Výměna plynů v plicích - přehled. Obecná patofyziologie dýchacího systému. 1. Výměna plynů v plicích

Transkript

1 Obecná patofyziologie dýchacího systému 1 Výměna plynů v plicích Řízení dýchání 3 Souhrn 1 Výměna plynů v plicích Určování alveolární ventilace Alveolární ventilace je definována jako tok dýchacích plynů přes dokonale fungující (= plyny vyměňující) alveoly (správněji by mělo být: ventilace spojená s výměnou plynů, poněvadž ne všechny sklípky fungují dokonale) Alveolární ventilace = celková ventilace minus ventilace anatomického mrtvého prostoru, pokud všechny plicní sklípky fungují téměř ideálně (mladé zdravé plíce) U patologicky změněných plic určitá část sklípků vyměňuje plyny suboptimálně a tam by bylo třeba změřit - anatomický mrtvý prostor - plus alveolární mrtvý prostor = sklípky zcela neperfundované plus adekvátní efekt sklípků špatně perfundovných, dohromady tzv funkční mrtvý prostor Fmp lze vypočíst ze vztahu mezi parciálními tlaky CO ve vydechovaném plynu a v arteriální krvi Pro zdravé plíce: alveolární ventilace celková vent ventilace anat mrtvého prostoru V A = V E - V D 5 L/min 7,5 L/min,5 L/min dechová dechový objem anat frekv objem mrtvého prostoru VA f * V T - f * V D 5L/min 15/min 0,5 L 0,15 L V D Dosaz f V E / V T dostáváme V V A = f ( V T -V D ) = V E ( 1 - D ) V T Např V A = 50 L/min = 14 L/min ( 1-03 ) 05 Je to ekvivalent zmenšení výměny schopné části plic Výměna plynů v plicích - přehled ROVNICE ALVEOLÁRNÍ VENTILACE CO 40 mmhg 0 mmhg L/min FICO * V A FACO * V A Měření velikosti funkčního mrtvého prostoru se však v praxi neprovádí a alveolární ventilace se měří pomocí jejího efektu, totiž PaCO K tomu cíli je třeba sestavit rovnici alveolární ventilace (obr 1 3) A = vztahující se kalveolům (správněji: k efektivnímu prostoru vyměňujícímu plyny) VCO 03L/min 1 - PvCO PaCO 45 mmhg 40 mmhg PODLE FICKOVA PRINCIPU : VCO = FACO * V A (1a)

2 O 100 mmhg FIO * V A FAO * V A - PvO PaO VO 08 L/min 40 mmhg 90 mmhg FACO VCO = tlak PACO = VCO * 863 V vzduchu () A V A (3) FAO = FIO - VO VO PAO = PIO - * 863 V A 150 mmhg 01 * (760 mmhg - 47 mmhg) PACO PaCO V NORMĚ I PATOLOGII, TUDÍŽ : V A VO = FIO * V A -FAO * V A VO = (FIO -FAO ) * V A (1b) 3 V CO PaCO = 863* V A (4) Kyslík v alveolech a v krvi K porozumění chování krevních plynů za různých patologických stavů potřebujeme znát složení plynné směsi v alveolech, které se v klinické praxi těžko měří Naštěstí není velký rozdíl mezi PaCO a mezi PACO a PAO je pak možno vypočítat podle rovnice alveolárních plynů (obr 4 a 5) ROVNICE ALVEOLÁRNÍCH PLYNŮ VCO 03 L/min R 08 VO 08 L/min RESPIRAČNÍ VÝMĚNNÁ RYCHLOST METABOLICKÝ RESPIRAČNÍ KVOCIENT (PRO PLÍCE VCELKU) PaCO PAO = PIO R ROVNICE ALVEOL VENTILACE + ZANED- BATELNÝ ZBYTEK 4 40 mmhg 100 mmhg 150 mmhg - 08 RAP SE DÁ ZNÁZORNIT JAKO PŘÍMKA (JE-LI R=konst): PACO PaCO PAO = PaCO 10 PaCO = PAO 100 mmhg ČISTÁ HYPOVEN- TILACE NORMA Tato rovnice umožňuje - zjistit vztah mezi parciálním tlakem obou plynů v alveolech při čisté hypoventilaci a při hyperventilaci - odhadnout velikost alveolo-arteriálního rozdílu pro kyslík (obr 6) 5 PAO mmhg

3 Zvýšený P[A-a]O svědčí pro postižení plicního parenchymu, při čisté hypoventilaci zvýšen není Z rovnice plyne, že i při normálním P[A-a]O může dojít při těžké hyperkapnii k těžké hypoxemii 6 Ventilačně perfuzní nerovnováha Dosavadní úvahy se opíraly o jednokompartmentový model plic Ve skutečnosti je však hlavním patofyziologickým mechanizmem porušené výměny plynů ventilačně perfuzní nerovnováha, a ta se tímto modelem vystihnout nedá VPN je odchylka od optimálního poměru mezi ventilací a perfuzí celých plic, jejich různých oblastí až jednotlivých alveolů Ventilačně perfuzní poměr jednotlivého sklípku ovlivňuje složení plynné směsi v něm (obr 7) 7 Ventilačně perfuzní křivku pro jednotlivý alveolus je možné snadno odvodit intuitivně (obr 8) Tuto křivku můžeme situovat do souřadnic alveolárních plynů, poněvadž paricální tlaky plynů v alveolech jsou závislé na poměru ventilace a perfuze jednotlivých sklípků Funkční mrtvý prostor plic je vždy větší než anatomický mrtvý prostor, za patologických stavů třeba i velmi výrazně (obr 9) 8

4 MRTVÝ PROSTOR DÝCHACÍCH CEST V A /Q 10 V A /Q Alveolární parciální tlaky obou dýchacích plynů v plicích jako celku leží někde mezi rovnicí alveolárních plynů a křivkou ventilačně perfuzní nerovnováhy (obr 6 ) 9 ALVEOLÁRNÍ V A /Q MRTVÝ PROSTOR ANATOMICKÝ MP FYZIOLOGICKÝ MP FUNKČNÍ MP ( NEVYLUČUJE CO ) Ventilačně perfuzní poměr v jednotlivých sklípcích má vliv na složení plynů vnich a tedy i na jejich funkci z hlediska plynové výměny (obr 10) 6 Sklípky s vysokým ventilačně perfuzním poměrem představují součást funkčnho mrtvého prostoru, jsou nevyužitelné pro odvětrávání CO a mají tendenci vyvolávat hyperkapnii; jejímu vzniku však v praxi často zabraňuje regulační zvýšení celkové ventilace V E Kupodivu existence těchto sklípků nevyvolává hypoxemii 10

5 Sklípky s nízkým ventilačně perfuzním poměrem představují funkční zkrat a vedou proto k hypoxemii; jejich mírná tendence k vyvolání hyperkapnie bývá překonávána hyperventilací Funkční - zkrat lze vypočíst z rozdílu CaO a CvO A toto měření má klinický význam Detailně zobrazuje vliv ventilačně perfuzní nerovnováhy v jednotlivých sklípcích na výměnu kyslíku obr Tento obrázek spolu se známým tvarem disociační křivky hemoglobinu vysvětluje -proč se při zkratu (u sklípků snízkým V A /Q) snižuje PaO, -proč je toto snížení ovlivnitelné hyperventilací jen málo, -proč ani zvýšení FIO příliš nepomáhá U CO je mezi jeho parciálním tlakem v alveolech a saturací krve přímá úměrnost, proto je hyperventilace pro snížení PaCO velmi účinná K pochopení patofyziologie poruch plynové výměny bychom potřebovali vědět, kolik sklípků v konkrétních plicích má tu či onu hodnotu V A /Q To zhruba umožňuje experimentální metoda vylučování série inertních plynů (MIGET), obr Distribuce z obr 1 platí pro všechny obratlovce (strukturní invariant) 13

6 V praxi se velikost ventilačně perfuzní nerovnováhy měří jen obtížně (neexistuje sjednocující metoda pro vysoký i nízký ventilačně perfuzní poměr), a to vyloučením ostatních příčin poruch výměny plynů, např čisté ˇhypoventilace 14 Řízení dýchání Jednoduché zpětnovazebné schéma řízení dýchání pomůže objasnit Obecné schéma zpětnovazebního regulačního okruhu (obr 15) vzájemné vztahy mezi PA dýchacích plynů a ventilací (obr 16) Schéma vzniku poruch výměny plynů a příslušných regulačních reakcí (obr 17) Jsou čtyři plicní příčiny hypoxické hypoxémie: - porucha difuze - plicní zkraty - čistá hypoventilace -ventilačně perfuzní nerovnováha Hyperkapnie vzniká na základě čisté hypoventilace, ventilačně perfuzní nerovnováhy a zvýšené dechové práce Nyní už známe podstatné složky patofyziologie selhání plic (obr 6) 17

7 Klinické kazuistiky poruch výměny plynů v plicích (obr 18) 6 18 Hyperkapnie snižuje (podle rovnice alveolárních plynů) PAO a tedy i PaO (obr 19) PACO PAO PaO P(A-a)O Norm 40mHg Hyperk 60 Hyperk path (40) norm 3 Souhrn Patofyziologie výměny plynů má dát vodítko pro posouzení stavu respiračních funkcí u pacienta Zajímá nás: 1 Alveolární ventilace, kterou lze odhadnout pomocí PaCO (bez ohledu na to, že nevíme, jak jsou na tom jednotlivé sklípky) K tomu slouží rovnice alveolární ventilace V A = 863 * VCO / PaCO, např v normě 863 * 0,3 L min mmhg = 5 L min ! Hodnota PAO, abychom mohli vypočíst alveoloarteriální rozdíl pro kyslík P[A-a]O K tomu slouží rovnice alveolárních plynů, vypočtená z rovnice ventilační: PAO PIO -PaCO /R, např v normě 150mmHg 40 mmhg 0,8 = 100 mmhg Zvýšená hodnota P[A-a]O svědčí pro poruchu plicního parenchymu Jestli pacient pouze hypoventiluje ( čistá hypoventilace), odpovídají jeho parciální tlaky dýchacích plynů rovnici alveolárních plynů a P[A-a]O je nevelký Nejdůležitějším patofyziologickým mechanizmem poruch výměny plynů v plicích je ventilačně perfuzní nerovnováha, vytvářející funkční mrtvý prostor a funkční zkrat V klinické diagnostice však nemáme k dispozici přímý kvantitativní ukazatel ventilačně perfuzní nerovnováhy a usuzujeme na ni z ostatních parametrů plynové výměny Úplný zkrat špatně reaguje na hyperventilaci i na zvýšení frakce kyslíku ve vdechované směsi Vdechování 100%ního kyslíku eliminuje zcela vliv V A/Q nerovnováhy Hyperkapnie sama může vést podle rovnice alveolárních plynů k hypoxémii