Pewność, że wentylacja i perfuzja płuc są odpowiednio dopasowane jest kluczowa dla zapewnienia ciągłego dostarczania tlenu i usuwania dwutlenku węgla z organizmu.
W tym artykule omówimy dopasowanie wentylacja-perfuzja, w jaki sposób może dojść do niedopasowania i jak można to skorygować.
Współczynnik wentylacja-perfuzja
Współczynnik wentylacji (V) odnosi się do objętości gazu wdychanego i wydychanego z płuc w danym okresie czasu, zwykle w ciągu minuty. Można go obliczyć mnożąc objętość oddechową (objętość powietrza wdychanego i wydychanego w jednym oddechu) przez częstość oddechów. U przeciętnego człowieka wskaźnik wentylacji wynosi około 6L/min.
Perfuzja (Q) płuc odnosi się do całkowitej objętości krwi docierającej do kapilar płucnych w danym okresie czasu.
Idealny stosunek V/Q wynosiłby 1 dla maksymalnie wydajnej funkcji płuc. Jednakże, stosunek ten różni się w zależności od części płuc, której dotyczy. Na przykład, gdy stoimy prosto, stosunek ten wynosi około 3,3 w szczycie płuca i tylko 0,63 w podstawie. Oznacza to, że wentylacja przewyższa perfuzję w kierunku szczytu, a perfuzja przewyższa wentylację w kierunku podstawy.
Różne współczynniki dla różnych obszarów wynikają z tego, gdzie każdy obszar leży w stosunku do serca, przy czym obszary płuc poniżej serca mają zwiększoną perfuzję w stosunku do wentylacji ze względu na grawitację, co zmniejsza stosunek V/Q. W związku z tym ogólna wartość w przeciętnym ludzkim płucu jest bliższa 0,8.
Grawitacja wyzwala te zmiany w wentylacji i perfuzji poprzez dwa różne mechanizmy:
- Ciśnienie opłucnowe jest zwiększone u podstawy płuc, co skutkuje bardziej podatnymi pęcherzykami płucnymi i zwiększoną wentylacją
- Ciśnienie hydrostatyczne jest zmniejszone w szczycie płuca, co skutkuje zmniejszonym przepływem i zmniejszoną perfuzją
Ponieważ perfuzja wzrasta wraz z grawitacją, to właśnie w szczytowych i środkowych strefach płuc obserwuje się największy względny wzrost ich perfuzji przy zwiększonym rzucie serca, np. podczas wysiłku.
Niedopasowanie wentylacja-perfuzja
Jeśli istnieje niedopasowanie pomiędzy wentylacją pęcherzyków płucnych a przepływem krwi w pęcherzykach płucnych, będzie to widoczne w stosunku V/Q. Jeśli stosunek V/Q zmniejsza się z powodu nieodpowiedniej wentylacji, wymiana gazowa w obrębie dotkniętych pęcherzyków płucnych będzie upośledzona. W rezultacie ciśnienie parcjalne tlenu (pO2) w kapilarach spada, a ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla (pCO2) wzrasta.
Aby temu zaradzić, hipoksyczne zwężenie naczyń powoduje skierowanie krwi do lepiej wentylowanych części płuc. Jednak w większości stanów fizjologicznych hemoglobina w tych dobrze wentylowanych kapilarach pęcherzykowych będzie już nasycona. Oznacza to, że czerwone krwinki nie będą w stanie związać dodatkowego tlenu, aby zwiększyć pO2. W rezultacie poziom pO2 we krwi pozostaje niski, co działa jako bodziec do wywołania hiperwentylacji, skutkującej normalnym lub niskim poziomem CO2.
Niedopasowanie wentylacji i perfuzji może powstać z powodu albo zmniejszonej wentylacji części płuc, albo zmniejszonej perfuzji.
Ważność kliniczna – Zmniejszona wentylacja płuc
Zmniejszona wentylacja może wystąpić z wielu powodów, ale w zakresie tego artykułu rozważymy te bardziej powszechne. Przede wszystkim zmniejszona wentylacja wpływa na poziom tlenu, ponieważ dwutlenek węgla jest bardziej rozpuszczalny i nadal dyfunduje pomimo upośledzenia. Dlatego początkowym efektem zmniejszonej wentylacji jest niewydolność oddechowa typu 1 (T1RF), z obniżonym pO2 i prawidłowym/niskim pCO2.
Wszystkie przyczyny T1RF mogą przejść w niewydolność oddechową typu 2 z niskim pO2 i podwyższonym pCO2, jeśli są wystarczająco ciężkie.
W zapaleniu płuc pęcherzyki płucne są wypełnione wysiękiem, co upośledza dostarczanie powietrza do pęcherzyków płucnych i wydłuża drogę dyfuzji gazów oddechowych.
Astma i przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP) mogą również powodować zmniejszenie wentylacji. W astmie jest to spowodowane skurczem mięśni gładkich, co zwiększa opór dla przepływu powietrza do pęcherzyków płucnych. W POChP strukturalne uszkodzenie dróg oddechowych spowodowane zmianami zapalnymi prowadzi do upośledzenia wymiany gazowej, co może się pogłębić w ostrym zaostrzeniu.
W wyniku zmniejszenia wentylacji dochodzi do niedotlenienia. Jednakże, ponieważ reszta płuc może nadal usuwać CO2, hiperkapnia nie występuje, chyba że wentylacja jest poważnie ograniczona.
Ważność kliniczna – zmniejszona perfuzja płuc
Zatorowość płucna może powodować zmniejszoną perfuzję płuc. Obszary krążenia płucnego są niedrożne, ograniczając przepływ krwi do pęcherzyków płucnych. W rezultacie krew musi zostać przekierowana do innych obszarów płuc. Ponieważ inne obszary otrzymują zwiększony dopływ krwi, stosunek V/Q będzie wynosił <1. W tym przypadku hipoksja nadal występuje, ponieważ zdecydowana większość płuc nadal pracuje z V/Q wynoszącym <1.