ce duce la o senzație de lipsă de aer. Este un simptom comun al atacurilor de anxietate, emboliilor pulmonare, atacurilor de cord și emfizemului, printre altele.
  • Hiperneea: se referă la creșterea volumului de aer circulat pentru a satisface nevoile metabolice ale organismului, care poate implica sau nu o modificare a frecvenței respirației. Este un simptom al exercițiilor fizice și al adaptării la altitudinea mare, care în general nu sunt problematice, dar poate fi observată și la cei cu anemie sau șoc septic, ceea ce este problematic.
  • Tachipnee: descrie creșterea frecvenței respiratorii. Adesea un simptom al intoxicației cu monoxid de carbon sau al pnuemoniei.
  • Bradipnee: descrie scăderea frecvenței respiratorii. Adesea un simptom al hipertensiunii arteriale, al aritmiei cardiace sau al ratei metabolice lente din hipotiroidism.
  • Apnee: Oprirea tranzitorie a respirației care începe din nou la scurt timp după aceea. Este principalul simptom al apneei de somn, în care respirația se oprește temporar în timpul somnului.

Toți acești termeni descriu un model de respirație alterat prin creșterea sau scăderea (sau oprirea) volumului curent sau a frecvenței respiratorii. Este important să se facă distincția între acești termeni și hiperventilație și hipoventilație, care se referă la anomalii ale schimbului de gaze alveolare (și, prin urmare, la pH-ul sângelui) în loc de un tipar respirator alterat, dar care pot fi asociate cu un tipar respirator alterat. De exemplu, dispneea sau tahipneea apar adesea împreună cu hiperventilația în timpul atacurilor de anxietate, deși nu întotdeauna.

.

Lasă un comentariu