Диффузия через альвеолярно-капиллярную мембрану

Диффузия через альвеолярно-капиллярную мембрану — это пассивное движение кислорода и углекислого газа между альвеолярным газом и капиллярной кровью, обусловленное градиентами парциального давления через тонкий барьер, разделяющий их. Огромная площадь поверхности и минимальная толщина этого барьера делают такой перенос удивительно быстрым.

Definition

Диффузия через альвеолярно-капиллярную мембрану — это пассивный перенос газов между альвеолярным воздухом и кровью легочных капилляров по градиенту их парциального давления, скорость которого определяется градиентом, площадью и толщиной барьера, а также диффузионными свойствами газа.

Scope

Эта тема охватывает структуру альвеолярно-капиллярного барьера, закон диффузии Фика в применении к легким, различие между диффузионно-лимитированным и перфузионно-лимитированным газообменом, концепцию диффузионной способности, а также вклад мембранных и кровяных компонентов. Это справочная физиология, а не клиническое руководство.

Core questions

• Какие структурные особенности альвеолярно-капиллярного барьера способствуют быстрой диффузии?
• Как закон Фика описывает скорость газообмена в легких?
• Что отличает перфузионно-лимитированный газ от диффузионно-лимитированного?
• Что такое диффузионная способность и какие мембранные и кровяные факторы ее определяют?

Key concepts

• Структура альвеолярно-капиллярного барьера
• Закон диффузии Фика
• Перфузионно-лимитированный против диффузионно-лимитированного переноса
• Диффузионная способность (трансфер-фактор)
• Мембранное и кровяное (эритроцитарное) сопротивления
• Влияние утолщения барьера на перенос

Key theories

Закон Фика в применении к легким

Скорость переноса газа пропорциональна площади поверхности и разнице парциальных давлений и обратно пропорциональна толщине барьера, масштабируемая газоспецифической константой диффузии; эта концепция объясняет, почему тонкая, обширная альвеолярная поверхность так эффективна.

Мембранные и кровяные компоненты диффузионной способности

Роутон и Форстер разделили сопротивление поглощению газа на мембранный компонент и кровяной компонент (реакция эритроцитов с гемоглобином), показав, что диффузионная способность отражает как барьер, так и скорость химического связывания в крови.

Mechanisms

Альвеолярно-капиллярный барьер состоит из альвеолярного эпителия, слитой базальной мембраны и капиллярного эндотелия, представляя собой очень большую общую поверхность и очень короткий путь диффузии. Согласно закону Фика, скорость переноса возрастает с увеличением площади поверхности и градиента парциального давления и уменьшается с увеличением толщины барьера. Для кислорода и углекислого газа в норме кровь уравновешивается с альвеолярным газом задолго до окончания времени прохождения через капилляр, поэтому перенос является перфузионно-лимитированным (определяется кровотоком), а не диффузионно-лимитированным; при утолщении мембран или сокращении времени прохождения может возникнуть диффузионное ограничение. Диффузионная способность количественно определяет проводимость легких для газа и, как показали Роутон и Форстер, отражает как мембранное сопротивление, так и сопротивление со стороны крови, возникающее из-за скорости реакции газа с гемоглобином в эритроцитах.

Clinical relevance

Диффузионная способность по монооксиду углерода является стандартным показателем функции легких, используемым для характеристики свойств газообмена в легких, а различие между перфузионно- и диффузионно-лимитированным переносом объясняет, почему нарушение диффузии наиболее значимо во время физической нагрузки или на высоте. Эта статья описывает физиологию для справки и не предоставляет диагностических критериев или рекомендаций по лечению.

Evidence & guidelines

Эти концепции являются устоявшейся физиологией, основанной на классическом разделении диффузионной способности на мембранные и кровяные компоненты, на морфометрическом исследовании газообменной поверхности и на стандартных учебниках. Тема представляет собой описательную физиологию, а не практику, регулируемую руководствами.

History

Количественное изучение легочной диффузии получило развитие в середине XX века, когда Роутон и Форстер разделили мембранный и кровяной вклады в поглощение газа, а более поздние морфометрические работы Вайбеля установили структурную основу — площадь поверхности и толщину барьера — для высокой диффузионной способности легких. Эти идеи остаются основой клинического измерения трансфер-фактора.

Key figures

• Francis Roughton
• Robert Forster
• Ewald Weibel
• John B. West

Seminal works

• roughton-forster-1957
• weibel-1973

Frequently asked questions

Что означает, что перенос кислорода обычно является перфузионно-лимитированным?

Это означает, что в условиях покоя кровь полностью уравновешивается с альвеолярным кислородом задолго до того, как покинет капилляр, поэтому количество поглощенного кислорода определяется объемом протекающей крови, а не скоростью диффузии.

Почему диффузионную способность обычно измеряют с помощью монооксида углерода?

Монооксид углерода так активно связывается с гемоглобином, что его парциальное давление в капиллярах остается близким к нулю, что делает его поглощение зависимым от диффузионных свойств легких, а не от кровотока, что и является целью измерения диффузионной способности.