A légzés biofizikája. Légzőrendszer. Történet. Vázlat. A metabolizmus során használt vagy felszabadult gázok kicserélését szolgáló szervrendszer

Hasonló dokumentumok
A légzés biofizikája. Légzőrendszer. Történet. Vázlat. A metabolizmus során használt vagy felszabadult gázok kicserélését szolgáló szervrendszer

1. Egyetemes gáztörvény 2. Dalton-törvény 3. Henry-törvény 4. Young Laplace egyenlet:

A légzés élettana I.

A légzés élettana II.

Vérkeringés. A szív munkája

Légzés 1. A légzés mechanikája, légzési munka. Jenes Ágnes

Mivel foglalkozik a hőtan?

A légzési gázok szállítása, a légzőrendszer szerveződése, a légzés szabályozása

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

Folyadékok. Molekulák: Gázok Folyadékok Szilárd anyagok. másodrendű kölcsönhatás növekszik. cseppfolyósíthatók hűtéssel és/vagy nyomással

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

PTE ETK 2011/2012. tanév II. szemeszter Élettan tantárgy NORMÁLÉRTÉKEK ÉS EGYÉB FONTOSABB SZÁMADATOK (II.) Kapillárisok 5 % Vénák, jobb pitvar 55 %

a funkcionális maradék kapacitás (funkcionális reziduális kapacitás, FRC). Ez

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Légzés: az oxigén transzport útvonala

A légzés. Dr. Oláh Attila. DEOEC Élettani Intézet

Jóga anatómia és élettan

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

Vérkeringés. A szív munkája

A légzőrendszer felépítése, a légzőmozgások

Folyadékok és gázok mechanikája

Keringés. Kaposvári Péter

Légzés: több száz anyagok mutattak ki a kilégzett levegőben: bélben keletkezett CH4, alkohol, aceton is

Oldatok - elegyek. Többkomponensű homogén (egyfázisú) rendszerek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

LÉGZÉSI TÉRFOGATOK MÉRÉSE

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

2011/2012 tavaszi félév 2. óra. Tananyag:

Folyadékáramlás vérkeringés

A vérkeringés és szívműködés biofizikája

Keringési Rendszer. Vérkeringés. A szív munkája. Számok a szívről. A szívizom. Kis- és nagyvérkör. Nyomás terület sebesség

Általános Kémia. Dr. Csonka Gábor 1. Gázok. Gázok. 2-1 Gáznyomás. Barométer. 6-2 Egyszerű gáztörvények. Manométer

Vadászati állattan, anatómia, élettan és etológia

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

A tengerszint feletti magasság. Just Zsuzsanna Bereczki Zsolt Humánökológia, SZTE-TTIK Embertani Tanszék, 2011

Kémiai reakciók sebessége

Folyadékok. Molekulák: Gázok Folyadékok Szilárd anyagok. másodrendű kölcsönhatás növekszik. cseppfolyósíthatók hűtéssel és/vagy nyomással

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

A légzőrendszer felépítése, a légzőmozgások

Ideális gáz és reális gázok

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Orvosi Fizika 10. Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Légzés szervrendszere

A légzés élettana III. Szabályozás Támpontok: 30-31

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Mechanika IV.: Hidrosztatika és hidrodinamika. Vizsgatétel. Folyadékok fizikája. Folyadékok alaptulajdonságai

Az inhalációs anesztetikumok farmakokinetikája

Víz. Az élő anyag szerkezeti egységei. A vízmolekula szerkezete. Olyan mindennapi, hogy fel sem tűnik, milyen különleges

Transzportfolyamatok. összefoglalás, általánosítás Onsager egyenlet I V J V. (m/s) áramvonal. turbulens áramlás = kaotikusan gomolygó áramlás

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Szűrés. Gyógyszertechnológiai alapműveletek. Pécsi Tudományegyetem Gyógyszertechnológia és Biofarmáciai Intézet

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

LÉGZÕRENDSZER. (Management of stable chronic obstructive pulmonary disease COPD) European Respiratory Society. Megjegyzések

LÉGZŐRENDSZER. Meixner Katalin

3. Gyakorlat Áramlástani feladatok és megoldásuk

Spontaneitás, entrópia

Oldatok - elegyek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

Vénás véráramlás tulajdonságai, modellezése. 1111, Budapest, Műegyetem rkp. 3. D ép. 3. em Tel: Fax:

A szervezet vízterei, anyagforgalom. 70 kg-os ember: 42 liter víz (16 liter intracelluláris folyadék + 28 liter extracelluláris folyadék)

A kolloidika alapjai. 4. Fluid határfelületek

6. Oldatok felületi feszültségének meghatározása. Előkészítő előadás

Légzési funkció vizsgálata

A légzırendszer és szabályozása

Funkcionális megfontolások. A keringési sebesség változása az érrendszerben. A vér megoszlása (nyugalomban) A perctérfogat megoszlása nyugalomban

A diffúzió leírása az anyagmennyiség időbeli változásával A diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

Folyadékáramlás. Orvosi biofizika (szerk. Damjanovich Sándor, Fidy Judit, Szöllősi János) Medicina Könyvkiadó, Budapest, 2006

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Általános Kémia GY, 2. tantermi gyakorlat

célja diagnózis. lyosság Légúti provocatios vizsgálatok

Kolloidkémia 5. előadás Határfelületi jelenségek II. Folyadék-folyadék, szilárd-folyadék határfelületek. Szőri Milán: Kolloidkémia

A szennyvíztisztítás üzemeltetési költségeinek csökkentése - oxigén beviteli hatékonyság értékelésének módszere

Az előadás vázlata: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: nagy közepes kicsi. Hőmérséklet, T tapasztalat (hideg, meleg).

Energia források a vázizomban

Hidrosztatika, Hidrodinamika

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

Szent István Egyetem FIZIKA. Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

Folyadékáramlás vérkeringés

Tárgyszavak: kapilláris, telítéses porometria; pórustérfogat-mérés; szűrés; átáramlásmérés.

Követelmények: f - részvétel az előadások 67 %-án - 3 db érvényes ZH (min. 50%) - 4 elfogadott laborjegyzőkönyv

II. félév, 5. ANATÓMIA elıadás JGYTFK, Testnevelési és Sporttudományi Intézet. Légzés rendszere TÜDİ, LÉGUTAK (PULMONOLÓGIA)

Légzőrendszer. csontos-izmos-kötőszövetes mellkas légzőmozgásokban szerepet játszó izmok

Spontaneitás, entrópia

Kollár Veronika A biofizika fizikai alapjai

Kínaiak i.e. 37. kis fejfájás és nagy fejfájás hegyek Jose de Acosta spanyol hódítókat kísérı jezsuita pap Peruban AMS tkp. egy tünetegyüttes:

Alkalmazott élettan: légzés, oxigénterápia

Reakciókinetika és katalízis

(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA. (51) Int. Cl.: A61B 5/087 ( )

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

Transzportjelenségek

Szilárd testek rugalmas alakváltozásai Nyú y j ú tás y j Hooke törvény, Hooke törvén E E o Y un un modulus a f eszültség ffeszültség

Határfelületi jelenségek: felületi feszültség koncepció

Légzési és tüdőtérfogatok

Gáztörvények tesztek

Gáztörvények tesztek. 2. Azonos fajtájú ideális gáz különböző mennyiségei töltenek ki két hőszigetelt tartályt. Az egyik

Szakmai fizika Gázos feladatok

Átírás:

A légzés biofizikája Kellermayer Miklós Légzőrendszer A metabolizmus során használt vagy felszabadult gázok kicserélését szolgáló szervrendszer A légzés biofizikája Vázlat Történet Rövid történet Releváns fizikai és fizikai-kémai törvények Az emberi légzőrendszer egyszerűsített felépítése A légzés folyamata - a légzési ciklus - a légzés munkája Légzési gázcsere Néhány releváns pathologiás állapot Aristoteles (300 BC): a légzés hűti a szívet és a vért Galenus (170 BC): a légzés valamit hozzátesz a vérhez ( spiritus vitalis ) Leonardo da Vinci (1452-1519): a levegő felfrissülésétől elzárt kamrába zárt állatok elpusztulnak. Vesalius (1543): az emlősállat elpusztul, ha mellkasát felnyitjuk; azonban ha tüdejét ekkor ritmusosan felfújjuk, életben marad. Gáztörvények (17-18. sz., Clausius, Clapeyron, Boyle, Mariotte, Gay-Lussac, Charles) Black (1754): széndioxid felfedezése. Priestley (1771): oxigén felfedezése Vérgázok : Magnus (1837), Haldane (1900) Surfactant: Neergaard (1920-es évek), Pattle és Clements (1950-es évek)

Releváns fizikai és fizikaikémiai törvények I. Releváns fizikai és fizikaikémiai törvények II. Egyetemes gáztörvény (Clausius-Clapeyron, Boyle-Mariotte, Charles törvények alapjain): Összefüggés az ideális gáz nyomása, térfogata, hőmérséklete és mennyisége között. P = nyomás (Pa) V = térfogat (m 3 ) n = anyagmennyiség (moles) R = gázállandó (8.314 JK -1 mol -1 ) T = abszolút hőmérséklet (K) Dalton-törvény (John Dalton, 1801): Egy nemreaktív gázkeverék teljes nyomása egyenlő az egyes gázok parciális nyomásainak összegével. p i = i-edik gáz parciális nyomása n = gázok száma a keverékben [p i = P total r; r = gáz részaránya a keverékben] Henry-törvény (William Henry, 1803): Állandó hőmérsékleten egy adott gáz folyadékban oldott mennyisége egyenesen arányos ugyanazon, a folyadékal egyensúlyban levő gáz parciális nyomásával. p = parciális nyomás (Pa; atm) k H = Henry-állandó (l atm/mol) c = oldott gáz koncentrációja (mol/l) Young Laplace egyenlet: Leírja két sztatikus folyadék (pl. levegő, víz) határfelületén fellépő kapilláris nyomáskülönbséget a felületi feszültség függvényében. Egy vékony, körkeresztmetszetű csőben: Nyomás-térfogat izotermák p = nyomás (Nm -2 ) γ = felületi feszültség (Nm -1 ; Jm -2 ) H = átlagos görbület (m -1 ) R = görbületi sugár (m) Az emberi légzőrendszer egyszerűsített felépítése AZ emberi légzőrendszer Csőrendszer (gázáramlás) Doboz (térfogat, nyomás, ezek változásai, mechanikai tulajdonságok) Gázcsere felülete (terület, relatív gáznyomások, diffúzió) Orrüreg Epiglottis Larynx Jobb tüdő Jobb bronchus Pulomonaris lebenyek Trachea Bal tüdő Bal brochus (rekeszizom)

Csőrendszer Alveolusok Vezetési zóna Gázcsere zóna Trachea Bronchusok Bronchiolusok Bronchioli terminales Bronchioli respiratorii Ductus alveolares Alveolusok A gázcsere felületét alakítják ki Számuk: ~300 millió (N.B.: 2 25 =33,554,432) Méret (d~200 μm), felület (5x10-7 m 2 /alveolus) Teljes alveolus felület (~100 m 2 ) Alveolus fal (~0.5 μm): alveolaris epithelium (~0.2 μm) membrana basalis (~0.1 μm) kapilláris endothelium (~0.2 μm) 23-25 dichotom faágszerű kettéoszlás! A légzőrendszer mint doboz Mellkasfal A légzési ciklus gerincoszlop forgáspont Pleura parietalis Pleura visceralis Mellkas expanzió Sternum Mellkas kontrakció m. intercostalis ext. Bordák Pleura üreg Tüdő kontrakció relaxáció bordák Intrapulmonáris nyomás (P pulm): atmoszferikus nyomás körül ingadozik Mellűri vagy intrapleuralis nyomás (P pl): negatív (szubatmoszferikus; az atmoszferikus nyomás, az adhéziós és szöveti kontrakciós egyensúlya alakítja ki) Transzmurális (transpulmonáris) nyomás (P tm): a mellkasfal két oldala közötti nyomás Pneumothorax! A légzés vezérlőerői: diaphragma, musculi intercostales Eupnoe: nyugodt légzés (14-16/min) Polypnoe, tachypnoe: légvételek száma >16/min Dyspnoe: nehézlégzés

Légzési térfogatok és kapacitások Tüdő compliance ( nyúlékonyság, disztenzibilitás ) Térfogat (l) Férfi Nő Fiziológiás sóoldattal feltöltött tüdő Levegővel töltött tüdő Belégzési rezerv 3.3 1.9 Respirációs térfogat ( tidal volume ) 0.5 0.5 Kilégzési rezerv 1.0 0.7 Residuális térfogat 1.2 1.1 Vitálkapacitás 4.8 3.1 Tüdőtérfogat-változás (ml) Tüdőtérfogat-változás (l) Kilégzés Belégzés Funkcionális reziduális kapacitás 2.2 1.8 Teljes tüdőkapacitás 6.0 4.2 Pleurális nyomás (cmhg) Pleurális nyomás (cmhg) Time Kapacitás: térfogatok összege (m 3 ) C = compliance (mn -1 ; N.B.: a rugóállandó reciproka) ΔP = nyomásváltozás (Pa, Nm -2 ) ΔV = térfogatváltozás (m 3 ) Felületi feszültség Surfactant (surfactans) Felületi feszültség: erőhatásnak kitett folyadék kontrakciós készsége. Eredete: kohéziós erők egyensúlyában való különbség a folyadék felülete és belseje között. kohéziós erők a folyadék felületén Nagy felületi feszültség következményei Hidrofób felületen Makroszkópikus biológiai rendszerekben Young-Laplace egyenlet: Tüdő surfactant: felületaktív lipoprotein komplex (foszfolipoprotein), a II. típusú alveoláris sejtek termelik. p = nyomás γ = felületi feszültség R = görbületi sugár Kis hidrofób fehérjék kohéziós erők a folyadék belsejében Vegyület Felületi fesz. (mn/m) Etanol 24.4 Metanol 22.7 Aceton 23.7 Kloroform 27.1 A folyadékcsepp perzisztál Hidrofil felületen Molnárka Összetétel: 90% lipid, 10 % fehérje ( surfactant protein SP-A, SP-B, SP-C, SP-D) Szerepe: a felületi feszültséget csökkenti. Hatása: minél kisebb a felületi feszültség, annál kisebb nyomáskülönbség elegendő ahhoz, hogy az alveolusok nyitott állapotban maradjanak. Tüdő collectin fehérjék Benzol 28.5 Víz 72.9 Kapilláraktivitás A kapilláraktivitás fontos szerepet játszik a növényi gyökérzetben Jézus Krisztus-gyík (basiliscus) Restriktív tüdőbetegségek: a tüdő compliance csökkent (fibrózis, csökkent surfactans termelés, stb.).

Levegőáramlás szerepe p 1 Hagen-Poiseuille törvény l V = térfogat t = idő (V/t = Q = térfogati áramerősség) r = cső sugara η = viszkozitás p = nyomás l = cső hossza (dp/dl = nyomásgrádiens, fenntartója p 1 -p 2 ) r p 2 V t = πr 4 dp 8η dl Normális légzés (eupnoe): lamináris áramlás. Tachypnoe, pathologia: turbulens áramlás. Obstruktív tüdőbetegségek: pulmonáris légáramlási sebesség csökent (COPD - chronic obstructive pulmonary disease ). A légzési ciklus Respirációs térfogat ( l) Intrapleurális nyomás (cmh2o) Idő (s) Belégzés Kilégzés Térfogati áramerősség (l/s) Alveoáris nyomás (cmh2o) Belégzés Idő (s) 1 cmh 2O = 0.1 kpa = 0.7 mmhg Kilégzés A légzési ciklus dinamikus analízise Légzési munka Áramlás ( flow, ls -1 ) Kilégzés Belégzés Térfogat (l) Spirometria PEF, MEF: peak expiratory flow, maximal expiratory flow FEF: forced expiratory flow FIF: forced inspiratory flow FVC: forced vital capacity Átlagos transzmurális nyomás ellenében végzett térfogatváltozás Légzési perctérfogat = 7 l Légzési frekvencia = 14/min Nyomás (P tm ) = 0.7 kpa Respirációs térfogat (V) = 0.5 l (5x10-4 m 3 ) Munka (W) = P tm xv = 0.35 J/belégzés (294 J/h) Nagy megterhelésnél elérhet 8400 J/h értéket is

Légzési Gázcsere Vér be Parciális gáznyomások Alveoláris gáz Belégzett gáz (levegő) Kilégzett gáz ki be Oxigén 100 mmhg 158 mmhg 116 mmhg CO 2 40 mmhg 0.2 mmhg 29 mmhg Nitrogén 573 mmhg 597 mmhg 568 mmhg Vízgőz 47 mmhg 5 mmhg 47 mmhg po 2 pco 2 pn 2 Vér ki Alveolus: nyitott termodinamikai rendszer A légterek parciális gáznyomásai fontosak A folyadékban (vérplazma) oldott gáztenziók fontosak Gázcsere hajtóereje: gázdiffúzió (parciális nyomásgrádiens vezérli) Alveoláris gáz 100 mmhg 40 mmhg 573 mmhg Artériás vér 95 mmhg 40 mmhg 573 mmhg Vénás vér 5.3 mmhg 46 mmhg 573 mmhg Alveoláris gázcsere: parciális nyomásokat megszabja (~350 ml/belégzés) Tapasztalati diffuzivitás ( diffúziós állandó) : kicserélt gáz mennyisége/ (felület x rétegvastagság x nyomáskülönbség) Normálisan: a gázcsere ~0.25 s alatt lezajlik Pathologiás megfontolások Pneumothorax Restriktív tüdőbetegség (compliance) Obstruktív tüdőbetegség (térfogati áram) Köhögés (hirtelen áramlási sebesség növekedés) Dekompressziós betegség (Caisson, vérben oldott gázok)