Ограничен ли перенос кислорода перфузией или диффузией?
Альвеолярная диффузия
Какие факторы влияют на скорость диффузии через биологическую мембрану?
Диффузия молекул через биологическую мембрану определяется пятью факторами:
- Закон Фика. Скорость диффузии вещества через мембрану прямо пропорциональна градиенту концентрации (или парциальному градиенту давления для газов).
- Закон Грэма. Скорость диффузии вещества через мембрану обратно пропорциональна квадратному корню из его молекулярной массы (MW).
- Площадь поверхности. Скорость диффузии прямо пропорциональна площади поверхности мембраны.
- Толщина мембраны. Скорость диффузии обратно пропорциональна толщине
мембраны.
- Растворимость. Скорость диффузии вещества прямо пропорциональна его растворимости.
Из пяти факторов:
- К диффузионному барьеру относятся два фактора: площадь поверхности и толщина.
- Два фактора присущи свойствам диффундирующего вещества: растворимость и MW.
Таким образом, для данной клинической ситуации единственным фактором, который может быть изменён, является градиент концентрации; например, путём увеличения доли FiO2 в случае O2.
Как устроена альвеола л ё гкого для эффективной диффузии газа?
Два аспекта анатомии лёгких отвечают за эффективный газообмен:
- Большая площадь поверхности для диффузии. Лёгкие содержат около 300 миллионов альвеол, которые обеспечивают массивную площадь поверхности 70 м2 для газообмена.
|
|
|
- Тонкий альвеолярно-капиллярный барьер, всего 200 нм в некоторых местах.
Для прохождения эритроцита через лёгочный капилляр в состоянии покоя требуется в среднем 0,75 с, поэтому время, доступное для диффузии, ограничено. Однако газодиффузия в лёгких настолько эффективна, что диффузия О2 обычно завершается в течение 0,25 с: в покое обычно существует трёхкратный коэффициент безопасности для диффузии. Высокая степень безопасности диффузии О2 означает, что гипоксемия редко возникает из-за дефекта диффузии по сравнению с другими факторами, такими как несоответствие V/Q.
Как соотносится диффузия кислорода и углекислого газа в л ё гких?
Как обсуждалось выше, на скорость диффузии влияют два фактора, характерных для диффундирующего вещества: MW и растворимость. Несмотря на то, что О2 и СО2 имеют сходные MWs (32 Да и 44 Да соответственно), скорость диффузии СО2 в 20 раз выше, чем у О2, благодаря значительно более высокому коэффициенту растворимости СО2. Поэтому в клинических ситуациях, когда имеется дефект диффузии (например, при лёгочном фиброзе), диффузия O2, скорее всего, будет ограничена, чем диффузия CO2, что приведёт к дыхательной недостаточности 1-го типа. Таким образом, клинически значимая гиперкапноэ никогда не вызывается нарушением диффузии.
|
|
|
Как диффузия кислорода соотносится с диффузией других газов?
Сравнение диффузии О2 с другими газами затруднено. Когда O2 диффундирует в кровь, большая часть связывается с Hb, но часть растворяется в плазме (см. главу 8). Именно растворённый в плазме O2 определяет ее парциальное давление PO2. В состоянии покоя RBC проходит через лёгочный капилляр за 0,75 с. Когда RBC проходит через лёгочный капилляр, диффузия О2 в плазму увеличивает его PO2, что, в свою очередь, уменьшает градиент давления через альвеолярно-капиллярный барьер. Равновесие между альвеолярным и плазменным PO2 достигается через 0,25 с, после чего чистая диффузия прекращается (рис. 10.1).
Инспирированные газы, имеющие отношение к анестезии, - это N2O, летучие анестетики и окись углерода. Это все маленькие молекулы с низким MW. Окись углерода и N2O значительно более растворимы в воде, чем O2.
Монооксид углерода связывается с Hb с сродством в 250 раз большим, чем с О2. Поскольку монооксид углерода так сильно связывается с Hb, практически никакой монооксид углерода не растворяется в плазме - следовательно, парциальное давление монооксида углерода в плазме (PCO) очень низкое. Даже когда RBC проходит по всей длине лёгочного капилляра, все ещё существует существенная разница парциального давления через альвеолярно-капиллярный барьер: равновесие между альвеолярным и плазменным PCO никогда не достигается. Таким образом, перенос монооксида углерода называется "диффузионно ограниченным", поскольку перенос монооксида углерода ограничен скоростью диффузии, а не количеством доступной крови (рис. 10.1). По этой причине для проверки диффузионной способности используется монооксид углерода (см. дальше).
|
|
|
Перенос N2O и летучих анестетиков через альвеолярно-капиллярный барьер отличается. В отличие от O2 и монооксида углерода, N2O и летучие анестетики не связываются с Hb. Поскольку эти газы относительно нерастворимы и могут переноситься в плазме только в растворённом виде, равновесие между альвеолой и плазмой быстро достигается задолго до того, как RBC проходит через лёгочный капилляр (рис. 10.1). N2O достигает равновесия наиболее быстро, в течение 0,075 с. Поэтому говорят, что N2O ограничен перфузией, потому что больше N2O диффундировало бы из альвеолы, если бы была доступна дополнительная кровь. Летучие анестетики ведут себя аналогичным образом, но равновесие достигается несколько позже, чем для N2O.
|
|
|
Ограничен ли перенос кислорода перфузией или диффузией?
В нормальных условиях (как показано на рис. 10.1) перенос О2 через альвеолярно-капиллярный барьер ограничен перфузией. Как и N2O, равновесие между альвеолярным и капиллярным PO2 достигается до того, как RBC пересекает лёгочный капилляр.
Однако существует ряд обстоятельств, при которых перенос О2 может стать диффузионно ограниченным:
- Утолщение альвеолярно-капиллярного барьера (например, лёгочный фиброз), что снижает скорость диффузии. Равновесие между альвеолярным и капиллярным PO2 не достигается к тому времени, когда RBC достигает конца лёгочного капилляра, что приводит к гипоксемии (рис. 10.2).
- Физическая нагрузка. Сердечный выброс увеличивается во время физической нагрузки, что сокращает продолжительность
прохождения RBC через лёгочный капилляр. Экстремальные упражнения могут сократить время прохождения RBC всего до 0,25 с. У пациентов с нормальным альвеолярно-капиллярным барьером альвеолярный и плазменный PO2 только-только достигают равновесия в течение доступного времени прохождения лёгочных капилляров (рис. 10.2). У пациентов с поражением альвеолярно–капиллярного барьера любое вызванное физической нагрузкой снижение времени прохождения RBC приводит к гипоксемии.
- Высота. На большой высоте более низкое барометрическое давление PB вызывает уменьшение альвеолярного PO2 (см. главы 18 и 87). Это приводит к тому, что перенос О2 становится диффузионно ограниченным при более низком пороге (рис. 10.3). У пациента с лёгким заболеванием лёгких на рис. 10.2, где альвеолярный и плазменный PO2 только достигают равновесия в состоянии покоя на уровне моря, будет развиваться нарушение диффузии O2 на высоте. Даже при нормальных лёгких интенсивные физические нагрузки могут привести к ограничению диффузии и гипоксемии.
Что подразумевается под "диффузионной способностью л ё гких"?
Диффузионная способность легких для монооксида углерода (сокращенно DLCO, или альтернативно называемый "коэффициент переноса" или "TLCO") является измерением способности лёгких переносить газы. Это одно из измерений, сделанных во время тестирования функции легких.
Как уже говорилось выше, монооксид углерода является газом с ограниченной диффузией. Тест включает в себя один вдох жизненной емкости 0,3% окиси углерода, который выдерживается в течение 10 с, а затем выдыхается. Измеряют вдыхаемый и выдыхаемый PCO - разница представляет собой количество монооксида углерода, который диффундировал через альвеолярно-капиллярный барьер и связался с Hb. Диффузионная способность обычно корректируется с учётом концентрации Hb пациента, но также зависит от высоты, возраста и пола.
Диффузионная способность используется для диагностики заболевания альвеолярно–капиллярного барьера. Диффузионная способность снижается в результате:
- Утолщение альвеолярно-капиллярного барьера. Например, лёгочный фиброз и другие интерстициальные заболевания лёгких (хронические) или отёк лёгких (острые).
- Уменьшенная площадь поверхности для газообмена. Например, эмфизема лёгких, тромбоэмболия лёгочной артерии и после пневмонэктомии или лобэктомии.
У пациентов, ранее перенесших пневмонэктомию или лобэктомию, проводится коррекция (называемая коэффициентом переноса KCO) для учёта потери альвеолярного объёма, чтобы можно было оценить диффузионную способность оставшихся альвеол.
Повышенная диффузионная способность встречается реже, но может быть обнаружена при:
- Физические упражнения, следующие за вербовкой и растяжением лёгочных капилляров;
- Л ё гочное кровотечение;
- Астма, но DLCO также может быть нормальным;
- Ожирение.
Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 53; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!