13. Hengitys II. Keuhkotuuletus, hapen ja hiilidioksidin kulku, hengityksen säätely, hengityksen häiriöitä, happiradikaalit

Transkriptio

1 Helena Hohtari Pitkäkurssi I 13. Hengitys II Keuhkotuuletus, hapen ja hiilidioksidin kulku, hengityksen säätely, hengityksen häiriöitä, happiradikaalit

2 Keuhkotuuletus l. ventilaatio Ilman siirtyminen keuhkoihin ja takaisin inspiraation (l. sisäänhengityksen) ja ekspiraation (l. uloshengityksen) vaikutuksesta Vaatii hengityslihasten työtä Keskeistä hengityselinten paineenvaihtelut

3 Sisäänhengityslihakset Pallea - holvimainen, iso lihas, lähtee joka puolelta luisen rintakehän alaosista - jännekeskus sydämen alapuolella - erottaa rintaontelon ja vatsaontelon toisistaan - sisäänhengityksessä supistuu vetäytyy alaspäin Ulommat kylkivälilihakset - nostavat kylkiluita rintakehä laajenee eteen ja sivuille - nuoret käyttävät suhteessa enemmän ulompia kylkivälilihaksia, vanhemmat enemmän palleaa (rintakehän joustavuus pienenee iän myötä)

4 Uloshengityslihakset Uloshengitys levossa PASSIIVISTA (ei käytetä uloshengityslihaksia) - keuhkokudoksen elastisuus, rintakehän oma kimmoisuus Sisemmät kylkivälilihakset - vetävät kylkiluita alaspäin rintakehä pienenee Vatsalihakset - jos pallea veltostuneena, työntävät vatsaontelon elimiä ylöspäin

5 Apuhengityslihakset Toimivat vain dyspneassa eli hengenahdistuksessa Kaikki rintakehässä kiinni olevat lihakset, mm. yläraajaa liikuttavat lihakset, kaulan lihakset

6 Hengityselinten paineet Pleuraontelossa on kaiken aikaa pieni alipaine: - keuhkokudos pyrkii painumaan kasaan, rintakehä pyrkii laajenemaan Keuhkokudos kimmoista, alveolien (sisä)pintaa verhoaa ohut nestekalvo pintajännitys Spesifien keuhkorakkuloiden erittämä surfaktantti (proteiini- ja rasva-aineseos) vähentää pintajännitystä - keskoset

7 Komplianssi Komplianssi eli keuhkojen myötäävyys Kun komplianssi lisääntyy, pienempi voima riittää yhtä suuren keuhkotilavuuden aikaansaamiseksi Kasvattavat: ikä, COPD Vähentävät: mm. silikoosi l. kivipölykeuhko

8 Ventilaatio Ilman liike hengitysteissä perustuu keuhkoputkien ja alveolien paineenvaihteluihin Sisäänhengityslihasten työ alipaine (0,1-0,4 kpa) ilmamolekyylit alveoleihin Uloshengityksessä samansuuruinen ylipaine (0,1-0,4 kpa) ilmamolekyylit pois alveoleista

9 Ilmarinta l. pneumothorax Yhteys ulkoilman ja pleuraontelon välillä (esim. trauma) alipaine katoaa keuhko painuu kasaan = ilmarinta Avoin ilmarinta - ilma yhtä helposti rintakehän aukosta sisään ja ulos Paineilmarinta - ilma rintakehän aukosta helpommin sisään paine kasvaa rintaontelossa hengenvaarallinen tila - voidaan muuttaa avoimeksi ilmarinnaksi työntämällä ruiskuneula pleuraonteloon

10 Hengitystilavuudet Hengitystaajuus: aikuinen 12-14/min, imeväiset 30-40/min, lapset siltä väliltä Kertahengitysilma n. 500ml (aikuinen, nuori mies) Hengityksen minuuttitilavuus = hengitystaajuus x kertahengitysilma = n. 6-7 l/min (levossa) Kuollut tila = n. 150 ml, se osuus kertahengitysilmasta joka ei osallistu kaasujenvaihtoon

11 Keuhkorakkuloiden tuuletus = 350 ml x hengitystiheys = n. 4,2-4,9 l/min Sisäänhengityksen varatila = se ilmamäärä, joka voidaan vetää keuhkoihin vielä tavallisen sisäänhengityksen jälkeen, n ml Uloshengityksen varatila = se ilmamäärä, joka voidaan hengittää ulos vielä tavallisen uloshengityksen jälkeenkin, n ml Jäännöstilavuus = se ilmamäärä, joka jää keuhkoihin vielä äärimmäisen uloshengityksen jälkeenkin, n ml

12 Vitaalikapasiteetti = sisäänheng. varatila, normaali kertahengitysilma, uloshengityksen varatila = n ml Kokonaiskapasiteetti = vitaalikapasiteetti + jäännöstilavuus = n ml Huom. nuoren (länsimaisen) naisen arvot n % matalammat Ikä ja urheiluharrastus vaikuttavat (kuten myös keuhkosairaudet)

13 Spirometria Hengitystilavuuksien (ja virtausnopeuksien) tutkimista Suoritetaan spirometrilla Staattinen spirometria (V) Dynaaminen spirometria (V ja v)

14 Dynaaminen spirometria FEV 1, sekuntitilavuus eli sekuntikapasiteetti = se ilmamäärä, jonka tutkittava pystyy puhaltamaan ulos täyteenvedetyistä keuhkoistaan ensimmäisen sekunnin aikana FEV% = sekuntitilavuuden osuus vitaalikapasiteetista, normaalisti vähintään 72%

15 Kaasujen vaihtuminen keuhkorakkuloissa Suuremmasta osapaineesta pienempään Happi alveolista vereen Hiilidioksidi verestä alveoliin Aikuisen keuhkoissa n. 300 miljoonaa alveolia yhteensä n m 2 todella paljon tehokasta kaasujenvaihtopinta-alaa Verta alveoleja peittävissä kapillaareissa ohuena kerroksena matka alveoliilmasta vereen todella lyhyt (n. 0,4 µm)

16 Sukeltajantauti Syvälle sukellettaessa paine kasvaa ja kaasuja (lähinnä typpeä) liukenee hengitysilmasta kehon nesteisiin runsaasti Liian nopean nousun yhteydessä liuennut typpi muodostaa kuplia, jotka eivät ehdi poistua uloshengityksen mukana kivut, jopa hengenvaara (Yli)painekammiohoito

17 Hapen kulku keuhkoista kudoksiin Ulkoilman happiosapaine ~20 kpa Alveolien happiosapaine ~13,3 kpa Kapillaarien happiosapaine ~5,3 kpa Kudosten happiosapaine ~5,3 kpa Solujen happiosapaine ~4,7 kpa Laskimoiden happiosapaine ~5,3 kpa (n. 75 % happikyllästeisyys) Happea liuenneena plasmaan ja punasolujen nesteeseen n. 1 % Loput 99 % sitoutuneena punasolujen hemoglobiiniin (jokaisessa hemoglobiinissa neljä hapenkuljetuspistettä) Hemoglobiinin happikyllästeisyysaste 97 %

18 Hiilidioksidin kulku kudoksista keuhkoihin CO 2 soluhengityksestä diffundoituu kudoksista vereen pco 2 solussa ~6,1 kpa pco 2 kudosnesteessä/laskimoveressä ~6,0 kpa pco 2 keuhkojen hiussuonissa ~5,3 kpa

19 Hiilidioksidin kuljetus Suurin osa CO 2 :sta muodostaa veden kanssa hiilihappoa punasolujen karboanhydraasi-entsyymin katalysoimana : CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 Hiilihappo dissosioituu bikarbonaatti-ioniksi ja protoniksi : H 2 CO 3 HCO H + Punasolujen solukalvon vetykarbonaatti-kloridiionivaihtaja Karbaminoyhdisteet n. 20 % Muuttumaton, vereen liuennut hiilidioksidi n. 5 %

20 Hengityksen säätely Ydinjatkeen hengityskeskus - sisäänhengityskeskus ja uloshengityskeskus Avustavia keskuksia aivosillassa Sekä humoraalinen (nestevälitteinen) että neuraalinen (hermostollinen) säätely vaikuttavat hengityskeskukseen

21 Humoraalinen säätely Tehokkain CO 2 lisääntyminen - vaikutus perustuu osin hiilihaponmuodostukseen ja sen dissosioitumisessa vapautuviin protoneihin - karbogeeni Hapen puute - käytännön merkitys todella vähäinen Yhteisen kaulavaltimon ja aortankaaren haarautumiskohdan kemoreseptorit mittaavat happi- ja hiilidioksidipitoisuuksia Ydinjatkeessa hengityskeskuksen lähellä olevat kemoreseptorit mittaavat aivo-selkäydinnesteen happamuusastetta (protonit)

22 Neuraalinen säätely Voimakkaampaa kuin humoraalinen säätely Keuhkoputkiston ja keuhkojen reseptorit, reagoivat keuhkojen venytykseen ehkäiseviä impulsseja sisäänhengityskeskukseen (Hering- Breuerin heijaste) Lihastyö, pelkkä lihasponnistelun suunnittelu Elimistön lämpötilan nousu (esim. kuume) Hengityksen tahdonalainen säätely

23 Hengitysheijasteet Yskänheijaste - poistetaan vierasta materiaalia alemmista hengitysteistä - ydinjatkeen yskänkeskus säätelee - kurkunkansi ja äänihuulet sulkeutuvat, uloshengityslihakset supistuvat, kurkunpää avautuu äkkiä Aivastusheijaste - poistetaan vierasta materiaalia ylemmistä hengitysteistä

24 Hengitysheijasteet Nikotus - sisäänhengitysheijaste - pallean tahdosta riippumaton supistuminen Haukottelu

25 Hengityksen häiriöitä Hypoksia = vähentynyt hapensaanti Anoksia = hapen täydellinen puute Hyperkapnia = liiallinen hiilidioksidin kertyminen elimistöön Asfyksia = hypoksia + hyperkapnia (käytetään lähinnä liittyen sikiöön/vastasyntyneeseen)

26 Hengityksen häiriöitä Syanoosi = ihojen ja limakalvojen sinertävä väri, johtuu happensa osaksi menettäneestä hemoglobiinista Häkämyrkytys, häkä sitoutuu hapen tilalle hemoglobiiniin, happea ei pystytä kuljettamaan, ihot ja limakalvot voivat olla vaalean-/kirsikanpunaiset Dyspnea = hengenahdistus

27 Tupakointi Tupakansavun ainesosat vaurioittavat hengitysteitä: - limakalvojen läpäisevyys - keuhkoputkien tulehdusmuutokset - värekarvojen tuhoutuminen - limanerityksen lisääntyminen krooninen keuhkoputkitulehdus %:lla tupakoivista tilanne kehittyy hiljalleen pahenevaksi keuhkoahtaumataudiksi (COPD) Keuhkosyöpään sairastuneista yli 90 % on tupakoivia

28 Keuhkoahtaumatauti l. COPD COPD = chronic obstructive pulmonary disease Tupakointi selittää yli 90 % tapauksista Pysyvä keuhkoputkien ahtautuminen, hengenahdistuksen tunne rasituksessa, limanerityksen lisääntyminen, ajoittaista veriyskää Etenevä tauti, lopulta hengenahdistusta jo perustoiminnoissa kuten pukeutuessa Kun FEV 1 alle 30 %, kyseessä vaikea, invalidisoiva tauti Suomessa COPD:hen kuolee vuosittain n ihmistä Ei parantavaa hoitoa, tupakoinnin lopetus, lisähapen anto, avaavat astmalääkkeet ja fyysisen kunnon kohottaminen voivat hidastaa etenemistä ja/tai lievittää oireita

29 Happi Aerobinen toiminta perustuu mitokondrioiden olemassaoloon Hengitys toimittaa hapen soluille ja mitokondrioille tehokas aineenvaihdunta Ihminen täysin riippuvainen hapesta - ~5 sek. keskeytys aivojen hapensaannissa tajuttomuus - ~5 min. keskeytys aivojen hapensaannissa pysyvät aivovauriot

30 Happiradikaalit Liiallinen happi myös myrkyllistä - esim. keskosten silmävauriot Jopa viisi prosenttia ihmisen käyttämästä hapesta vapautuu reaktioissa erittäin reaktiivisina vapaina radikaaleina ja niistä edelleen syntyvinä peroksideina Vaurioittavat entsyymejä ja muita valkuaisaineita (l. proteiineja), härskiinnyttävät rasva-aineita, voivat aiheuttaa mutaatioita nukleiinihappoihin

31 Antioksidantit E-, A- ja C-vitamiini, flavonoidit, seleenipitoiset entsyymit ja muut yhdisteet suojaavat soluja vapaita radikaaleja vastaan E-vitamiinin eri muodot (tokoferolit) suojaavat solukalvoissa lipidejä ja proteiineja C-vitamiini (askorbiinihappo) toimii solun vesifaaseissa Kun radikaali pelkistyy, antioksidantti hapettuu, glutationi pelkistää hapettuneen antioksidantin jälleen toimivaan muotoon

32 Radikaaleja ja peroksideja tuhoavat entsyymit Superoksididismutaasi - superoksidi, solujen sisällä ja veressä Katalaasi - vetyperoksidi, erit. neutrofiileissä Glutationiperoksidaasi - orgaaniset peroksidit (ja vetyperoksidi)

33 Glutationi Glutationi GSH (pelkistynyt muoto) - tripeptidi Hapettuessaan kaksi hapettunutta glutationia muodostaa dimeerin GS-SG Solussa paljon enemmän pelkistynyttä glutationia voimakas taipumus hapettua Glutationireduktaasi pelkistää hapettuneen glutationin ennalleen