Альвеолярный газообмен

Альвеолярный газообмен — это перенос кислорода и углекислого газа между газом в альвеолах и кровью в окружающих легочных капиллярах. Альвеола является функциональной единицей, где вдыхаемый воздух встречается с венозной кровью, а парциальные давления газов в ней создают градиенты, которые движут обмен.

Definition

Альвеолярный газообмен — это диффузионный перенос кислорода из альвеолярного газа в кровь легочных капилляров и углекислого газа из крови в альвеолярный газ, регулируемый альвеолярными парциальными давлениями этих газов.

Scope

Эта тема охватывает то, как устанавливается состав альвеолярного газа, уравнение альвеолярного газа как связь между вдыхаемым кислородом, выведением углекислого газа и альвеолярным напряжением кислорода, а также понятия альвеолярной вентиляции, мертвого пространства и шунта, которые определяют, насколько полно капиллярная кровь уравновешивается с альвеолярным газом. Это физиологический справочный материал, а не клиническое руководство.

Core questions

• Что определяет парциальное давление кислорода в альвеолярном газе?
• Как альвеолярная вентиляция устанавливает напряжение углекислого газа в артериальной крови?
• Почему часть вдыхаемого воздуха «теряется» как мертвое пространство, и как это влияет на газообмен?
• Как шунт и венозное примешивание снижают содержание кислорода в крови, покидающей легкие?

Key concepts

• Альвеолярные парциальные давления (PaO2, PaCO2 альвеолярного газа)
• Уравнение альвеолярного газа
• Альвеолярная вентиляция
• Анатомическое и физиологическое мертвое пространство
• Шунт и венозное примешивание
• Дыхательный коэффициент

Key theories

Уравнение альвеолярного газа

Альвеолярное парциальное давление кислорода выводится из напряжения вдыхаемого кислорода за вычетом выведения углекислого газа, масштабированного дыхательным коэффициентом; это соотношение, формализованное в анализе идеального альвеолярного воздуха, позволяет оценить альвеолярный кислород по измеряемым величинам.

Mechanisms

При каждом вдохе вдыхаемый воздух нагревается, увлажняется и разбавляется остаточным альвеолярным газом, поэтому альвеолярное напряжение кислорода ниже, чем вдыхаемого, а альвеолярное напряжение углекислого газа отражает баланс метаболической продукции углекислого газа и альвеолярной вентиляции. Затем кислород и углекислый газ диффундируют через тонкий альвеолярно-капиллярный барьер по своим градиентам парциального давления до тех пор, пока капиллярная кровь не приблизится к равновесию с альвеолярным газом. Области, которые вентилируются, но не перфузируются, вносят вклад в мертвое пространство; области, перфузируемые, но не вентилируемые, вносят вклад в шунт. Уравнение альвеолярного газа выражает зависимость альвеолярного напряжения кислорода от вдыхаемого кислорода, выведения углекислого газа и дыхательного коэффициента.

Clinical relevance

Концепция альвеолярного газа лежит в основе интерпретации газов артериальной крови и альвеолярно-артериальной разницы по кислороду, используемой для характеристики нарушения газообмена. Эта запись описывает физиологию для справки и не предоставляет диагностических порогов или рекомендаций по лечению.

Evidence & guidelines

Представленные здесь концепции являются стандартной респираторной физиологией, подтвержденной фундаментальным анализом идеального альвеолярного воздуха и интегративными обзорами легочного газообмена. Материал представляет собой описательную физиологию, а не практику, регулируемую руководящими принципами.

History

Количественное описание альвеолярного газа восходит к работе Райли и Курнана середины века, которая определила «идеальный» альвеолярный компартмент, с которым можно было сравнивать реальные легкие, что позволяло оценивать мертвое пространство и шунт по измерениям крови и газа. Последующие обзоры интегрировали эти идеи с непрерывными распределениями V/Q и региональной визуализацией.

Key figures

• Richard Riley
• André Cournand
• John B. West

Seminal works

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

Frequently asked questions

Почему альвеолярный кислород ниже, чем кислород во вдыхаемом воздухе?

Вдыхаемый воздух увлажняется, добавляя водяной пар, который его разбавляет, и кислород непрерывно поглощается кровью, в то время как углекислый газ добавляется, поэтому альвеолярное напряжение кислорода устанавливается ниже вдыхаемого значения.

Что такое мертвое пространство?

Мертвое пространство — это часть каждого вдоха, которая не участвует в газообмене, либо потому, что она остается в проводящих дыхательных путях (анатомическое), либо потому, что она достигает альвеол, которые вентилируются, но плохо перфузируются (физиологическое).