مکانیسم‌های هیپوکسمی

هیپوکسمی به معنای سطح غیرطبیعی پایین اکسیژن در خون شریانی است. فیزیولوژی تنفسی به طور کلاسیک آن را به پنج مکانیسم نسبت می‌دهد - عدم تطابق تهویه-پرفیوژن، شانت راست به چپ، هیپوونتیلاسیون آلوئولی، اختلال در انتشار، و فشار اکسیژن دمی پایین - که می‌توان آنها را با تأثیرشان بر گرادیان اکسیژن آلوئولی-شریانی و پاسخشان به اکسیژن مکمل از یکدیگر متمایز کرد.

Definition

هیپوکسمی کاهش فشار جزئی اکسیژن در خون شریانی است؛ مکانیسم‌های آن مسیرهای فیزیولوژیکی هستند - عدم تطابق تهویه-پرفیوژن، شانت، هیپوونتیلاسیون، محدودیت انتشار، و اکسیژن دمی پایین - که از طریق آنها فشار اکسیژن شریانی به زیر حد طبیعی کاهش می‌یابد.

Scope

این مدخل علل فیزیولوژیکی فشار پایین اکسیژن شریانی را سازماندهی می‌کند و توضیح می‌دهد که چگونه هر مکانیسم گرادیان اکسیژن آلوئولی-شریانی را تغییر می‌دهد و چگونه هر یک به تنفس اکسیژن اضافی پاسخ می‌دهد. این مدخل هیپوکسمی را به عنوان یک چارچوب استدلال فیزیولوژیکی در نظر می‌گیرد که از تفسیر گازهای خون حمایت می‌کند، نه به عنوان راهنمای بالینی برای یک فرد خاص.

Core questions

• مکانیسم‌های فیزیولوژیکی اصلی که اکسیژن شریانی را کاهش می‌دهند کدامند؟
• چگونه گرادیان اکسیژن آلوئولی-شریانی به تمایز آنها کمک می‌کند؟
• چرا برخی مکانیسم‌ها به اکسیژن مکمل پاسخ می‌دهند در حالی که یک شانت واقعی پاسخ نمی‌دهد؟
• هیپوونتیلاسیون و اکسیژن دمی پایین چه تفاوتی با بیماری ذاتی ریه دارند؟

Key concepts

• عدم تطابق تهویه-پرفیوژن (V/Q)
• شانت راست به چپ
• هیپوونتیلاسیون آلوئولی
• محدودیت انتشار
• فشار اکسیژن دمی پایین (PiO2 پایین)
• گرادیان اکسیژن آلوئولی-شریانی (A-a)
• معادله گاز آلوئولی
• پاسخ به اکسیژن مکمل

Mechanisms

پنج مکانیسم به طور کلاسیک شناخته شده‌اند (Sarkar, Niranjan, & Banyal, 2017; West, 2011). عدم تطابق تهویه-پرفیوژن (V/Q) شایع‌ترین علت در بیماری‌های ریوی است: مناطقی با V/Q پایین خون غیر اشباع را فراهم می‌کنند که ریه نمی‌تواند به طور کامل آن را جبران کند و گرادیان اکسیژن آلوئولی-شریانی را افزایش می‌دهد؛ از آنجا که آلوئول‌ها هنوز تهویه می‌شوند، اکسیژن مکمل به طور قابل توجهی فشار اکسیژن شریانی را بهبود می‌بخشد. شانت راست به چپ شدیدترین حالت V/Q پایین است، جایی که خون به طور کامل از آلوئول‌های تهویه شده عبور می‌کند؛ گرادیان A-a وسیع است و به طور مشخص، اکسیژن شریانی تنها با اکسیژن مکمل به طور متوسط افزایش می‌یابد زیرا خون شانت شده هرگز با اکسیژن آلوئولی بالاتر تماس پیدا نمی‌کند. هیپوونتیلاسیون آلوئولی با افزایش دی‌اکسید کربن آلوئولی و در نتیجه جابجایی اکسیژن، اکسیژن شریانی را کاهش می‌دهد، همانطور که توسط معادله گاز آلوئولی پیش‌بینی می‌شود؛ در اینجا گرادیان A-a طبیعی است زیرا پارانشیم ریه سالم است و هیپوکسمی به راحتی با اکسیژن اصلاح می‌شود. محدودیت انتشار زمانی ایجاد می‌شود که تعادل اکسیژن در غشای آلوئولی-مویرگی ناقص باشد، اثری که معمولاً در حالت استراحت جزئی است اما می‌تواند در طول ورزش یا در ارتفاع اهمیت پیدا کند؛ این امر گرادیان A-a را افزایش می‌دهد و همچنین به اکسیژن مکمل پاسخ می‌دهد. فشار اکسیژن دمی پایین - مانند ارتفاعات بالا یا با کسر کاهش یافته اکسیژن دمی - اکسیژن آلوئولی و در نتیجه شریانی را کاهش می‌دهد در حالی که گرادیان A-a را طبیعی نگه می‌دارد. گرادیان A-a و پاسخ به اکسیژن با هم مکانیسم‌های درون ریوی (عدم تطابق V/Q، شانت، محدودیت انتشار) را از مکانیسم‌های خارج ریوی (هیپوونتیلاسیون، اکسیژن دمی پایین) جدا می‌کنند (Wagner, 2014; West, 2012).

Clinical relevance

چارچوب پنج مکانیسم، اساس فیزیولوژیکی استاندارد برای تفسیر گازهای خون شریانی و گرادیان اکسیژن آلوئولی-شریانی، و برای استدلال در مورد اینکه چرا یک الگوی خاص از اختلال، اکسیژن را کاهش می‌دهد، است. در اینجا به عنوان یک پس‌زمینه مفهومی برای درک نتایج آزمایش ارائه شده است؛ این چارچوب مکانیسم‌های فیزیولوژیکی را توصیف می‌کند و مبنایی برای تصمیم‌گیری‌های تشخیصی یا درمانی فردی نیست.

Evidence & guidelines

طبقه‌بندی هیپوکسمی به پنج مکانیسم، فیزیولوژی تثبیت شده است تا یک موضوع تحت کنترل دستورالعمل. این موضوع در مرورهای روایی مانند Sarkar, Niranjan, and Banyal (2017) و West (2011) و در شرح گسترده‌تر فیزیولوژی تبادل گاز توسط Wagner (2014) و Petersson and Glenny (2014) ترکیب شده است؛ کتاب‌های درسی استاندارد فیزیولوژی تنفسی همین چارچوب را ارائه می‌دهند (West, 2012).

History

جداسازی سیستماتیک هیپوکسمی به مکانیسم‌های فیزیولوژیکی متمایز از کارهای اواسط قرن بیستم در زمینه تبادل گاز ریوی نشأت گرفت، که در آن محققانی از جمله ریچارد رایلی و بعدها جان وست، معادله گاز آلوئولی و گرادیان اکسیژن آلوئولی-شریانی را به عنوان ابزارهایی برای تقسیم‌بندی علل اکسیژن شریانی پایین رسمی کردند. طرح پنج علتی حاصل از آن، از آن زمان به یک جزء ثابت در آموزش فیزیولوژی تنفسی و تفسیر گاز خون تبدیل شده است.

Key figures

• John B. West
• Peter D. Wagner
• Malay Sarkar

Seminal works

• sarkar-2017
• west-2011-hypoxemia
• wagner-2014-basis

Frequently asked questions

پنج مکانیسم هیپوکسمی کدامند؟

عدم تطابق تهویه-پرفیوژن، شانت راست به چپ، هیپوونتیلاسیون آلوئولی، محدودیت انتشار، و فشار اکسیژن دمی پایین. آنها با تأثیرشان بر گرادیان اکسیژن آلوئولی-شریانی و پاسخشان به اکسیژن مکمل از یکدیگر متمایز می‌شوند.

چرا شانت به اکسیژن مکمل پاسخ ضعیفی می‌دهد؟

در یک شانت واقعی، خون از آلوئول‌های تهویه شده عبور می‌کند، بنابراین هرگز با گاز غنی شده با اکسیژن تماس پیدا نمی‌کند؛ بنابراین، افزایش اکسیژن دمی تنها افزایش اندکی در اکسیژن شریانی ایجاد می‌کند، برخلاف عدم تطابق V/Q یا هیپوونتیلاسیون.