Мертвое пространство (физиология) - Dead space (physiology)

Условия газообмена, кислотно-щелочного и газообмена крови
Р О 2 Артериальное давление кислорода или парциальное давление
P A O 2 Напряжение альвеолярного кислорода или парциальное давление
P a CO 2 Артериальное давление углекислого газа или парциальное давление
P A CO 2 Альвеолярное давление углекислого газа или парциальное давление
P v O 2 Напряжение кислорода смешанной венозной крови
П ( А - а ) О 2 Разница альвеолярно-артериального давления кислорода. Термин, использовавшийся ранее ( Aa D O
2
) не приветствуется.
П ( а / а ) O 2 Соотношение альвеолярно-артериального давления; P a O 2 : P A O 2 Термин « индекс кислородного обмена» описывает это соотношение.
С ( а - v ) O 2 Разница в содержании кислорода в артериовенозной крови
S a O 2 Насыщение кислородом гемоглобина артериальной крови
S p O 2 Насыщение кислородом, измеренное с помощью пульсоксиметрии
C a O 2 Содержание кислорода в артериальной крови
pH Символ, связывающий концентрацию ионов водорода или активность раствора со стандартным раствором; приблизительно равно отрицательному логарифму концентрации ионов водорода. pH - показатель относительной кислотности или щелочности раствора.

Мертвое пространство - это объем вдыхаемого воздуха, который не участвует в газообмене, потому что он либо остается в проводящих дыхательных путях, либо достигает альвеол, которые не перфузируются или плохо перфузируются . Другими словами, не весь воздух при каждом вдохе доступен для обмена кислорода и углекислого газа . Млекопитающие вдыхают и выдыхают свои легкие, расходуя впустую ту часть вдоха, которая остается в проводящих дыхательных путях, где не может происходить газообмен.

Компоненты

Всего мертвого пространство (также известное как физиологическое мертвое пространство ) представляет собой сумму анатомического мертвого пространства плюс альвеолярного мертвого пространства.

Выгоды действительно связаны с кажущейся расточительной конструкцией вентиляции, которая включает мертвое пространство.

  1. Углекислый газ задерживается, что делает возможной кровь и интерстиций с бикарбонатным буфером .
  2. Вдыхаемый воздух доводится до температуры тела, повышая сродство гемоглобина к кислороду и улучшая поглощение O 2 .
  3. Твердые частицы улавливаются слизью, выстилающей проводящие дыхательные пути, что позволяет удалить их мукоцилиарным транспортом .
  4. Вдыхаемый воздух увлажняется, улучшая качество слизи в дыхательных путях.

У людей около трети каждого вдоха в состоянии покоя не меняет уровней O 2 и CO 2 . У взрослых она обычно составляет 150 мл.

Мертвое пространство можно увеличить (и лучше представить), дыша через длинную трубку, такую ​​как трубка . Несмотря на то, что один конец трубки открыт для воздуха, когда пользователь вдыхает, он вдыхает значительное количество воздуха, оставшегося в трубке после предыдущего выдоха. Таким образом, трубка увеличивает мертвое пространство человека, добавляя еще больше «дыхательных путей», которые не участвуют в газообмене.

Анатомическое мертвое пространство

Анатомическое мертвое пространство - это та часть дыхательных путей (например, от рта и трахеи до бронхиол), по которой газ проходит к альвеолам . В этих помещениях невозможен газообмен. В здоровых легких, где альвеолярное мертвое пространство мало, метод Фаулера точно измеряет анатомическое мертвое пространство с помощью техники вымывания азота .

Нормальное значение объема мертвого пространства (в мл) приблизительно равно безжировой массе тела (в фунтах) и составляет в среднем около трети дыхательного объема покоя (450-500 мл). В оригинальном исследовании Фаулера анатомическое мертвое пространство составляло 156 ± 28 мл (n = 45 мужчин) или 26% их дыхательного объема. Несмотря на гибкость трахеи и меньшего размера проводящих дыхательных путей, их общий объем (т. Е. Анатомическое мертвое пространство) мало изменяется при бронхоспазме или при тяжелом дыхании во время упражнений.

У птиц непропорционально большое анатомическое мертвое пространство (у них более длинная и широкая трахея, чем у млекопитающих того же размера), что снижает сопротивление дыхательных путей. Эта адаптация не влияет на газообмен, потому что птицы пропускают воздух через легкие - они не вдыхают и не выдыхают, как млекопитающие.

Альвеолярное мертвое пространство

Альвеолярное мертвое пространство - это сумма объемов тех альвеол, в которых кровь мало или совсем не течет через прилегающие к ним легочные капилляры , т. Е. Вентилируемые, но не перфузируемые альвеолы, в которых в результате не может происходить газообмен. Альвеолярное мертвое пространство незначительно у здоровых людей, но может резко увеличиваться при некоторых заболеваниях легких из -за несоответствия вентиляции и перфузии .

Расчет мертвого пространства

Точно так же, как мертвое пространство расходует часть вдыхаемого воздуха, мертвое пространство разбавляет альвеолярный воздух во время выдоха. Количественно оценивая это разбавление, можно измерить анатомическое и альвеолярное мертвое пространство, используя концепцию баланса масс , выраженную уравнением Бора .

где - объем мертвого пространства, - дыхательный объем;
парциальное давление углекислого газа в артериальной крови, и
- парциальное давление углекислого газа в выдыхаемом (выдыхаемом) воздухе.

Физиологическое мертвое пространство

Концентрация углекислого газа (CO 2 ) в здоровых альвеолах известна. Он равен его концентрации в артериальной крови, поскольку CO 2 быстро уравновешивается через альвеолярно-капиллярную мембрану. Количество CO 2, выдыхаемое из здоровых альвеол, будет разбавлено воздухом в проводящих дыхательных путях и воздухом из альвеол, которые плохо перфузируются. Этот коэффициент разбавления может быть рассчитан после определения CO 2 в выдыхаемом воздухе (либо путем электронного контроля выдыхаемого воздуха, либо путем сбора выдыхаемого воздуха в газонепроницаемом мешке (мешок Дугласа) и затем измерения смешанного газа в мешке для сбора ). Алгебраически этот коэффициент разбавления даст нам физиологическое мертвое пространство, рассчитанное по уравнению Бора:

Альвеолярное мертвое пространство

Когда альвеолы ​​с плохой перфузией опорожняются с той же скоростью, что и нормальные альвеолы, можно измерить мертвое пространство альвеол . В этом случае проба газа в конце выдоха (измеренная с помощью капнографии ) содержит CO 2 в концентрации, меньшей, чем концентрация в нормальных альвеолах (т. Е. В крови):

Внимание! Концентрация CO 2 в конце выдоха может быть неточно определенным числом.
  1. Плохо вентилируемые альвеолы ​​обычно не опорожняются с такой же скоростью, как здоровые альвеолы. В частности, в легких с эмфизематозом больные альвеолы ​​опорожняются медленно, поэтому концентрация CO 2 в выдыхаемом воздухе постепенно увеличивается на протяжении всего выдоха.
  2. Мониторинг мертвого пространства альвеол во время хирургической операции - важный и чувствительный инструмент для контроля функции дыхательных путей.
  3. Во время интенсивных упражнений CO 2 будет повышаться на протяжении выдоха, и его нелегко сопоставить с определением газов крови, что привело к серьезным ошибкам интерпретации на ранних этапах определения мертвого пространства.
Пример : для дыхательного объема 500 мл, артериального углекислого газа 42 мм рт. Ст. И углекислого газа в конце выдоха 40 мм рт.
так что

Анатомическое мертвое пространство

Другой маневр используется для измерения анатомического мертвого пространства: испытуемый полностью выдыхает, глубоко вдыхает газовую смесь с 0% азота (обычно 100% кислорода), а затем выдыхает в оборудование, которое измеряет объем азота и газа. Этот последний выдох происходит в три фазы. В первой фазе нет азота, и воздух попадает в легкие только до проводящих дыхательных путей. Затем концентрация азота быстро увеличивается во время короткой второй фазы и, наконец, достигает плато, третьей фазы. Анатомическое мертвое пространство равно объему выдыхаемого во время первой фазы плюс половина , что выдыхаемой во время второй фазы. (Уравнение Бора используется для обоснования включения половины второй фазы в этот расчет.)

Мертвое пространство и вентилируемый пациент

Глубина и частота нашего дыхания определяется хеморецепторами и стволом мозга в зависимости от ряда субъективных ощущений. При механической вентиляции в принудительном режиме пациент дышит с частотой и дыхательным объемом, которые определяются аппаратом. Из-за наличия мертвого пространства более медленные глубокие вдохи (например, десять вдохов по 500 мл в минуту) более эффективны, чем быстрые поверхностные вдохи (например, двадцать вдохов по 250 мл в минуту). Хотя количество газа в минуту одинаково (5 л / мин), большая часть поверхностных вдохов представляет собой мертвое пространство и не позволяет кислороду попадать в кровь.

Механическое мертвое пространство

Механическое мертвое пространство - это мертвое пространство в аппарате, в котором дыхательный газ должен течь в обоих направлениях, когда пользователь вдыхает и выдыхает, увеличивая необходимое дыхательное усилие, чтобы получить такое же количество пригодного для использования воздуха или дыхательного газа, и рискуя накоплением углекислого газа. от поверхностных вдохов. По сути, это внешнее расширение физиологического мертвого пространства.

Его можно уменьшить за счет:

  • Использование раздельных впускных и выпускных каналов с односторонними клапанами, помещенными в мундштук. Это ограничивает мертвое пространство между обратными клапанами и ртом и / или носом пользователя. Дополнительное мертвое пространство можно минимизировать, сохраняя объем этого внешнего мертвого пространства как можно меньшим, но это не должно чрезмерно увеличивать работу дыхания.
  • С полнолицевой маской или водолазным шлемом по запросу :
    • Сохранение небольшого внутреннего объема
    • Наличие небольшой внутренней носовой маски внутри основной маски, которая отделяет внешний дыхательный канал от остальной внутренней части маски.
    • В некоторых моделях полнолицевой маски установлен мундштук, аналогичный тем, что используются на регуляторах для дайвинга, который выполняет ту же функцию, что и носовая маска, но может дополнительно уменьшить объем внешнего мертвого пространства за счет принудительного дыхания ртом ( и действует как кляп, препятствуя ясному разговору).

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Аренд Бухейс. 1964. «Дыхательное мертвое пространство». в Справочнике по физиологии. Раздел 3: Дыхание. Том 1. Уоллес О. Фенн и Герман Ран (ред.). Вашингтон: Американское физиологическое общество.
  • Джон Б. Уэст. 2011. Респираторная физиология: основы. Липпинкотт Уильямс и Уилкинс; Издание девятое. ISBN  978-1609136406 .

внешние ссылки