Альвеолярний газообмін

Альвеолярний газообмін — це перенесення кисню та вуглекислого газу між газом в альвеолах і кров'ю в навколишніх легеневих капілярах. Альвеола є функціональною одиницею, де вдихуване повітря зустрічається з венозною кров'ю, а парціальні тиски газів у ній визначають градієнти, що забезпечують обмін.

Definition

Альвеолярний газообмін — це дифузійний перенос кисню з альвеолярного газу в кров легеневих капілярів і вуглекислого газу з крові в альвеолярний газ, що визначається альвеолярними парціальними тисками цих газів.

Scope

Ця тема охоплює те, як формується газовий склад альвеолярного повітря, альвеолярне рівняння газів як зв'язок між вдихуваним киснем, виведенням вуглекислого газу та альвеолярним парціальним тиском кисню, а також концепції альвеолярної вентиляції, мертвого простору та шунта, що визначають, наскільки повно капілярна кров урівноважується з альвеолярним газом. Матеріал є фізіологічним довідником, а не клінічним керівництвом.

Core questions

• Що визначає парціальний тиск кисню в альвеолярному газі?
• Як альвеолярна вентиляція встановлює парціальний тиск вуглекислого газу в артеріальній крові?
• Чому частина вдихуваного повітря «витрачається» як мертвий простір і як це впливає на газообмін?
• Як шунт і венозна домішка знижують вміст кисню в крові, що виходить із легень?

Key concepts

• Альвеолярні парціальні тиски (PaO2, PaCO2 альвеолярного газу)
• Альвеолярне рівняння газів
• Альвеолярна вентиляція
• Анатомічний і фізіологічний мертвий простір
• Шунт і венозна домішка
• Дихальний коефіцієнт

Key theories

Альвеолярне рівняння газів

Альвеолярний парціальний тиск кисню визначається як різниця між парціальним тиском вдихуваного кисню та виведенням вуглекислого газу, скоригованим на дихальний коефіцієнт; це співвідношення, формалізоване в аналізі ідеального альвеолярного повітря, дозволяє оцінювати альвеолярний кисень за вимірюваними величинами.

Mechanisms

З кожним вдихом вдихуване повітря зігрівається, зволожується і розбавляється залишковим альвеолярним газом, тому альвеолярний парціальний тиск кисню нижчий за вдихуваний, а альвеолярний парціальний тиск вуглекислого газу відображає баланс між метаболічним утворенням вуглекислого газу та альвеолярною вентиляцією. Далі кисень і вуглекислий газ дифундують крізь тонкий альвеолярно-капілярний бар'єр за градієнтами парціального тиску до наближення капілярної крові до рівноваги з альвеолярним газом. Ділянки, що вентилюються, але не перфузуються, формують мертвий простір; ділянки, що перфузуються, але не вентилюються, формують шунт. Альвеолярне рівняння газів виражає залежність альвеолярного парціального тиску кисню від вдихуваного кисню, виведення вуглекислого газу та дихального коефіцієнта.

Clinical relevance

Концептуальна база альвеолярного газообміну лежить в основі інтерпретації газів артеріальної крові та альвеолярно-артеріального градієнта кисню, що використовується для характеристики порушень газообміну. Ця стаття описує відповідну фізіологію як довідковий матеріал і не містить діагностичних порогів чи рекомендацій щодо лікування.

Evidence & guidelines

Концепції, викладені тут, є стандартною фізіологією дихання; вони підкріплені фундаментальним аналізом ідеального альвеолярного повітря та інтегративними оглядами легеневого газообміну. Матеріал стосується описової фізіології, а не практики, що регулюється клінічними настановами.

History

Кількісне вивчення альвеолярного газу бере початок з роботи Райлі та Курнана середини XX століття, у якій було визначено «ідеальний» альвеолярний компартмент, з яким можна порівнювати реальні легені, що дозволило оцінювати мертвий простір і шунт за даними крові та газу. Подальші огляди інтегрували ці ідеї з безперервними розподілами вентиляційно-перфузійного відношення (V/Q) та регіональною візуалізацією.

Key figures

• Richard Riley
• André Cournand
• John B. West

Seminal works

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

Frequently asked questions

Чому парціальний тиск кисню в альвеолах нижчий, ніж у повітрі, яким ми дихаємо?

Вдихуване повітря зволожується, завдяки чому до нього додається водяна пара, що його розбавляє; крім того, кисень безперервно поглинається кров'ю, а вуглекислий газ надходить, тому альвеолярний парціальний тиск кисню встановлюється нижче від вдихуваного значення.

Що таке мертвий простір?

Мертвий простір — це частина кожного вдиху, яка не бере участі в газообміні: або тому, що залишається в провідних дихальних шляхах (анатомічний мертвий простір), або тому, що потрапляє в альвеоли, які вентилюються, але погано перфузуються (фізіологічний мертвий простір).