การแลกเปลี่ยนก๊าซในถุงลมปอด

การแลกเปลี่ยนก๊าซในถุงลมปอดคือการถ่ายเทออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ระหว่างก๊าซในถุงลมปอดกับเลือดในหลอดเลือดฝอยในปอดที่อยู่โดยรอบ ถุงลมปอดเป็นหน่วยการทำงานที่อากาศที่หายใจเข้าไปพบกับเลือดดำ และความดันย่อยของก๊าซภายในถุงลมปอดจะสร้างความแตกต่างของความดันที่ขับเคลื่อนการแลกเปลี่ยน

Definition

การแลกเปลี่ยนก๊าซในถุงลมปอดคือการถ่ายเทออกซิเจนแบบแพร่จากก๊าซในถุงลมปอดเข้าสู่เลือดฝอยในปอด และคาร์บอนไดออกไซด์จากเลือดเข้าสู่ก๊าซในถุงลมปอด ซึ่งถูกควบคุมโดยความดันย่อยของก๊าซเหล่านั้นในถุงลมปอด

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงวิธีการสร้างองค์ประกอบของก๊าซในถุงลมปอด สมการก๊าซในถุงลมปอดที่เป็นตัวเชื่อมโยงระหว่างออกซิเจนที่หายใจเข้าไป การกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ และความตึงของออกซิเจนในถุงลมปอด รวมถึงแนวคิดของการระบายอากาศในถุงลมปอด ช่องว่างที่ตายแล้ว (dead space) และการไหลลัด (shunt) ซึ่งกำหนดว่าเลือดฝอยจะปรับสมดุลกับก๊าซในถุงลมปอดได้สมบูรณ์เพียงใด นี่คือข้อมูลอ้างอิงทางสรีรวิทยา ไม่ใช่แนวทางปฏิบัติทางคลินิก

Core questions

• อะไรเป็นตัวกำหนดความดันย่อยของออกซิเจนในก๊าซถุงลมปอด?
• การระบายอากาศในถุงลมปอดกำหนดความตึงของคาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดแดงได้อย่างไร?
• เหตุใดอากาศที่หายใจเข้าไปบางส่วนจึง 'สูญเปล่า' เป็นช่องว่างที่ตายแล้ว และสิ่งนี้ส่งผลต่อการแลกเปลี่ยนอย่างไร?
• การไหลลัดและการผสมของเลือดดำลดปริมาณออกซิเจนของเลือดที่ออกจากปอดได้อย่างไร?

Key concepts

• ความดันย่อยในถุงลมปอด (PaO2, PaCO2 ของก๊าซในถุงลมปอด)
• สมการก๊าซในถุงลมปอด
• การระบายอากาศในถุงลมปอด
• ช่องว่างที่ตายแล้วทางกายวิภาคและทางสรีรวิทยา
• การไหลลัดและการผสมของเลือดดำ
• อัตราส่วนการแลกเปลี่ยนก๊าซในการหายใจ

Key theories

สมการก๊าซในถุงลมปอด

ความดันย่อยของออกซิเจนในถุงลมปอดได้มาจากความตึงของออกซิเจนที่หายใจเข้าไปลบด้วยการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปรับขนาดด้วยอัตราส่วนการแลกเปลี่ยนก๊าซในการหายใจ; ความสัมพันธ์นี้ซึ่งเป็นทางการในการวิเคราะห์อากาศในถุงลมปอดในอุดมคติ ทำให้สามารถประมาณออกซิเจนในถุงลมปอดจากปริมาณที่วัดได้

Mechanisms

ในการหายใจแต่ละครั้ง อากาศที่หายใจเข้าไปจะถูกทำให้ร้อน ชื้น และเจือจางด้วยก๊าซในถุงลมปอดที่ค้างอยู่ ดังนั้นความตึงของออกซิเจนในถุงลมปอดจึงต่ำกว่าที่หายใจเข้าไป และความตึงของคาร์บอนไดออกไซด์ในถุงลมปอดสะท้อนถึงความสมดุลของการผลิตคาร์บอนไดออกไซด์จากการเผาผลาญและการระบายอากาศในถุงลมปอด จากนั้นออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์จะแพร่ผ่านเยื่อหุ้มถุงลมปอด-หลอดเลือดฝอยที่บางเฉียบตามความแตกต่างของความดันย่อยจนกระทั่งเลือดฝอยเข้าใกล้สมดุลกับก๊าซในถุงลมปอด บริเวณที่มีการระบายอากาศแต่ไม่มีการไหลเวียนเลือดจะก่อให้เกิดช่องว่างที่ตายแล้ว (dead space); บริเวณที่มีการไหลเวียนเลือดแต่ไม่มีการระบายอากาศจะก่อให้เกิดการไหลลัด (shunt) สมการก๊าซในถุงลมปอดแสดงให้เห็นถึงการพึ่งพาของความตึงของออกซิเจนในถุงลมปอดต่อออกซิเจนที่หายใจเข้าไป การกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ และอัตราส่วนการแลกเปลี่ยนก๊าซในการหายใจ

Clinical relevance

กรอบแนวคิดของก๊าซในถุงลมปอดเป็นพื้นฐานในการตีความก๊าซในเลือดแดงและความแตกต่างของออกซิเจนระหว่างถุงลมปอดกับหลอดเลือดแดงที่ใช้ในการจำแนกความบกพร่องของการแลกเปลี่ยนก๊าซ บทความนี้อธิบายสรีรวิทยาดังกล่าวเพื่อการอ้างอิงและไม่ได้ให้เกณฑ์การวินิจฉัยหรือคำแนะนำในการรักษา

Evidence & guidelines

แนวคิดที่นำเสนอในที่นี้เป็นสรีรวิทยาการหายใจมาตรฐาน ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากการวิเคราะห์อากาศในถุงลมปอดในอุดมคติที่เป็นรากฐาน และจากการทบทวนแบบบูรณาการของการแลกเปลี่ยนก๊าซในปอด เนื้อหาเป็นสรีรวิทยาเชิงพรรณนามากกว่าการปฏิบัติที่อยู่ภายใต้แนวทางปฏิบัติ

History

การศึกษาเชิงปริมาณของก๊าซในถุงลมปอดมีมาตั้งแต่ผลงานของ Riley และ Cournand ในช่วงกลางศตวรรษ ซึ่งได้กำหนด 'ช่องถุงลมปอดในอุดมคติ' ที่สามารถนำมาเปรียบเทียบกับปอดจริงได้ ทำให้สามารถประมาณช่องว่างที่ตายแล้วและการไหลลัดจากการวัดเลือดและก๊าซได้ การทบทวนในภายหลังได้รวมแนวคิดเหล่านี้เข้ากับการกระจาย V/Q อย่างต่อเนื่องและการสร้างภาพระดับภูมิภาค

Key figures

• Richard Riley
• André Cournand
• John B. West

Seminal works

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

Frequently asked questions

เหตุใดออกซิเจนในถุงลมปอดจึงต่ำกว่าออกซิเจนในอากาศที่เราหายใจเข้าไป?

อากาศที่หายใจเข้าไปจะถูกทำให้ชื้น โดยมีการเพิ่มไอน้ำที่ทำให้เจือจาง และออกซิเจนจะถูกดูดซึมเข้าสู่กระแสเลือดอย่างต่อเนื่องในขณะที่คาร์บอนไดออกไซด์ถูกเพิ่มเข้ามา ดังนั้นความตึงของออกซิเจนในถุงลมปอดจึงต่ำกว่าค่าที่หายใจเข้าไป

ช่องว่างที่ตายแล้ว (dead space) คืออะไร?

ช่องว่างที่ตายแล้วคือส่วนหนึ่งของการหายใจแต่ละครั้งที่ไม่ได้มีส่วนร่วมในการแลกเปลี่ยนก๊าซ ไม่ว่าจะเนื่องจากยังคงอยู่ในทางเดินหายใจนำ (กายวิภาค) หรือเนื่องจากไปถึงถุงลมปอดที่มีการระบายอากาศแต่มีการไหลเวียนเลือดไม่ดี (สรีรวิทยา)