การจับคู่การระบายอากาศและการไหลเวียนเลือด และการแลกเปลี่ยนก๊าซ
การจับคู่การระบายอากาศและการไหลเวียนเลือด และการแลกเปลี่ยนก๊าซ อธิบายว่าปอดนำอากาศที่หายใจเข้าไปและเลือดดำมารวมกันที่ส่วนต่อประสานระหว่างถุงลมและเส้นเลือดฝอย เพื่อให้มีการบรรจุออกซิเจนเข้าสู่เลือดและคาร์บอนไดออกไซด์ถูกปล่อยออกสู่ก๊าซในถุงลม การแลกเปลี่ยนที่มีประสิทธิภาพไม่เพียงขึ้นอยู่กับการระบายอากาศที่เพียงพอและการไหลเวียนเลือดที่เพียงพอเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับการจับคู่ของทั้งสองส่วนในแต่ละภูมิภาคภายในปอดด้วย
Definition
การแลกเปลี่ยนก๊าซคือการถ่ายโอนสุทธิของออกซิเจนจากก๊าซในถุงลมไปยังเลือดฝอยในปอด และของคาร์บอนไดออกไซด์ในทิศทางตรงกันข้าม; การจับคู่การระบายอากาศและการไหลเวียนเลือดคือการจัดเรียงตามภูมิภาคของการระบายอากาศในถุงลมกับการไหลเวียนเลือดฝอยในปอด ซึ่งเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของการถ่ายโอนนี้
Scope
ส่วนนี้จะนำผู้อ่านไปสู่หลักสรีรวิทยาที่จำเป็นของการแลกเปลี่ยนก๊าซในปอด: องค์ประกอบของก๊าซในถุงลม, การจับคู่เฉพาะที่ของการระบายอากาศกับการไหลเวียนเลือดที่แสดงเป็นอัตราส่วนการระบายอากาศต่อการไหลเวียนเลือด (V/Q), การขนส่งออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือด, และการแพร่ของก๊าซผ่านเยื่อหุ้มถุงลม-เส้นเลือดฝอย โดยถือว่าสิ่งเหล่านี้เป็นสรีรวิทยาแบบบูรณาการ ไม่ใช่การจัดการทางคลินิก
Sub-topics
Core questions
- อะไรเป็นตัวกำหนดความดันย่อยของออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในก๊าซถุงลม?
- อัตราส่วนการระบายอากาศต่อการไหลเวียนเลือดในแต่ละภูมิภาคส่งผลต่อปริมาณก๊าซในเลือดที่ออกจากแต่ละหน่วยปอดอย่างไร?
- ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ถูกขนส่งในเลือดอย่างไร และอะไรที่ทำให้เกิดการบรรจุและปล่อยของพวกมัน?
- อะไรเป็นตัวควบคุมอัตราที่ก๊าซเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มถุงลม-เส้นเลือดฝอย?
Key concepts
- องค์ประกอบของก๊าซในถุงลม
- อัตราส่วนการระบายอากาศต่อการไหลเวียนเลือด (V/Q)
- พื้นที่ตายทางสรีรวิทยาและการลัดวงจร
- การขนส่งออกซิเจนและเส้นโค้งการแตกตัวของออกซีฮีโมโกลบิน
- การขนส่งคาร์บอนไดออกไซด์ (ไบคาร์บอเนต, คาร์บามิโน, ละลาย)
- การแพร่ผ่านเยื่อหุ้มถุงลม-เส้นเลือดฝอย
Key theories
- การวิเคราะห์แบบสามส่วน (ถุงลมในอุดมคติ)
- Riley และ Cournand ได้กำหนดให้ปอดเป็นส่วนประกอบในอุดมคติ, ส่วนพื้นที่ตาย, และส่วนคล้ายการลัดวงจร และใช้ความสัมพันธ์ของก๊าซในถุงลมและความดันย่อยเพื่อหาปริมาณความไม่เท่าเทียมกันของการระบายอากาศและการไหลเวียนเลือดจากความดันของเลือดและก๊าซที่วัดได้
Mechanisms
อากาศที่หายใจเข้าไปจะถูกทำให้ชื้นและผสมกับก๊าซในถุงลมที่มีอยู่แล้ว ซึ่งจะกำหนดความดันย่อยของออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในถุงลม ก๊าซจะแพร่ผ่านเยื่อหุ้มถุงลม-เส้นเลือดฝอยที่บางเฉียบตามความชันของความดันย่อยจนกระทั่งเกิดสมดุล ประสิทธิภาพของการแลกเปลี่ยนสำหรับหน่วยปอดขึ้นอยู่กับว่าการระบายอากาศของมันจับคู่กับการไหลเวียนเลือดอย่างไร: หน่วย V/Q สูงมีพฤติกรรมเหมือนการระบายอากาศที่สูญเปล่า (คล้ายพื้นที่ตาย), หน่วย V/Q ต่ำมีพฤติกรรมเหมือนการผสมเลือดดำ (คล้ายการลัดวงจร) เนื่องจากออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ถูกขนส่งในเลือดส่วนใหญ่ในรูปที่จับกับสารเคมี — ออกซิเจนจับกับฮีโมโกลบิน, คาร์บอนไดออกไซด์ในรูปไบคาร์บอเนตและสารประกอบคาร์บามิโน — ปริมาณที่ส่งมอบหรือถูกกำจัดต่อหน่วยของการไหลเวียนเลือดจึงถูกควบคุมโดยเส้นโค้งการแตกตัว (dissociation curves) มากกว่าโดยก๊าซที่ละลายอยู่เพียงอย่างเดียว
Clinical relevance
ความไม่สมดุลระหว่างการระบายอากาศและการไหลเวียนเลือดเป็นสาเหตุทางสรีรวิทยาที่พบบ่อยที่สุดที่ทำให้ระดับออกซิเจนในหลอดเลือดแดงลดลงในโรคปอด และกรอบแนวคิดนี้เป็นพื้นฐานที่แพทย์ใช้ในการตีความก๊าซในเลือดและดัชนีออกซิเจน บทความนี้อธิบายสรีรวิทยาที่เป็นพื้นฐานของการตีความดังกล่าว; เป็นข้อมูลอ้างอิงและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจในการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล
Evidence & guidelines
สรีรวิทยาที่สรุปไว้ในที่นี้เป็นความรู้ที่ได้รับการยอมรับในตำราเรียน ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากงานวิจัยเชิงปริมาณในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 เกี่ยวกับการวิเคราะห์การระบายอากาศและการไหลเวียนเลือด และโดยการทบทวนแบบบูรณาการร่วมสมัย เป็นสรีรวิทยาเชิงพรรณนามากกว่าชุดของหลักฐานทางคลินิกเชิงเปรียบเทียบ ดังนั้นแนวทางปฏิบัติจึงไม่ใช่ฐานหลักฐานที่เกี่ยวข้องสำหรับแนวคิดหลัก
History
ความเข้าใจเชิงปริมาณของการแลกเปลี่ยนก๊าซในปอดมีความก้าวหน้าอย่างมากในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 การวิเคราะห์ 'อากาศในถุงลมในอุดมคติ' ของ Riley และ Cournand ในปี 1949 ได้ให้วิธีการแสดงความไม่เท่าเทียมกันของการระบายอากาศและการไหลเวียนเลือดในรูปที่วัดได้ และงานวิจัยต่อมา รวมถึงเทคนิคการกำจัดก๊าซเฉื่อยหลายชนิด ได้ปรับปรุงภาพให้เป็นไปในลักษณะการกระจายตัวอย่างต่อเนื่องของอัตราส่วน V/Q การทบทวนสมัยใหม่ได้รวมเครื่องมือเหล่านี้เข้ากับการสร้างภาพของการระบายอากาศและการไหลเวียนเลือดในแต่ละภูมิภาค
Key figures
- Richard Riley
- André Cournand
- John B. West
- Peter Wagner
Related topics
Seminal works
- riley-cournand-1949
- petersson-glenny-2014
Frequently asked questions
- ทำไมคนเราถึงมีการระบายอากาศโดยรวมปกติ แต่ยังมีออกซิเจนในเลือดต่ำได้?
- เนื่องจากการแลกเปลี่ยนก๊าซขึ้นอยู่กับการจับคู่ในแต่ละภูมิภาค: หากเลือดไหลไปยังบริเวณที่มีการระบายอากาศไม่ดี (V/Q ต่ำ) เลือดจะออกจากบริเวณนั้นโดยมีออกซิเจนไม่เพียงพอ และการระบายอากาศโดยรวมอาจดูเพียงพอในขณะที่ความไม่สมดุลในแต่ละภูมิภาคทำให้ระดับออกซิเจนในหลอดเลือดแดงลดลง
- การแลกเปลี่ยนก๊าซเหมือนกับการหายใจหรือไม่?
- ไม่ การหายใจ (ventilation) คือการเคลื่อนที่ของอากาศเข้าและออกจากปอด ในขณะที่การแลกเปลี่ยนก๊าซคือการถ่ายโอนออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ระหว่างก๊าซในถุงลมและเลือด; การแลกเปลี่ยนที่มีประสิทธิภาพยังต้องการการไหลเวียนเลือดและการแพร่ ไม่ใช่แค่การระบายอากาศเพียงอย่างเดียว