Отношение вентилация/перфузия

Газовата обмяна има за цел осъществяване на транспорта на газове между околната среда и организма. Ключов фактор за постигане на максимална ефективност от този процес е оптималното съотношение между кръвотока и алвеоларната вентилация. То се означава с показателя отношение вентилация/перфузия.

За изчисляването на това съотношение се използват два показателя:

1. Минутна алвеоларна вентилация;
2. Минутен обем на сърцето.

Отношение вентилация/перфузия

Съотношението вентилация/перфузия за една минута се изчисля като се знае, че през белите дробове за 1 минута минават 5,2 литра кръв, съответстваща на минутния обем на сърцето (МОС), и че минутната алвеоларна вентилация (МАВ) при спокойно дишане е около 4,2 литра. От тези стойности следва, че отношението вентилация перфузия е равно на 4,2/5,2=0,8. При тези условия за 1 минута кръвта поема от алвеоларния въздух 250 милилитра кислород, като отдава 200 милилитра въглероден диоксид.

Респираторен квотиент

Въз основа на тези показатели, отношението между отдадения въглероден диоксид и приетия кислород се означава като респираторен квотиент (RQ). Респираторният квотиент е величина, чиито стойности варират между 0,7 и 1. Този показател в известна степен е зависим от вида на хранителните вещества, които се метаболизират в организма. Така например при липолиза (разграждане на мазнините) се изразходва много кислород и стойността на респираторният квотиент спада до 0,7. Ако се разграждат само въглехидрати в организма, стойността на респираторният квотиент ще нарасне до 1. Такива състояния на метаболизиране само на един тип хранителни вещества не се наблюдават, защото човек приема разнообразна храна. При нормален хранителен режим, съдържащ въглехидрати, мазнини и белтъчини респираторният квотиент има стойност около 0,81.

Съотношението вентилация/перфузия не винаги е едно и също. То е динамичен показател, който се влияе от няколко фактора, които включват разлики в кръвоснабдяването в различните части на белите дробове, различната степен на функциониране на алвеолите, гравитационни фактори. По време на издишване по влияние на гравитацията бронхите се затварят. Това води до намаление на въздушния поток в основите на белите дробове. В този момент обемът въздух, който се намира в белите дробове се нарича „затворен обем“.

„Затвореният обем" въздух нараства с възрастта, при оток на белите дробове, у пушачи, като може да нарасне до толкова, че да надхвърли ФОК (функционалния остатъчен капацитет). Ниското артериално парциално налягане на кислорода у възрастни се обяснява с наличието на именно този обем въздух.

Положението на тялото и влиянието на гравитационните сили са факторите, които определят кръвоснабдяването. Изследванията направени с лесно елиминиращи се радиоактивни вещества (като хелий 133, например), показват, че при изправено положение на тялото, горните части на белите дробове се вентилират два пъти по-малко в сравнение с белодробните основи. Тази закономерност се отнася и за белодробния кръвен ток.

Промени в отношението вентилация/перфузия

Отношението вентилация/перфузия не е еднакво в различните части на белите дробове. Този показател се влияе от много фактори, към които спадат:

1. Разлики в кръвоснабдяването в различните части на белите дробове;
2. Различна степен на функциониране на алвеолите;
3. Гравитационни фактори;
4. Положение на тялото;
5. Заболявания на белите дробове.

При нормално дишане човек поема около 500 милилитра въздух, като до алвеолите достигат 350 милилитра атмосферен въздух. Ако не съществуваха гравитационни сили, този въздух щеше да бъде равномерно разпределен в алвеолите, като всяка една от тях щеше да получава относително еднакво количество пресен въздух. Под действие на гравитационните сили алвеоларната вентилация е неравномерна, тоест в едни алвеоли навлиза повече въздух отколкото в други. По-голяма част от вдишвания атмосферен въздух навлиза в долните части на белите дробове. Под действие на гравитационните сили се наблюдават и промени в кръвоснабдяването на белите дробове. Въз основа на тези ефекти белите дробове се разделят на две части горна и долна, в зависимост от положението на тялото.

Парциалното налягане на кислорода в алвеоларния въздух е по-ниско в долните части на белите дробове, отколкото във върховете, докато това на въглеродния диоксид е по-високо. Именно това е причината капилярната кръв да се насища по-слабо с кислород, но поради общо добрата вентилация и перфузия, абсолютното количество на обменения кислород е по-голямо.

Положението на тялото има значение за вентилацията и перфузията. При промяна положението на тялото, освен промени във вентилацията и перфузията, се наблюдават промени и в насищането на кръвта с кислород и отдаването на въглероден диоксид. В условия на безтегловност, когато не действа гравитацията, при физическо натоварване, както и в легнало положение, алвеоларно-перфузното отношение в различните части на белите дробове се изравнява.

Отношението между вентилация и перфузия в горната част на белите дробове варира между 1 и 1,2. Това се дължи на по-лошото кръвоснабдяване. Въпреки това, капилярната кръв добре се насища с кислород, тъй като парциалното налягане на кислорода в алвеолите се покачва поради забавения кръвен ток.

Отношението вентилация/перфузия в долните участъци на белите дробове има стойност около 0,6. Това се дължи на факта, че в този участък кръвният ток превалира над вентилацията и отношението минутна алвеоларна вентилация (МАВ)/минутен обем на сърцето(МОС) в по-малко от средното.

При заболявания на белите дробове, при които има стеснение на въздухоносните пътища или намалена разтегливост на белодробната тъкан, алвеоларната вентилация намалява, поради факта, че по време на инспириум алвеолите са неспособни да се изпълнят с достатъчно количество въздух. Причина за артериална хипоксия е влошената алвеоларна вентилация при нормална капилярна перфузия. За повече информация четете "Промени в отношението вентилация/перфузия при патологични условия".

Промени в отношението вентилация/перфузия при патологични условия

Различните патологични състояния засягащи белите дробове и съдовата система водят до промяна в отношението вентилация/перфузия. Състоянията, които причиняват драстична промяна в това отношение, са:

1. Вено-артериален шънт – липса на вентилация, при което отношението вентилация/перфузия = 0;
2. Вентилиране на алвеоларно мъртвото пространство – липса на перфузия, отношението вентилация/перфузия = ?.

Вено-артериален шънт (отношение вентилация/перфузия = 0)

Това състояние се наблюдава ако съществува запушване на главен бронх, най-често от аспирация на чуждо тяло, ендобронхиален тумор на белите дробове, ателектаза на алвеолите. Запушването на главен бронх води до липсваща алвеоларна вентилация в засегнатия бял дроб, защото по пътя на въздуха има непреодолима пречка. Въпреки това перфузията на белия дроб не е засегната. В началото се извършва нормална обмяна между алвеоларния въздух и кръвта, но по-късно количеството кислород съдържащо се в артериалната кръв се изравнява с това намиращо се във венозната. С цел компенсация алвеоларната вентилация в незасегнатия бял дроб се увеличава два пъти. В него отношението вентилация/перфузия значително се увеличава. Въпреки тези компенсаторни механизми, съдържанието на кислород в артериалната кръв значително намалява, а парциалното налягане на въглеродният диоксид може да бъде нормално или повишено.

Големината на този вено-артериален шънт се измерва в клиниката с цел диагностика. Измерва се съдържанието на кислорода във венозната и в артериалната кръв чрез едновременно определяне на минутния обем на сърцето.

В нормални физиологични условия съществува физиологичен вено-артериален шънт. Той служи за означаване на целият обем венозна, която не обменя газовете си в алвеолите на белите дробове.

Вентилиране на алвеоларно мъртвото пространство (отношение вентилация/перфузия = ?)

Вентилиране на алвеоларно мъртвото пространство се наблюдава при липса на перфузия (кръвоток) в единия бял дроб, в следствие от запушване на белодробната артерия с тромб. В този случай алвеоларната вентилация се запазва и отношението вентилация/перфузия е равно на 2,1/0=?. Алвеоларният въздух в неперфузираните алвеоли се означава като алвеоларно мъртво пространство, защото той не участва в газовата обмяна между въздуха и кръвта. При вентилацията му се увеличава количеството на въглеродният диоксид, и намалява това на кислорода. В незасегнатият бял дроб се задействат компенсаторни механизми и отношението вентилация/перфузия намалява.

Компенсаторни механизми при променено съотношение вентилация/перфузия

Компенсаторните механизми се включват в следствие увеличаване на налягането на въглеродния диоксид и стимулиране на дихателния център. Те са две групи: компенсаторни механизми при намалено отношение вентилация/перфузия и при увеличено отношение вентилация/перфузия.

При ниско отношение вентилация/перфузия в алвеоларния въздух има ниско съдържание на кислорода и високо на въглеродния диоксид. Ниското локално налягане на кислорода води до вазоконстрикция (свиване на съдовете), благодарение на която се подобрява стойността на отношението вентилация/перфузия в засегнатите и незасегнатите единици. Ефективността на този механизъм зависи от големината на засегнатия участък.

Компенсаторните механизми при увеличено отношение вентилация/перфузия се включват поради високото съдържание на кислорода и ниското на въглеродния диоксид. Основният механизъм е настъпването на хипокапнична бронхоконстрикция (свиване на бронхите), която води до пренасочване на вентилацията към незасегнатите участъци от белите дробове. Друг начин за намаляване на вентилацията е чрез намаляване на къмплайънса им чрез намалена продукция и секреция на сърфактант. Този механизъм се развива по-бавно в сравнение на бързите промени на вентилацията.