821201 General Physiologyระบบหายใจ

(Respiratory system)อ.ดร. ชลี ไพบูลยกิจกุล

- การหายใจภายนอก (external respiration) หรือการหายใจระดับปอด (pulmonary respiration)

- การหายใจภายใน (internal respiration) หรือ การหายใจระดับเซลล (cellular respiration)

โครงสรางของระบบหายใจ

1. สวนที่เปนทอทางเดินอากาศ (conductingdivision)

ตั้งแตโพรงจมูก (nasal cavity) ถงึ หลอดลมฝอยสวนปลาย (terminal bronchioles)

- กระดูกออน (cartilage)- เซลลเยื่อบุ (epithelial cell) มี cilia- goblet cell ทํ าหนาที่ผลิตเมือก (mucus)

หนาที่ของระบบทอทางเดินอากาศ

1. เปนทางเดินอากาศระหวางบรรยากาศกับถุงลมปอด

2. ใหความชื้นแกปอด3. อุนอากาศใหมีอุณหภูมิใกลเคียงอุณหภูมิรางกาย

4. ท ําความสะอาดอากาศ- กลไกการโบกพัดชั้นเยื่อเมือกของ cilia เรียกวา

mucociliary escalator

- pulmonary artery- เสนประสาทเวกัส และระบบประสาท

sympathetic- ทอนํ้ าเหลือง เปนทางระบายของเหลว ปองกันนํ้ าทวมปอด (pulmonary edema)

- anatomic dead space เปนสวนที่ไมมีการเลกเปลี่ยนกาซ

2. สวนที่มีการแลกเปลี่ยนกาซ (respiratorydivision)

ตั้งแตหลอดหายใจฝอย (respiratorybronchioles) ถงึ ถงุลมเล็ก (alveoli)

- โครงสรางผนังถุงลม ประกอบดวยepithelial cell ชั้นเดียว

+ ชนิดที่ 1 (Type I alveolar epithelial cell)

+ ชนิดที่ 2 (Type II alveolar epithlial cell)ทํ าหนาที่สรางสารลดแรงตึงผิว(surfactant)

- macrophage

- กะบังลม (diaphragm)- เยื่อหุมปอด เรียกวา visceral pleura- เยือ่บุชองทรวงอก เรียกวา parietal pleura- ชองวางระหวางเยื่อทั้งสอง เรียกวา ชองเยื่อหุมปอด (intrapleural space)

หนาที่พิเศษของระบบหายใจ

1. ชวยควบคุมสมดุลกรด-ดางของรางกายCO2 + H2O <--> H2CO3 <--> H+ + HCO3

-

2. ชวยในการเปลงเสียง3. ปองกนัอันตรายจากสิ่งแปลกปลอมในอากาศ

4. แหลงเก็บสํ ารองเลือด5. แหลงกรองเลือดของรางกาย6. ทํ าหนาที่ในกระบวนการ metabolism ของสารบางชนิด

กลไกการหายใจ (mechanism of breathing)

การหายใจประกอบดวย1. การหายใจเขา (breathing in or inspiration)2. การหายใจออก (breathing out or expiration)

กลามเนื้อบริเวณทรวงอกที่ชวยในการหายใจ

- กลามเนื้อระหวางชองกระดูกซี่โครง (intercostalmuscles)

- กลามเนื้อกะบังลม (diaphragm)

การหายใจออกแบบใชพลังงาน(forced expiration)

- การหายใจออกปกติ- มคีวามแตกตางของความดนัอากาศ- การคลายตัวของกลามเนื้อ- การหดตัวกลับที่เดิม (elastic recoil) ของเนื้อเยื่อปอด

- การหายใจออกแบบใชพลังงาน- การหดตัวของกลามเนื้อหนาทอง

(abdominal muscles)- การหดตัวของกลามเนื้อกระดูกซี่โครงดานใน (internal intercostal muscles)

การเปลี่ยนแปลงความดันและปริมาตรปอดขณะหายใจ

- intrapleural space- intrapleural pressure, (Ppl) ความดันในชองระหวางเยื่อหุมปอดกับเยื่อบุผนังทรวงอก

- ความดันภายในปอด (intrapulmonary pressure,PA)

- ผลตางของความดันภายในและภายนอกปอด(transpulmonary pressure)

ปริมาตรอากาศจากการหายใจลักษณะตาง ๆ

- เครือ่งวดัปริมาตรอากาศในการหายใจเขาออกเรียกวา spirometer

- ปริมาตรหายใจปกติ (tidal volume: TV)- ปริมาตรหายใจเขาสํ ารอง (inspiratory reserve

volume: IRV)- ปริมาตรหายใจออกสํ ารอง (expiratory reserve

volume: ERV)

- ปริมาตรตกคาง (residual volume: RV)- ความจุหายใจเขา (inspiratory capacity: IC)

= TV + IRV- ความจุปอดปกติ (vital capacity: VC)

= TV + IRV + ERV- ความจุปอดตกคาง (functional residual capacity:

FRC)= ERV + RV

- ความจปุอดรวม (total lung capacity: TLC)= VC + RV

- respiratory minute volume (RMV)- alveolar ventilation (VA)- maximum voluntary ventilation (MVV)

ความสามารถในการขยายปริมาตรของปอด (lungcompliance)

C = ∆V/∆P- แสดงถึงความยากงายในการขยายปอดขณะหายใจเขา

- hysteresis loop

แรงตึงผิวที่ถุงลมปอด และสารลดแรงตึงผิว P= 2T/r

- สารลดแรงตึงผิว มีสวนผสมของสารไขมัน(phospholipid) ชือ่ dipalmitoyl lecithin

คุณสมบัติของสารลดแรงตึงผิว

1. ชวยลดแรงตึงผิวของของเหลวบนถุงลม2. คุณสมบัติของ surfactant เปลี่ยนตามขนาดพื้นที่ผิว

3. ชวยลดการแทรกซึมของของเหลวเขามาในถุงลม

ความตานทานตอการไหลของอากาศ

1. ชนิดของกาซ หรือของเหลว (ความหนืด)2. ขนาดของรัศมีและความยาว

สวนใหญเกิดขึ้นที่ทางเดินอากาศสวนกลาง- หลอดลมเล็ก (bronchi)- หลอดลมฝอย (bronchioles)ปจจัยสํ าคัญที่จะกํ าหนดรัศมีของหลอดลมฝอยคือ คาผลตางของความดันระหวางภายในและภายนอกหลอดลม (transpuralpressure)

งานของการหายใจ (work of breathing)

1. ความตานทานการไหลของอากาศ (air flowresistance)

2. ความสามารถในการขยายปริมาตรของปอด(lung compliance)

3. ความยืดหยุนของปอด (lung elastance)

การไหลเวียนเลือดที่ระบบหายใจ

เลือดที่มาระบบหายใจ แบงออกเปน 2 สวน1. เลือดที่ไปเลี้ยงหลอดลม (bronchial circulation)2. เลือดที่ไปยังปอด (pulmonary circulation)

ความดันในระบบไหลเวียนเลือดที่ปอด (Bloodpressure in pulmonary circulation)

- กลไกในการรักษาระดับความดันปอดใหตํ่ าอยูเสมอ- การเพิ่มขนาดของหลอดเลือดฝอยที่เปดอยูแลว

(distension of opened capillaries)- การเปดหลอดเลือดฝอยที่เดิมปดอยู (recruitment)

การกระจายเลือดไปยังสวนตาง ๆ ของปอด

- อัตราการไหลของเลือดไปสวนตาง ๆ ของปอดไมเทากัน

- เกิดจากแรงดึงดูดของโลก

ปจจัยที่มีผลตอการไหลของเลือดผานเสนเลือดฝอยของปอด

1. ความดันเลือดแดง (pulmonary artery pressure,Pa)

2. ความดันเลือดดํ า (pulmonary vein pressure, Pv)3. ความดนัอากาศในถุงลม (alveolar pressure, PA)

การกระจายอากาศไปยังสวนตาง ๆ ของปอด

สัดสวนการระบายอากาศและเลือดที่ปอด(ventilation/perfusion ratio)

- อตัราการระบายอากาศของถุงลม (alveolarventilation, VA)

- อัตราการไหลของเลือดมายังปอด (perfusion, Q)VA/Q = 0.8 – 1.2

การแลกเปลี่ยนและการขนสงกาซ

ความเขนขนของกาซตาง ๆ ในรางกาย- คิดเปนความดันยอย (partial pressure, Px)

Px = Ptotal X FPx = (Ptotal – PH2O) X F

ความดันยอยของกาซในถุงลม

- PO2 = 100 mmHg- PCO2 = 40 mmHg

เนื้อเยื่อผนังถุงลมและหลอดเลือด(alveolocapillary membrane)

1. alveolar epithelial membrane เซลลเยื่อบุถุงลม2. basement membrane3. interstitial fluid layer4. capillary endothelial membrane

การแลกเปลี่ยนกาซ (gas exchange)

การแพรของ O2 จะจับกับ Hb ในเม็ดเลือดแดงการแพรของ CO2

1. จับกับ hemoglobin เกิดเปน carbaminocompound (Hb.CO2)

2. อยูในรูป bicarbonate ion (HCO3-) เกิดภายใน

เม็ดเลือดแดง แลวแพรสูนํ้ าเลือด

3. ละลายในนํ้ าเลือดในรูป dissolved CO2

H+ + HCO3- <--> H2CO3

H2CO3 <--> CO2 + H2O

การขนสงกาซ (gas transport)

- ขนสงตาม partial pressure gardient- Hb 1 โมเลกุล สามารถจับกับ O2 ได 4 โมเลกุลเรียกวา oxyhemoglobin (HbO2)

ปจจัยที่มีผลตอการแยกตัวของ Hb และ O2

1. H+ concentration หรือ pH2. CO2

3. temperature4. 2,3 Diphosphoglycerte (2,3 DPG)

การขนสง CO2

1. ในรูป HCO3-

2. dissolved CO2

3. carbamino compound

ปจจัยที่มีผลตอการแยกตัวของ Hb และ CO2

1. การจับของ Hb กับ O2

2. กรด เชน lactic acid, pyruvic acid

การควบคุมการหายใจ (control of respiration)

1. การควบคุมโดยระบบประสาท (Neural control)- การควบคุมแบบอัตโนมัติ (autonomic control)โดยสมองสวน pons และ medulla

- การควบคุมภายใตอํ านาจจิตใจ (voluntarycontrol) โดยสมองสวน cerebral cortexhypothalamus และ cerebellum

ศูนยหายใจ (respiratory center)

1. medullary respiratory center2. apneustic center3. pneumotaxic center

ควบคมุปริมาตรและอัตราการหายใจ- Hering Breuer Reflex

2. การควบคุมทางเคมี (chemical control)1. central chemoreceptor

ระดับ PCO2 ในเลือดเปนปจจัยสํ าคัญในการควบคมุหรือปรับการหายใจใหเหมาะสม

2. peripheral chemoreceptor2.1 carotic bodies ตั้งอยูบริเวณสวนแยกของหลอดเลือดไปเลี้ยงสมอง (common carotidartery)

2.2 aortic bodies ตั้งอยูบริเวณหลอดเลือดแดงใหญที่ออกจากหัวใจ (aortic arch)

peripheral chemoreceptor ตอบสนองตอ- การลดลงของ PO2

- การเพิ่มขึ้นของ H+ และ PCO2