Lungmekanik

Question 1

Vad menas med lungmekaniken?

Answer 1

Hur luft kommer ned i lungorna vid inandning och upp igen ut vid utandning.

Question 2

Lungorna kan expandera och kontrahera på två sätt, vilka är dessa?

Answer 2

1. Diafragmal andning: vid inandning kontraherar diafragma → sänkning på ca 1 cm (maximalt 10 cm) → lungorna expenderar
2. Interkostal andning: vid inandning kontraherar externa interkostalamuskler → revbenen lyfts upp & roteras → lungan får mer plats för att expendera då bröstkorgen höjs upp.

Question 3

Hur regleras andningen allmänt?

Answer 3

Andningsmuskulatur är tvärstrimmig skelettmuskler → vi kan andas aktivt. Dock finns det ett andningscentrum i medulla som regelerar andningsrytm och anpassar andningsfrekvensen efter behov.

Question 4

Pleura

Answer 4

Lungsäcken, en säck som omger vadera lunga och består av två blad, ett visceralt blad som ligger innerst mot lungan och ett parietalt blad som fäster i bröstkorgens inre vägg och täcker övre delen av diafragma.

Mellan dessa två blad finns sk. vätskefyllt intrapleuralrummet som spelar en viktig roll för andning.

Question 5

Vilka delar består luftvägarna av?

Answer 5

• Ledande zon: leder luft in i till respiratorisk zon
  1. Näshålan
  2. Farynx
  3. Trachea
  4. Bronker
  5. Terminala bronkioler
  6. Respiratoriska bronkioler
  7. Alveolgångar
• Respiratoriska zon: där gasutbytet sker
  8. Alveoler

Question 6

Den totala alveolyta för gasutbyte är

Answer 6

50 kvm

Question 7

Vilka fysiologiska funktioner har ledande zon?

Answer 7

1. Anfuktning och uppvärmning: inandade luft måste värmas upp till 37°C och anfuktas till 100 % vilket sker i respiratoriska epitelet i näshålan, farynx och lite i trachea. Detta är viktigt för annars blir det irritation, och ökad sekretion i de nedre luftvägarna.
2. Immunologiska faktorer: bakterier och virus filtreras bort genom näsan som producerar bakterie- och virushämmande substanser.
3. Filtrering: inandad luft måste filtreras från andra små partiklar som fastnar i cilierna längs ledande zonens slemhinna och som piskar partiklarna mot matstrupen.
4. Makrofager: i alveoler finns makrofager som fagocyterar de främmande partiklarna som lyckas ta sig in i alveoler.

Question 8

Vart produceras mucus som täcker slemhinnorna i luftvägarna?

Answer 8

I submukösa körtlar som står under sympatikus/parasympatikus kontroll.
- Produktion ökar av Ach, Adrenalin och histamin.

Question 9

Tidalvolym

Answer 9

Den volymluft som man andas in/ut vid normalt andetag. ligger på ca 0.5 L

Question 10

Hur stor andel av tidalvolym kommer når alveoler?

Answer 10

ca 350 ml. Detta beror på att vi har en sk. anatomic dead space som inte når alveolerna vid ett normalt andetag och som motsvarar ca 150 ml.

Question 11

Spirometri

Answer 11

En metod som används för att undersöka andningskapaciteten. Man låter patienten andas in & ut i ett munstycke som är kopplat till en apparat som mäter lungornas förmåga. Resultatet visas i ett diagram med volym (i liter) på x-axeln & flödet (i liter/sekund) på y-axeln.

• Det finns två typer, statisk och dynamisk spirometri.

Question 12

Vilka värden kan man få av grafen vid en statisk spirometri?

Answer 12

1. Tidalvolym, TV: luftvolym vid passiv inandning
2. IRV: inspiratorisk reservvolym, luftvolym vid aktiv inandning, ca 3100 ml hos en vuxen man.
3. IC: inspiratorisk kapacitet: summan av både IRV och TV
4. ERV: expiratorisk reservvolym, den maximala luftvolym som man kan andas ut vid aktiv utandning. ca 1200 ml hos en vuxen man.
5. VC: vitalkapacitet, maximala luftvolym som kan andas ut efter maximal inspiration. Summan av TV, IRV och ERV. ca 5 L hos en vuxen man.

Question 13

Residualvolym (RV)

Answer 13

Den volym som återstår i lungorna efter maximal expiration.

Är ca 1200 ml hos en vuxen man. RV kan inte bestämmas med statisk spirometri, utan andra metoder måste användas.

Question 14

Funktionell residualkapacitet (FRC)

Answer 14

Den volym luft som återstår i lungorna efter normal utandning (passiv utandning). FRC är summan av 2 volymer; ERV & RV → FRC kan inte bestämmas med statisk spirometri

Question 15

Boyles lag

Answer 15

Volymen av en gas är omvänt proportionellt mot gasens tryck vid konstant temperatur. Trycket av en gas i en behållare minskar alltså om behållarens volym ökar.

Question 16

När man pratar om lungans mekanik brukar man prata om under- och övertryck, vad menas med dessa begrepp i det sammanhanget?

Answer 16

Undertryck: lufttryck som är lägre än atmosfärstrycket

Exempel: vi har ett undertryck på ca -5 mmHg i interpueralrummet.

Övertryck: lufttryck som är högre än atmosfärstrycket

Question 17

Hur får man luftflöde längs luftvägarna?

Answer 17

skillnad i lufttryck mellan två regioner / luftmotstånd.

dvs har vi ett luftflöde längs luftvägarna måste lufttrycket successivt minska längs luftvägen i luftflödets riktning.

Question 18

Pneumothorax

Answer 18

lungkollaps, innebär att man får ett hål i lungan eller lungsäcken så att luft i lungan läcker ut i intrapleuralrummet → lungorna faller ihop & man får svårt att andas

Question 19

Vilken roll spelar undertrycket i intrapleuralrummet för andning?

Answer 19

Undertrycket i intrapleuralrummet håller lungorna utspända. När bröstkorgen expanderar vid inandning kommer även intrapleuralrummet expandera → trycket i intrapleuralrummet sjunker ännu mer (Boyles lag) & lungorna tvingas expandera.
När lungorna expanderar vidgas även luftvägarna → tryck inuti luftvägarna sjunker, dvs blir lägre än atmosfärstrycket → luftflöde in i lungorna.

Question 20

Hur ser tryck-volym kurvan i frånvaro av andningsmuskelsaktivitet ut?

Answer 20

• Om det inte finns någon tryckskillnad mellan atmosfärstrycket och trycket inuti luftvägarna kommer lungans volym bli väldigt liten. Lungan blir sedan större & större allt eftersom tryckskillnaden ökar. (lila kurvan)
• Om det inte finns någon tryckskillnad mellan atmosfärstrycket och trycket inuti bröstkorgen kommer bröstkorgens volym bli väldigt stor. Bröstkorgen blir mindre & mindre allt eftersom
  tryckskillnaden ökar; ett lägre tryck på insidan av bröstkorgen i förhållande till utsidan (undertryck)
  ger en större volym. (röd kurva)
• FRC bestäms av det läge där den inåtdragande kapaciteten hos lungan (lungans elasticitet) och expansionskraften hos bröstkorgen är lika stora & balanserar varandra.

Question 21

Vilka muskler spelar roll i skapandet av ett ljud med en konstant styrka?

Answer 21

• Till en början krävs en stor inspiratorisk aktivitet

(externa interkostalmuskler); denna aktivitet kan successivt minska → inandningsmuskulaturen håller alltså emot så att luften portioneras ut långsammare, vilket ger ett jämnare luftflöde.

• Vid lägre lungvolymer krävs expiratorisk aktivitet (interna interkostalmuskler) istället; denna aktivitet ökar successivt med minskande lungvolymer. Utandningsmuskulaturen bidrar till ett fortsatt jämnt luftflöde

Question 22

Vilka konsekvenser får expansion av bröstkorgen?

Answer 22

1. Intrapleuralrummet expanderar → ökat undertryck i intrapleuralrummet
2. Den ökade tryckskillnaden mellan luftvägarna & intrapleuralrummet gör att lungan expanderar
3. Expansion av lungan innebär att alveoler expanderar, vilket ger ett alveolärt undertryck
4. Luft sugs in i alveolerna

Question 23

Hur sker utandning normalt?

Answer 23

• Oftast en passiv process som ges av energin som lagrats i lungans elastiska element när lungan spänts ut vid inandning. Detta leder till:
  1. Lungan drar ihop sig
  2. Lungans sammandragning innebär att alveoler drar ihop sig, vilket ger ett alveolärt övertryck
  3. Luft trycks ut från alveolerna
• Vid behov kan diafragma och interna interkostalmuskler hjälpa till men då blir det en aktiv process.

Question 24

Vilka komponenter består andningsarbete av? vilka faktorer påverkar dessa komponenter?

Answer 24

1. Elastiskt arbete: vill dra ut lunga och måste därför motverka lungans elasticitet. Lagras i utspända lungan för att användas sedan vid utandning.

Den påverkas av P(alveol) - P(intrapleuralt), transpulmonellt tryck

2. Friktionsarbete (resistivt arbete): drar luften ned i/ut från alveoler, måste alltså övervinna luftmotståndet i luftvägarna. Friktionsarbetet lagras inte utan försvinner som värme.
   - Påverkas av P(atmosfär) - P(alveol), intrapulmonärt tryck, ju större motstånd desto större måste intrapulmonärt tryck vara.

Question 25

Redogör för tryckändringar under vilande inandning

Answer 25

- Intrapleuraltrycket minskar då intrapleuralrummet expanderar i samband med bröstkorgen → minskat tryck. Intrapleuraltrycket blir alltså mer negativt. - alveolärt tryck måste minska för att luften ska sugas in i lungan. - Transpulmonellt tryck är alltid positivt under normala fysiologiska förhållanden. Det är viktigt att detta tryck ska vara relativt konstant då denna motsvarar den motriktade elastiska återfjädring som vill dra ihop lungan. Annars skulle lungan kollapsa. - För att hålla transpulmonellt tryck så konstant som möjligt då alveolärt tryck minskar måste intrapleuraltrycket minska ytterligare vilket är fallet vid inandning. - Luft sugas in → alveolärt tryck ökar tills det blir lika stort som atmosfär tryck vid slutet av inandning.

Question 26

Redogör för tryckändringar under normal utandning (passiv utandning)

Answer 26

- Det elastiska arbetet som sker under inandning bidrar till att lungans volym ökar, vilket skapar en ännu större elasticitet hos lungan → ju mer utspänd lungan är, desto mer vill den dra ihop sig. - Samtidigt inhiberas de regioner i hjärnstammen som orsakar kontraktion av inandningsmuskulatur → relaxering av diafragma & externa interkostalmuskler → bröstkorgens volym minskar → intrapleuraltrycket ökar (Boyles lag) samtidigt som alveolärt tryck ökar till ca +1 mmHg → luftflöde ut från lungan tills alveolär trycket blir lika med atmosfärtrycket.

Question 27

Hur ser dessa tryckförändringar ut vid forcerad utandning jmf med passiv utandning?

Answer 27

Forcerad utandning är en aktiv process som involverar utandningsmuskulatur som får kontrahera vilket minskar bröstkorgens volym ännu mer och ökar intrapleural- och alveolära trycket ännu mer → större luft utflöde från lungan

Question 28

Hur stor är andningsfrekvensen i vila och varför?

Answer 28

I vila andas man ca 12-15 andetag/minut. Detta beror på att det totala andningsarbetet har ett minimum vid 15 andetag/min.

Question 29

Vid fysiskt arbete ökar andningsfrekvensen, vad får detta för konsekvenser för andningsarbetet?

Answer 29

1. Elastiskt arbete minskar eftersom lungan inte spänns ut lika mycket 2. Friktionsarbete ökar eftersom luft pressas in & ut från alveoler i en snabbare hastighet

Question 30

Vad menas med elasticitet och compliance? Vad är sambandet mellan dessa begrepp?

Answer 30

- Elasticitet: det motstånd ett föremål gör mot utdragning. Är alltså föremålets förmåga att motstå utdragning & återfjädras till ursprunglig form. Elasticitet = ΔP/ΔV - Compliance: eftergivlighet, förändringen av volym som fås som följd av en viss tryckförändring. Compliance motsvarar hur lätt det är att dra ut ett föremål, är inversen till elasticitet Compliance = ΔV/ΔP

Question 31

Hur ser ett compliance diagram ut hos en frisk individ? vilka faktorer påverkar grafen?

Answer 31

Compliance beror alltså på transpulmonellt tryck (x-axel) och lungvolym (y-axel). Lutningen på kurvan motsvarar lungans compliance.

Question 32

Vilka faktorer påverkar compliance?

Answer 32

1. Lungans elasticitet: lungorna själva vill dra ihop sig, beror på elastin- och kollagenfibrer som finns inbäddade i lungans parenkym. Lungorna är generellt väldigt eftergivliga, men de har precis rätt mängd elasticitet. 2. Bröstkorgens elasticitet: bröstkorgens vägg har elastiska egenskaper som gör att den vill återfjädras utåt. 3. Ytspänning: ytspänningen hos vätskan inuti alveoler orsakar elastiska krafter som vill dra ihop alveolen. Ytspänningen i enskilda alveoler gör alltså att luft pressas ut & alveoler försöker kollapsa → nettoeffekten blir en elastisk kontraktil kraft på lungorna.

Question 33

Ge exempel på ett experiment som illustrerar ytspänningens betydelse för compliance.

Answer 33

- Genom att fylla lungan med saltlösning istället för luft försvinner ytspänningen då det inte finns någon yta som separerar luft & vätska i alveoler, och således finns det inte någon ytspänning → ingen elastisk kontraktil kraft på lungorna → compliance ökar betydligt (grafens lutning) - Ytspänningen är alltså viktig för elasticiteten.

Question 34

Varför måste ytspänningens effekt begränsas och hur lyckas lungan med att begränsa det?

Answer 34

Om ytspänningen skulle verka fullt ut skulle det elastiska andningsarbetet vara väldigt stort & lungan riskerar att kollapsa. Därför producerar speciella epitelceller i alveoler ett ämne, surfaktant vars funktion är att kraftigt minska ytspänningen i vatten . - Surfaktanter ger minskad attraktion mellan vätskemolekyler → ytspänning sänks ca 5-10 gånger, vilket ger alltså en lägre elasticitet → högre compliance

Question 35

Vilken roll spelar lungans volym för surfaktant produktion?

Answer 35

- Ju mindre lungvolym, desto mindre produktion. - Surfaktant-produktion kan stimuleras genom att man omedvetet tar ett djupt andetag då & då; detta ger ökad lungvolym & således ökad produktion av surfaktant.

Question 36

Hur påverkar tvärsnittarean luftmotståndet längs luftvägarna?

Answer 36

- Detta följer av Poiseuilles lag, R= 1/(r^4) Liten tvärsnittsarea → stort flödesmotstånd Stor tvärsnittsarea → litet flödesmotstånd Detta innebär att ju mer perifert i luftvägarna man kommer, desto mindre blir luftvägsmotståndet. (jmf flödeshastighet i aorta o kapillärer)

Question 37

Vilka faktorer kan påverka luftvägsmotstånd i bronker?

Answer 37

- Bronkomotortonus: parasympaticus ger bronkkonstriktion (via n. vagus) medan sympaticus ger bronkdilatation (genom β2-receptorer), vilket ger ett ökat respektive minskat luftvägsmotstånd. Även hyperventilering kan ge bronkdilatation via oklara reflexbanor. - Alveolärt pCO2: lågt pCO2 ger lokal bronkkonstriktion. Detta är rimligt då lågt pCO2 pekar på att blodflödet till denna del av lungan är lågt & det är därmed ingen idé att ödsla ventilation till detta område. - Rök, avgaser & kall luft: subepiteliala receptorer i bronkväggar ger en vagus-medierad bronkkonstriktion - Ökad slembildning med svullen slemhinna ger en minskad diameter → ökat luftvägsmotstånd

Question 38

Vad menas med dynamisk kompression? vad ligger bakom detta fenomen?

Answer 38

Ett fenomen där det vanligtvis negativa intrapleuraltrycket blir positivt för att kompensera för det ökade luftvägsmotståndet som uppstår pga förträngda/trånga perifera luftvägar, t.ex. pga muskelkontraktion eller slemhinnesvullnad ; detta ger en dynamisk kollaps av luftvägarna.

Question 39

Hur undviker man dynamisk kompression?

Answer 39

1. Andas långsamma & djupa andetag: den långsamma inandningen ger ett ännu mer negativt intrapleuraltryck, vilket gör att övertrycket i intrapleuralrummet inte blir lika stort under utandning. På så sätt förskjuts den punkt där luftvägarna komprimeras längre upp i luftvägarna 2. Andas mot ett motstånd: trycket i munhålan blir något högre än atmosfärstrycket. Detta övertryck kommer fortplanta sig bakåt i luftvägarna & hålla dem öppna. Genom att hålla uppe det positiva trycket motverkar man alltså intrapleuraltrycket som vill trycka ihop luftvägarna. 3. Farmakologiskt

Question 40

Hur påverkar gravitation trycket i lungan?

Answer 40

- Om man står upp kommer lungans tyngd pressa ned den mot diafragma, vilket gör lungan mer ihoptryckt basalt. Detta innebär att intrapleuraltrycket är lägre (mer negativt) apikalt i lungan jämfört med vad det är basalt. Även lungans blodflöde påverkas av detta.