Концепция физиологического шунта. Концепция физиологического мертвого пространства
а) Концепция физиологического шунта (когда VA/Q ниже нормы). Когда VA/Q ниже нормы, причиной этого является неадекватная вентиляция, не способная обеспечивать приток кислорода в количестве, необходимом для полной оксигенации протекающей через альвеолярные капилляры крови, поэтому определенная доля проходящей через легочные капилляры крови не оксигенируется. Эту фракцию называют шунтированной кровью. Кроме того, определенное дополнительное количество крови проходит через бронхиальные сосуды, не заходя в альвеолярные капилляры (в норме это составляет около 2% сердечного выброса). Эта порция также не оксигенируется и относится к шунтированной крови.
Общее количество шунтированной крови в минуту называют физиологическим шунтом. В клинических лабораториях, исследующих легочные функции, величина физиологического шунта измеряется путем определения концентрации кислорода в смешанной венозной крови и в артериальной крови с одновременным определением сердечного выброса. Зная эти величины, можно вычислить величину физиологического шунта с помощью следующей формулы:
где QPS — объем шунтированного кровотока в минуту, QT — сердечный выброс в минуту, СiO2 — концентрация кислорода в артериальной крови при наличии «идеального» вентиляционно-перфузионного соотношения, СaO2 — наличная концентрация кислорода в артериальной крови и CvO2 — наличная концентрация кислорода в смешанной венозной крови.
Чем больше физиологический шунт, тем больше объем крови, который при прохождении легких не оксигенируется.
Диаграмма нормальных величин PO2-PCO2, VA/Q
б) Концепция физиологического мертвого пространства (когда VA/Q выше нормы). Если в некоторых альвеолах вентиляция большая, а альвеолярный кровоток мал, то в этих альвеолах находится больше кислорода, чем из них может транспортироваться кровотоком. Вентиляцию в таких альвеолах называют неэффективной. Вентиляция дыхательных путей — анатомического мертвого пространства — также является неэффективной. Сумму этих двух видов неэффективной вентиляции называют физиологическим мертвым пространством. В клинических лабораториях для изучения функционального состояния легких его измеряют при помощи точных определений состава крови и выдыхаемого воздуха, пользуясь так называемым уравнением Бора:
где VDphys — физиологическое мертвое пространство, VT — дыхательный объем, РаCO2 — парциальное давление двуокиси углерода в артериальной крови и РeCO2 — среднее парциальное давление двуокиси углерода во всем объеме выдыхаемого воздуха.
При большом объеме физиологического мертвого пространства большая часть вентиляционной работы является неэффективной из-за того, что большая часть вентилируемого воздуха вообще не доходит до дыхательной мембраны.
в) Отклонение от нормы вентиляционно-перфузионного коэффициента:
1. Аномалии VA/Q в верхней и нижней частях нормальных легких. У здорового человека в положении стоя капиллярный кровоток в верхней части легких, а также альвеолярная вентиляция имеют значительно меньший объем, чем в нижней части. При этом объем кровотока снижается больше, чем объем вентиляции, поэтому в верхушке легкого VA/Q примерно в 2,5 раза больше идеального, в результате там возникает средней величины физиологическое мертвое пространство.
В другом конце легкого (в нижней части) вентиляция по сравнению с кровотоком слегка снижена, и VA/Q составляет только 0,6 от идеального. В этой части легкого небольшая часть крови оксигенируется меньше нормы — налицо явление физиологического шунта.
В обоих случаях несоответствие вентиляции и перфузии слегка снижает эффективность работы легких в обмене кислорода и двуокиси углерода. Однако во время физической работы кровоток к верхней части легких значительно возрастает, возникает физиологическое мертвое пространство намного меньшего объема, и эффективность газообмена приближается к оптимальному.
2. Аномальный VA/Q при хроническом обструктивном заболевании легких. У многих курящих со стажем развивается разной степени бронхиальная обструкция; у некоторых это состояние достигает такой степени тяжести, что появляется серьезная задержка альвеолярного воздуха и в результате — эмфизема легких. Эмфизема, в свою очередь, вызывает разрушение стенок многих альвеол. Эти аномалии могут стать причиной возникновения у курящих аномального VA/Q. Во-первых, из-за обструкции многих маленьких бронхиол альвеолы за местом обструкции не вентилируются и VA/Q приближается к нулю. Во-вторых, в участках легких, где многие стенки альвеол разрушены, но альвеолярная вентиляция продолжается, большая часть этой вентиляции неэффективна из-за неадекватного транспорта газов в кровотоке.
Таким образом, при хроническом обструктивном заболевании легких в некоторых участках легких возникает значительной величины физиологическое шунтирование, а в других — значительной величины физиологическое мертвое пространство. Оба эти фактора существенно снижают эффективность работы легких как органов газообмена, иногда оставшаяся эффективность может оказаться на уровне только 1/10 нормы. На сегодняшний день именно это является наиболее часто встречающейся причиной легочной недостаточности.
