Fizjologia układu oddechowego – część 1

• Anatomia układu oddechowego
• Pojemności płuc i wpływ znieczulenia
• Closing Capacity, Closing Volume
• Podstawowe parametry mechaniki oddechowej

Wypełnij test

Transkrypt

Cześć! Witaj z powrotem w AnestezjoPodcaście. Nazywam się Staszek Nowak i zapraszam na kolejny odcinek naszej edukacyjnej przygody. Po kilku tygodniach przerwy udaje mi się zasiąść do mikrofonu.

Zanim zaczniemy, chciałbym powiedzieć Wam o wynikach badania, które pojawiło się w najnowszym European Journal of Anaesthesiology. Nasi koledzy z Torbay w Wielkiej Brytanii od blisko czterech lat nie stosują u pacjentów restrykcji w przyjmowaniu przejrzystych płynów przed operacją, pozwalając pacjentowi pić aż do momentu zabrania na blok operacyjny. Decyzję tę podjęli bazując na znajomości fizjologii układu pokarmowego, a konkretnie czasu półtrwania płynów w żołądku, wynoszącego w zdrowej populacji około 12 minut. Nowa strategia przyczyniła się do zwiększenia poziomu zadowolenia pacjentów, a także istotnie statystycznie obniżyła częstość nudności i wymiotów w okresie okołooperacyjnym. Dla zainteresowanych odnośnik do streszczenia pracy umieszczę na stronie.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29232253

W dzisiejszym odcinku oderwiemy się na chwilę od tematu anestezjologii położniczej, by skupić się na fundamentach naszej specjalizacji. Na początku mojej pracy jeden ze specjalistów powiedział mi, że w pracy na początku nauczę się, jak robić różne rzeczy, a dopiero później, szczegółowo dlaczego je robię i kiedy robić ich nie powinienem. Uważam, że im szybciej ten moment nadejdzie, tym lepiej dla naszych pacjentów, dlatego regularne powtórki kluczowych dla anestezjologa elementów fizjologii i patofizjologii w czasie kształcenia specjalizacyjnego uważam za absolutnie niezbędne. Tutaj też widzę rolę niektórych odcinków AnestezjoPodcastu. Najpierw w dwóch odcinkach zabierzemy się więc za powtórkę niezwykle istotnego tematu, jakim jest fizjologia układu oddechowego. Dziś będziemy rozważać anatomię układu oddechowego, objętości płucne i wpływ znieczulenia ogólnego na nie, a także pomiary mechaniki oddychania. Następnie porozmawiamy o transporcie tlenu w krwi oraz parametrach, których znajomość jest niezbędna do zrozumienia, co dzieje się w danym momencie z dostawą tlenu do komórek pacjenta. W jednym z kolejnych odcinków powiemy o przełożeniu każdego z omawianych dziś parametrów na prowadzone przez nas znieczulenie czy wentylację mechaniczną pacjenta na OIT.

By wymiana gazowa mogła sprawnie funkcjonować, niezbędna jest określona budowa anatomiczna. Za oddychanie odpowiadają naturalnie płuca, do których prowadzą drogi oddechowe. Prawe płuco składa się z 3 płatów i 10 segmentów, lewe natomiast ma 2 płaty i 9 segmentów – brakuje w nim mianowicie segmentu nr 7. Powietrze do płuc prowadzą oskrzela główne – prawe ma większą średnicę, jest krótsze i odchodzi pod mniejszym kątem ok. 22 stopni. Oskrzele płatowe do płata górnego po prawej stronie odchodzi relatywnie blisko ostrogi tchawicy, jeszcze przed wejściem oskrzela głównego do wnęki płuca. Całkowita powierzchnia wymiany gazowej to mniej więcej 150 metrów kwadratowych, rozłożonych na 300 milionów pęcherzyków płucnych.

Podział dróg oddechowych na górne i dolne anatomicznie przebiega na wysokości krtani. W patofizjologii znaczenie może mieć też podział na drogi oddechowe położone powyżej otworu górnego klatki piersiowej i ogonowo od niego. Na swoim przebiegu oskrzela dokonują 23 podziałów, zanim przejdą w pęcherzyki płucne.

Głównym mięśniem oddechowym jest przepona, unerwiona przez nerw przeponowy ze splotu szyjnego – konkretnie przez gałęzie C3 do C5. To dlatego całkowite porażenie oddychania przy urazie rdzenia – tak, jak mówiliśmy w jednym z poprzednich odcinków – występuje relatywnie rzadko. Zaburzenia funkcjonowania tego nerwu mogą wystąpić natomiast między innymi przy blokadzie między mięśniami pochyłymi, po operacji tętniaka łuku aorty, w pobliżu której przebiega lewy phrenicus, czy zaburzeń elektrolitowych. Bezpośrednia ocena funkcji przepony możliwa jest w radiologicznym badaniu fluoroskopowym.

Dodatkowe mięśnie oddechowe pełnią w procesie wentylacji w normalnym przypadku pomniejszą rolę. Warto pamiętać, że to wdech jest procesem aktywnym, natomiast wydech u zdrowego człowieka następuje pasywnie dzięki występującym w płucach siłom retrakcji.

Oddychaniem zewnętrznym nazywamy wymianę gazową w płucach. Zależna ona jest od wentylacji oraz wymiany gazowej pomiędzy pęcherzykiem, a kapilarami. Szybkość dyfuzji określana jest przez prawo Ficka i proporcjonalna do powierzchni, grubości membrany i różnicy ciśnienia parcjalnego po obu jej stronach. Naturalnie skuteczność oddychania zewnętrznego zależna jest od perfuzji kapilar płucnych, w szczególności od współczynnika wentylacji i perfuzji.

Sama wentylacja zależna jest przede wszystkim od pO2 i pCO2. Silnym bodźcem napędzającym oddychanie jest zakwaszenie płynu mózgowo-rdzeniowego np. przez wzrost pCO2. U pacjentów z POChP hiperkapniczny napęd oddechowy przesunięty jest na wyższe wartości, dlatego wymiana gazowa napędzana jest często spadkiem pO2. Podaż tlenu takiemu pacjentowi powinna być ostrożna i sterowana saturacją z docelowymi wartościami 88-92% bądź idealnie gazometrią krwi tętniczej z targetem 60-70 mmHg.

Jako wentylację pęcherzykową rozumiemy minutową objętość powietrza po odjęciu wentylacji przestrzeni martwej. Jest to więc ta część objętości minutowej, która realnie uczestniczy w wymianie gazowej. Warto zauważyć, że przy zwiększonej częstości oddechów i nieco mniejszej objętości pojedynczego oddechu objętość minutowa pozostaje stała, znacznie zwiększa się natomiast wentylacja przestrzeni martwej, a co za tym idzie, obniżeniu ulega wentylacja pęcherzykowa. Wentylacja przestrzeni martwej wynosi normalnie 2-3 ml/kg lub 20-30% objętości oddechowej. Odsetek wentylacji przestrzeni martwej wyliczyć można za pomocą równania Bohra, które znajdziesz w tekstowym zapisie tego podcastu.

Perfuzję płucną oznaczamy w zapisach literą Q. U stojącego człowieka perfuzja nie jest równomiernie rozłożona i rośnie zgodnie z działaniem grawitacji. Najlepiej ukrwione są więc podstawy płuc. Ta sama zależność stosuje się do wentylacji, chociaż tutaj różnica między podstawnymi a szczytowymi segmentami jest mniejsza. Fizjologiczny stosunek wentylacji do perfuzji wynosi dla całych płuc średnio 0,8, jednak u podstawy będzie to 0,4-0,6, u szczytu natomiast od 1,6 do nawet 3, co oznacza, że wentylacja może trzykrotnie przekraczać wartość perfuzji.

By doprowadzić do wentylacji pęcherzyków, oddychający musi wykonać określoną pracę oddechową, pokonując opory lepkie prądu powietrza i sprężyste płuc i klatki piersiowej, a także opory tkankowe. Około 75% całej pracy przypada na pokonanie oporów sprężystych. Jako pracę oddechową będziemy określać iloczyn ciśnienia przepłucnego, zmiany objętości i czasu, w której do tego doszło. 

Do prawidłowego prowadzenia wentylacji mechanicznej niezbędne jest dokładne zrozumienie poszczególnych składowych pojemności płuc. Poza wartościami “standardowymi” szczególnie interesujące dla nas będą tzw. Closing Volume i Closing Capacity. Closing Volume to objętość płuc, przy której zaczyna się zapadanie drobnych dróg oddechowych. Zależy ona od wieku, ułożenia ciała, palenia papierosów, czy występowania otyłości, przy której zwykle Closing Capacity jest niższe od czynnościowej objętości zalegającej. U standardowego nastolatka CV to około 10% pojemności życiowej, u 65-latka bez chorób jest to już poziom 40% VC. Closing Capacity to pochodna CV będąca sumą jego i objętości zalegającej. Największe znaczenie z punktu widzenia oksygenacji ma stosunek CC/FRC – jeśli closing capacity jest wyższa od czynnościowej pojemności zalegającej, występuje ryzyko powstania pułapki powietrznej, przecieku płucnego, atelektazji związanych z resorpcją. CV można ocenić specjalnymi testami zakładającymi głębokie wdechy gazu inercyjnego (helu czy ksenonu) bądź tzw. Single-Breath-Methode, gdy pacjent wykonuje pojedynczy wdech 100% tlenem. Objętość oddechowa wynosi w normalnych warunkach 6-7 ml/kg.

Ciekawym jest, co dzieje się z objętościami płucnymi po rozpoczęciu wentylacji mechanicznej. Okazuje się, że wszystkie te objętości ulegają zmniejszeniu o 30-60% i jest to niezależne od stosowania lub nie leków zwiotczających mięśnie. Zapadanie się pęcherzyków prowadzi do zwiększenia przecieku płucnego, czemu częściowo zapobiegać możemy przez stosowanie PEEP podczas wentylacji mechanicznej. Ponadto obserwujemy spadek Compliance oraz wzrostu gradientu pęcherzykowo-tętniczego dla tlenu. W okresie pooperacyjnym największy spadek FRC występuje między 2 a 5 dniem – należy zwracać tutaj szczególną uwagę na ryzyko dekompensacji przy granicznej czynności płuc.

W ostatniej części chciałbym omówić najważniejsze wartości liczbowe związane z mechaniką oddychania.

Ciśnienie opłucnowe zwiększa się w pozycji stojącej od góry do dołu, od około -10 cmH2O do -2cmH2O, średnia wartość to ok. -6cm H2O. Podczas spontanicznego oddychania ciśnienie opłucnowe jest zawsze ujemne. Podczas wentylacji mechanicznej może stać się ono dodatnie.

Compliance, czyli podatność to miara rozciągliwości płuc i klatki piersiowej, a jej określenie następuje za pomocą krzywej rozciągliwości spoczynkowej. Najprościej mówiąc, odpowiada nam na pytanie: ile mililitrów powietrza zostanie wpompowane do płuc, jeśli podniosę ciśnienie o 1? Statyczna podatność płuc, jest zależna od objętości wewnątrzpłucnej i jest niższa dla bardzo niskiej objętości (poniżej closing capacity) oraz dla wysokich, gdy poruszamy się w obszarze całkowitej pojemności płuc. Podatność możemy obliczyć osobno dla płuc, ściany klatki piersiowej bądź łącznie dla obu tych struktur.

Elastancja to odwrotność podatności. Odpowiada na pytanie: jeśli chcę zwiększyć objętość oddechową o x, ile więcej ciśnienia muszę dołożyć? Także w tym przypadku możemy wyróżnić elastancję całego systemu i poszczególnych jego składowych.

Opór dróg oddechowych przy przepływie laminarnym określa prawo Hagena-Poiseuille’a i jest proporcjonalny do lepkości substancji, w tym przypadku powietrza, długości rury oraz odwrotnie proporcjonalne do promienia tej rury i to aż do czwartej potęgi! Oznacza to, że 2-krotne zmniejszenie średnicy powoduje aż 16-krotne zwiększenie oporów dróg oddechowych. Pomimo to, 80% wszystkich oporów przypada na górne drogi oddechowe oraz pierwsze 6 generacji drzewa oskrzelowego. Jest to spowodowane tym, że przepływ powietrza w drogach oddechowych nie jest całkowicie laminarny. Przy oddychaniu przez nos, największa część oporów przypada na jamę nosową i część nosową gardła.

Dziś skończymy na tym punkcie. Po wysłuchaniu podcastu powinniście wiedzieć, jak dzielimy drogi oddechowe, czym różni się odejście dwóch oskrzeli głównych, jak odchodzi oskrzele do górnego płata płuca prawego, jak unerwiona jest przepona i co może powodować zaburzenia jej funkcjonowania, czym jest oddychanie zewnętrzne i od czego zależy jego skuteczność, jak definiujemy wentylację i jak zmienia się wentylacja pęcherzykowa i wentylacja przestrzeni martwej, jak rozkłada się wentylacja i perfuzja w płucach stojącego człowieka, czym jest praca oddechowa i od czego zależy, jak zmienia się z wiekiem closing volume i closing capacity i dlaczego w związku z tym znieczulenie osób otyłych wiąże się ze szczególnym ryzykiem. Wymieniliśmy też kilka głównych parametrów mechaniki oddechowej, jak ciśnienie opłucnowe, compliance, elastancja, opory dróg oddechowych.

Jeśli chcesz zobaczyć, co pamiętasz z tego odcinka, zachęcam do wypełnienia testu, który znajdziesz na stronie AnestezjoPodcastu. W tekstowym zapisie podcastu możesz też zapoznać się z wzorami do wyliczenia poszczególnych parametrów i odnaleźć odnośnik do artykułu o zaniechaniu przedoperacyjnej karencji płynowej, o czym wspominałem w dzisiejszym wstępie. Dzięki, że z nami jesteś! Do usłyszenia w kolejnym odcinku!