Respiratory system Suwana Hungspreug Puntarica Suwanprathes Version 2006 Respiratory system Suwana Hungspreug Puntarica Suwanprathes Sorachai Srisuma

Case # 1 1. ผลการตรวจ Spirometry Predicted Values Measured Values % Predicted FVC (liters) 6.00 4.00 67 FEV1 (liters) 5.00 2.00 40 FEV1/FVC (%) 83 50 แปลผลได้ว่า ผู้ป่วยรายนี้น่าจะมีความผิดปกติแบบใด?

Case # 2 2. ผลการตรวจ Spirometry Predicted Values Measured Values % Predicted FVC (liters) 5.68 4.43 73 FEV1 (liters) 4.90 3.52 72 FEV1/FVC (%) 84 79 แปลผลได้ว่า ผู้ป่วยรายนี้น่าจะมีความผิดปกติแบบใด?

Lung disease   Obstructive lung disease Restrictive lung disease … is any disease or disorder characterized by impaired Lung function There are 3 major physiologic categories of lung diseases: Obstructive lung disease Restrictive lung disease  

Step 1. Look at the FVC, to see if it is within normal limits. Step 2. Look at the FEV1, determine if it is within normal limits. Step 3. If both FVC and FEV1 are normal, then you do not have to go any further …the patient has a normal PFT test Step 4. If FVC and / or FEV1 are low, …then the presence of disease is highly likely Step 5. If Step 4 indicates that there is disease !!!? then you need to go to the %predicted for FEV1 / FVC  If the %predicted for FEV1 / FVC is 90% or higher, then the patient has a restricted lung disease  If the %predicted for FEV1 / FVC is 69% or lower, then the patient has an obstructed lung disease

Interpreting Spirometry Results …determine the “severity of disease” Normal PFT Outcomes: > 85 % of predicted values Mild Disease: > 65 % but < 85 % of predicted values Moderate Disease: > 50 % but < 65 % of predicted values Severe Disease: < 50 % of predicted values

Case # 3 3. ผลการตรวจทางห้องปฎิบัติการผู้ป่วยรายที่ 3 PaO2 95 mmHg SaO2 90% Hb 12 gm% กำหนด: Hb 1 กรัม จับ O2 ได้เต็มที่ 1.34 mL solubility coefficient ของ O2 เท่ากับ 0.003 mL/dL blood จงหา: (1) O2 content ในเลือดแดง (%) (2) O2 delivery (กำหนด: cardiac output = 5 L/min (3) O2 consumption (กำหนด: O2 content ในเลือดดำมี 10% )

4. ทำการวัดความต้านทานทางเดินหายใจที่ตำแหน่งต่อไปนี้ ก. Pharynx/Larynx ข. Airway, เส้นผ่านศูนย์กลาง > 2 mm ค. Airway, เส้นผ่านศูนย์กลาง < 2 mm 4.1 ความต้านทานส่วนใดมีค่าต่ำที่สุดในภาวะปกติ

ค 4. ทำการวัดความต้านทานทางเดินหายใจที่ตำแหน่งต่อไปนี้ ก. Pharynx/Larynx ข. Airway, เส้นผ่านศูนย์กลาง > 2 mm ค. Airway, เส้นผ่านศูนย์กลาง < 2 mm 4.1 ความต้านทานส่วนใดมีค่าต่ำที่สุดในภาวะปกติ ค

4. ทำการวัดความต้านทานทางเดินหายใจที่ตำแหน่งต่อไปนี้ ก. Pharynx/Larynx ข. Airway, เส้นผ่านศูนย์กลาง > 2 mm ค. Airway, เส้นผ่านศูนย์กลาง < 2 mm 4.2 ภาวะถุงลมโป่งพอง (emphysema) มีค่าความต้านทานส่วนใดเพิ่มสูงที่สุด

Cross-section of well-distended bronchioles Cross-section of well-distended bronchioles. The wall of the terminal bronchiole (TB) is constructed of ciliated, cuboidal epithelium, thin discontinuous bands of smooth muscle, and submucosal connective tissue. In the respiratory bronchiole (RB) there is abrupt transition (arrows) from cuboidal epithelium to alveolar epithelium. (Human lung surgical specimen, 10-mum-thick paraffin section, light microscopy.

The terminal respiratory unit (the physiologist's alveolus) consists of the alveoli (A) and alveolar ducts (AD) arising from a respiratory bronchiole (RB). Each unit is roughly spherical, as suggested by the dashed outline. Pulmonary venous vessels (PV) are peripherally located. TB identifies a terminal bronchiole. PA identifies a pulmonary artery. (Normal sheep lung, somewhat underinflated, 1-mum-thick glycol methacrylate section, light microscopy. A, Centriacinar emphysema shows distention of respiratory bronchioles (RB), while alveolar ducts (AD) and alveoli (A) remain normal in size. TB, terminal bronchiole. B, Panacinar emphysema shows destruction of both proximal and distal portions of the lung acinus, resulting in enlarged air spaces that cannot be easily identified as respiratory bronchioles, alveolar ducts, or alveolar sacs. TB, terminal bronchiole. C, Distal acinar emphysema shows enlarged subpleural acini and associated fine fibrosis (open arrows). Closed arrow, visceral pleura. (All are stained with hematoxylin and eosin; A and B, original magnification ×30; C, original magnification ×19.) part of the thoracic cavity in combination with an acquired or congenital abnormality of the lung parenchyma further alters the distal acinus.[70] Irregular emphysema is associated with scarring from other diseases and therefore is frequently found in the lung at autopsy.

Elastic Recoil Pressure PTM = Palv – Ppl = elastic recoil pressure (Pel) Pel จะลดลงในภาวะถุงลมโป่งพอง  Palv ก็จะต่ำลง เพราะ Palv = Pel + Ppl Ppl เป็นความดันด้านนอกของ bronchiole ขณะ Forced Expiration ค่า Ppl เป็นบวก ภาวะ dynamic compression of airway เกิดขึ้นเมื่อความดันในทางเดินอากาศ มีค่าเท่ากับความดันด้านนอกของทางเดินอากาศ

Dynamic Compression of Airway and Equal Pressure Point

Volume-Time and Flow-Volume Relationship Flow (liter/sec) TLC FVC RV seconds TLC RV FVC In the graph of volume versus time, the slope of the curve at any point is equal to the flow at that point (flow = volume/  time) The expiratory flow is greatest at the beginning of the expiratory maneuver and then gradually declines until residual volume is reached

Flow-Volume Curve in Obstructive Disease PEF The scooped-out appearance Reduced Peak expiratory flow (PEF), Vmax50% and Vmax75%

ค 4. ทำการวัดความต้านทานทางเดินหายใจที่ตำแหน่งต่อไปนี้ ก. Pharynx/Larynx ข. Airway, เส้นผ่านศูนย์กลาง > 2 mm ค. Airway, เส้นผ่านศูนย์กลาง < 2 mm 4.2 ภาวะถุงลมโป่งพอง (emphysema) มีค่าความต้านทานส่วนใดเพิ่มสูงที่สุด ค สาเหตุ – elastic recoil force ที่ลดลง – radial traction หรือ tethering force ต่อ airway ลดลง

ก 4. ทำการวัดความต้านทานทางเดินหายใจที่ตำแหน่งต่อไปนี้ ก. Pharynx/Larynx ข. Airway, เส้นผ่านศูนย์กลาง > 2 mm ค. Airway, เส้นผ่านศูนย์กลาง < 2 mm 4.3 ขณะกรน มีค่าความต้านทานส่วนใดเพิ่มสูงที่สุด ก

Normal pharyngeal airway with the major variables contributing to airway patency/collapse shown

5. ผู้ป่วยถูกมีดแทงที่ทรวงอกข้างขวา มีเลือดจากแผล พอสมควร แพทย์ตรวจพบมีชีพจรสูงปานกลาง หายใจหอบเร็วและตื้น ไม่มีไข้ ฟังเสียงหายใจด้วยหูฟัง พบเสียงหายใจลดลงในทรวงอกข้างขวาเมื่อเทียบกับ ข้างซ้าย

5.1 จงแสดงวิธีคำนวณหาค่า transmural pressure ของปอดและทรวงอกข้างขวา Transpulmonary pressure = intra-alveolar pressure – intrapleural pressure = Patm – Patm = 0

5.1 จงแสดงวิธีคำนวณหาค่า transmural pressure ของปอดและทรวงอกข้างขวา Transthoracic pressure = intrapleural pressure – barometric pressure = Patm – Patm = 0

5.2 ตรวจพบว่าผู้ป่วยมีหายใจหอบเร็วและตื้น เกิดจากกลไกใด Lung collapse  affect stretch receptors in the lung

Pulmonary Stretch Reflex:- Hering-Breuer Reflex Deflation Reflex Sustained lung deflation or  tidal volume  Transmural pressure in airway wall Excitation of inspiration Hyperpnea NTS vagus nerve phrenic motoneuron VRG  - DRG airway smooth muscle tension from SARs, RARs diaphragm

5.3 ตรวจพบว่าผู้ป่วยมีหายใจหอบเร็วและตื้น เกิดจากกลไกใด Lung collapse  affect stretch receptors in the lung เพิ่มการหายใจมากขึ้น หายใจตื้น   tidal volume ไม่ต้านกับ compliance ของปอดที่ลดลง หายใจเร็ว   respiratory rate เพื่อปรับให้ได้ ventilation ที่เพียงพอ

5.3 ตรวจพบว่าผู้ป่วยมีชีพจรเต้นเร็วขึ้น เกิดจากกลไกใด Right Pneumothorax Shift of mediastinum to the left Displacement of Superior/Inferior vena cava  venous return   cardiac output   blood pressure stimulate baroreceptor reflex  heart rate Right Pneumothorax Increase in Intrapleural Pressure (from negative to zero) Compression of Superior/Inferior vena cava  venous return   cardiac output   blood pressure stimulate baroreceptor reflex  heart rate

4 Case # 6. นักกีฬาชายไทยอายุ 18 ปี ภูมิลำเนาที่กรุงเทพฯ เข้ารับ การฝึกที่ยอดดอยอินทนนท์ ที่ระดับความสูง 2,556 เมตรเหนือ ระดับน้ำทะเล ระดับความดันบรรยากาศ 420 มิลลิเมตรปรอท เทียบกับ 760 มิลลิเมตรปรอทที่ระดับ น้ำทะเลในกรุงเทพฯ

4.1 จงแสดงวิธีคำนวณเปรียบเทียบค่า FIO2 และ PIO2 ในกรุงเทพฯ และที่ยอดดอยอินทนนท์ FIO2 = 0.21 คงที่ที่ระดับน้ำทะเลในกรุงเทพฯและที่ยอดดอยอินทนนท์ PIO2 ที่กรุงเทพฯ = FIO2 x (PB – PH2O) PB ที่กรุงเทพฯ = 760 mmHg PIO2 ที่กรุงเทพฯ = 0.21 x (760 – 47) = 0.21 x 713 = 149.7 mmHg

FIO2 = 0.21 คงที่ที่ระดับน้ำทะเลในกรุงเทพฯและที่ยอดดอยอินทนนท์ PIO2 ที่ดอยอินทนนท์ = FIO2 x (PB – PH2O) PB ที่ดอยอินทนนท์ = 420 mmHg PIO2 ที่ดอยอินทนนท์ = 0.21 x (420 – 47) = 0.21 x 373 = 78.33 mmHg

6.2 ค่า PaCO2 และ PaO2 จะเปลี่ยนแปลงหรือไม่ เมื่อเทียบกับตอนอยู่ที่กรุงเทพฯ

 VA PaO2 from  PIO2  Hypoxemia Stimulate peripheral chemoreceptors Hyperventilation  CO2 washout  PaCO2 Respiratory alkalosis  Pco2 = K Vco2   VA

6.3 จงบอกชื่อฮอร์โมนหนึ่งชนิดที่มีการเปลี่ยนแปลงหลังจาก PaO2 ที่เปลี่ยนไปในนักกีฬาผู้นี้ และบอกถึงประโยชน์ของการปรับเปลี่ยนนั้น Pao2  Stimulates oxygen sensors  Renal interstitial cells synthesize and secrete erythropoietin   RBC mass   Hemoglobin,  hematocrit (polycythemia)  hematocrit  sign of chronic hypoxia

7. ในแต่ละภาวะต่อไปนี้ ท่านคิดว่าความต้านทานของ ทางเดินอากาศเปลี่ยนแปลงอย่างไรเปรียบเทียบกับ ภาวะปกติ (รูปซ้าย) เกิดจากกลไกใด Normal A B C

Normal

Determinants of the Cross-Sectional Area of the Airway Airway Structure Bronchial Smooth Muscle Tone Lung Volume Elastic Recoil of the Lung Normal

Increased airway secretion Increased mucus secretion 8ℓ r4 A Increased airway secretion Increased mucus secretion

Increased airway wall thickness 8ℓ r4 Increased airway wall thickness Airway smooth muscle thickness in bronchial asthma Airway wall fibrosis in chronic airway inflammation Peribronchial edema from chronic airway inflammation/injury  Dampening the effect of radial traction force B

C พบได้ในภาวะถุงลมปอดถูกทำลายหรือ pulmonary emphysema ทำให้  airway resistance จากสาเหตุ – elastic recoil force/pressure ที่ลดลง  Palv ซึ่งเป็นความดันต้นทางของ อากาศที่ไหลออกมีค่าลดลง  เกิด dynamic compression of airway ในส่วน peripheral airway – radial traction หรือ tethering force ต่อ airway ลดลง C