Мертвое пространство (физиология) - Dead space (physiology)

Условия газообмена, кислотно-щелочного и газообмена крови

паО2	Артериальное давление кислорода или парциальное давление
пАО2	Альвеолярное давление кислорода или парциальное давление
паCO2	Артериальное давление углекислого газа или парциальное давление
пАCO2	Альвеолярное давление углекислого газа или парциальное давление
пvО2	Напряжение кислорода смешанной венозной крови
п(А-а)О2	Разница альвеолярно-артериального давления кислорода. Ранее использованный термин (А-А ДО 2) не приветствуется.
п(а/А)О2	Соотношение альвеолярно-артериального давления; паО2:пАО2 Период, термин индекс кислородного обмена описывает это соотношение.
C(а-v)О2	Разница в содержании кислорода в артериовенозной крови
SаО2	Насыщение кислородом гемоглобина артериальной крови
SпО2	Насыщение кислородом по данным пульсоксиметрии
CаО2	Содержание кислорода в артериальной крови
pH	Символ, связывающий концентрацию ионов водорода или активность раствора со стандартным раствором; приблизительно равно отрицательному логарифму концентрации ионов водорода. pH - показатель относительной кислотности или щелочности раствора.

Мертвый космос это объем вдыхаемого воздуха, который не участвует в газообмене, потому что он либо остается в проводящих дыхательных путях, либо достигает альвеол, которые не перфузируется или плохо перфузируется. Другими словами, не весь воздух в каждом дыхание доступен для обмена кислород и углекислый газ. Млекопитающие вдыхают и выдыхают легкие, расходуя впустую ту часть вдоха, которая остается в проводящих дыхательных путях, где не может происходить газообмен.

Выгоды действительно связаны с кажущейся расточительной конструкцией вентиляции, которая включает мертвое пространство.^[1]

1. Углекислый газ задерживается, делая с бикарбонатным буфером кровь и интерстиций возможны.
2. Вдыхаемый воздух доводится до температуры тела, увеличивая сродство гемоглобин за кислород, улучшая O₂ поглощение.^[2]
3. Твердые частицы задерживаются в слизи, выстилающей проводящие дыхательные пути, что позволяет удалить их путем мукоцилиарный транспорт.
4. Вдыхаемый воздух увлажняется, улучшая качество слизи в дыхательных путях.^[2]

У людей около трети каждого вдоха в состоянии покоя не изменяет O₂ и CO₂ уровни. У взрослых она обычно находится в пределах 150 мл.^[3]

Мертвое пространство можно увеличить (и лучше представить), дыша через длинную трубку, такую ​​как трубка. Несмотря на то, что один конец трубки открыт для воздуха, когда пользователь вдыхает, он вдыхает значительное количество воздуха, оставшегося в трубке после предыдущего выдоха. Таким образом, трубка увеличивает мертвое пространство человека, добавляя еще больше «дыхательных путей», которые не участвуют в газообмене.

Составные части

В общий мертвое пространство (также известное как физиологическое мертвое пространство) представляет собой сумму анатомического мертвого пространства плюс альвеолярное мертвое пространство.

Анатомическое мертвое пространство

Анатомическое мертвое пространство - это часть дыхательных путей (например, рот и трахея к бронхиолам), который проводит газ к альвеолы. В этих помещениях газообмен невозможен. В здоровых легких, где мертвое пространство альвеол невелико, Метод Фаулера точно измеряет анатомическое мертвое пространство с помощью азот техника вымывания.^[4][5]

Нормальное значение объема мертвого пространства (в мл) приблизительно равно безжировой массе тела (в фунтах) и составляет в среднем около трети от массы покоя. дыхательный объем (450-500 мл). В оригинальном исследовании Фаулера анатомическое мертвое пространство составляло 156 ± 28 мл (n = 45 мужчин) или 26% их дыхательного объема.^[4] Несмотря на гибкость трахеи и меньшего размера проводящих дыхательных путей, их общий объем (то есть анатомическое мертвое пространство) мало изменяется при бронхоспазме или при тяжелом дыхании во время упражнений.^[4][6]

Птицы имеют непропорционально большое анатомическое мертвое пространство (у них более длинная и широкая трахея, чем у млекопитающих того же размера), что снижает сопротивление дыхательных путей. Эта адаптация не влияет на газообмен, потому что птицы пропускают воздух через легкие - они не вдыхают и не выдыхают, как млекопитающие.^[7]

Альвеолярное мертвое пространство

Альвеолярное мертвое пространство - это сумма объемов тех альвеол, в которых кровь мало или совсем не проходит через прилегающие к ним легочные артерии. капилляры т.е. альвеолы, которые вентилируются, но не перфузируются и в которых, в результате, не может происходить газообмен.^[1] Мертвое пространство альвеол незначительно у здоровых людей, но может резко увеличиваться у некоторых. болезни легких из-за несоответствие вентиляции и перфузии.

Расчет мертвого пространства

Так же как мертвое пространство отходы доля вдыхаемого воздуха, мертвое пространство разбавляет альвеолярный воздух при выдохе. Количественно оценивая это разведение, можно измерить анатомическое и альвеолярное мертвое пространство, используя концепцию баланс массы, как выражено Уравнение Бора.^[8][9]

${\displaystyle {\frac {V_{d}}{V_{t}}}={\frac {P_{a\,{\ce {CO2}}}-P_{e\,{\ce {CO2}}}}{P_{a\,{\ce {CO2}}}}}}$

куда ${\displaystyle V_{d}}$ объем мертвого пространства и ${\displaystyle V_{t}}$ дыхательный объем;

${\displaystyle P_{a\,{\ce {CO2}}}}$ парциальное давление углекислого газа в артериальной крови, и

${\displaystyle P_{e\,{\ce {CO2}}}}$ - парциальное давление углекислого газа в выдыхаемом (выдыхаемом) воздухе.

Физиологическое мертвое пространство

Концентрация углекислого газа (CO₂) в здоровых альвеолах. Он равен его концентрации в артериальной крови, поскольку CO₂ быстро уравновешивается через альвеолярно-капиллярную мембрану. Количество CO₂ выдыхаемый из здоровых альвеол будет разбавлен воздухом в проводящих дыхательных путях и воздухом из альвеол, которые плохо перфузируются. Этот коэффициент разбавления можно рассчитать после того, как CO₂ в выдыхаемом воздухе определяется (либо путем электронного контроля выдыхаемого воздуха, либо путем сбора выдыхаемого воздуха в газонепроницаемом мешке (мешок Дугласа) и затем измерения смешанного газа в мешке для сбора). Алгебраически этот коэффициент разбавления даст нам физиологическое мертвое пространство как рассчитано по уравнению Бора:

${\displaystyle {\frac {V_{\ce {physiological\,dead\,space}}}{V_{t}}}={\frac {P_{a\,{\ce {CO2}}}-P_{\ce {mixed\,expired\,CO2}}}{P_{a\,{\ce {CO2}}}}}}$

Альвеолярное мертвое пространство

Когда альвеолы ​​с плохой перфузией опорожняются с той же скоростью, что и нормальные альвеолы, можно измерить альвеолярное мертвое пространство. В этом случае проба газа в конце выдоха (измеренная капнография ) содержит CO₂ при концентрации ниже, чем в нормальных альвеолах (т. е. в крови):^[10]

${\displaystyle {\frac {V_{\ce {alveolar\,dead\,space}}}{V_{t}}}={\frac {P_{a\,{\ce {CO2}}}-P_{\ce {end\ tidal\,CO2}}}{P_{a\,{\ce {CO2}}}}}}$

Осторожность: Конечный прилив CO₂ концентрация не может быть точно определенным числом.

1. Плохо вентилируемые альвеолы ​​обычно не опорожняются с такой же скоростью, как здоровые альвеолы. В частности, в легких, пораженных эмфизематозом, больные альвеолы ​​опорожняются медленно, поэтому CO₂ концентрация выдыхаемого воздуха постепенно увеличивается на протяжении выдоха.^[1]
2. Мониторинг мертвого пространства альвеол во время хирургической операции является чувствительный и важный инструмент для мониторинга функции дыхательных путей.^[11]
3. Во время интенсивных упражнений CO₂ будет подниматься во время выдоха, и его нелегко сопоставить с определением газов крови, что привело к серьезным ошибкам интерпретации на ранних этапах истории определений мертвого пространства.^[8]

Пример: Для дыхательного объема 500 мл, артериальной двуокиси углерода 42 мм рт. Ст. И двуокиси углерода в конце выдоха 40 мм рт.

${\displaystyle {\frac {V_{\ce {alveolar\,dead\,space}}}{\ce {500\ mL}}}={\frac {42\ {\ce {mmHg}}-40\ {\ce {mmHg}}}{\ce {42\ mmHg}}}}$

и так ${\displaystyle V_{\ce {alveolar\,dead\,space}}=24\ {\ce {mL}}.}$

Анатомическое мертвое пространство

При измерении анатомического мертвого пространства используется другой маневр: испытуемый полностью выдыхает, глубоко вдыхает газовую смесь с 0% азота (обычно 100% кислорода), а затем выдыхает в оборудование, которое измеряет объем азота и газа. Этот последний выдох происходит в три фазы. В первой фазе нет азота, и воздух попадает в легкие только до проводящих дыхательных путей. Затем концентрация азота быстро увеличивается во время короткой второй фазы и, наконец, достигает плато, третьей фазы. В анатомическое мертвое пространство равен объему выдоха во время первой фазы плюс половина объема выдоха во время второй фазы. (Уравнение Бора используется для обоснования включения половины второй фазы в этот расчет.)^[4]

Мертвое пространство и вентилируемый пациент

Глубина и частота нашего дыхания определяется хеморецепторами и стволом мозга в зависимости от ряда субъективных ощущений. Когда механически вентилируемый при использовании принудительного режима пациент дышит с частотой и дыхательным объемом, которые задаются аппаратом. Из-за мертвого пространства более медленные глубокие вдохи (например, десять вдохов по 500 мл в минуту) более эффективны, чем быстрые поверхностные вдохи (например, двадцать вдохов по 250 мл в минуту). Хотя количество газа в минуту одинаково (5 л / мин), большая часть поверхностных вдохов представляет собой мертвое пространство и не позволяет кислороду попадать в кровь.

Механическое мертвое пространство

Механическое мертвое пространство мертвое пространство в аппарате, в котором дыхательный газ должны течь в обоих направлениях, когда пользователь вдыхает и выдыхает, увеличивая необходимое дыхательное усилие, чтобы получить такое же количество пригодного для использования воздуха или дыхательного газа, и рискуя накоплением углекислый газ от поверхностных вдохов. По сути, это внешнее расширение физиологического мертвого пространства.

Его можно уменьшить за счет:

• Использование отдельных впускных и выпускных каналов с односторонними клапанами, помещенными в мундштук. Это ограничивает мертвое пространство между обратными клапанами и ртом и / или носом пользователя. Дополнительное мертвое пространство можно минимизировать, сохранив как можно меньший объем этого внешнего мертвого пространства, но это не должно чрезмерно увеличивать работу дыхания.
• С полнолицевая маска или же водолазный шлем:
  • Сохранение малого внутреннего объема
  • Имея небольшой внутренний носовая маска внутри основной маски, которая отделяет канал внешнего дыхания от остальной внутренней части маски.
  • В некоторых моделях полнолицевой маски установлен мундштук, аналогичный тем, что используются на регуляторах для дайвинга, который выполняет ту же функцию, что и носовая маска, но может дополнительно уменьшить объем внешнего мертвого пространства за счет принудительного дыхания через рот.

Смотрите также

• Уравнение Бора - Уравнение, описывающее количество физиологического мертвого пространства в легких человека
• Кристиан Бор - датский врач и профессор физиологии
• Метод многократного удаления инертного газа - Медицинский метод измерения концентраций различных инфузионных инертных газов в смешанной венозной крови, артериальной крови и выдыхаемом газе
• Дыхательная система - Биологическая система у животных и растений для газообмена

Рекомендации

1. Запад, Джон Б. (2011). Физиология дыхания: основы (9-е изд.). Филадельфия: Wolters Kluwer Health / Lippincott Williams & Wilkins. ISBN  978-1-60913-640-6.
2. Уильямс, Р. Ранкин, Н; Смит, Т; Галлер, Д; Сикинс, П. (ноябрь 1996 г.). «Взаимосвязь между влажностью и температурой вдыхаемого газа и функцией слизистой оболочки дыхательных путей». Реанимационная медицина. 24 (11): 1920–9. Дои:10.1097/00003246-199611000-00025. PMID  8917046.
3. «Отработанная вентиляция». Ccmtutorials.com. Получено 2013-11-27.
4. Фаулер У.С. (1948). «Исследования функции легких. II. Мертвое пространство дыхательных путей». Являюсь. J. Physiol. 154 (3): 405–416. Дои:10.1152 / ajplegacy.1948.154.3.405. PMID  18101134.
5. Хеллер Х, Конен-Бергманн М, Шустер К. (1999). «Алгебраическое решение для определения мертвого пространства в соответствии с графическим методом Фаулера». Comput Biomed Res. 32 (2): 161–7. Дои:10.1006 / cbmr.1998.1504. PMID  10337497.
6. Берк, ТВ; Кюнг, М; Бурки, Н.К. (1989). «Легочный газообмен при бронхоспазме, вызванной гистамином, у пациентов с астмой». Грудь. 96 (4): 752–6. Дои:10.1378 / сундук.96.4.752. PMID  2791669.^{[постоянная мертвая ссылка ]}
7. Запад, JB (2009). «Сравнительная физиология газового барьера легких: уникальное решение для птиц». Американский журнал физиологии. Регуляторная, интегративная и сравнительная физиология. 297 (6): Р1625-34. Дои:10.1152 / ajpregu.00459.2009. ЧВК  2803621. PMID  19793953.
8. Бор, К. (1891). Über die Lungenathmung. Сканд. Arch. Physiol. 2: 236-268.
9. Клок Р. (2006). «Мертвое пространство: от простоты к сложности». J Appl Physiol. 100 (1): 1–2. Дои:10.1152 / classicessays.00037.2005. PMID  16357075. статья
10. Северингхаус, JW; Ступфель, Массачусетс; Брэдли, AF (май 1957 г.). «Мертвое пространство альвеол и разница между артериальным и конечным углекислым газом при гипотермии у собаки и человека». J Appl Physiol. 10 (3): 349–55. Дои:10.1152 / jappl.1957.10.3.349. PMID  13438782.
11. Гравенштейн, Дж. (ред.), Джаффе, М. (ред.), Гравенштейн, Н. (ред.), Паулюс, Д.А. (ред) (2010). Капнография (2-е изд.). Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0521514781.

дальнейшее чтение

• Аренд Бухейс. 1964. «Дыхательное мертвое пространство». в Справочник по физиологии. Раздел 3: Дыхание. Том 1. Уоллес О. Фенн и Герман Ран (ред.). Вашингтон: Американское физиологическое общество.
• Джон Б. Уэст. 2011 г. Респираторная физиология: основы. Липпинкотт Уильямс и Уилкинс; Издание девятое. ISBN  978-1609136406.

внешняя ссылка

• в Мертвый космос страница на Медицинской школе Джонса Хопкинса Интерактивная респираторная физиология интернет сайт.