Τι γίνεται όταν αναπνέουμε;

Της Μαρίνας- Μαρίας Αντωναράκη, 

Σκοπός της αναπνοής είναι η διατήρηση και σταθεροποίηση των επιπέδων της μερικής πίεσης του οξυγόνου και του διοξειδίου του άνθρακα. Όταν το διοξείδιο υπερβεί τις φυσιολογικές τιμές, τότε αυτό γίνεται αντιληπτό από το αναπνευστικό κέντρο στο προμήκη μυελό, που διεγείρεται και προκαλεί αύξηση του αερισμού. Γι’ αυτό, έχει αποδειχθεί ότι το κύριο ερέθισμα του αναπνευστικού κέντρου είναι το διοξείδιο του άνθρακα. Το διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα καταλαμβάνει το 0,03% της ατμοσφαιρικής σύστασης. Όποια μεταβολή πραγματοποιηθεί έχει τις ανάλογες συνέπειες για τη λειτουργία του οργανισμού. Για παράδειγμα, αν αυξηθεί δραματικά, τότε προκαλείται παράλυση του αναπνευστικού κέντρου και επέρχεται ασφυκτικός θάνατος. Για να αποφευχθεί αυτή η κατάληξη, ενεργοποιείται, μέσω νευρικών ώσεων από το προμήκη μυελό, η αύξηση του αερισμού, ώστε να αποβληθεί το πλεονάζον διοξείδιο. Η διαδικασία ήρεμης αναπνοής παρουσιάζει ρυθμό 12-15 αναπνευστικούς κύκλους ανά λεπτό. Ας δούμε τώρα ποιο είναι αυτό το αναπνευστικό κέντρο και ποια είναι η λειτουργία του.

Το αναπνευστικό κέντρο διαιρείται στην εισπνευστική, στην εκπνευστική και στην πνευμονοταξική περιοχή. Η εισπνευστική κατέχει τον σημαντικότερο ρόλο, καθώς λαμβάνει μηνύματα από χημειοϋποδοχείς της περιφέρειας και στέλνει, με τη σειρά της, σήματα στο διάφραγμα και στους άλλους εισπνευστικούς μύες, προκειμένου να ρυθμιστεί η συχνότητα των αναπνευστικών κινήσεων. Κατά την εισπνοή, η περιοχή αυτή ενεργοποιείται για 2 περίπου δευτερόλεπτα, ενώ στη συνέχεια αδρανοποιείται για 3 δευτερόλεπτα. Τότε το διάφραγμα και οι εισπνευστικοί μύες επανέρχονται στην αρχική τους κατάσταση (παθητική εκπνοή). Κατόπιν, ξεκινά ένας νέος αναπνευστικός κύκλος. Η εκπνευστική περιοχή είναι αδρανοποιημένη, όταν το άτομο αναπνέει ήρεμα και φυσιολογικά, διότι στην αναπνοή συστέλλονται μόνο οι εισπνευστικοί μύες και ακολουθεί η εκπνοή ως παθητική ενέργεια. Η πνευμονοταξική περιοχή στέλνει ανασταλτικά μηνύματα στην εισπνευστική περιοχή, προκειμένου να ελαττώσει τη διάρκεια εισπνοής, επηρεάζοντας, ταυτόχρονα και εμμέσως, τη συχνότητα των αναπνοών.

Οι αναπνευστικοί μύες είναι σκελετικοί, γεγονός που καταδεικνύει ότι  η σύσπασή τους εξαρτάται από κινητικούς νευρώνες. Οι κινητικοί νευρώνες των αναπνευστικών μυών ακολουθούν τη δική μας βούληση, γι’ αυτό και μπορούμε να μεταβάλλουμε αλλά και να αναστείλουμε τον ρυθμό της αναπνοής, όπως και συμβαίνει όταν μιλάμε, κολυμπάμε κ.τ.λ. Πιο αναλυτικά, οι αναπνευστικοί μύες νευρώνονται από τις κινητικές φυγόκεντρες ίνες, ώστε να πραγματοποιηθεί έκπτυξη του θώρακα και διάταση των πνευμόνων. Ταυτόχρονα, ελέγχονται από κεντρομόλες ίνες αισθητικών κεντρικών και περιφερικών υποδοχέων. Παραδείγματος χάριν, οι κεντρικοί χημοϋποδοχείς στον προμήκη αντιλαμβάνονται άμεσα τις αλλαγές των συγκεντρώσεων [Η+] και [CO₂], ενώ οι  περιφερικοί χημειοϋποδοχείς, που χωροταξικά βρίσκονται στα καρωτιδικά και αορτικά σωμάτια, εμφανίζουν μεγαλύτερη ευαισθησία στις συγκεντρώσεις [Η+] και στη μείωση του Ο₂.

Επιπλέον, πρέπει να αναφερθεί ότι το γεγονός αντίληψης της αναπνοή μας έγκειται στον ρόλο του πνευμονογαστρικού νεύρου και των άλλων κρανιακών νεύρων. Αυτοί, μέσω των μηχανοϋποδοχέων των αεραγωγών και των πνευμόνων, απαντούν σε αύξηση της πίεσης στον διάμεσο χώρο. Για να πραγματοποιηθεί η αναπνοή από τους εισπνευστικούς μύες, πρέπει να παραχθεί έργο. Απαιτείται, λοιπόν, δαπάνη ενέργειας που γίνεται προκειμένου να αναπτυχθεί διαφορά πίεσης, να υπερνικηθούν οι όποιες αντιστάσεις και να γίνει έκπτυξη των πνευμόνων.

Στην εισπνοή οι μύες συσπώνται και, έτσι, προκαλείται αύξηση του όγκου του θώρακος, διάταση των ελαστικών ιστών και υπερσκελίζεται η επιφανειακή τάση. Όλα αυτά οδηγούν σε μια υποατμοσφαιρική, ενδοπνευμονική πίεση, η οποία προκαλεί την εισροή αέρα προς τις κυψελίδες. Το έργο αναπνοής εκφράζεται, συνήθως, είτε ως μηχανικό έργο αναπνοής είτε ως μεταβολικό έργο αναπνοής. Έχει τρεις φάσεις: Το έργο που απαιτείται για να εκπτυχθούν οι πνεύμονες, το έργο που απαιτείται για να υπερνικηθούν οι συνεκτικές δυνάμεις, που συγκρατούν τους ιστούς των πνευμόνων και του θωρακικού τοιχώματος και τέλος, το έργο που απαιτείται προκειμένου να υπερνικηθεί η αντίσταση ροής στους αεραγωγούς.

Επιπροσθέτως, πρέπει να αναφερθεί ότι η μέτρηση των όγκων των πνευμόνων αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι του πλήρους ελέγχου της πνευμονικής λειτουργίας. Έχει παρατηρηθεί ότι οι αυξημένοι όγκοι πνευμόνων και ειδικά του υπολειπόμενου όγκου (RV), αποτελεί ένδειξη απόφραξης των αεραγωγών. Η TLC μπορεί να έχει φυσιολογική τιμή, αλλά συχνά αυξάνεται στα τελευταία στάδια της ΧΑΠ. Μάλιστα, ο λεγόμενος υπερπληθωρισμός των πνευμόνων και η παγίδευση αέρα είναι στοιχεία που αποπέμπουν, συνήθως, στην παραπάνω δήλωση. Η μεταβλητότητα των όγκων των πνευμόνων αποτελεί εργαλείο των γιατρών, προκειμένου να αντιληφθούν γρήγορα τον βαθμό απόφραξης, γεγονός που θα τους επιτρέψει την άμεση και αποδοτικότερη εφαρμογή θεραπείας.

Η χωρητικότητα των πνευμόνων ή η συνολική χωρητικότητα των πνευμόνων (TLC) είναι ο όγκος που καταλαμβάνει ο αέρας στους πνεύμονες κατά τη μέγιστη προσπάθεια εισπνοής. Μεταξύ των υγιών ενηλίκων έχει παρατηρηθεί ότι η μέση χωρητικότητα των πνευμόνων είναι περίπου 6 λίτρα. Η TLC αυξάνεται από τη γέννηση έως την εφηβεία. Τα αγόρια τείνουν να έχουν μεγαλύτερη TLC από τα κορίτσια, ενώ τα άτομα με ψηλό ανάστημα τείνουν να έχουν μεγαλύτερη TLC από εκείνα με κοντό ανάστημα. Πρόσθετοι παράγοντες που επηρεάζουν είναι το επίπεδο σωματικής δραστηριότητας, οι παραμορφώσεις του θωρακικού τοιχώματος και οι αναπνευστικές παθήσεις.

Οι όγκοι των πνευμόνων είναι  δυναμικοί και στατικοί. Οι δυναμικοί όγκοι εξαρτώνται σημαντικά  από τον ρυθμό ροής του αέρα και είναι απαραίτητοι για τη διάγνωση και παρακολούθηση των αποφρακτικών πνευμονοπαθειών, ενώ οι στατικοί όγκοι των πνευμόνων είναι εξίσου σπουδαίοι  για την αξιολόγηση των αποφράξεων των αεραγωγών, καθώς και για τις ανωμαλίες του αναπνευστικού συστήματος. Οι ευαίσθητοι δείκτες λειτουργίας των αναπνευστικών μυών είναι το MIP (μέγιστη πίεση εισπνοής) και το MEP (μέγιστη εκπνευστική πίεση). Η χωρητικότητα των πνευμόνων μπορεί να υπολογιστεί με πληθυσμογραφία, με μέθοδο αραίωσης αερίου ηλίου, με μέθοδο έκπλυσης αερίου αζώτου ή χρησιμοποιώντας υπολογιστική τομογραφία (CT). Το TLC υπολογίζεται μετρώντας τις πνευμονικές χωρητικότητες: εισπνευστική χωρητικότητα (IC), λειτουργική υπολειπόμενη χωρητικότητα (FRC) και ζωτική χωρητικότητα (VC).

Οι πνευμονικές χωρητικότητες μπορούν να χωριστούν στους ακόλουθους πνευμονικούς όγκους: στον αναπνεόμενο όγκο (TV), στον εισπνευστικό εφεδρικό όγκο (IRV), στον εκπνευστικό εφεδρικό όγκο (ERV) και στον υπολειπόμενο όγκο (RV). Τέλος, αξίζει να τονιστεί ότι η πληθυσμογραφία αποτελεί την πιο ακριβή εξέταση για τη μέτρηση του όγκου των πνευμόνων. Αντίθετα, για να χρησιμοποιηθεί η σπιρομέτρηση για τον υπολογισμό του TLC, είναι απαραίτητο να συνδυαστεί με πληθυσμογραφία, αραίωση αερίου, έκπλυση αερίου ή ακτινογραφική απεικόνιση για την εκτίμηση του RV.

ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ

• Respiratory Muscle Training Reduces Respiratory Complications and Improves Swallowing Function After Stroke: A Systematic Review and Meta- Analysis, pubmed. Διαθέσιμο εδώ
• Breathing- induced forces influence lung cell fate, pubmed. Διαθέσιμο εδώ
• Spontaneous breathing promotes lung injury in an experimental model of alveolar collapse, pubmed. Διαθέσιμο εδώ
• Diaphragm Plication: Evaluation and Technique, pubmed. Διαθέσιμο εδώ 
• Anatomy, Head and Neck Temporomandibular Joint, pubmed. Διαθέσιμο εδώ
• Vital Capacity, pubmed. Διαθέσιμο εδώ
• Physiology, Residual Volume, pubmed. Διαθέσιμο εδώ
• Physiology, Lung, pubmed. Διαθέσιμο εδώ
• What is clinical value of lung volumes? pubmed. Διαθέσιμο εδώ
• Lung volumes: measurement, clinical uses and coding, pubmed. Διαθέσιμο εδώ