Вентиляционно-перфузионный коэффициент. Парциальное давление кислорода и двуокиси углерода
а) Влияние вентиляционно-перфузионного коэффициента на концентрацию газа в альвеолах. PO2 и PCO2 в альвеолах определяется двумя факторами:
(1) скоростью альвеолярной вентиляции;
(2) скоростью перехода кислорода и двуокиси углерода через дыхательную мембрану.
Предполагают, что все альвеолы вентилируются в равной степени и кровоток в альвеолярных капиллярах одинаков во всех альвеолах. Однако некоторые участки легких при хорошей вентиляции почти лишены кровотока, а другие — могут иметь великолепный кровоток при малой или отсутствующей вентиляции.
Это в некоторой степени возможно даже в нормальных условиях, но чаще выявляется при различных болезнях легких. В обоих случаях серьезно пострадает газообмен через дыхательную мембрану и человек может испытывать тяжелое нарушение дыхания, несмотря на нормальные показатели общей вентиляции и общего кровотока в легких, наряду с различными показателями вентиляции и кровотока в разных частях легких.
Для лучшего понимания изменений дыхания, возникающих при нарушении соответствия альвеолярной вентиляции и альвеолярного кровотока, была выработана специальная количественная концепция, названная вентиляционно-перфузионным коэффициентом.
Вентиляционно-перфузионный коэффициент обозначают количественно как VA/Q. Если VA (альвеолярная вентиляция) для данной альвеолы и Q (кровоток) в этой же альвеоле имеют нормальную величину, то вентиляционно-перфузионный коэффициент VA/Q также называют нормальным. Если альвеолярная вентиляция (Уд) равна нулю, но в альвеоле имеется перфузия (Q), то VA/Q тоже равняется нулю.
Если же при адекватной вентиляции (VA) наблюдается нулевая перфузия, то VA/Q равняется бесконечности. При коэффициенте, равном нулю или бесконечности, в этих альвеолах нет газообмена через дыхательную мембрану. Перейдем к разъяснению процесса дыхания в этих крайних случаях.
Диаграмма нормальных величин PO2-PCO2, VA/Q
б) Парциальное давление кислорода и двуокиси углерода в альвеоле в случае, когда VA/Q равно нулю. При VA/Q, равном нулю, т.е. при отсутствии какой-либо альвеолярной вентиляции, воздух в альвеоле приходит в равновесие с кислородом и двуокисью углерода, находящимися в крови, т.к. эти газы распределяются между кровью и альвеолярным воздухом.
Кровь в капиллярах является венозной кровью, возвращающейся к легким из системного кровообращения, поэтому альвеолярные газы уравновешиваются с газами венозной крови. В главе 40 мы узнаем, что в нормальной венозной крови (v) P02 составляет 40 мм рт. ст. и PCO2 — 45 мм рт. ст., поэтому величины парциального давления этих двух газов являются нормальными для альвеол, в которых имеется кровоток, но нет вентиляции.
в) Парциальное давление кислорода и двуокиси углерода в альвеоле в случае, когда VA/Q равно бесконечности. Влияние парциальных давлений альвеолярного газа в случае, когда VA/Q равно бесконечности, полностью отличается от их влияния в случае, когда VA/Q равно нулю, поскольку теперь отсутствует капиллярный кровоток, уносящий кислород из альвеол и приносящий двуокись углерода в альвеолы.
Вместо уравновешивания альвеолярных газов с венозной кровью альвеолярный воздух заменяется увлажненным вдыхаемым воздухом, т.е. кислород из вдыхаемого воздуха не уходит в кровь и двуокись углерода не переходит из крови во вдыхаемый воздух. В нормальном вдыхаемом увлажненном воздухе PO2 равняется 149 мм рт. ст. и PCO2 — 0 мм рт. ст., поэтому такими будут и парциальные давления этих двух газов в альвеоле.
г) Газообмен и парциальные давления газов в альвеолах при нормальном VA/Q. В случае, когда в альвеоле присутствуют и нормальная вентиляция, и нормальный капиллярный кровоток (нормальная альвеолярная перфузия), обмен кислорода и двуокиси углерода через дыхательную мембрану является почти оптимальным, и альвеолярное PO2 составляет обычно 104 мм рт. ст., т.е. находится в диапазоне между величинами Рог вдыхаемого воздуха (149 мм рт. ст.) и венозной крови (40 мм рт. ст.).
Альвеолярное PCO2 также расположено между двумя экстремальными значениями; в норме оно составляет 40 мм рт. ст., в то время как в венозной крови PCO2 имеет величину 45 мм рт. ст. и во вдыхаемом воздухе — 0 мм рт. ст. Таким образом, в нормальных условиях в альвеолярном воздухе PO2 составляет 104 мм рт. ст. и PCO2 — 40 мм рт. ст.
д) Диаграмма PO2-PCO2, VA/Q. Приведенные в предыдущих разделах концепции могут быть представлены в графическом виде. На рисунке выше изображена диаграмма PO2-PCO2, VA/Q. Кривая на диаграмме представляет все возможные комбинации PO2 и PCO2 в пределах значений VA/Q между нулем и бесконечностью в случае, когда давления газов в венозной крови нормальны и человек дышит воздухом на уровне моря. Так, точка v определяет значения PO2 и PCO2 при VA/Q равном нулю. PO2 в этой точке равно 40 мм рт. ст. и PCO2 — 45 мм рт. ст., что соответствует их величине в венозной крови.
На другом конце кривой, где VA/Q равен бесконечности, точка I обозначает вдыхаемый воздух — PO2 здесь равно 149 мм рт. ст., а PCO2 — 0 мм рт. ст. На кривой обозначена и точка, представляющая нормальный альвеолярный воздух при нормальном VA/Q PO2 равняется здесь 104 мм рт. ст. и PCO2 — 40 мм рт. ст.