Рассеивающая способность

Диффузионная способность легких (D _L ) (также известная как фактор переноса - другое выражение для ранее использовавшейся диффузионной способности) измеряет перенос газа из воздуха в легкие к эритроцитам в кровеносных сосудах легких. Это часть комплексной серии тестов функции легких для определения общей способности легких транспортировать газ в кровь и из нее. D _L , особенно D _LCO , снижается при некоторых заболеваниях легких и сердца. Измерение D _LCO было стандартизовано в соответствии с позиционным документом ^[1] целевой группой Европейской ассоциации респираторных и респираторных заболеваний.Американские торакальные общества.

В респираторной физиологии диффузионная способность имеет долгую историю большой полезности, представляя проводимость газа через альвеолярно-капиллярную мембрану, а также учитывает факторы, влияющие на поведение данного газа с гемоглобином. ^{[ необходима цитата ]}

Термин может считаться неправильным, поскольку он не представляет ни диффузию, ни емкость (поскольку она обычно измеряется в субмаксимальных условиях), ни емкость . Кроме того, перенос газа ограничен диффузией только в крайних случаях, например, при поглощении кислорода при очень низком уровне кислорода в окружающей среде или очень высоком легочном кровотоке. ^{[ необходима цитата ]}

Диффузионная способность не является прямым измерением основной причины гипоксемии или низкого содержания кислорода в крови, а именно несоответствия вентиляции и перфузии : ^[2]

• Не вся легочная артериальная кровь поступает в области легкого, где может происходить газообмен (анатомические или физиологические шунты), и эта плохо насыщенная кислородом кровь присоединяется к хорошо насыщенной кислородом крови из здорового легкого в легочной вене. Вместе эта смесь содержит меньше кислорода, чем кровь только из здорового легкого, и поэтому является гипоксической.
• Точно так же не весь вдыхаемый воздух попадает в области легких, где может происходить газообмен ( анатомические и физиологические мертвые пространства ), и поэтому тратится впустую.

Тестирование [ править ]

Тест диффузионной способности при однократном выдохе - самый распространенный способ ее определения . ^[1] Испытание проводится путем выдувания подопытным всего воздуха, который он может, оставляя только остаточный объем газа в легких . Затем человек быстро и полностью вдыхает тестовую газовую смесь, максимально достигая полной емкости легких . Эта тестовая газовая смесь содержит небольшое количество окиси углерода (обычно 0,3%) и индикаторный газ, который свободно распределяется по альвеолярному пространству, но не проникает через альвеолярно-капиллярную мембрану. Гелий и метан${\ displaystyle D_ {L}}$два таких газа. Тестовый газ удерживается в легких в течение примерно 10 секунд, в течение которых CO (но не индикаторный газ) непрерывно перемещается из альвеол в кровь. Затем субъект выдыхает.

Анатомия дыхательных путей означает, что вдыхаемый воздух должен проходить через рот, трахею, бронхи и бронхиолы ( анатомическое мертвое пространство ), прежде чем он попадет в альвеолы, где произойдет газообмен; на выдохе альвеолярный газ должен вернуться по тому же пути, поэтому выдыхаемый образец будет чисто альвеолярным только после выдоха от 500 до 1000 мл газа. ^{[ необходимая цитата ]} Хотя алгебраически возможно аппроксимировать эффекты анатомии (метод трех уравнений ^[3] ), болезненные состояния вносят значительную неопределенность в этот подход. Вместо этого первые 500–1000 мл выдыхаемого газа не учитываются, а следующая часть, содержащая газ, находившийся в альвеолах, анализируется. ^[1]Анализируя концентрации окиси углерода и инертного газа во вдыхаемом и выдыхаемом газах, можно произвести расчет в соответствии с уравнением 2 . Во-первых, скорость поглощения CO легкими рассчитывается в соответствии с:${\ displaystyle (D_ {L_ {CO}})}$

${\ displaystyle {\ dot {V}} _ {CO} = {\ frac {\ Delta {[CO]} * V_ {A}} {\ Delta {t}}}}$ .

( 4 )

Оборудование для функции легких отслеживает изменение концентрации CO, произошедшее во время задержки дыхания , а также записывает время .${\ displaystyle \ Delta {[CO]}}$${\ displaystyle \ Delta {t}}$

Объем альвеол определяется степенью разбавления индикаторного газа путем его вдыхания в легкие.${\ displaystyle V_ {A}}$

По аналогии,

${\ displaystyle P_ {A_ {CO}} = V_ {B} * F_ {A_ {CO_ {O}}}}$ .

( 5 )

куда

${\ displaystyle F_ {A_ {CO_ {O}}}}$ - начальная фракционная концентрация CO в альвеолах, рассчитанная путем разбавления индикаторного газа.

${\ displaystyle V_ {B}}$ это барометрическое давление

Другие методы, которые в настоящее время не так широко используются, могут измерять рассеивающую способность. К ним относятся диффузионная способность в установившемся состоянии, которая выполняется во время обычного приливного дыхания, или метод повторного дыхания, который требует повторного дыхания из резервуара газовых смесей.

Расчет [ править ]

Способность к диффузии кислорода - это коэффициент пропорциональности, связывающий скорость поглощения кислорода легкими с градиентом кислорода между капиллярной кровью и альвеолами (согласно законам диффузии Фика ). В физиологии дыхания удобно выражать перенос молекул газа как изменение объема, поскольку (т. Е. В газе объем пропорционален количеству молекул в нем). Кроме того, концентрация кислорода ( парциальное давление ) в легочной артерии считается представительной для капиллярной крови. Таким образом, можно рассчитать как скорость поглощения кислорода легкими, деленную на градиент кислорода между альвеолами («А») и легочной артерией («а»).${\ displaystyle (D_ {L_ {O_ {2}}})}$${\ displaystyle {V_ {O_ {2}}} \ propto {n_ {O_ {2}}}}$${\ displaystyle (D_ {L_ {O_ {2}}})}$${\ displaystyle ({\ точка {V}} _ {O_ {2}})}$

${\displaystyle D_{L_{O_{2}}}={\frac {{\dot {V}}_{O_{2}}}{P_{A_{O_{2}}}-P_{a_{O_{2}}}}}\simeq {\frac {{\dot {V}}_{O_{2}}}{P_{A_{O_{2}}}-P_{v_{O_{2}}}}}}$

( 1 )

(Например , скажем "V точка". Это обозначение Исаака Ньютона для первой производной (или скорости) и обычно используется в физиологии дыхания для этой цели.)${\displaystyle {\dot {V}}}$

${\displaystyle {\dot {V}}_{O_{2}}}$ скорость поглощения кислорода легкими (мл / мин).

${\displaystyle P_{A_{O_{2}}}}$ парциальное давление кислорода в альвеолах.

${\displaystyle P_{a_{O_{2}}}}$ парциальное давление кислорода в легочной артерии.

${\displaystyle P_{v_{O_{2}}}}$ парциальное давление кислорода в системных венах (где его можно измерить).

Таким образом, чем выше диффузионная способность , тем больше газа будет перенесено в легкие в единицу времени при заданном градиенте парциального давления (или концентрации) газа. Поскольку можно узнать концентрацию кислорода в альвеолах и скорость поглощения кислорода, но не концентрацию кислорода в легочной артерии, именно концентрация кислорода в венах обычно используется в качестве полезного приближения в клинических условиях.${\displaystyle D_{L}}$

Определение концентрации кислорода в легочной артерии - это очень инвазивная процедура, но, к счастью, вместо нее можно использовать другой аналогичный газ, который устраняет эту необходимость ( DLCO ). Окись углерода (CO) прочно и быстро связывается с гемоглобином в крови, поэтому парциальное давление CO в капиллярах незначительно, и второй член в знаменателе можно не учитывать. По этой причине CO обычно является испытательным газом, используемым для измерения диффузионной способности, и уравнение упрощается до:${\displaystyle D_{L}}$

${\displaystyle D_{L_{CO}}={\frac {{\dot {V}}_{CO}}{P_{A_{CO}}}}}$.

( 2 )

Интерпретация [ править ]

В целом, здоровый человек имеет значение от 75% до 125% от среднего. ^[4] Однако люди различаются в зависимости от возраста, пола, роста и множества других параметров. По этой причине были опубликованы контрольные значения, основанные на популяциях здоровых людей ^{[5] [6] [7],} а также на измерениях, проведенных на высоте ^[8] для детей ^[9] и некоторых конкретных групп населения. ^{[10] [11] [12]}${\displaystyle D_{L_{CO}}}$

Уровнем CO в крови нельзя пренебречь [ править ]

У заядлых курильщиков уровень CO в крови достаточно высок, чтобы влиять на измерение , и требует корректировки расчета, когда COHb превышает 2% от общего количества.${\displaystyle D_{L_{CO}}}$

Два компонента ${\displaystyle D_{L_{CO}}}$[ править ]

Хотя это измерение имеет большое практическое значение, так как оно является общим показателем транспортировки газа, интерпретация этого измерения осложняется тем фактом, что оно не измеряет какую-либо часть многоступенчатого процесса. В качестве концептуального пособия в интерпретации результатов этого теста время, необходимое для переноса CO из воздуха в кровь, можно разделить на две части. Сначала CO пересекает мембрану альвеолярных капилляров (обозначена ), а затем CO соединяется с гемоглобином в капиллярных эритроцитах со скоростью, умноженной на объем имеющейся капиллярной крови ( ). ^[13] Поскольку ступени идут последовательно, проводимости складываются как сумма обратных величин:${\displaystyle (D_{L})}$${\displaystyle D_{M}}$${\displaystyle \theta }$${\displaystyle V_{c}}$

${\displaystyle {\frac {1}{D_{L_{CO}}}}={\frac {1}{D_{M}}}+{\frac {1}{\theta *V_{c}}}}$ .

( 3 )

Любые изменения в альтерсах ${\displaystyle V_{c}}$${\displaystyle D_{L_{CO}}}$[ править ]

Объем крови в капиллярах легких заметно меняется во время обычных занятий, например, физических упражнений . Просто вдыхая приносишь дополнительную кровь в легких из - за отрицательное внутригрудное давление , необходимым для вдохновения. В крайнем случае, воодушевляющий при закрытой голосовой щели, маневр Мюллера втягивает кровь в грудь. Верно и обратное, так как выдох увеличивает давление в грудной клетке и, таким образом, имеет тенденцию выталкивать кровь наружу; маневр Вальсальвы является выдох при закрытой воздушной трассы , которая может двигаться кровь аут${\displaystyle V_{c}}$легкого. Таким образом, тяжелое дыхание во время тренировки приведет к попаданию дополнительной крови в легкие во время вдоха и выталкиванию крови наружу во время выдоха. Но во время упражнений (или, реже, когда имеется структурный дефект сердца, который позволяет отводить кровь от высокого давления, системного кровообращения к низкому давлению, малому кровообращению) также увеличивается кровоток по всему телу и легким. адаптируется, задействуя дополнительные капилляры для увеличения сердечного выброса, дополнительно увеличивая количество крови в легких. Таким образом, будет казаться увеличение, когда объект не находится в покое, особенно во время вдохновения.${\displaystyle D_{L_{CO}}}$

При заболевании кровотечение в легкое увеличивает количество молекул гемоглобина, контактирующих с воздухом, и, таким образом, измеряемое количество увеличивается. В этом случае оксид углерода, используемый в тесте, будет связываться с гемоглобином, который кровоточил в легком. Это не отражает увеличения диффузионной способности легких передавать кислород в системный кровоток.${\displaystyle D_{L_{CO}}}$

Наконец, увеличивается при ожирении и когда субъект ложится, и то и другое увеличивает кровь в легких за счет сжатия и силы тяжести и, таким образом, увеличивается .${\displaystyle V_{c}}$${\displaystyle D_{L_{CO}}}$

Причины различий ${\displaystyle \theta }$[ править ]

Скорость поглощения CO в кровь зависит от концентрации гемоглобина в этой крови, сокращенно Hb в CBC ( общий анализ крови ). При полицитемии гемоглобина увеличивается , поэтому он повышен. При анемии все наоборот. В среде с высоким уровнем CO во вдыхаемом воздухе (например, при курении ) часть гемоглобина крови становится неэффективной из-за его прочного связывания с CO, что аналогично анемии. Рекомендуется регулировать при высоком уровне CO в крови. ^[1]${\displaystyle \theta }$${\displaystyle D_{L_{CO}}}$${\displaystyle D_{L_{CO}}}$

Объем крови в легких также уменьшается, когда кровоток прерывается сгустками крови ( легочная эмболия ), или уменьшается из-за деформаций костей грудной клетки, например, сколиоза и кифоза .

Также изменяется концентрация кислорода в окружающей среде . На большой высоте вдыхаемый кислород низкий, и большая часть гемоглобина крови свободна для связывания CO; таким образом увеличивается и, кажется, увеличивается. И наоборот, дополнительный кислород увеличивает насыщение Hb, уменьшая и .${\displaystyle \theta }$${\displaystyle \theta }$${\displaystyle D_{L_{CO}}}$${\displaystyle \theta }$${\displaystyle D_{L_{CO}}}$

Заболевания легких, уменьшающие и ${\displaystyle D_{M}}$${\displaystyle \theta *V_{c}}$[ править ]

Заболевания, которые изменяют легочную ткань, уменьшают как и в разной степени, так и уменьшаются .${\displaystyle D_{M}}$${\displaystyle \theta *V_{c}}$${\displaystyle D_{L_{CO}}}$

1. Потеря паренхимы легких при таких заболеваниях, как эмфизема .
2. Заболевания, вызывающие рубцевание легких ( интерстициальное заболевание легких ), такие как идиопатический фиброз легких или саркоидоз.
3. Отек легочной ткани ( отек легких ) из-за сердечной недостаточности или из-за острой воспалительной реакции на аллергены ( острый интерстициальный пневмонит ).
4. Заболевания кровеносных сосудов в легких, воспалительные ( легочный васкулит ) или гипертрофические ( легочная гипертензия ).

Состояние легких, которое усиливается . ${\displaystyle D_{L_{CO}}}$[ редактировать ]

1. Альвеолярного кровоизлияния синдром Гудпасчера , ^[14] полицитемии , ^[15] слева направо внутрисердечных шунтов , ^[16] из - за увеличения объема крови подвергается воздействию вдыхаемом газа.
2. Астма из-за лучшей перфузии верхушек легкого. Это вызвано повышением легочного артериального давления и / или более отрицательным плевральным давлением, возникающим во время вдоха из-за сужения бронхов. ^[17]

История [ править ]

В каком-то смысле примечательно, что DL _CO сохранила такую ​​клиническую ценность. Этот метод был изобретен, чтобы разрешить один из величайших противоречий физиологии легких столетие назад, а именно вопрос о том, активно ли кислород и другие газы переносятся в кровь и из нее легкими, или молекулы газа диффундируют пассивно. ^[18] Примечателен также тот факт, что обе стороны использовали эту технику, чтобы получить доказательства своих гипотез. Для начала Кристиан Бор изобрел технику, используя протокол, аналогичный диффузионной способности в устойчивом состоянии для монооксида углерода, и пришел к выводу, что кислород активно транспортируется в легкие. Его ученик, Август Крогразработал единую дыхание диффузии техники емкости вместе со своей женой Мари , и убедительно продемонстрировал , что газы диффундируют пассивно, ^{[19] [20] [21] [22] [23] [24] [25]} открытие , которое привело к демонстрации того, что капилляры в крови использовались по мере необходимости - идея, удостоенная Нобелевской премии. ^[26]

См. Также [ править ]

• DLCO

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• Мейсон Р.Дж., Броддус В.К., Мартин Т., Кинг Т. мл., Шрауфнагель Д., Мюррей Дж. Ф., Надел Дж. А.. (2010) Учебник респираторной медицины. 5e. ISBN 978-1-4160-4710-0 . 
• Руппель, Г.Л. (2008) Руководство по тестированию функции легких. 9e. ISBN 978-0-323-05212-2 . 
• Уэст, Дж. (2011) Респираторная физиология: основы. 9e. ISBN 978-1-60913-640-6 . 
• Вест, Дж. (2012) Легочная патофизиология: основы. 8e. ISBN 978-1-4511-0713-5 . 

Внешние ссылки [ править ]

• Легочная + диффузная + способность по медицинским предметным рубрикам Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
• Энциклопедия MedlinePlus : 003854
• Руководства по клинической практике Американской ассоциации респираторной помощи
• Домашняя страница Американского физиологического общества
• Домашняя страница Американского торакального общества
• Домашняя страница Европейского респираторного общества