การแพร่ผ่านเยื่อหุ้มถุงลม-หลอดเลือดฝอย

การแพร่ผ่านเยื่อหุ้มถุงลม-หลอดเลือดฝอยคือการเคลื่อนที่แบบพาสซีฟของออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ระหว่างก๊าซในถุงลมและเลือดในหลอดเลือดฝอย โดยมีแรงขับเคลื่อนจากความแตกต่างของความดันย่อยข้ามสิ่งกีดขวางที่บางเฉียบซึ่งคั่นระหว่างกัน พื้นที่ผิวที่กว้างใหญ่และความหนาที่น้อยที่สุดของสิ่งกีดขวางนี้ทำให้การถ่ายเทเกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็วอย่างน่าทึ่ง

Definition

การแพร่ผ่านเยื่อหุ้มถุงลม-หลอดเลือดฝอยคือการถ่ายเทก๊าซแบบพาสซีฟระหว่างอากาศในถุงลมและเลือดในหลอดเลือดฝอยของปอดตามความแตกต่างของความดันย่อย โดยมีอัตราที่กำหนดโดยความแตกต่างของความดัน พื้นที่และขนาดความหนาของสิ่งกีดขวาง และคุณสมบัติการแพร่ของก๊าซนั้นๆ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างของสิ่งกีดขวางถุงลม-หลอดเลือดฝอย กฎของฟิก (Fick's law) ว่าด้วยการแพร่ที่นำมาใช้กับปอด ความแตกต่างระหว่างการถ่ายเทก๊าซที่จำกัดด้วยการแพร่ (diffusion-limited) และจำกัดด้วยการไหลเวียน (perfusion-limited) แนวคิดของความสามารถในการแพร่ (diffusing capacity) และการที่ส่วนประกอบของเยื่อหุ้มและเลือดมีส่วนร่วมอย่างไร นี่คือสรีรวิทยาอ้างอิงและไม่ใช่แนวทางปฏิบัติทางคลินิก

Core questions

• ลักษณะโครงสร้างใดของสิ่งกีดขวางถุงลม-หลอดเลือดฝอยที่ส่งเสริมการแพร่ที่รวดเร็ว?
• กฎของฟิกอธิบายอัตราการถ่ายเทก๊าซในปอดได้อย่างไร?
• อะไรคือความแตกต่างระหว่างก๊าซที่จำกัดด้วยการไหลเวียนกับก๊าซที่จำกัดด้วยการแพร่?
• ความสามารถในการแพร่คืออะไร และปัจจัยใดบ้างของเยื่อหุ้มและเลือดที่กำหนดมัน?

Key concepts

• โครงสร้างสิ่งกีดขวางถุงลม-หลอดเลือดฝอย
• กฎของฟิกว่าด้วยการแพร่
• การถ่ายเทที่จำกัดด้วยการไหลเวียนเทียบกับการถ่ายเทที่จำกัดด้วยการแพร่
• ความสามารถในการแพร่ (ปัจจัยการถ่ายเท)
• ความต้านทานของเยื่อหุ้มและเลือด (เซลล์เม็ดเลือดแดง)
• ผลของการหนาตัวของสิ่งกีดขวางต่อการถ่ายเท

Key theories

กฎของฟิกที่นำมาใช้กับปอด

อัตราการถ่ายเทก๊าซเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพื้นที่ผิวและความแตกต่างของความดันย่อย และเป็นสัดส่วนผกผันกับความหนาของสิ่งกีดขวาง โดยปรับขนาดด้วยค่าคงที่การแพร่เฉพาะของก๊าซ กรอบแนวคิดนี้อธิบายว่าเหตุใดพื้นผิวถุงลมที่บางและกว้างใหญ่จึงมีประสิทธิภาพสูง

ส่วนประกอบของเยื่อหุ้มและเลือดของความสามารถในการแพร่

Roughton และ Forster ได้แบ่งความต้านทานต่อการดูดซึมก๊าซออกเป็นส่วนประกอบของเยื่อหุ้มและส่วนประกอบของเลือด (ปฏิกิริยาของเซลล์เม็ดเลือดแดงกับฮีโมโกลบิน) ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความสามารถในการแพร่สะท้อนทั้งสิ่งกีดขวางและอัตราการรวมตัวทางเคมีในเลือด

Mechanisms

สิ่งกีดขวางถุงลม-หลอดเลือดฝอยประกอบด้วยเยื่อบุผิวถุงลม บริเวณเยื่อฐานที่หลอมรวมกัน และเยื่อบุผิวหลอดเลือดฝอย ซึ่งมีพื้นที่ผิวรวมที่ใหญ่มากและเส้นทางการแพร่ที่สั้นมาก ภายใต้กฎของฟิก อัตราการถ่ายเทจะเพิ่มขึ้นตามพื้นที่ผิวและความแตกต่างของความดันย่อย และลดลงตามความหนาของสิ่งกีดขวาง สำหรับออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในภาวะปกติ เลือดจะปรับสมดุลกับก๊าซในถุงลมได้ดีภายในเวลาที่เลือดไหลผ่านหลอดเลือดฝอย ดังนั้นการถ่ายเทจึงถูกจำกัดด้วยการไหลเวียน (กำหนดโดยการไหลของเลือด) มากกว่าที่จะจำกัดด้วยการแพร่; หากเยื่อหุ้มหนาขึ้นหรือเวลาการไหลผ่านสั้นลง การจำกัดด้วยการแพร่ก็อาจเกิดขึ้นได้ ความสามารถในการแพร่จะวัดการนำไฟฟ้าของปอดสำหรับก๊าซ และดังที่ Roughton และ Forster แสดงให้เห็น มันสะท้อนทั้งความต้านทานของเยื่อหุ้มและความต้านทานด้านเลือดที่เกิดจากอัตราที่ก๊าซทำปฏิกิริยากับฮีโมโกลบินในเซลล์เม็ดเลือดแดง

Clinical relevance

ความสามารถในการแพร่ของคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นการวัดสมรรถภาพปอดมาตรฐานที่ใช้ในการจำแนกลักษณะการถ่ายเทก๊าซของปอด และความแตกต่างระหว่างการจำกัดด้วยการไหลเวียนกับการจำกัดด้วยการแพร่จะอธิบายว่าเหตุใดความบกพร่องในการแพร่จึงมีความสำคัญมากที่สุดในระหว่างการออกกำลังกายหรือที่ระดับความสูง บทความนี้อธิบายสรีรวิทยาเพื่อการอ้างอิงและไม่ได้ให้เกณฑ์การวินิจฉัยหรือคำแนะนำในการรักษา

Evidence & guidelines

แนวคิดเหล่านี้เป็นสรีรวิทยาที่ได้รับการยอมรับ โดยมีพื้นฐานมาจากการแบ่งความสามารถในการแพร่เป็นส่วนประกอบของเยื่อหุ้มและเลือดในการศึกษาทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวการแลกเปลี่ยนก๊าซ และในตำราเรียนมาตรฐาน หัวข้อนี้เป็นสรีรวิทยาเชิงพรรณนามากกว่าการปฏิบัติที่อยู่ภายใต้แนวทางปฏิบัติ

History

การศึกษาเชิงปริมาณของการแพร่ในปอดมีความก้าวหน้าในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 เมื่อ Roughton และ Forster แยกส่วนประกอบของเยื่อหุ้มและเลือดในการดูดซึมก๊าซ และงานทางสัณฐานวิทยาของ Weibel ในภายหลังได้สร้างพื้นฐานทางโครงสร้าง — พื้นที่ผิวและความหนาของสิ่งกีดขวาง — สำหรับความสามารถในการแพร่ที่สูงของปอด แนวคิดเหล่านี้ยังคงเป็นรากฐานของการวัดปัจจัยการถ่ายเททางคลินิก

Key figures

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

Seminal works

• roughton-forster-1957
• weibel-1973

Frequently asked questions

การที่การถ่ายเทออกซิเจนปกติถูกจำกัดด้วยการไหลเวียนหมายความว่าอย่างไร?

หมายความว่าภายใต้สภาวะพัก เลือดจะปรับสมดุลกับออกซิเจนในถุงลมได้อย่างสมบูรณ์ก่อนที่จะออกจากหลอดเลือดฝอย ดังนั้นปริมาณออกซิเจนที่ถูกดูดซึมจึงถูกกำหนดโดยปริมาณเลือดที่ไหลผ่านมากกว่าความเร็วของการแพร่

เหตุใดความสามารถในการแพร่จึงมักถูกวัดด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์?

คาร์บอนมอนอกไซด์จับกับฮีโมโกลบินอย่างรุนแรงจนความดันย่อยในหลอดเลือดฝอยยังคงอยู่ใกล้ศูนย์ ทำให้การดูดซึมขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการแพร่ของปอดมากกว่าการไหลเวียนของเลือด ซึ่งเป็นสิ่งที่ความสามารถในการแพร่ต้องการวัด