Вентиляционно-перфузионные соотношения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Вентиляционно-перфузионные соотношения

перфузия легкие кровь гемоглобин

Вентиляция, перфузия и диффузия являются основными компонентами газообмена. Как в целом в легких, так и в отдельных их участках даже в норме не бывает абсолютно равного соотношения между вентиляцией и перфузией.

Например, в норме альвеолярная вентиляция (VA) составляет 4--4,5 л/ мин, а минутный объем кровообращения (Q) -- 5--6 л/мин. К тому же при дыхании в покое вентилируются не все зоны легких. Таким образом, в норме вентиляционно-перфузионное соотношение (VA/Q) составляет 0,8--0,85. Соотношение VA/Q очень неравномерно в различных зонах легких. В вышерасположенных зонах (вне зависимости от того, стоит человек или лежит) вследствие большей величины транс-пульмонарного давления и большего размера альвеол значительно преобладает вентиляция (VA/Q > 2). В нижних отделах вследствие гравитации преобладает перфузия (VA/Q < 0,7), а вентиляция относительно снижена. Вот почему при длительной ИВЛ в положении на спине именно заднебазальные отделы легких наиболее подвержены ателектазированию, особенно при отсутствии или слабых движениях диафрагмы. В норме разные величины VA/Q в различных отделах легких в целом компенсируют друг друга и среднее соотношение VA/Q= 0,8 остается достаточным для эффективного газообмена.

2. Нарушения перфузии газов в легких

В норме величина вентиляционно-перфузионного отношения (ВПО) равна 0,8-1,0. У здоровых людей этот показатель отражает адекватность минутного объёма альвеолярной вентиляции (V) минутному объёму кровотока (Q) в лёгких, то есть V/Q = 0,8-1,0.

В условиях патологии лёгочная вентиляция может не соответствовать лёгочной гемодинамике как на уровне целого лёгкого, так и на уровне долей, сегментов, долек или групп альвеол.

Это различие усиливается при изменении сил гравитации, анатомических и биохимических особенностей отдельных функциональных лёгочных единиц -- ацинусов (одна единица, состоящая примерно из 100 альвеолярных ходов и 2000 альвеол, включает объём лёгких, равный около 20 мкл), а также при изменении транспульмонального давления.

В гиповентилируемых участках лёгких кровоток обьгано уменьшается вследствие возникающей в них гипоксической и гиперкапнической вазоконстрикции. В участках со сниженным (по отношению к вентиляции) кровотоком гипокапническая бронхоконстрикция вызывает уменьшение вентиляции.

Уменьшение ВПО<0,8 обнаруживают при локальной альвеолярной гиповентиляции, вызванной такими причинами:

* расстройства обструктивного типа (закупорка дыхательных путей);

* нарушения эластичности лёгочной ткани;

* деформация грудной клетки;

* лёгочно-плевральные сращения;

* односторонний паралич диафрагмальной мышцы;

* парадоксальное или маятникообразное дыхание и т.д.

Увеличение ВПО>1,0 отмечают при усиленном выведении из организма СО₂, завершающемся развитием гипокапнии. Это происходит в таких ситуациях:

* сужение, закупорка тромбами, эмболами, облитерация и/или спазм сосудов системы лёгочной артерии;

* уменьшение кровотока через метаболические (обменные) капилляры;

* «увеличение кровотока через внутрилёгочные шунтовые (артериоло-венульные) сосуды.

Большое значение имеет гравитационная неравномерность вентиляции и перфузии на основаниях и верхушках лёгких:

* вентиляция на основании незначительно выше, чем на верхушке;

* кровоток на основании значительно превышает верхушечный;

* V/Q на верхушке значительно выше, чем на основании;

* содержание СО₂ в альвеолах верхушки выше, чем на основании;

* содержание СО₂ в альвеолах основания выше, чем на верхушке. Шунтирование может возникать и усиливаться при формировании альвеоловаскулярных и бронховаскулярных рефлексов.

Регионарные нарушения альвеолярной вентиляции и кровотока в обменных капиллярах можно выявить с помощью радиоизотопных методов исследования. перфузия легких.

3. Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Газообмен в легких

Атмосферный воздух, поступающий в легкие во время вдоха, называется вдыхаемым воздухом; воздух, выделяемый наружу через дыхательные пути во время выдоха, - выдыхаемым. Выдыхаемый воздух - это смесь воздуха, заполнявшего альвеолы, - альвеолярного воздуха - с воздухом, находящимся в воздухоносных путях (в полости носа, гортани, трахеи и бронхов). Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха в нормальных условиях у здорового человека довольно постоянен и определяется следующими цифрами (табл. 1).

Данные цифры могут несколько колебаться в зависимости от различных условий (состояние покоя или работы и др.). Но при всех условиях альвеолярный воздух отличается от вдыхаемого значительно меньшим содержанием кислорода и большим содержанием углекислого газа. Это происходит в результате того, что в легочных альвеолах из воздуха поступает в кровь кислород, а обратно выделяется углекислый газ.

Газообмен в легких обусловлен тем, что в легочных альвеолах и венозной крови, притекающей к легким, давление кислорода и углекислоты различно: давление кислорода в альвеолах выше, чем в крови, а давление углекислого газа, наоборот, в крови выше, чем в альвеолах. Поэтому в легких и осуществляется переход кислорода из воздуха в кровь, а углекислоты - из крови в воздух. Такой переход газов объясняется определенными физическими законами: если давление какого-нибудь газа, находящегося в жидкости и в окружающем ее воздухе, различно, то газ переходит из жидкости в воздух и наоборот, пока давление не уравновесится.

Таблица 1. Содержание газов (в процентах)

В смеси газов, какой является воздух, давление каждого газа определяется процентным содержанием данного газа и называется парциальным давлением (от латинского слова pars - часть). Например, атмосферный воздух оказывает давление, равное 760 мм ртутного столба. Содержание кислорода в воздухе равно 20,94%. Парциальное давление кислорода атмосферного воздуха будет составлять 20,94% от общего давления воздуха, т. е. 760 мм, и равно 159 мм ртутного столба. Установлено, что парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе составляет 100 - 110 мм, а в венозной крови и капиллярах легких - 40 мм. Парциальное давление углекислого газа равняется в альвеолах 40 мм, а в крови - 47 мм. Разницей в парциальном давлении между газами крови и воздуха и объясняется газообмен в легких. В этом процессе активную роль играют клетки стенок легочных альвеол и кровеносных капилляров легких, через которые происходит переход газов.

4. Состав альвеолярного воздуха. Газовый состав альвеолярного воздуха

Газовый состав альвеолярного воздуха обусловлен альвеолярной вентиляцией и скоростью диффузии О₂ и СО₂ через альвеолярную мембрану. В обычных условиях у человека количество О₂, поступающего в единицу времени в альвеолы из атмосферного воздуха, равно количеству О₂, диффундирующего из альвеол в кровь легочных капилляров. Равным образом количество СО₂, поступающего в альвеолы из венозной крови, равно количеству С О₂, которое выводится из альвеол в атмосферу. Поэтому в норме парциальное давление О₂ и С О₂ в альвеолярном воздухе остается практически постоянным, что поддерживает процесс газообмена между альвеолярным воздухом и кровью капилляров легких.

Таблица 1. Парциальное давление газов в воздушной среде легких

Газовый состав альвеолярного воздуха отличается от атмосферного воздуха тем, что в нем меньше процентное содержание кислорода и выше процент углекислого газа. Состав альвеолярного воздуха отличается от выдыхаемого воздуха большим содержанием углекислого газа и меньшим содержанием кислорода (табл. 1).

5. Транспорт газов кровью. Транспорт кислорода. Кислородная емкость гемоглобина

Кровообращение выполняет одну из важнейших функций переноса кислорода от легких к тканям, а углекислого газа -- от тканей к легким. Потребление кислорода клетками тканей может изменяться в значительных пределах, например при переходе от состояния покоя к физической нагрузке и наоборот. В связи с этим кровь должна обладать большими резервами, необходимыми для увеличения ее способности переносить кислород от легких к тканям, а углекислый газ в обратном направлении.

При 37 С растворимость О₂ в жидкости составляет 0,225 мл * л-1 * кПа-1 (0,03 мл/л/мм рт. ст.). В условиях нормального парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе, т. е. 13,3 кПа или 100 мм рт.ст., 1 л плазмы крови может переносить только 3 мл О₂, что недостаточно для жизнедеятельности организма в целом. В покое в организме человека за минуту потребляется примерно 250 мл кислорода. Чтобы тканям получить такое количество кислорода в физически растворенном состоянии, сердце должно перекачивать за минуту огромное количество крови. В эволюции живых существ проблема транспорта кислорода была более эффективно решена за счет обратимой химической реакции с гемоглобином эритроцитов. Кислород переносится кровью от легких к тканям организма молекулами гемоглобина, которые содержатся в эритроцитах.

Гемоглобин способен захватывать кислород из альвеолярного воздуха (соединение называется оксигемоглобином) и освобождать необходимое количество кислорода в тканях. Особенностью химической реакции кислорода с гемоглобином является то, что количество связанного кислорода ограничено количеством молекул гемоглобина в эритроцитах крови. Молекула гемоглобина имеет 4 места связывания с кислородом, которые взаимодействуют таким образом, что зависимость между парциальным давлением кислорода и количеством переносимого кислорода с кровью имеет S-образную форму, которая носит название кривой насыщения или диссоциации оксигемоглобина. При парциальном давлении кислорода 10 мм рт. ст. насыщение гемоглобина кислородом составляет примерно 10 %, а при РО₂ 30 мм рт. ст. -- 50--60%. При дальнейшем увеличении парциального давления кислорода от 40 мм рт. ст. до 60 мм рт. ст. происходит уменьшение крутизны кривой диссоциации оксигемоглобина и процент его насыщения кислородом возрастает в диапазоне от 70--75 до 90 % соответственно. Затем кривая диссоциации оксигемоглобина начинает занимать практически горизонтальное положение, поскольку увеличение парциального давления кислорода с 60 до 80 мм. рт. ст. вызывает прирост насыщения гемоглобина кислородом на 6 %. В диапазоне от 80 до 100 мм рт. ст. процент образования оксигемоглобина составляет порядка 2. В результате кривая диссоциации оксигемоглобина переходит в горизонтальную линию и процент насыщения гемоглобина кислородом достигает предела, т. е. 100. Насыщение гемоглобина кислородом под влиянием РО₂ характеризует своеобразный молекулярный «аппетит» этого соединения к кислороду.

Значительная крутизна кривой насыщения гемоглобина кислородом в диапазоне парциального давления от 20 до 40 мм рт. ст. способствует тому, что в ткани организма значительное количество кислорода может диффундировать из крови в условиях фадиента его парциального давления между кровью и клетками тканей (не менее 20 мм рт. ст.). Незначительный процент насыщения гемоглобина кислородом в диапазоне его парциального давления от 80 до 100 мм рт. ст. способствует тому, что человек без риска снижения насыщения артериальной крови кислородом может перемещаться в диапазоне высот над уровнем моря до 2000 м.

Общие запасы кислорода в организме обусловлены его количеством, находящимся в связанном состоянии с ионами Fe₂+ в составе органических молекул гемоглобина эритроцитов и миоглобина мышечных клеток.

Один грамм гемоглобина связывает 1,34 мл О₂. Поэтому в норме при концентрации гемоглобина 150 г/л каждые 100 мл крови могут переносить 20,0 мл О₂.

Количество 02, которое может связаться с гемоглобином эритроцитов крови при насыщении 100 % его количества, называется кислородной емкостью гемоглобина. Другим показателем дыхательной функции крови является содержание О₂ в крови (кислородная емкость крови), которое отражает его истинное количество, как связанного с гемоглобином, так и физически растворенного в плазме. Поскольку в норме артериальная кровь насыщена кислородом на 97 %, то в 100 мл артериальной крови содержится примерно 19,4 мл О₂.

Размещено на Allbest.ru