HENGITYS. Hengityksen mekaniikka ja keuhkotuuletus. L Peltonen

Samankaltaiset tiedostot
HENGITYS MITÄ ON HENGITTÄMINEN? Hengityksen mekaniikka ja keuhkotuuletus. Ilmanpaine, hengityskaasujen osapaineet ja valtimoveren happikyllästeisyys

HENGITYS. Hengityksen mekaniikka ja keuhkotuuletus. L Peltonen

HENGITYSKAASUJEN VAIHTO

BI4 IHMISEN BIOLOGIA

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

Kappale 7. Hengityselimistö

REAKTIOT JA ENERGIA, KE3. Kaasut

Puhtaan kaasun fysikaalista tilaa määrittävät seuraavat 4 ominaisuutta, jotka tilanyhtälö sitoo toisiinsa: Paine p

1. HENGITYSELIMET. Hengityselimet jaetaan ylä- ja alahengitysteihin.

Hengityshiston itseopiskelutehtäviä

y 2 h 2), (a) Näytä, että virtauksessa olevan fluidialkion tilavuus ei muutu.

T F = T C ( 24,6) F = 12,28 F 12,3 F T K = (273,15 24,6) K = 248,55 K T F = 87,8 F T K = 4,15 K T F = 452,2 F. P = α T α = P T = P 3 T 3

b) Laske prosentteina, paljonko sydämen keskimääräinen teho muuttuu suhteessa tilanteeseen ennen saunomista. Käytä laskussa SI-yksiköitä.

Hengityskoulu Perusoppimäärä

= P 0 (V 2 V 1 ) + nrt 0. nrt 0 ln V ]

HENGITYS RASITUKSESSA JA HENGENAHDISTUSTILANTEESSA:

Luento 9 Kemiallinen tasapaino CHEM-A1250

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 VESI

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

BI4 IHMISEN BIOLOGIA

Terveysliikunta tähtää TERVEYSKUNNON ylläpitoon: Merkitystä tavallisten ihmisten terveydelle ja selviytymiselle päivittäisistä toimista KESTÄVYYS eli

Riina Riikonen Anna Siika-aho Muodostelmaluistelijan palauttava harjoitusohjelma hengityksen näkökulmasta

4) Törmäysten lisäksi rakenneosasilla ei ole mitään muuta keskinäistä tai ympäristöön suuntautuvaa vuorovoikutusta.

Miten katson lapsen keuhkokuvaa

Luku 13. Kertausta Hydrostaattinen paine Noste

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Liikunta. Terve 1 ja 2

Miksi hengästyn? Anssi Sovijärvi Kliinisen fysiologian emeritusprofessori, HY

HUIPPUVIRTAUSMITTAUS (PEF) SPIROMETRIA BRONKODILATAATIOTESTI HENGITYSÄÄNET

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Osa 1 Hengitys ja tuki Ólafur Torfason

Luku 13. Kertausta Hydrostaattinen paine Noste

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi.

Teddy 7. harjoituksen malliratkaisu syksy 2011

Termodynamiikan suureita ja vähän muutakin mikko rahikka

Luvun 12 laskuesimerkit

KAASUJEN YLEISET TILANYHTÄLÖT ELI IDEAALIKAASUJEN TILANYHTÄLÖT (Kaasulait) [pätevät ns. ideaalikaasuille]

SMG-4500 Tuulivoima. Ensimmäisen luennon aihepiirit. Ilmavirtojen liikkeisiin vaikuttavat voimat TUULEN LUONNONTIETEELLISET PERUSTEET

KARELIA-AMMATTIKORKEAKOULU Hoitotyön koulutusohjelma

Kun voima F on painovoimasta eli, missä m on massa ja g on putoamiskiihtyvyys 9.81 m/s 2, voidaan paineelle p kirjoittaa:

PULLEAT JA VALTAVAT VAAHTOKARKIT

HIILIDIOKSIDIN HENGITYSEKVIVALENTIN ENNUSTEELLINEN MERKITYS SPIROERGOMETRIASSA

PULLEAT VAAHTOKARKIT

HENGITYS JA VERENKIERTO OPPIKIRJOISSA JA OPPILAIDEN KÄSITYKSISSÄ

Luento 16: Fluidien mekaniikka

SISÄILMAN LAATU. Mika Korpi

KEUHKOAHTAUMATAUTIA SAIRASTAVAN KESTÄVYYSHARJOITTELU Kysely kestävyysharjoittelusta ja siihen liittyvästä ohjauksesta

vetyteknologia Polttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE Risto Mikkonen

PYP I / TEEMA 4 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS

782630S Pintakemia I, 3 op

Tasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä

4 Aineen olomuodot. 4.2 Höyrystyminen POHDI JA ETSI

PYP I / TEEMA 8 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2017

Lämpötilan vaikutus työkykyyn / tietoisku Juha Oksa. Työterveyslaitos

Verenkierto. Jari Kolehmainen. Kouvolan iltalukio & Kouvolan Lyseon lukio 22/10/2009

KandiakatemiA Kandiklinikka

3Työ. 3.1 Yleinen määritelmä

Syöttöveden kaasunpoisto ja lauhteenpuhdistus

Esim: Mikä on tarvittava sylinterin halkaisija, jolla voidaan kannattaa 10 KN kuorma (F), kun käytettävissä on 100 bar paine (p).

TOIMINNALLISET YLEMMÄN RUOANSULATUSKANAVAN HÄIRIÖT JA PUHETERAPIA. Meri Kaartinen 2017 HYKS, pää- ja kaulakeskus, puheterapiayksikkö

Hengitysharjoituslaite WellO2, tukimateriaali terveydenhuollon henkilöstölle

Inhalaatioanesteettien farmakokinetiikkaa

Lääketiede Valintakoeanalyysi 2015 Fysiikka. FM Pirjo Haikonen

Fluidi virtaa vaakasuoran pinnan yli. Pinnan lähelle muodostuvan rajakerroksen nopeusjakaumaa voidaan approksimoida funktiolla

Sääilmiöt tapahtuvat ilmakehän alimmassa kerroksessa, troposfäärissä (0- noin 15 km).

VALMENTAJA 2 KUORMITUKSEN VAIKUTUS ELIMIS- TÖÖN JA PALAUTUMINEN. Marko Laaksonen

KOSTEUS. Visamäentie 35 B HML

TAIKAA VAI TIEDETTÄ? Kokeellisia töitä kotona tehtäväksi

= 1 kg J kg 1 1 kg 8, J mol 1 K 1 373,15 K kg mol 1 1 kg Pa

Hengitä ja hengästy. Hengitysliiton tarkoituksena on edistää hengitysterveyttä ja hengityssairaan hyvää elämää.

Chapter 7. Entropic forces at work

Liike ja voima. Kappaleiden välisiä vuorovaikutuksia ja niistä aiheutuvia liikeilmiöitä

Hengitä ja hengästy. Hengitysliiton tarkoituksena on edistää hengitysterveyttä ja hengityssairaan hyvää elämää.

Suurten hengitysteiden kasaanpainumistaipumus jaetaan karkeasti kahteen ryhmään, mutta ilmiöt ovat osittain päällekkäisiä.

Teksti Kaija Vestervik Koulutettu hieroja HIEROJA 3/1998 Hieroja, huomioi asiakkaan astma hoitotilanteessa PIDÄ ASTMALÄÄKKEET KÄDEN ULOTTUVILLA

Lintujen hengityselimistö

VESI JA VESILIUOKSET

4. KUORMITUSFYSIOLOGIA. 4.1 Hengitys- ja verenkiertoelimistö Kari L. Keskinen

Vastaa kaikkiin kysymyksiin. Oheisista kaavoista ja lukuarvoista saattaa olla apua laskutehtäviin vastatessa.

KROONISEN VENTILAATIOVAJEEN PATOFYSIOLOGIAN PERUSTEITA

Demo 5, maanantaina RATKAISUT

(b) Tunnista a-kohdassa saadusta riippuvuudesta virtausmekaniikassa yleisesti käytössä olevat dimensiottomat parametrit.

PHYS-A3121 Termodynamiikka (ENG1) (5 op)

HENGITYSVAIKEUSPOTILAAN HOIDON OSAAMINEN PERUSTASON ENSIHOIDOSSA Tietotestin kehittäminen

HENGITYSTUKIYKSIKKÖ KROONISEN VENTILAATIOVAJEEN PATOFYSIOLOGIAN PERUSTEITA

Lämpöopin pääsäännöt

VISKOSITEETTI JA PINTAJÄNNITYS

H E N G I T Y S V A J A U K S E E N J O H T A V A T T A V A L L I S I M M A T S A I R A U D E T

Luento 16: Fluidien mekaniikka

Työssä määritetään luokkahuoneen huoneilman vesihöyryn osapaine, osatiheys, huoneessa olevan vesihöyryn massa, absoluuttinen kosteus ja kastepiste.

HENGITÄ, KIERRÄ JA TAIVUTA

Hengitysfysioterapian perusteet

P = kv. (a) Kaasun lämpötila saadaan ideaalikaasun tilanyhtälön avulla, PV = nrt

Työssä määritetään luokkahuoneen huoneilman vesihöyryn osapaine, osatiheys, huoneessa olevan vesihöyryn massa, absoluuttinen kosteus ja kastepiste.

HENGITYSMAKRON ITSEOPISKELU- TEHTÄVIÄ

Oma BiPAP-ventilaattorini. Potilasohje BiPAP A30 ja A40

HENGITYSOPAS Itsehoitoa fysioterapian keinoin

Luku 8 EXERGIA: TYÖPOTENTIAALIN MITTA

Transkriptio:

HENGITYS Hengityksen mekaniikka ja keuhkotuuletus L Peltonen 28.1.2013 1

MITÄ ON HENGITTÄMINEN? Toiminnallinen tapahtumasarja, jonka avulla ihminen saa energian elintoimintoihinsa Laajasti ottaen hengitykseen kuuluvat: 1. ulkoinen hengitys ja hengityskaasujen (happi ja hiilidioksidi) vaihto ympäristön kanssa 2. hengityskaasujen kuljetus veressä ja muissa elimistön nesteissä 3. soluhengitys energia aineenvaihduntaan liittyvät entsyymireaktiot solun sisällä (ATP:n tuottaminen anaerobisesti tai aerobisesti) 2

hengitystiet keuhkorakkula Keuhkoverenkierto= pieni verenkierto Vaihe 1: O 2 ja CO 2 vaihtuminen ilmakehän ja keuhkojen välillä Vaihe 2: O 2 ja CO 2 vaihtuminen keuhkojen ja veren välillä O 2 ja CO 2 kuljetus veressä Systeeminen verenkierto = suuri verenkierto H 2 O Soluhengitys ravintoaineet Vaihe 3: O 2 ja CO 2 vaihtuminen veren ja kudosten välillä 3

HENGITYKSEN MEKANIIKKAAN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT 1. Fysikaaliset tekijät 2. Hengityslihakset 3. Keuhkojen ja rintakehän ominaisuudet 4. Hengitysteiden virtausvastus 5. Neuraaliset säätelytekijät 6. Humoraaliset säätelytekijät 4

1. FYSIKAALISET TEKIJÄT Ilmanpaine (vaihtelee) 1 atm = 101.3 kpa = 760 mmhg (merenpinta) 3000 m merenpinnan yläpuolella ~ 523 mmhg 10 m merenpinnan alapuolella ~ 2 x 760 mmhg ilmakehän koostumus jotakuinkin muuttumaton n. 100 km asti (ns. Karmanin raja) vesihöyryn osapainetta lukuunottamatta hapen osapaine merenpinnan tasalla: 760 mmhg x 0.2095 = 159 mmhg 5

Ilmanpaine, hengityskaasujen osapaineet ja valtimoveren happikyllästeisyys 10 000 ft = 3048 m 6096 m 9144 m 12 192 m Suluissa olevat arvot ovat arvoja akklimatisaation jälkeen. 6

FYSIKAALISET TEKIJÄT ilmanpaine erot ilmakehän paine, paine hengitysteissä, paine alveoleissa.. paine ero hengityselimistön ja ilmakehän välillä määrää ilmanvirtauksen ilmanpaine ero hengitysteiden (P in ) ja niitä ympäröivän kudoksen (P out ) välillä = transmuraalipaine P TM = P in P out ilmanpaine ero alveolin ja pleuraontelon välillä = transpulmonaalipaine P TP määrää keuhkojen tilavuuden Kun P TP = 0 keuhkojen tilavuus on < 10% maksimaalisesta tilavuudesta Positiivinen P Tp pyrkii laajentamaan keuhkoja Negatiivinen P Tp pyrkii pienentämään keuhkoja LIHASTYÖ LUO PAINE EROJA! 7

FYSIKAALISET TEKIJÄT lämpötila Lämmin ilma voi sitoa enemmän vesihöyryä kuin kylmä ilma (esim. g/m 3 ) vesihöyryn osapaine esimerkiksi ulkona 0 C:ssa 4.6 mmhg sisätiloissa 20 C:ssa 17.5 mmhg Henkitorvessa 37 C:ssa 46.9 mmhg vesihöyry syrjäyttää muita kaasuja hapen osapaine hengitysteissä: (760 mmhg 46.9 mmhg) x 0.2095 149 mmg Vaikutus hengitystyöhön Kasvanut Ilman tiheys 8

FYSIKAALISET TEKIJÄT kaasujen fysikaaliset ominaisuudet DALTONIN LAKI eri kaasumolekyyleista koostuneen kaasun kokonaispaine on sen komponenttien osapaineiden summa BOYLEN LAKI Paine x tilavuus = vakio, kun lämpötila on vakio Kaasujen tilavuuden ja paineen välinen suhde on käänteinen kun kaasun tilavuus pienenee puoleen, kaksinkertaistuu sen paine CHARLESIN LAKI Paine / lämpötila = vakio, kun tilavuus on vakio HENRYN LAKI Liuenneen kaasun konsentraatio nesteessä = liukoisuusvakio x kaasun osapaine kaasufaasissa 9

BOYLE N LAKI käytännössä: Kaasujen tilavuuden ja paineen välinen suhde on käänteinen kun kaasun tilavuus pienenee puoleen, kaksinkertaistuu sen paine 10

Keuhkot toimivat imupumppu periaatteella Sisäänhengitys on aktiivinen tapahtuma. Sisäänhengityslihakset supistuvat rintaontelo laajenee Boyle n lain mukaan sama määrä molekyylejä suuremmassa tilavuudessa alentaa pleuraontelo ja alveolipainetta ilma virtaa painegradientin mukaan suuremmasta paineesta pienempään. P atm ilmanpaine P alv alveolipaine Alveolipaine määrää ilmanvirtauksen! 11

Painepumppu 12

Normaali lepouloshengitys on passiivinen tapahtuma. Sisäänhengityslihasten supistuminen estyy keuhkokudoksen luontainen recoil vetääkeuhkoja kasaan alveolipaine nousee kun keuhkojen tilavuus pienenee. Elastinen palautumispaine ~ recoil 13

2. HENGITYSLIHAKSET Sisäänhengityslihakset: 1) pallea (75% rintakehän laajenemisesta) 2) ulommat kylkivälilihakset Apulihakset: päänkiertäjälihas kylkiluunkannattajat Muut: Abduktori(loitontaja)lihakset ylempien hengitysteiden seinämissä 14

PALLEA DIAPHRAGMA 15

Sisäänhengityksessä rintakehä laajenee kolmeen suuntaan Rintalastan liikkuminen ylös ja ulos laajentaa rintakehää etu takasuunnassa Ulompien kylkivälilihasten supistuminen nostaa kylkiluita ja laajentaa rintakehää sivusuunnassa Pallean supistuminen laajentaa rintakehää pystysuunnassa sekä etuja sivusuunnassa 16

HENGITYSLIHAKSET Uloshengityslihakset: ei primaarisia UH lihaksia käytetään aktiivisessa uloshengityksessä esim. rasituksen aikana ja lepouloshengityksessä ahtauttavissa keukosairauksissa 1) sisemmät kylkivälilihakset 2) vatsalihakset 17

Uloshengityksessä rintaontelon tilavuus palautuu sisäänhengitystä edeltävälle tasolle, tai pienenee Ulommat kylkivälilihakset relaksoituvat Kylkiluut ja rintalasta painuvat kasaan tilavuus pienenee sivusuunnassa ja etutakasuunnassa Sisemmät kylkivälilihakset supistuvat Pallea relaksoituu Vatsalihakset supistuvat Rintaontelon tilavuus palautuu Vastalihasten supistuminen työntää palleaa ylöspäin pienentäen rintaontelon tilavuutta pystysuunnassa 18

Pleuraontelon alipaine muodostuu keuhkokudoksen ja rintakehän päinvastaisten recoil voimien avulla 760 mmhg Ilmakehän paine recoil Hengitystiet Rintaontelon seinämä Alveolipaine = 0 recoil Pleuraontelo Pleuraontelon paine (staattinen) recoil Keuhkot 19

PAINOVOIMA pleuraontelon paine (P PL ) on suurempi keuhkojen alaosassa kuin yläosassa transpulmonaaripaine (P TP ) vaihtelee keuhkojen tyvi (base) ja kärki (apex) osien välillä Pleuraontelossa on normaalisti pieni määrä nestettä; 0,3 ml/kg (V. Kinnula) P TP Paine erot suhteessa ilmanpaineeseen mitattu alunperin vesimanometrilla pleura, alveoli ja transmuraalipaine ilmaistu usein vesisenttimetreinä 20 lyhenne 1 cm H 2 O ~ 0.735 mmhg

Toiminnallinen merkitys? Uloshengityksen loppuvaihe P TP 1 cm H 2 O ~ 0.735 mmhg Uloshengityksen lopussa keuhkojen yläosin jää enemmän ilmaa kuin alaosiin. 21

Toiminnallinen merkitys? Sisäänhengityksen loppuvaihe: P TP Alaosat ventiloituvat paremmin kuin yläosat. Kuvaa ventilaatiota keuhkojen eri osissa. 22

Transpulmonaalipaine ilmaistu kilopascaleina (kpa) 1 Pa = 0.0075 mmhg 23

Keuhkojen tyviosa on kärkiosaa paremmin ventiloitu ja perfusoitu 24

Mitä seuraa jos alipaine häviää? Keuhko kytkeytyy irti rintakehän seinämästä. Koska mediastinum on täydellinen, kollapsoituu vain traumanpuoleinen keuhko. Ei hengitysääniä auskultoitaessa. 25

Paineilmarinnassa syntyy kudosläppä, joka estää ilman virtauksen takaisin ulos uloshengityksen aikana Copyright HHervonen, Netter 26

KEUHKOPAINEIDEN JA TILAVUUDEN MUUTOKSET Alveolipaineen muutokset hengityksen aikana (mmhg) Pleuraontelon paineen muutokset hengityksen aikana (mmhg) Hengityksen aikana liikkuvan ilman tilavuus (ml) 27

3. KEUHKOJEN JA RINTAKEHÄN OMINAISUUDET Komplianssi (myötäävyys, peräänantavuus) C = V/ P vaihteleva ominaisuus Staattinen komplianssi (kudosominaisuudet staattisissa olosuhteissa, ei ilmanvirtausta, P a =P atm ) Dynaaminen komplianssi (kudosominaisuudet kun keuhkot toiminnassa, P a < P atm, P a > P atm ) Komplianssi alenee, kun hengitysfrekvenssi nousee Sairaudet muuttavat komplianssia, esimerkiksi keuhkolaajentumassa se on suurentunut, fibroosissa pienentynyt 28

KEUHKOJEN JA RINTAKEHÄN OMINAISUUDET Elastanssi, komplianssin käänteisarvo E = 1/C keuhkojen kokoonpainavat voimat kudosvoimat (sileä lihas, elastiini, kollageeni) pintajännitysvoimat nesteen ja ilman rajapinnassa molemmat pyrkivät supistamaan venynyttä keuhkokudosta (recoil) Rintakehän kimmovoimat pyrkivät laajentamaan rintakehää lepotilassakin Elastanssi keuhkolaajentumassa ja fibroosissa? 29

Ilma neste rajapinnan pintajännitys vaikuttaa merkittävästi keuhkojen recoiliin Alveolia kokoonpainava paine (P) on suoraan verrannollinen alveolin pintajännitykseen (T) ja kääntäen verrannollinen alveolin läpimittaan (r): P = 2T/r Johtaa siihen, että pienet alveolit pyrkivät tyhjenemään suuriin paine eron takia ja painumaan kasaan 30

31

Terveissä keuhkoissa näin ei tapahdu, koska alveolista erittyvä surfaktantti tasaa alveoleja kokoonpainavan voiman vähentämällä ilma neste rajapinnan pintajännitystä Alhainen pintajännitys estää myös nesteen kertymisen alveoliin. 32

SURFAKTANTTI Lamellikappale 33

SURFAKTANTIN KOMPOSITIO ~ Dipalmitoyylifosfatidyylikoliini 62% Fosfatidyyliglyseroli 5% Muut fosfolipidit 10% Neutraalit lipidit 13% Proteiinit (mm. apoproteiinit) 8% Hiilihydraatit 2% 34

Pintajännitys muodostaa suurimman vastuksen keuhkojen täyttymiselle ei pintajännitystä pintajännitys (Kuvaa lihastyötä) Hystereesi ilmiö: tarvitaan enemmän lihastyötä (suurempi paineero!) avaamaan sulkeutuneet alveolit kuin pitämään avoinna olevat auki 35

Surfaktantin merkitys vastasyntyneen hengitystyölle 36

Edelleen, Surfaktantti estää myös alveolin liikatäytön sisäänhengityksen aikana Surfaktantti molekyylien tiheys rajapinnassa alenee alveolin tilavuuden suuretessa 37

Ilman kulkuväylät ja kaasujen vaihtoalueet = anatominen kuollut tila 38

39

4. HENGITYSTEIDEN VIRTAUSVASTUS Hengitysteiden läpimitta tärkein tekijä vastus kasvaa läpimitan pienetessä (Poiseuille n kaava) passiivinen säätely hengityssyklin mukainen keuhkojen inflaatio ja deflaatio rintaontelon ulkopuoliset ja sisäpuoliset hengitystiet käyttäytyvät eri tavoin Virtausvastus (cmh 2 O s / l) Kroonisessa, ahtauttavassa keuhkosairaudessa virtausvastus on aina tervettä keuhkoa suurempi Keuhkojen tilavuus (l) 40

KESKINÄISEN RIIPPUVUUDEN PERIAATE PRINCIPLE OF INTERDEPEDENCE Toisiinsa yhteydessä olevia alveoleja Alveolin kollapsi Ympäröivät alveolit vetävät kasaanpainuneen auki Alveolien suurempi myötäävyys ja venyttyminen vetävät myös jäykempiä hengitysteitä mekaanisesti auki 41

Terminaalinen ilmatiehyt Sileälihassoluja elastisia säikeitä Keuhkorakkula Hengitystiehyitä Hengitystiehyitä Keuhkorakkulatiehyitä Keuhkorakkulasäkki Keuhkorakkula = hengityselimistön toiminnallinen yksikkö! Keuhkorakkulatiehyen suuaukko 42

aktiivinen säätely katekoliamiinit, asetyylikoliini, paikalliset vaikuttajat (histamiini) ilman epäpuhtaudet, hengityselinsairaudet, lääkkeet 43

Virtauksen pyörteisyys lisää virtausvastusta lisääntyy, kun virtausnopeus kasvaa on suurinta ylähengitysteissä (puhtaasti turbulenttia virtausta trakeassa) on pienintä pienissä keuhkoputkissa (puhtaasti laminaarista virtausta terminaalisten bronkiolusten distaalipuolella) lisää hengitystyötä Hengitysteiden haarautuva rakenne tekee ilmanvirtauksesta keuhkoissa pääasiassa transitionaalista (laminaarinen virtaus muuttuu haarautumakohdissa turbulentiksi) 44