Dechová frekvence 2: anatomie a fyziologie dýchání

Úvod

Pro pochopení procesu dýchání je důležité znát anatomii hrudníku a fyziologii dýchacího systému. Dýchání má dvě základní složky:

• Ventilace: proces fyzického pohybu vzduchu do plic a z plic;
• Výměna plynů: proces, při kterém se do těla dostává kyslík (O2) a ven oxid uhličitý (CO2).

Anatomie a fyziologie

Plíce jsou umístěny v hrudním koši uzavřeném dvěma pohrudničními blánami (obr. 1). Na bázi hrudníku, která jej odděluje od dutiny břišní, leží bránice. Ta je hlavním vdechovým svalem a je inervována frenickým nervem.

Plíce se skládají z velkých a malých dýchacích cest – průdušnice je největší a první z 23 generací dýchacích cest. Dýchací cesty v každé generaci vycházejí z předchozí generace systémem nepravidelných dichotomických větví (Davies a Moore, 2010). Menší dýchací cesty (respirační bronchioly) obsahují ve svých stěnách alveoly. Alveoly jsou místem výměny plynů a jejich přítomnost se zvyšuje s tím, jak se dýchací cesty zmenšují. Díky tomu se celkový povrch plic exponenciálně zvětšuje, což umožňuje maximální možnost výměny plynů.

Centrální a periferní chemoreceptory citlivé na hypoxii (nízká hladina O2) a hyperkapnii (zvýšená hladina CO2) řídí snahu o dýchání (Davies a Moore, 2010).

Ventilace

Vzduch se přirozeně pohybuje z oblasti vysokého tlaku do oblasti nízkého tlaku. Při normálním dýchání dochází k nádechu stahováním a zplošťováním bránice a kontrakcí vnějších mezižeberních svalů, což způsobuje zvedání a pohyb hrudního koše směrem ven. Tím se zvětšuje hrudní dutina. Tyto změny způsobují, že se parietální pleurální vrstva plic pohybuje spolu s hrudním košem a bránicí, což vytváří podtlak. Viscerální pleurální vrstva připojená k povrchu plic ji následuje a plíce se rozpínají, čímž nasávají vzduch.

Výdech v klidu je do značné míry pasivní proces; inspirační svaly se uvolňují a dochází k elastickému zpětnému pohybu plic, čímž vzniká stav tlakové rovnováhy, než cyklus začne znovu (Bourke a Burns, 2015). Tento pohyb hrudní stěny je pozorován při měření dechové frekvence (RR). Ke změnám RR dochází v reakci na cvičení, emoce a během spánku; tyto změny RR spojené s cvičením a úzkostí mohou být větší než 25 tepů za minutu, ale v klidovém, klidném stavu se obvykle vrátí k normálu.

Plynová výměna

Proces ventilace přivádí vzduch do alveolů, kde dochází k výměně plynů jednoduchým procesem difuze. Plyn se bude pohybovat z oblasti s vysokou koncentrací do oblasti s nízkou koncentrací. Parciální tlak O2 v atmosféře je vyšší než v těle a krevní řečiště obsahuje vyšší parciální tlak CO2 než atmosféra. Aby mohla probíhat účinná výměna plynů, musí se vzduch vdechnutý do plic dostat k alveolární membráně, kde jsou stěny kapilár tenké a je zde celkově velký povrch.

Co je to základní RR?

Při ventilaci a výměně plynů je normální rozmezí saturace krve kyslíkem (SpO2) 94-98 % (O’Driscoll et al, 2017) a to lze v klidu udržet při RR 12-20 dechů za minutu.

Obrázek 2 ukazuje disociační křivku oxyhemoglobinu. Ta znázorňuje, jak mohou fyziologické faktory vést ke změně RR v důsledku změny SpO2. Například pokud dojde k poklesu dostupného atmosférického O2 (PO2) ve výšce, SpO2 klesne, což vyvolá zvýšení RR. Při onemocnění, kdy dojde ke změně teploty nebo hladiny pH krve, což posune křivku disociace oxyhemoglobinu doprava nebo doleva, bude RR ovlivněna, protože se tělo snaží obnovit homoeostázu.

Vliv špatného zdravotního stavu na základní hodnotu RR

Je důležité si položit otázku, zda je RR jako součást Národního systému včasného varování (NEWS) (Royal College of Physicians, 2017) užitečnější u pacientů, kteří nemají žádné známé respirační onemocnění, kde je skóre 0 (12-20 dechů za minutu) skutečnou základní hodnotou.

U plicních stavů, kde je v klidu narušena výměna plynů a/nebo ventilace, hypoxické a hyperkapnické pohony zvýší RR, aby se udržel SpO2. Špatná výměna plynů, jak se projevuje u stavů, jako je plicní fibróza nebo emfyzém (způsobené ztluštěním alveolární stěny, respektive destrukcí plicní tkáně), vede k vyšší klidové RR. Je proto důležité vzít v úvahu „normální“ výchozí hodnotu pacienta.

Běžná obstrukční plicní onemocnění, jako je chronická obstrukční plicní nemoc nebo astma, jsou charakterizována zvýšeným odporem proti proudění vzduchu, protože malé dýchací cesty jsou zúžené, což snižuje přísun kyslíku do aveoli. Během akutní exacerbace se tento odpor zvyšuje, což vede ke zvýšení RR. Podávání bronchodilatancií uvolňuje hladkou svalovinu ve stěně dýchacích cest, čímž se snižuje odpor a RR se vrací na normální úroveň.

Neuromuskulární stavy postihující plíce často vedou k hypoventilaci, protože mechanismy potřebné pro normální ventilaci nefungují správně. V takovém případě může nízká RR (bradypnoe) vést k respiračnímu selhání.

Během operace a pooperační rekonvalescence je třeba RR pečlivě monitorovat, protože anestetika, která obvykle obsahují opioidy, mohou tlumit dýchání a snižovat RR (Koo a Eikermann, 2011). Působí na centrální chemoreceptory a potlačují snahu o dýchání.

Je důležité si uvědomit, že pulzní oxymetrie měří saturaci kyslíkem, zatímco RR měří ventilaci. V časných fázích zhoršení stavu se může zdát, že SpO2 pacientů je v normě, ale RR se zvýší v reakci na nedostatečnou výměnu plynů. Změny RR jsou často prvním příznakem zhoršení stavu (viz část 1).

Budoucnost

RR je časným ukazatelem zhoršení stavu pacienta a včasná identifikace změn zajišťuje, že pacienti dostanou smysluplné klinické intervence. Aby byl RR užitečný jako časný varovný signál u pacientů se známým respiračním onemocněním, musíme vědět, co je pro daného pacienta normální.

Jak bude uvedeno dále v seriálu, existují technologie, které mohou objektivně měřit klidový RR pacienta, a je třeba zvážit, zda by se měly v praxi používat rutinně, stejně jako měření SpO2 nebo krevního tlaku.