A légzés élettana II.

A légzés élettana II. 29. Gázcsere a tüdőben. 30. Oxigénszállítás a vérben. 31. Széndioxidszállítás a vérben. prof. Sáry Gyula 1 Gázcsere a tüdőben A gázok diffúziója a kapillárismembránon keresztül egyszerű diffúzió, mely a FICK törvényt követi. A diffúzió gáz és folyadékfázis között zajlik, befolyásolják: gázok parciális nyomása; oldékonyság; diffúziós kapacitás. 2 1

A gázok parciális nyomása Gázkeverékekben a parciális nyomás akkora, mint a nyomás lenne, ha a gáz egyedül töltené ki a rendelkezésre álló teret. Egy gáz parciális nyomása (P gáz ) függ: 1. a gáz teljes nyomásától (P total ) ÉS 2. a gáz részarányától (F gáz ) P gáz = P total F gáz Az élettanban a parciális nyomást gyakran gáztenziónak is nevezik 3 A belégzett levegő gázainak parciális nyomása tengerszinten P total = 760 Hgmm F N2 = 0.78, F O2 = 0.21, F H20 =0.01 P N2 = 760 0,78 = 593 Hgmm P O2 = 760 0,21 = 160 Hgmm P H2O = 760 0,01 = 7 Hgmm 4 2

Gázok parciális nyomása a Mount Everesten P total = 253 Hgmm F N2 = 0.78, F O2 = 0.21, F H20 =0.01 P N2 = 253 0,78 = 197 Hgmm P O2 = 253 0,21 = 53 Hgmm P H2O = 253 0,01 = 3 Hgmm 5 Gázok parciális nyomása a Mount Everesten O 2 belégzéssel P total = 253 Hgmm F N2 = 0.0, F O2 = 1.0, F H20 =0.0 P N2 = 253 0.0 = 0 Hgmm P O2 = 253 1.0 = 253 Hgmm P H2O = 253 0.0 = 0 Hgmm 6 3

Gázcsere a tüdőben; parciális nyomás folyadékokban Gázok a levegőből (gáz fázis) oldódnak a vérben (folyadék fázis), míg dinamikus egyensúly ki nem alakul. Ekkor a folyadékfázisban a parciális nyomás megegyezik a levegőben mérttel. Az oldott gáz koncentrációja függ: 1. A gáz parciális nyomásától (P gáz ) ÉS 2. a gáz oldhatóságától (α) Henry-Dalton f. törvény: C gáz (ml/l)= α (ml/l x mmhg -1 ) P gáz (mmhg) Fontos: a gázok nettó diffúziója akkor áll le, mikor a parciális nyomásokkiegyenlítődnek (NEM pedig mikor a koncentrációjuk megegyezik). 7 Emlékeztető: a Fick f. diffúziós törvény C=C-c C c d= diffúziós koefficiens membránvastagság (t) diffúziós felszín (A) diff.= C d A t 8 4

Fick f. törvény és a gázok transzportja diff.= C d A t. V= P d A. V= gáz tanszportrátája (ml/min) P= parciális nyomás különbsége (Hgmm) az alveoláris levegő és a kapilláris vér közt D = diffúziós kapacitás (ml/min mmhg -1 ) kombinálja a gáz minőségét, alveolocapilláris membrán vastagságát és felszínét. D nem egy konstans. Pl. sport alatt a D növekszik (diffúziós felszín növekszik). t. V= P D 9 Parciális nyomások az alveolusban, artériás és kevert vénás vérben Kiegyenlítődés! Kiegyenlítődés! 10 5

Mi szabja meg a P O2 és P CO2 értékét az alveolusban? A parciális nyomások mások, mint a belégzett levegőben, mert: 1. A levegő testhőmérsékletre melegszik fel, 2. telítődik vízpárával (P H20 =47 mmhg), 3. az oxigén felszívódik belőle, 4. széndioxid jön hozzá. Az alveoláris P O2 NÖVEKSZIK a ventiláció folyamán, és CSÖKKEN az O 2 felvétele miatt. Az alveoláris P CO2 CSÖKKEN a ventiláció miatt és FOKOZÓDIK a CO 2 termelődés miatt. 11 A P O2 és P CO2 az alveoláris levegőben: alveoláris ventiláció nyugodt légzés alveoláris po 2 alveoláris pco 2 Ha a O 2 és CO 2 metabolizmus nem változik, az alveoláris ventiláció növeli ill. csökkenti parciális nyomásukat. alveoláris ventiláció 12 6

A P O2 az alveoláris levegőben : oxigénfelvétel az alveolusból Az oxigén alveoláris parciális nyomása (Hgmm) Felső határ maximális ventiláció esetén Normális alveoláris po 2 Alveoláris ventiláció 13 A P CO2 alveoláris levegőben : széndioxidtermelés az alveolusba A széndioxid alveoláris parciális nyomása (Hgmm) Alveoláris ventiláció Normális alveoláris pco 2 14 7

A P O2 és P CO2 meghatározói az alveoláris levegőben: egyenletek.. P ACO2 = V CO2 /V alveolar 863 mmhg.. P AO2 = P IO2 (V O2 /V alveolar 863 mmhg ) P ACO2 : a széndioxid alveoláris parciális nyomása P AO2 : az oxigén alveoláris parciális nyomása V CO2 : széndioxidtermelés (ml/min) V alveolar : alveoláris ventiláció (ml/min) P IO2 : a belégzett oxigén parciális nyomása V O2 : oxigénfelvétel (ml/min) 863: konverziós faktor STPD-ről BTPS-re V alveolar : alveoláris ventiláció (ml/min) 15 A gáztranszport perfúziós és diffúziós határai Az alveoláris gáz mozgó folyadékkal egyenlítődik ki (a kapilláris vére). Van-e perfúziós (túl lassú véráram), vagy diffúziós (kevés gáz) limit? A vér ~ 0,75 s időt tölt a pulmonáris kapillárisban; elegendő ez a diffundáló gázok kiegyenlítődéséhez? 16 8

A kapilláris rezerv idő: ~ 0,5 s A gázegyensúly 0,25 s alatt áll be, van tartalék fizikai aktivitásra is. Egészséges tüdőben a gáztranszportnak mindig a véráramlás szab határt (kardiovaszkuláris funkció) Orvosi jelentőség: a diffúziót károsító tüdőbetegségek nyugalomban nem okoznak panaszt, csak fizikai aktivitáskor. 17 Nem minden alveolus egyforma A két lábon járás emberben a tüdőben regionális alveoláris ventilációs és perfúziós különbségeket okoz (négylábúakban ez nincs így). Az apex alveolusai nyitottak, de a légcsere csekély -a bázis a jól szellőztetett. Az apex perfúziója a legrosszabb, a bázisé a legjobb (lsd. következő dia). 18 9

Ventilációs és perfúziós zónák a tüdőben Artéria pulmonális nyomás Alveoláris nyomás Véna pulmonáris nyomás Nincs áramlás Szakaszos áramlás Folyamatos áramlás Távolság a bázistól perfúzió 19 Szerencsére, egészségesekben Az ágyban fekvés minden régiót a III. zónába helyez. A tüdő fertőző betegségeiben szenvedőknek ágyban KELL maradni! 20 10

Mindazonáltal, Ventiláció/ perfúzió arány (V/Q) változik az átlagos 0.9-1.1- ről 0.7-re a bázisban (relative alulventilált) és 2-3 -ra az apexben (relative alulperfundált). Ez a V/Q aránytalanság enyhe esést okoz a venae pulmonales P O2 értékében és oxigéntartalmában. Továbbá, a venae bronchiales és a bal szívfél vénás vére is ebbe a vérbe keveredik, tovább csökkentve az arteriás P O2 -t (jobbbal shunt, lsd. következő dia). Tüdőbetegségekben (krónikus gyulladás, tüdőtumor) a shunt vér mennyisége jelentősen megnőhet. 21 V/Q aránytalanság és a jobb-bal shunt hatása az artériás P O2 -re Szisztémás vénás vér Keveredés a pulmonáris shunt vérrel Tüdő kapilláris Szisztémás artériás vér Szisztémás kapillárisok Szisztémás vénák 22 11

Oxigéntranszport a vérben: oldott + Hemoglobinhoz kötött Teljes oxigénmennyiség: Hgb-hez kötött + oldott 200 = 197 + 3 ml/l A vér oxigéntartalma Hemoglobinhoz kötött oxigénmennyiség 23 Oldott oxigén Oldékonyság a plazmában (α) = 0.03 ml/l Hgmm -1 <1%, elhanyagolható normál körülmények között Orvosi vonatkozás: hyperbarikus oxigénkezelés (HBOT) 2-2.5 ATA nyomásnál (belégzett PO 2 = 1900 mmhg) 50 ml/l további oxigént jelent! 24 12

További részletek a vér előadásban... hemoglobin hemoglobin F methemoglobin carboxyhemoglobin 25 A hemoglobinhoz kötött oxigén 1 Hgb molekula 4 oxigénmolekulát köt A kötőhelyek hatnak egymásra: egy megkötött oxigén molekula facilitálja a többi kötését Telíthető kötés: 1 g szaturált Hgb 1,34 ml oxigént köt (Hüfner f. szám) A Hgb által kötött oxigén mennyisége a szaturáció mértékétől és a Hgb koncentrációtól függ! 26 13

A Hgb-oxigén disszociációs görbe Tüdőből érkező vér Szövetekből jövő vér Oxigén parciális nyomás 27 Élettani normálértékek (előző ábra alapján) Hgb oxigénszaturációja artériás vérben: 97-98%, vénás vérben: 75%! Arteriás oxigénkoncentráció: 200 ml/l Vénás oxigénkoncentráció: 150 ml/l Arteriovenozus oxigénkülönbség AVDO 2 : 50 ml/l P 50 (az 50% szaturációhoz tartozó parciális nyomás): 26 mmhg 28 14

A Hgb oxigénaffinitását befolyásoló tényezők Csökkent P 50 (fokozott affinitás) Magas P 50 (csökkent affinitás) Oxigén parciális nyomás 29 A Hgb oxigén affinitását csökkentő faktorok Széndioxid és savak (alacsony ph) Bohr hatás. Segíti az oxigén leválását savanyú közegben. Magas hőmérséklet: segíti az oxigén leválását a magas metabolikus aktivitású (hőt termelő) szövetekben. A vvt-ben a glikolízis során termelt 2,3 DPG megtartja a normális affinitást. Konzervált vérben az alacsony DPG szint elégtelen oxigenációt okozhat a vért kapó páciensben. A HgbF nem érzékeny a DPG-re ami segíti az oxigén felvételét az anyai HgbA-ról. 30 15

A hypoxia típusai, avagy mi kell a normális oxigenizációhoz? Hypoxiás hypoxia (artériás P O2 csökkent) Anémiás hypoxia (artériás P O2 normális) Iszkémiás (stagnáló) hypoxia Hisztotoxikus hypoxia 31 Cyanosis egy kis klinikum Ha a deoxigenált Hgb több, mint 50 g/l, a nyálkahártyák és a bőr kékessé (szederjessé) válnak. A cianózis alacsony szaturációra utal, de hiányozhat, ha a Hgb koncentráció alacsony (anémia!). 32 16

Széndioxid-transzport 1. Bikarbonát ~85% 2. Karbamino (Hgb-hez kötött) ~10% 3. Gázként oldva ~5% Széndioxid parciális nyomás (Hgmm) 33 CO 2 szállítás szövetek kapilláris vére kapilláris vére tüdő 34 17

szövet vagy tüdő VVT Hamburger shift 35 Széndioxid szállítása a vérben A deoxigenált Hgb több karbamino kötést tud létrehozni és több H + iont pufferol, ami segíti a CO 2 felvételét. A tüdőben a Hgb oxigenálása segíti a CO 2 leadását. Ez a Haldane effektus. A klorid shift (Hamburger shift) eltávolítja a bikarbonát ionokat a vvt-ből, segítve több CO 2 felvételét. A Hamburger shift facilitált diffúzión alapul. 36 18

Haldane hatás 37 kötés kötés affin. hatás kötés kötés hatás 38 19

Normálértékek CO 2 artériás vérben: 480 ml/l CO 2 vénás vérben: 520 ml/l Arteriovenozus CO 2 különbség (AVDCO 2 ): -40 ml/l 39 Caisson betegség (dekompressziós betegség), és a mélységi mámor N 2 oldékonysága légköri nyomáson rossz ha a nyomás emelkedik -> oldhatóság javul nagy mélységben -> nitrogén narkózis (mélységi mámor) túl gyors felmerülés/felszállás -> dekompressziós betegség 40 20

Mit jelent? normoventiláció hypoventiláció hyperventiláció eupnoe bradypnoe tachypnoe orthopnoe dyspnoe asphyxia 41 21