Респираторная медицина. Руководство (в 2-х томах) - Чучалин А. Г. 12 стр.

path: pictures/2f-7.png

,(7)

где DL - диффузионная способность легких, DM - диффузионная способность мембраны (включающая в себя плазму и внутреннюю часть эритроцита), q - скорость реакции кислорода (или СО₂) с гемоглобином (на 1 мл крови) и Vc - объем крови в легочных капиллярах.

В здоровом легком диффузионное сопротивление мембранного компонента и компонентов, участвующих в химической реакции, приблизительно одинаково. Окись углерода используется в качестве газа для измерения диффузионной способности легочной ткани потому, что его перенос через альвеолокапиллярный барьер - процесс практически полностью диффузионно-ограниченный. И хотя нас в большей степени интересует диффузия кислорода, диффузионное ограничение этого газа в большей степени обусловлено перфузией при нормоксии и частично - диффузией при гипоксии. По этой причине измерения с использованием кислорода трудно интерпретировать, хотя предлагаются методики с использованием изотопов кислорода.

Как было сказано выше, в соответствии с законом Фика количество газа, переносимого через тканевую мембрану, пропорционально площади, диффузионной константе и разнице парциальных давлений и обратно пропорционально толщине мембраны:

path: pictures/2f-8.png

.(8)

В реальности легкое является столь сложным органом, что определить площадь и толщину альвеолокапиллярного барьера при жизни не представляется возможным. Поэтому вместо этих трех переменных, определяющих объем переносимого газа, можно ввести константу D_L:

path: pictures/2f-9.png

,(9)

где D_L - это диффузионная способность легких - показатель, включающий в себя площадь, толщину и диффузионные свойства тканевой мембраны, а также диффузионные свойства газа. Тогда диффузионная способность легких для углекислоты может быть рассчитана:

path: pictures/2f-10.png

,(10)

где Р₁ и Р₂ - парциальное давление СО в альвеолярном газе и капиллярной крови соответственно.

Поскольку парциальное давление углекислоты в капиллярной крови очень низкое (см. рис. 2--8), им можно пренебречь. В этом случае уравнение принимает следующий вид:

path: pictures/2f-11.png

.(11)

Таким образом, диффузионная способность легких для СО - это переносимый объем углекислоты, выраженный в миллилитрах в минуту на миллиметр ртутного столба альвеолярного парциального напряжения СО.

Существует несколько способов измерения диффузионной способности легких для углекислоты. При выполнении методики одиночного вдоха выполняется вдох смеси, содержащей 0,3% СО и рассчитывается скорость исчезновения углекислоты из альвеолярного газа при 10-секундной задержке дыхания. Расчет производится на основании измерения вдыхаемой и выдыхаемой концентраций СО с помощью инфракрасного датчика. По окончании периода задержки дыхания проба альвеолярного газа анализируется (первые 750 мл, представляющих собой объем газа мертвого пространства, исключаются из анализа). Газовая смесь, помимо CO, также содержит гелий для измерения легочного объема дилюционным методом. При использовании данного метода уравнение принимает следующий вид:

path: pictures/2f-12.png

,(12)

где VA - альвеолярный объем в литрах, t - время задержки дыхания в секундах, К - константа. Также в уравнении представлены соответствующим образом обозначенные фракционные концентрации СО и гелия во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе.

Диффузионная способность легких может быть также измерена методом устойчивого состояния. При этом исследуемый дышит низкими концентрациями СО (около 0,1%) примерно около полминуты до тех пор, пока не будет достигнуто устойчивое состояние газообмена. Затем измеряется константа скорости исчезновения СО из альвеолярного газа. Эта методика лучше подходит для измерения во время нагрузки, когда тест с задержкой дыхания применить невозможно. Должные величины диффузионной способности для СО (как и для большинства легочных функциональных тестов) зависят от пола, возраста, роста.

ШУНТ

Понятием «шунт» обозначается попадание крови в системный артериальный кровоток без прохождения через вентилируемые отделы легких. Даже в норме может отмечаться некоторое снижение артериального Р_О2, из-за наличия шунта (например, когда часть кровотока из бронхиальных артерий попадает в легочные вены). Так как концентрация кислорода в этой крови снижена, то ее смешивание с кровотоком из легочных капилляров приводит к снижению артериального Р_О2.

При легочных заболеваниях возможно отсутствие вентиляции в газообменных участках вследствие бронхиальной обструкции, ателектаза или заполнения альвеол жидкостью или клетками. Кровь, протекающая через эти участки, формирует шунт.

Когда причиной шунта является добавление смешанной венозной крови (легочной артериальной) к крови из капилляров (легочной венозной), то можно измерить объем шунтирования. Общее количество кислорода, покидающего систему, равняется общему кровотоку (Q_T), умноженному на концентрацию кислорода в системном артериальном кровотоке (Са_О2), или Q_T x Ca_O2. Это должно равняться сумме количества кислорода в шунтовой крови (Q_S x C_VO2) и конечно-капиллярной крови (Q_T - Q_S) x Cc'_O2. Таким образом:

path: pictures/2f-13.png

.(13)

Преобразование этого уравнения дает:

path: pictures/2f-14.png

.(14)

Концентрацию кислорода конечно-капиллярной крови обычно рассчитывают исходя из альвеолярной Р_О2 и концентрации гемоглобина, допуская, что насыщение оксигемоглобина составляет 100%.

Когда причиной шунта становится поступление крови, которая имеет иную концентрацию кислорода, чем смешанная венозная кровь, то в этом случае рассчитать его величину невозможно.

Важной диагностической характеристикой шунта является то, что артериальное Р_О2 не повышается до нормального уровня при назначении пациенту 100% кислорода. Причиной является то, что шунтируемая кровь минует вентилируемые альвеолы и не вступает в контакт с высоким альвеолярным Р_О2. Его смешивание с конечно-капиллярной кровью способствует снижению артериальной Р_О2.

Назначение 100% кислорода пациенту с шунтом является очень чувствительным методом определения незначительного шунта.

У пациента с шунтом обычно не отмечается повышенного Р_СО2 в артериальной крови несмотря на то, что шунтируемая кровь богата двуокисью углерода. Это происходит вследствие того, что хеморецепторы регистрируют любое повышение СО₂ и реагируют на это повышением вентиляции.

ВЕНТИЛЯЦИОННО-ПЕРФУЗИОННЫЕ ОТНОШЕНИЯ (ВПО)

Хорошо известно, что несоответствие вентиляции и кровотока является одной из основных причин гипоксемии. Взаимоотношения вентиляции, кровотока и газообмена зависят от кривых диссоциации кислорода и углекислоты, которые имеют нелинейный характер и взаимозависимы.

Новые возможности цифровых технологий позволили усовершенствовать анализ кривых диссоциации кислорода и углекислого газа и получить информацию о дисперсии, режимах и распределении ВПО. Были проанализированы поведение и распределение вентиляционно-перфузионных отношений и представлена множественная элиминационная техника инертных газов, которая впервые позволила получить информацию о дисперсии, режимах и форме распределения.

Газообмен отдельной легочной единицы

Р_О2, Р_СО2 и Р_N2 любой газообменной единицы легкого в разной степени определяются тремя основными факторами:

---вентиляционно-перфузионным отношением;

---смешиванием вдыхаемого газа и композицией смешанной венозной крови;

---наклоном и позицией релевантных кривых диссоциаций кровь - газ.

Формально ключевая роль вентиляционно-перфузионного отношения может быть выражена следующим образом. Количество углекислоты, поступающей в окружающий воздух из альвеолярного газа в минуту, может быть получено путем преобразования уравнения (3):

path: pictures/2f-15.png

,(15)

где V_CO2 - продукция углекислоты, VА - альвеолярная вентиляция, К - константа, при условии что С_О2 отсутствует во вдыхаемом воздухе.

Количество углекислоты, поступающей в альвеолярный газ из капилляров в минуту, рассчитывается следующим образом:

path: pictures/2f-16.png

,(16)

где Q - кровоток, а Cv_СО2 и Cc'_СО2 - концентрации С_О2 в смешанной венозной и конечно-капиллярной крови соответственно. Далее в устойчивом состоянии количество углекислоты, утилизируемой из альвеол и капилляров, должно быть одинаковым:

path: pictures/2f-17a.png

или

path: pictures/2f-17b.png

(17)

Таким образом, альвеолярное Р_СО2 (и соответствующая конечно-капиллярная концентрация, если допустить, что конечно-капиллярное и альвеолярное Р_СО2 идентичны), определяется следующими факторами: вентиляционно-перфузионным отношением, концентрацией С_О2 в смешанной венозной крови и кривой диссоциации углекислоты, описывающей отношение Р_СО2 к концентрации углекислоты.

В контексте альвеолярного вентиляционного соотношения и углекислота, и кислород могут быть описаны похожими уравнениями:

path: pictures/2f-18.png

.(18)

Так же, как и для СО₂, допускается, что для кислорода альвеолярное и конечно-капиллярное Р_О2 идентичны, учитывая диффузионное равновесие по обе стороны альвеолокапилллярной мембраны. Альвеолярное Р_О2 так же определяется тремя основными факторами - вентиляционно-перфузионным отношением, уровнем кислорода во вдыхаемом воздухе и смешанной венозной крови и соотношением Р_О2 и концентрации кислорода (кривая диссоциации кислорода).

Графический анализ этих взаимоотношений осуществляется с использованием диаграммы О₂ - СО₂, на которой показатели Р_О2 представлены на горизонтальной оси а Р_СО2 - на вертикальной. Диаграмма использовалась для решения многих проблем, связанных с вентиляционно-перфузионными отношениями.

Очень важно иметь в виду топографическую неравномерность газообмена, которая имеет место в здоровом легком в вертикальном положении, как результат вентиляционно-перфузионной неравномерности. Вентиляция и кровоток на единицу объема снижаются в верхних отделах по сравнению с нижними. Изменение кровотока более выражено, чем изменения вентиляции. И как следствие, вентиляционно-перфузионное отношение повышается от более низкого уровня в базальных отделах до более высокого - в апикальных.

Так как ВПО определяют газообмен, то Р_О2 повышается примерно на 40 мм рт.ст. от основания к верхушке легкого, в то время как Р_СО2 падает примерно на 14 мм рт.ст. Показатель рН в области верхушек более высокий из-за низкого уровня Р_СО2. Очень малая часть потребления кислорода происходит в апикальных отделах из-за низкого кровотока.

Данные, представленные на рис. 2--9 демонстрируют показатели вентиляции, кровотока и ВПО на всех 9 уровнях от верхушек до апикальных отделов, которые могут рассматриваться как частотное распределение вентиляционно-перфузионных отношений. Показано, что большая часть кровотока поступает в базальные отделы, но напряжение (Р_О2) и концентрация кислорода в конечно-капиллярной крови этих отделов наиболее низкая. В результате к легочной венозной крови (системной артериальной) примешивается менее оксигенированная кровь из базальных отделов и снижается артериальное Р_О2.

ТРАДИЦИОННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННО-ПЕРФУЗИОННОЙ НЕРАВНОМЕРНОСТИ

Традиционными критериями ВПО являются показатели Р_О2 и Р_СО2 в артериальной крови и выдыхаемом воздухе. Артериальное Р_О2, конечно же, дает некоторую информацию о степени вентиляционно-перфузионной неравномерности (ВПН). В целом, чем ниже Р_О2, тем более выражено несоответствие вентиляции и кровотока. Основное достоинство этого измерения - простота. Недостатком же этого метода является высокая чувствительность к общей вентиляции и легочному кровотоку.

path: pictures/2-9.png

Рис. 2-9. Региональные различия газообмена в легких в вертикальном положении. Легкое делят на 9 воображаемых зон (Q - кровоток, Vol - объем, VA - поток газа) (West J.B. Respiratory Physiology - the Essentials. 7th ed. - Baltimore: Lippincott Williams and Wilkins, 2005).

Вследствие этих ограничений часто приходится оценивать альвеолоартериальную разницу по Р_О2 (напряжение кислорода). Эта величина является более информативной, чем артериальное Р_О2, поскольку она менее чувствительна к уровню общей вентиляции. Для понимания важности этого измерения необходимо более детально рассмотреть вопрос об изменении газообмена при ВПН.

На рис. 2--10 показана диаграмма взаимозависимости напряжения кислорода и углекислоты. Что происходит при появлении вентиляционно-перфузионного несоответствия? Обе точки - и альвеолярная, и артериальная - отдаляются от идеальной точки (i). Чем больше вентиляционно-перфузионное несоответствие, тем дальше расходятся эти точки. Кроме того, тип ВПН определяет то, как далеко будет каждая точка двигаться. Например, поддержание высокого уровня вентиляции в отделах с высоким вентиляционно-перфузионным отношением приведет к смещению точки «А» вниз и вправо от идеальной точки i. При поддержании высокого кровотока в легочных отделах с низким вентиляционно-перфузионным отношением точка «а» смещается влево в сторону от идеальной точки по R-линии.

Понятно, что горизонтальная дистанция между альвеолярной и артериальной точками (т.е. смешанная альвеолоартериальная разница по Р_О2) является важным критерием степени вентиляционно-перфузионной неравномерности. К сожалению, этот показатель практически невозможно получить у большинства пациентов, так как точка «А» обозначает композицию смешанного выдыхаемого газа, за исключением газа анатомического мертвого пространства. При большинстве легочных заболеваний пораженные альвеолы опустошаются последовательно. Наименее плохо вентилируемая альвеола опустошается последней. Таким образом, проба газа, полученная сразу после порции мертвого пространства, не будет репрезентативной в отношении всего смешанного выдыхаемого альвеолярного газа. Только у единичных пациентов, имеющих очень однородную вентиляцию, но неоднородный кровоток, этот индекс может быть использован. В этом случае Р_О2 конечно-экспираторного газа используется для оценки смешанного выдыхаемого альвеолярного газа.

path: pictures/2-10.png

Рис. 2-10. Диаграмма взаимозависимости кислорода и углекислоты, где представлены точки для идеального газа (i), артериальной крови (a) и альвеолярного газа (A). R-линии - отношение респираторного обмена.

Поскольку пробу смешанного выдыхаемого альвеолярного газа в большинстве случаев невозможно получить, более важным индексом может считаться разница по Р_О2 между идеальным альвеолярным газом и артериальной кровью. Этот показатель рассчитывается как горизонтальная дистанция между точками «i» и «a». Идеальное альвеолярное Р_О2 рассчитывается из следующего уравнения альвеолярного газа: