Pęcherzykowa wymiana gazów

Pęcherzykowa wymiana gazów polega na transferze tlenu i dwutlenku węgla między gazem wypełniającym pęcherzyki płucne a krwią w otaczających naczyniach włosowatych płuc. Pęcherzyk płucny stanowi jednostkę czynnościową, w której wdychane powietrze styka się z krwią żylną, a ciśnienia parcjalne gazów w jego wnętrzu wyznaczają gradienty napędzające wymianę.

Definition

Pęcherzykowa wymiana gazów to dyfuzyjny transfer tlenu z gazu pęcherzykowego do krwi w naczyniach włosowatych płuc oraz dwutlenku węgla z krwi do gazu pęcherzykowego, regulowany przez pęcherzykowe ciśnienia parcjalne tych gazów.

Scope

Temat obejmuje sposób ustalania składu gazu pęcherzykowego, równanie gazu pęcherzykowego jako powiązanie między wdychanym tlenem, eliminacją dwutlenku węgla a ciśnieniem parcjalnym tlenu w pęcherzyku, a także pojęcia wentylacji pęcherzykowej, przestrzeni martwej i przecieku determinujących stopień wyrównania krwi kapilarnej z gazem pęcherzykowym. Materiał ma charakter fizjologicznego opracowania referencyjnego, a nie wytycznych klinicznych.

Core questions

• Co wyznacza ciśnienie parcjalne tlenu w gazie pęcherzykowym?
• W jaki sposób wentylacja pęcherzykowa kształtuje tętnicze ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla?
• Dlaczego część wdychanego powietrza jest „marnowana“ jako przestrzeń martwa i jak wpływa to na wymianę gazów?
• W jaki sposób przeciek i domieszkowanie żylne obniżają zawartość tlenu w krwi opuszczającej płuca?

Key concepts

• Pęcherzykowe ciśnienia parcjalne (PaO2, PaCO2 gazu pęcherzykowego)
• Równanie gazu pęcherzykowego
• Wentylacja pęcherzykowa
• Anatomiczna i fizjologiczna przestrzeń martwa
• Przeciek i domieszkowanie żylne
• Współczynnik oddechowej wymiany gazów

Key theories

Równanie gazu pęcherzykowego

Pęcherzykowe ciśnienie parcjalne tlenu oblicza się jako napięcie tlenu w powietrzu wdychanym pomniejszone o eliminację dwutlenku węgla skalowaną współczynnikiem oddechowej wymiany gazów; zależność ta, sformalizowana w analizie idealnego powietrza pęcherzykowego, pozwala szacować tlen pęcherzykowy na podstawie mierzalnych wielkości.

Mechanisms

Z każdym oddechem wdychane powietrze ulega ogrzaniu, nawilżeniu i rozcieńczeniu przez zalegający gaz pęcherzykowy, wskutek czego napięcie tlenu w pęcherzyku jest niższe niż w powietrzu wdychanym, natomiast napięcie dwutlenku węgla odzwierciedla równowagę między metaboliczną produkcją dwutlenku węgla a wentylacją pęcherzykową. Tlen i dwutlenek węgla dyfundują następnie przez cienką barierę pęcherzykowo-naczyniową zgodnie z gradientami ciśnień parcjalnych, aż krew kapilarna zbliży się do stanu równowagi z gazem pęcherzykowym. Obszary wentylowane, lecz nieperfundowane, tworzą przestrzeń martwą; obszary perfundowane, lecz niewystarczająco wentylowane, tworzą przeciek. Równanie gazu pęcherzykowego wyraża zależność napięcia tlenu w pęcherzyku od wdychanego tlenu, eliminacji dwutlenku węgla i współczynnika oddechowej wymiany gazów.

Clinical relevance

Koncepcja gazu pęcherzykowego stanowi podstawę interpretacji gazometrii krwi tętniczej oraz różnicy pęcherzykowo-tętniczej ciśnienia tlenu, stosowanej do oceny zaburzeń wymiany gazów. Niniejsze opracowanie opisuje tę fizjologię w celach referencyjnych i nie zawiera progów diagnostycznych ani zaleceń terapeutycznych.

Evidence & guidelines

Omawiane koncepcje stanowią element standardowej fizjologii układu oddechowego, opartej na podstawowych analizach idealnego powietrza pęcherzykowego oraz na syntetycznych przeglądach płucnej wymiany gazów. Materiał ma charakter opisowej fizjologii, a nie praktyki regulowanej wytycznymi.

History

Ilościowe ujęcie gazu pęcherzykowego sięga prac Riley'a i Cournanda z połowy XX wieku, w których zdefiniowali oni „idealny“ przedział pęcherzykowy, umożliwiający porównanie z rzeczywistymi płucami i szacowanie przestrzeni martwej oraz przecieku na podstawie pomiarów krwi i gazu. Późniejsze przeglądy zintegrowały te koncepcje z ciągłymi rozkładami stosunku wentylacji do perfuzji (V/Q) oraz obrazowaniem regionalnym.

Key figures

• Richard Riley
• André Cournand
• John B. West

Seminal works

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

Frequently asked questions

Dlaczego ciśnienie parcjalne tlenu w pęcherzyku jest niższe niż w wdychanym powietrzu?

Wdychane powietrze ulega nawilżeniu, co prowadzi do rozcieńczenia przez parę wodną, a tlen jest stale pobierany przez krew, podczas gdy do pęcherzyka jest dodawany dwutlenek węgla — w efekcie napięcie tlenu w pęcherzyku ustala się poniżej wartości wdychanej.

Czym jest przestrzeń martwa?

Przestrzeń martwa to ta część każdego oddechu, która nie uczestniczy w wymianie gazów — albo dlatego, że pozostaje w drogach przewodzących (przestrzeń martwa anatomiczna), albo dlatego, że dociera do pęcherzyków wentylowanych, lecz słabo perfundowanych (przestrzeń martwa fizjologiczna).