Thông khí-Tưới máu và Trao đổi khí

Để trao đổi khí hiệu quả, lượng khí đến phế nang (thông khí) cần phải phù hợp với lượng máu chảy qua các mao mạch phổi (tưới máu). Tỷ lệ thông khí-tưới máu mô tả sự phù hợp này, và sự phân bố của nó khắp phổi là yếu tố quan trọng nhất quyết định mức độ trao đổi oxy và carbon dioxide.

Definition

Tỷ lệ thông khí-tưới máu (V/Q) là tỷ lệ giữa thông khí phế nang và lưu lượng máu mao mạch phổi trong một đơn vị phổi; trao đổi khí phụ thuộc vào sự phân bố của tỷ lệ này khắp phổi, với sự mất cân bằng, shunt (V/Q = 0) và thông khí khoảng chết (V/Q = vô cùng) làm suy giảm sự vận chuyển oxy và carbon dioxide.

Scope

Chủ đề này bao gồm tỷ lệ thông khí-tưới máu (V/Q) và sự phân bố theo vùng của nó, hậu quả của sự mất cân bằng V/Q và shunt đối với oxy và carbon dioxide, phân tích khí phế nang lý tưởng và phương trình khí phế nang, và chênh lệch oxy phế nang-động mạch như một thước đo hiệu quả trao đổi khí. Đây là tài liệu tham khảo về sinh lý học, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Tại sao tỷ lệ thông khí-tưới máu quyết định hiệu quả trao đổi khí?
• Làm thế nào shunt và khoảng chết nằm ở các thái cực của phổ V/Q?
• Mô hình khí phế nang lý tưởng định lượng trao đổi khí như thế nào?
• Chênh lệch oxy phế nang-động mạch tiết lộ điều gì?

Key concepts

• Tỷ lệ thông khí-tưới máu (V/Q)
• Shunt và khoảng chết
• Phân bố V/Q theo vùng
• Khí phế nang lý tưởng và mô hình ba khoang
• Phương trình khí phế nang
• Chênh lệch oxy phế nang-động mạch (A-a gradient)
• Co mạch phổi do thiếu oxy

Mechanisms

Ở phổi thẳng đứng, trọng lực và cơ học vùng làm cho cả thông khí và tưới máu đều lớn hơn ở đáy so với đỉnh, nhưng tưới máu thay đổi nhiều hơn, do đó tỷ lệ V/Q cao ở đỉnh và thấp ở đáy. Trao đổi khí tối ưu khi tỷ lệ gần bằng một; một đơn vị không có thông khí nhưng vẫn có tưới máu hoạt động như một shunt, trong khi một đơn vị được thông khí nhưng không được tưới máu trở thành khoảng chết. Vì mối quan hệ oxy-hemoglobin là phi tuyến tính, các vùng V/Q thấp không thể được bù đắp hoàn toàn bởi các vùng V/Q cao, do đó sự mất cân bằng V/Q làm giảm oxy động mạch nhiều hơn carbon dioxide. Phân tích khí phế nang lý tưởng của Riley và Cournand đã mô hình hóa phổi thành các khoang lý tưởng, shunt và khoảng chết và, với phương trình khí phế nang, cho phép tính toán chênh lệch oxy phế nang-động mạch như một chỉ số về hiệu quả trao đổi khí. Co mạch phổi do thiếu oxy làm chuyển hướng máu ra khỏi các vùng thông khí kém, cải thiện một phần sự phù hợp (Riley 1949; Petersson 2014; West 2012).

Clinical relevance

Các khái niệm về thông khí-tưới máu là nền tảng cho việc giải thích sinh lý học về suy giảm trao đổi khí và chênh lệch oxy phế nang-động mạch được sử dụng trong phân tích khí máu. Hiểu được vị trí của một đơn vị phổi trên phổ V/Q - từ shunt đến khoảng chết - là một khuôn khổ tham chiếu để lý giải tại sao quá trình oxy hóa hoặc thải carbon dioxide bị suy giảm. Mục này giải thích sinh lý học theo các thuật ngữ chung và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

History

Phân tích định lượng các mối quan hệ thông khí-tưới máu được thiết lập bởi Riley và Cournand vào cuối những năm 1940 với mô hình ba khoang khí phế nang lý tưởng, dựa trên công trình đặt ống thông tim của Cournand. Các nghiên cứu theo vùng của West vào những năm 1960 sử dụng khí phóng xạ đã chứng minh gradient trọng lực của V/Q ở phổi thẳng đứng, và kỹ thuật loại bỏ khí trơ đa năng của Wagner sau đó đã giải quyết sự phân bố liên tục của tỷ lệ V/Q.

Key figures

• Richard L. Riley
• André Cournand
• John B. West
• Peter D. Wagner

Seminal works

• riley-1949
• petersson-2014
• west-2012-textbook

Frequently asked questions

Tỷ lệ thông khí-tưới máu là gì?

Đó là tỷ lệ giữa thông khí phế nang và lưu lượng máu mao mạch trong một vùng phổi; trao đổi khí hiệu quả nhất khi thông khí và tưới máu phù hợp tốt (tỷ lệ gần bằng một), và nó suy giảm khi các đơn vị chuyển sang shunt (không thông khí) hoặc khoảng chết (không tưới máu).

Tại sao sự mất cân bằng V/Q làm giảm oxy nhiều hơn carbon dioxide?

Vì đường cong phân ly oxy-hemoglobin là phi tuyến tính và gần như phẳng ở phía trên, các vùng được thông khí tốt không thể tải thêm oxy để bù đắp cho các vùng được thông khí kém, trong khi việc loại bỏ carbon dioxide, vốn tuyến tính hơn, dễ dàng được bù đắp hơn bằng cách tăng thông khí.