Biology for Majors II

Hengitystaajuus on hengityskertojen määrä minuutissa. Keskimäärin ihmisen hengitystaajuus on rasittumattomissa olosuhteissa 12-15 hengitystä minuutissa. Hengitystaajuus vaikuttaa osaltaan alveoliventilaatioon eli siihen, kuinka paljon ilmaa liikkuu alveoleihin ja niistä ulos. Alveolaarinen ventilaatio estää hiilidioksidin kertymisen alveoleihin. Alveolaarinen ventilaatio voidaan pitää vakiona kahdella tavalla: lisäämällä hengitystaajuutta ja vähentämällä samalla hengityskertakohtaista ilmamäärää (pinnallinen hengitys) tai vähentämällä hengitystaajuutta ja lisäämällä samalla hengityskertakohtaista ilmamäärää. Kummassakin tapauksessa ventilaatio pysyy samana, mutta tehty työ ja tarvittavan työn tyyppi ovat aivan erilaisia. Sekä vuorokausitilavuutta että hengitystaajuutta säädellään tarkasti hapentarpeen kasvaessa.

Hengityksen aikana tehdään kahdenlaista työtä, virtausta vastustavaa ja elastista työtä. Virtausta vastustavalla työllä tarkoitetaan keuhkorakkuloiden ja keuhkokudosten työtä, kun taas elastisella työllä tarkoitetaan rintakehän välilihasten, rintakehän seinämän ja pallean työtä. Hengitystaajuuden lisääminen lisää hengitysteiden virtausta vastustavaa työtä ja vähentää lihasten elastista työtä. Hengitystaajuuden pienentäminen kääntää vaaditun työn tyypin päinvastaiseksi.

Surfaktantti

Alveolien ilman ja kudoksen/veden rajapinnalla on suuri pintajännitys. Tämä pintajännitys on samanlainen kuin veden pintajännitys vesipisaran neste-ilmarajapinnassa, joka johtaa vesimolekyylien sitoutumiseen toisiinsa. Pinta-aktiivinen aine on monimutkainen fosfolipidien ja lipoproteiinien seos, joka vähentää alveolien kudoksen ja alveolien sisällä olevan ilman välistä pintajännitystä. Alentamalla alveolinesteen pintajännitystä se vähentää alveolien taipumusta luhistua.

Pinta-aktiivinen aine toimii pesuaineen tavoin vähentäen pintajännitystä ja mahdollistaa hengitysteiden helpomman täyttymisen. Kun ilmapalloa puhalletaan ensimmäisen kerran, muovin venyttäminen ja ilmapallon puhaltamisen aloittaminen vaatii paljon vaivaa. Jos ilmapallon sisäpuolelle levitettäisiin hieman pesuainetta, ilmapallon täyttämisen aloittamiseen tarvittava ponnistus tai työ vähenisi, ja ilmapallon puhaltaminen olisi paljon helpompaa. Sama periaate pätee hengitysteihin. Pieni määrä pinta-aktiivista ainetta hengitysteiden kudoksiin vähentää ponnistelua tai työtä, jota tarvitaan näiden hengitysteiden täyttämiseen. Ennenaikaisesti syntyneet vauvat eivät joskus tuota riittävästi surfaktanttia. Tämän seurauksena he kärsivät hengitysvaikeusoireyhtymästä, koska keuhkojen täyttäminen vaatii enemmän työtä. Surfaktantti on tärkeää myös pienten keuhkorakkuloiden romahtamisen estämiseksi suhteessa suuriin keuhkorakkuloihin.

Keuhkojen vastus ja komplianssi

Tulehdussairaudet vähentävät kaasunvaihdon nopeutta keuhkoihin ja keuhkoista ulos. Kaksi tärkeintä syytä kaasunvaihdon vähenemiseen ovat compliance (keuhkojen joustavuus) ja vastus (hengitysteiden tukkeutuneisuus). Muutos jommassakummassa voi muuttaa dramaattisesti hengitystä ja kykyä ottaa happea ja vapauttaa hiilidioksidia.

Kuva 1. FEV1:n ja FVC:n suhde.

FEV1:n (se ilmamäärä, joka voidaan väkisin uloshengittää yhden sekunnin aikana syvään hengityksen jälkeen) ja FVC:n (se kokonaisilmamäärä, joka voidaan väkisin uloshengittää) suhdetta voidaan käyttää diagnoosin tekemiseen siitä, onko henkilöllä restriktiivinen vai obstruktiivinen keuhkosairaus. Restriktiivisessä keuhkosairaudessa FVC on alentunut, mutta hengitystiet eivät ole tukossa, joten henkilö pystyy poistamaan ilmaa kohtuullisen nopeasti. Obstruktiivisessa keuhkosairaudessa hengitysteiden tukkeutuminen johtaa hitaaseen uloshengitykseen ja pienentyneeseen FVC:hen. Siten FEV1/FVC-suhde on pienempi henkilöillä, joilla on obstruktiivinen keuhkosairaus (alle 69 prosenttia) kuin henkilöillä, joilla on restriktiivinen sairaus (88-90 prosenttia).

Rajoittavat sairaudet

Esimerkkejä restriktiivisistä sairauksista ovat hengitysvaikeusoireyhtymä (respiratory distress syndrome) ja keuhkofibroosi. Molemmissa sairauksissa hengitystiet ovat vähemmän taipuisat ja ne ovat jäykät tai fibroottiset. Komplianssi vähenee, koska keuhkokudos ei pysty taipumaan ja liikkumaan. Tämäntyyppisissä restriktiivisissä sairauksissa keuhkorakkulan sisäinen paine on positiivisempi ja hengitystiet luhistuvat uloshengityksen yhteydessä, jolloin ilma jää keuhkoihin. Pakotettu tai toiminnallinen vitaalikapasiteetti (FVC), joka on se ilmamäärä, joka voidaan uloshengittää väkisin syvimmän mahdollisen hengityksen jälkeen, on paljon alhaisempi kuin normaaleilla potilailla, ja aika, joka kuluu suurimman osan ilmasta uloshengittämiseen, on huomattavasti pidempi (kuva 1). Näistä sairauksista kärsivä potilas ei pysty uloshengittämään normaalia ilmamäärää.

Obstruktiiviset sairaudet

Obstruktiivisia sairauksia ja tiloja ovat muun muassa keuhkolaajentuma, astma ja keuhkopöhö. Empyseemassa, joka syntyy useimmiten tupakan poltosta, keuhkorakkuloiden seinämät tuhoutuvat, jolloin kaasujenvaihdon pinta-ala pienenee. Keuhkojen yleinen komplianssi lisääntyy, koska keuhkorakkuloiden seinämien vaurioituessa keuhkojen kimmoinen palautuminen vähenee kimmoisten kuitujen katoamisen vuoksi, ja keuhkoihin jää enemmän ilmaa uloshengityksen lopussa. Astma on sairaus, jossa ympäristötekijät laukaisevat tulehduksen. Tulehdus tukkii hengitysteitä. Tukos voi johtua turvotuksesta (nesteen kertymisestä), sileän lihaksen kouristuksista keuhkoputkien seinämissä, lisääntyneestä limanerityksestä, hengitysteiden epiteelin vaurioitumisesta tai näiden tapahtumien yhdistelmästä. Astmaa tai turvotusta sairastavilla esiintyy lisääntynyttä tukkeutumista hengitysteiden lisääntyneen tulehduksen vuoksi. Tällä on taipumus tukkia hengitystiet, mikä estää kaasujen asianmukaisen liikkumisen (kuva 1). Obstruktiivisia sairauksia sairastavilla on suuria määriä ilmaa jumissa uloshengityksen jälkeen, ja he hengittävät hyvin suurella keuhkotilavuudella kompensoidakseen hengitysteiden rekrytoinnin puutetta.

Kirjoita!

Paranna tätä sivuaOpi lisää