Κυψελιδική ανταλλαγή αερίων

Η κυψελιδική ανταλλαγή αερίων είναι η μεταφορά οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα μεταξύ του αέρα των κυψελίδων και του αίματος στα γειτονικά πνευμονικά τριχοειδή. Η κυψελίδα αποτελεί τη λειτουργική μονάδα όπου ο εισπνεόμενος αέρας συναντά το φλεβικό αίμα, και οι μερικές πιέσεις των αερίων εντός αυτής καθορίζουν τις κλίσεις που οδηγούν την ανταλλαγή.

Definition

Η κυψελιδική ανταλλαγή αερίων είναι η διαχυτική μεταφορά οξυγόνου από το κυψελιδικό αέριο προς το αίμα των πνευμονικών τριχοειδών και διοξειδίου του άνθρακα από το αίμα προς το κυψελιδικό αέριο, διεργασία που διέπεται από τις κυψελιδικές μερικές πιέσεις αυτών των αερίων.

Scope

Το θέμα αυτό καλύπτει τον τρόπο καθορισμού της σύστασης του κυψελιδικού αέρα, την εξίσωση κυψελιδικού αερίου ως σύνδεσμο μεταξύ εισπνεόμενου οξυγόνου, αποβολής διοξειδίου του άνθρακα και κυψελιδικής τάσης οξυγόνου, καθώς και τις έννοιες της κυψελιδικής αερισμού, του νεκρού χώρου και του αδρανούς κλάσματος (shunt) που καθορίζουν πόσο πλήρως το αίμα των τριχοειδών εξισορροπείται με το κυψελιδικό αέριο. Πρόκειται για φυσιολογικό υλικό αναφοράς, όχι για κλινική κατευθυντήρια οδηγία.

Core questions

• Τι καθορίζει τη μερική πίεση οξυγόνου στο κυψελιδικό αέριο;
• Πώς ο κυψελιδικός αερισμός καθορίζει την αρτηριακή τάση διοξειδίου του άνθρακα;
• Γιατί ένα μέρος του εισπνεόμενου αέρα «σπαταλιέται» ως νεκρός χώρος και πώς αυτό επηρεάζει την ανταλλαγή;
• Πώς το αδρανές κλάσμα (shunt) και η φλεβική πρόσμιξη μειώνουν την περιεκτικότητα σε οξυγόνο του αίματος που εξέρχεται από τον πνεύμονα;

Key concepts

• Κυψελιδικές μερικές πιέσεις (PaO₂, PaCO₂ κυψελιδικού αερίου)
• Εξίσωση κυψελιδικού αερίου
• Κυψελιδικός αερισμός
• Ανατομικός και φυσιολογικός νεκρός χώρος
• Αδρανές κλάσμα (shunt) και φλεβική πρόσμιξη
• Αναπνευστικός συντελεστής ανταλλαγής

Key theories

Εξίσωση κυψελιδικού αερίου

Η κυψελιδική μερική πίεση οξυγόνου προκύπτει από την εισπνεόμενη τάση οξυγόνου μείον την αποβολή διοξειδίου του άνθρακα σταθμισμένη ως προς τον αναπνευστικό συντελεστή ανταλλαγής· η σχέση αυτή, που τυποποιήθηκε στην ανάλυση ιδεατού κυψελιδικού αέρα, επιτρέπει την εκτίμηση της κυψελιδικής τάσης οξυγόνου από μετρήσιμες ποσότητες.

Mechanisms

Με κάθε αναπνοή, ο εισπνεόμενος αέρας θερμαίνεται, υγραίνεται και αραιώνεται από τον ήδη παρόντα κυψελιδικό αέρα, με αποτέλεσμα η κυψελιδική τάση οξυγόνου να είναι χαμηλότερη από την εισπνεόμενη και η κυψελιδική τάση διοξειδίου του άνθρακα να αντικατοπτρίζει την ισορροπία μεταξύ μεταβολικής παραγωγής CO₂ και κυψελιδικού αερισμού. Το οξυγόνο και το διοξείδιο του άνθρακα διαχέονται στη συνέχεια διαμέσου του λεπτού κυψελιδο-τριχοειδικού φραγμού σύμφωνα με τις κλίσεις μερικής πίεσης, έως ότου το αίμα των τριχοειδών προσεγγίσει ισορροπία με το κυψελιδικό αέριο. Οι περιοχές που αερίζονται χωρίς αιμάτωση συμβάλλουν στον νεκρό χώρο, ενώ οι περιοχές που αιματώνονται χωρίς αερισμό συμβάλλουν στο αδρανές κλάσμα (shunt). Η εξίσωση κυψελιδικού αερίου εκφράζει την εξάρτηση της κυψελιδικής τάσης οξυγόνου από το εισπνεόμενο οξυγόνο, την αποβολή διοξειδίου του άνθρακα και τον αναπνευστικό συντελεστή ανταλλαγής.

Clinical relevance

Το πλαίσιο της κυψελιδικής ανταλλαγής αερίων αποτελεί τη βάση για την ερμηνεία των αερίων αρτηριακού αίματος και της κυψελιδο-αρτηριακής διαφοράς οξυγόνου που χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της διαταραχής της ανταλλαγής αερίων. Το παρόν άρθρο περιγράφει αυτή τη φυσιολογία για σκοπούς αναφοράς και δεν παρέχει διαγνωστικά κατώφλια ή θεραπευτικές συστάσεις.

Evidence & guidelines

Οι έννοιες που παρουσιάζονται αποτελούν τυπικές αρχές αναπνευστικής φυσιολογίας, στηριζόμενες στη θεμελιώδη ανάλυση ιδεατού κυψελιδικού αέρα και σε ενοποιητικές ανασκοπήσεις της πνευμονικής ανταλλαγής αερίων. Το υλικό είναι περιγραφικής φυσιολογίας και δεν διέπεται από κατευθυντήριες οδηγίες.

History

Η ποσοτική μελέτη του κυψελιδικού αερίου χρονολογείται από τις μεσαιωνικές εργασίες των Riley και Cournand, οι οποίοι όρισαν ένα «ιδεατό» κυψελιδικό διαμέρισμα έναντι του οποίου μπορούσαν να συγκριθούν οι πραγματικοί πνεύμονες, επιτρέποντας την εκτίμηση του νεκρού χώρου και του αδρανούς κλάσματος από μετρήσεις αίματος και αερίων. Μεταγενέστερες ανασκοπήσεις ενσωμάτωσαν αυτές τις ιδέες με τις συνεχείς κατανομές V̇/Q̇ και την περιφερειακή απεικόνιση.

Key figures

• Richard Riley
• André Cournand
• John B. West

Seminal works

• riley-cournand-1949
• petersson-glenny-2014

Frequently asked questions

Γιατί η κυψελιδική τάση οξυγόνου είναι χαμηλότερη από αυτή του αέρα που αναπνέουμε;

Ο εισπνεόμενος αέρας υγραίνεται, με αποτέλεσμα η προστιθέμενη υδρατμός να τον αραιώνει, ενώ ταυτόχρονα το οξυγόνο προσλαμβάνεται συνεχώς από το αίμα και διοξείδιο του άνθρακα προστίθεται, οπότε η κυψελιδική τάση οξυγόνου σταθεροποιείται κάτω από την εισπνεόμενη τιμή.

Τι είναι ο νεκρός χώρος;

Νεκρός χώρος είναι το τμήμα κάθε αναπνοής που δεν συμμετέχει στην ανταλλαγή αερίων, είτε επειδή παραμένει στις αγωγές οδούς (ανατομικός) είτε επειδή φτάνει σε κυψελίδες που αερίζονται αλλά εμφανίζουν πτωχή αιμάτωση (φυσιολογικός).