Мертвое пространство (физиология)

Условия газа в крови, кислотно-базе и газовых обмена
PA O 2	Артериальное напряжение кислорода или парциальное давление
P a o 2	Альвеолярное напряжение кислорода или парциальное давление
P A CO 2	Артериальное натяжение углекислого газа или частичное давление
P A CO 2	Альвеолярное натяжение углекислого газа или частичное давление
P V O 2	Кислородное напряжение смешанной венозной крови
P ( a - a ) o 2	Альвеолярная артериальная разница на напряжении кислорода. Термин ранее использовался ( Aa d O 2 ) обескуражен.
P ( A / A ) O 2	Альвеолярное артериальное соотношение натяжения; P A O 2 : P A O 2 Термин «индекс обмена кислородом» описывает это соотношение.
C ( a - v ) O 2	Разница в содержании кислорода Arteriovenous
S a o 2	Насыщение кислородом гемоглобина артериальной крови
S P O 2	Насыщение кислородом, измеренное пульсной оксиметрией
C A O 2	Содержание кислорода в артериальной крови
pH	Символ, связанный с концентрацией ионов водорода или активности раствора к стандартному раствору; Приблизительно равен отрицательному логарифму концентрации ионов водорода. pH является показателем относительной кислотности или щелочности раствора
	v ; Т ; и ;

Мертвое пространство - это объем воздуха, который вдыхается, который не участвует в газовом обмене, поскольку он либо остается в проводящих дыхательных путях, либо достигает альвеол, которые не перфузируют или плохо перфузируют . Это означает, что не весь воздух в каждом дыхании доступен для обмена кислородом и углекислого газа . Млекопитающие дышат в легкие, теряя ту часть вдыхания, которая остается в проводящих дыхательных путях, где не может произойти газообмена.

Компоненты

Общее мертвое пространство (также известное как физиологическое мертвое пространство ) является суммой анатомического мертвого пространства и альвеолярного мертвого пространства.

Преимущества начисляются на, казалось бы, расточительный дизайн для вентиляции, который включает в себя мертвое пространство. ^{[ 1 ]}

Углекислый газ сохраняется, что делает возможной кровь и интерстиции бикарбонатной кровь и интерстиции.
Вдохновленный воздух приводит к температуре тела, увеличивая сродство гемоглобина к кислороду , улучшая _{O 2 .} поглощение ^{[ 2 ]}
Столежные вещества попадают на слизь, которая выравнивает проводящие дыхательные пути, что позволяет удалить слизистое перенос .
Вдохновленный воздух увлажняется, улучшая качество слизистого дыхательных путей. ^{[ 2 ]}

У людей около трети каждого покоящегося дыхания не имеют изменений на уровнях O ₂ и CO ₂ . У взрослых это обычно находится в диапазоне 150 мл. ^{[ 3 ]}

Мертвое пространство может быть увеличено (и лучше представляется), дыша через длинную трубку, такую как сноркелин . Хотя один конец сноркелина открыт для воздуха, когда владелец вдыхает, они вдыхают значительное количество воздуха, которое оставалось в сноркелере от предыдущего выдоха. Следовательно, сноркелин увеличивает мертвую пространство человека, добавляя еще больше дыхательных путей, которые не участвуют в газообмене.

Анатомическое мертвое пространство

Анатомическое мертвое пространство - это объем проводящих дыхательных путей (от носа , рта и трахеи до терминальных бронхиол). Они проводят газ в альвеоли , но здесь нет газового обмена. В здоровых легких, где альвеолярное мертвое пространство невелико, метод Фаулера точно измеряет анатомическое мертвое пространство с использованием метода вымывания азота одного дыхания . ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

Нормальное значение для объема мертвого пространства (в мл) составляет приблизительно худой массу тела (в фунтах), и в среднем составляет около трети оттенка приливного объема (450-500 мл). В первоначальном исследовании Фаулера анатомическое мертвая пространство составляло 156 ± 28 мл (n = 45 мужчин) или 26% их приливного объема. ^{[ 4 ]} Несмотря на гибкость трахеи и меньших проводящих дыхательных путей, их общий объем (то есть анатомическое мертвое пространство) мало меняется с бронхоконструкцией или при тяжелом дыхании во время упражнений. ^{[ 4 ]}^{[ 6 ]}

Поскольку птицы имеют более длинную и более широкую трахею, чем у млекопитающих такого же размера, они имеют непропорционально большое анатомическое мертвое пространство, снижая сопротивление дыхательных путей. Эта адаптация не влияет на газообмен, потому что птицы протекают воздух через легкие - они не вдыхают и выдыхают, как млекопитающие. ^{[ 7 ]}

Альвеолярное мертвое пространство

Альвеолярное мертвое пространство определяется как разница между физиологическим мертвым пространством и анатомическим мертвым пространством. Это способствует всем терминальным респираторным единицам, которые переполнены по сравнению с их перфузией. Поэтому он включает в себя, во-первых, те подразделения, которые вентилируются, но не перфузируют, а во-вторых, те единицы, которые имеют отношение вентиляции и перфузии, более одного.

Альвеолярное мертвое пространство незначительно у здоровых людей, но оно может значительно увеличиться при некоторых заболеваниях легких из-за несоответствия вентиляции .

Расчет

Подобно тому, как мертвое пространство тратит впустую долю вдыхаемого дыхания, мертвое пространство разбавляет альвеолярный воздух во время выдоха. Количественно определяя это разведение, можно измерить физиологическое мертвое пространство, используя концепцию баланса массы , выраженную уравнением Бора . ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}

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

где

V_{d}

объем мертвого пространства и

V_{t}

является приливным объемом;

P_{a\,{\ce {CO2}}}

является частичным давлением углекислого газа в артериальной крови, и

P_{e\,{\ce {CO2}}}

является парциальным давлением диоксида углерода в смешанном истекшем (вытыкаемом) воздухе.

Физиологическое мертвое пространство

Уравнение Бора используется для измерения физиологического мертвого пространства. К сожалению, концентрация углекислого газа (CO ₂ ) в альвеолах необходима для использования уравнения, но это не единое значение, поскольку соотношение вентиляции и перфузии различено в различных единицах легких как при здоровье, так и при заболевании. На практике артериальное парциальное давление CO ₂ используется в качестве оценки среднего альвеолярного парциального давления CO ₂ , модификации, введенной Хенриком Энгхоффом в 1938 году (Enghoff H. Volumen неэффективной. Bemerkungen Zur Frage des Schadlichen Raumes. ., 44: 191-218, 1938). По сути, единое значение артериального PCO ₂ усредняет различные значения PCO ₂ в различных альвеолах, и поэтому делает уравнение Бора полезным.

Количество CO _2, выдыхаемого от здоровых альвеол, разбавляется воздухом в проводящих дыхательных путях (анатомическое мертвое пространство) и газом из альвеол, которые чрезмерно вентиляются по отношению к их перфузии. Этот коэффициент разбавления можно рассчитать после определения смешанного истекшего срока действия PCO ₂ выдыхаемое дыхание, либо путем сбора выдыхаемого дыхания в пакете газовой некоммертной _{в выдыхаемом дыхании (либо путем электронного контроля, отслеживающего} . Смешанный газ с истекшим сроком действия в сумке сбора). Алгебраически, этот фактор разведения даст нам физиологическое мертвое пространство, рассчитанное уравнением Бора:

{\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

Альвеолярное мертвое пространство определяется как разница между физиологическим мертвым пространством (измеряемое с использованием модификации Enghoff уравнения Бора) и анатомическим мертвым пространством (измерено с использованием техники единственного дыхания Фаулера).

Клинический индекс размера альвеолярного мертвого пространства-это разность между артериальным парциальным давлением CO ₂ и парциальным парциальным давлением конечного тида CO ₂ .

Анатомическое мертвое пространство

Другой маневр используется при измерении анатомического мертвого пространства: испытуемый субъект дышит весь путь, глубоко вдыхает из 0% газовой смеси азота (обычно 100% кислорода), а затем дышит в оборудование, которое измеряет азот и объем газа. Это последнее выдох происходит в трех этапах. Первая фаза (фаза 1) не имеет азота, так как это газ, который составляет 100% кислород в анатомическом мертвом пространстве. Затем концентрация азота быстро увеличивается во время короткой второй фазы (фаза 2) и, наконец, достигает плато на третьей фазе (фаза 3). Анатомическое мертвое пространство равна объему, выдыхаемому на первом этапе, плюс объем до средней точки перехода от фазы 1 к фазе 3.

Вентилируемый пациент

Глубина и частота нашего дыхания определяются хеморецепторами и стволом мозга, что модифицируется рядом субъективных ощущений. При механической вентиляции с использованием обязательного режима пациент дышит со скоростью и приливным объемом, который продиктован машиной. Из -за мертвого пространства более медленнее (например, десять 500 мл в дыхание в минуту) более эффективно, чем быстро делать неглубокие вдохи (например, двадцать 250 мл вдоха в минуту). Хотя количество газа в минуту одинаково (5 л/мин), большая доля мелких вдохов является мертвым пространством, которое не помогает кислороду попасть в кровь. ^{[ Цитация необходима ]}

Механическое мертвое пространство

Механическое мертвое пространство или внешнее мертвое пространство - это объем в пассажах дыхательного аппарата , в котором дыхательный газ течет в обоих направлениях, когда пользователь вдыхает и выдыхает, что приводит к немедленному выдыхающему газу при следующем дыхании, увеличивая необходимую Приливный объем и дыхательные усилия, чтобы получить такое же количество полезного воздуха или дыхательного газа, а также увеличение накопления углекислого газа от мелких вдохов. Это фактически является внешним расширением физиологического мертвого пространства. ^{[ 10 ]}

Это может быть уменьшено на:

Используя отдельные проходы впуска и выхлопных выхлопных газов с односторонними клапанами, размещенными в каждом проходе, обычно между каждым проходом и мундштуком. Это ограничивает мертвое пространство между не возвращающими клапанами и ртом или носом пользователя. Не весь объем между невозвратными клапанами обязательно является мертвым пространством, так как выдыхаемый газ в узком протоке не обязательно будет хорошо смешиваться со свежим газом из ингаляционного воздуховода, но выдыхающий газ за пределами выхлопных клапанов может быть разумно. Смешайте со свежим газом, если клапаны функционируют правильно. Общее эффективное мертвое пространство может быть сведено к минимуму, сохраняя объем этого внешнего мертвого пространства максимально небольшим, но это не должно чрезмерно увеличивать работу дыхания, что может стать критическим при дыхательном аппарате, используемом при высоком давлении окружающей среды. ^{[ 11 ]}
С полной маской для лица или погружением спроса :
- Сохранение внутреннего объема маленьким
- Имея небольшую внутреннюю маску из ориназальной маски внутри главной маски или шлема, которая отделяет внешний дыхательный проход от остальной части внутренней части маски.
- В нескольких моделях полноценной маски для лица, подобной тем, которые используются на регуляторах дайвинга, которая имеет такую же функцию, что и маска из ориназальной и действует как кляп, предотвращая четкие разговоры).

Эффекты

Мертвое пространство уменьшает количество свежего дышащего газа, который достигает альвеол во время каждого дыхания. Это уменьшает кислород, доступный для газообмена, и количество углекислого газа, которое можно удалить. Создание углекислого газа обычно является более заметным эффектом, если дыхательный газ не является гипоксическим, как это происходит на большой высоте. Организм может в некоторой степени компенсировать, увеличивая объем вдохновленного газа, но это также увеличивает работу дыхания и эффективно только тогда, когда соотношение мертвого пространства к приливному объему достаточно уменьшается, чтобы компенсировать дополнительную нагрузку на углекислый газ из -за нагрузки на углекислый газ. Повышенная работа дыхания. Продолжающееся накопление углекислого газа приведет к гиперкапнии и респираторному расстройству .

Изменения с упражнениями

У здоровых людей V _D составляет около трети V _T в покое и уменьшается с физическими упражнениями примерно до одной пятой, главным образом из-за увеличения V _T , поскольку анатомическое мертвое пространство не сильно меняется, а альвеолярное мертвое пространство должно быть незначительным или очень маленький. ^{[ 12 ]}

Внешнее мертвое пространство для данного дыхательного аппарата обычно фиксируется, и этот объем должен быть добавлен в приливный объем, чтобы обеспечить эквивалентную эффективную вентиляцию на любом данном уровне усилий.

Смотрите также

Уравнение Бора - уравнение, описывающее количество физиологического мертвого пространства в легких человека
Кристиан Бор - датский врач и профессор физиологии
Метод множественного инертного устранения газа - медицинская техника
Респираторная система - биологическая система у животных и растений для газообмена

Ссылки

^ Запад JB (2011). Физиология дыхания: основные предметы (9 -е изд.). Филадельфия: Wolters Kluwer Health/Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 978-1-60913-640-6 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Уильямс Р., Ранкин, Н., Смит, Т, Галера, Д., Сикинс, П (ноябрь 1996 г.). «Связь между влажностью и температурой вдохновенного газа и функцией слизистой оболочки дыхательных путей». Медицина интенсивной терапии . 24 (11): 1920–9. doi : 10.1097/00003246-199611000-00025 . PMID 8917046 .
^ «Потраченная впустую вентиляцию» . Ccmtutorials.com . Получено 2013-11-27 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Fowler WS (1948). «Исследования функции легких. II. Респираторное мертвое пространство». Являюсь. J. Physiol . 154 (3): 405–416. doi : 10.1152/ajplegacy.1948.154.3.405 . PMID 18101134 .
^ Хеллер Х, Кенен-Бергманн М., Шустер К. (1999). «Алгебраическое решение определения мертвого пространства в соответствии с графическим методом Фаулера». Comput Biomed Res . 32 (2): 161–7. doi : 10.1006/cbmr.1998.1504 . PMID 10337497 .
^ Burke TV, Küng, M, Burki, NK (1989). «Обмен легочной газа во время индуцированной гистамином бронхоконстрикции у астматических субъектов». Грудь . 96 (4): 752–6. doi : 10.1378/грудь.96.4.752 . PMID 2791669 .
^ Запад JB (2009). «Сравнительная физиология барьера легочного кровавого газа: уникальный птичий раствор» . Американский журнал физиологии. Нормативно -правовая, интегративная и сравнительная физиология . 297 (6): R1625-34. doi : 10.1152/ajpregu.00459.2009 . PMC 2803621 . PMID 19793953 .
^ Бор, С. (1891). О атмосфере легких. Скандал Арка физиол. 2: 236-268.
^ Клок Р. (2006). «Мертвое пространство: простота к сложности». J Appl Physiol . 100 (1): 1–2. doi : 10.1152/classicessays.00037.2005 . PMID 16357075 . статья
^ Balmain BN, Wilhite DP, Bhammar DM, Babb TG (2020). «Внешнее мертвое пространство объясняет половые распределения в вентиляционной реакции на субмаксимальные упражнения у детей с ожирением и без него» . Респираторная физиология и нейробиология . 279 doi : 10.1016/j.resp.2020.103472 . ISSN 1569-9048 . PMC 7384949 . PMID 32512232 .
^ Митчелл С., Кронье Ф., Минтжис В., Бритц Х (2007). «Фатальная дыхательная недостаточность во время технического ребра, погружение при крайнем давлении». Aviat Space Environ Med . 78 (2): 81–86. PMID 17310877 .
^ Balmain BN, Tomlinson AR, Macnamara JP, Sarma S, Levine BD, Hynan LS, Babb TG (28 февраля 2022 года). «Физиологическое мертвое пространство во время упражнений у пациентов с сердечной недостаточностью с сохраненной фракцией выброса» . Журнал прикладной физиологии . 132 (3): 632–640. doi : 10.1152/japplphysiol.00786.2021 . PMC 8897014 . PMID 35112932 .

Дальнейшее чтение

Аренд Бухус. 1964. «Респираторное мертвое пространство». В Справочнике по физиологии. Раздел 3: дыхание. Том 1. Уоллес О. Фенн и Герман Ран (ред.). Вашингтон: Американское физиологическое общество.
Джон Б. Вест. 2011. Респираторная физиология: основы. Липпинкотт Уильямс и Уилкинс; Девятое издание. ISBN 978-1609136406 .

Внешние ссылки

Страница Dead Space наук Школы медицины на веб -сайте физиологии респираторных респираторных респираторных .

[WestPhysiology-1] Запад JB (2011). Физиология дыхания: основные предметы (9 -е изд.). Филадельфия: Wolters Kluwer Health/Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 978-1-60913-640-6 .

[Williams1996-2] Jump up to: ^а ^{беременный} Уильямс Р., Ранкин, Н., Смит, Т, Галера, Д., Сикинс, П (ноябрь 1996 г.). «Связь между влажностью и температурой вдохновенного газа и функцией слизистой оболочки дыхательных путей». Медицина интенсивной терапии . 24 (11): 1920–9. doi : 10.1097/00003246-199611000-00025 . PMID 8917046 .

[wasted-3] «Потраченная впустую вентиляцию» . Ccmtutorials.com . Получено 2013-11-27 .

[fowler1948-4] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Fowler WS (1948). «Исследования функции легких. II. Респираторное мертвое пространство». Являюсь. J. Physiol . 154 (3): 405–416. doi : 10.1152/ajplegacy.1948.154.3.405 . PMID 18101134 .

[5] Хеллер Х, Кенен-Бергманн М., Шустер К. (1999). «Алгебраическое решение определения мертвого пространства в соответствии с графическим методом Фаулера». Comput Biomed Res . 32 (2): 161–7. doi : 10.1006/cbmr.1998.1504 . PMID 10337497 .

[6] Burke TV, Küng, M, Burki, NK (1989). «Обмен легочной газа во время индуцированной гистамином бронхоконстрикции у астматических субъектов». Грудь . 96 (4): 752–6. doi : 10.1378/грудь.96.4.752 . PMID 2791669 .

[7] Запад JB (2009). «Сравнительная физиология барьера легочного кровавого газа: уникальный птичий раствор» . Американский журнал физиологии. Нормативно -правовая, интегративная и сравнительная физиология . 297 (6): R1625-34. doi : 10.1152/ajpregu.00459.2009 . PMC 2803621 . PMID 19793953 .

[Bohr-8] Бор, С. (1891). О атмосфере легких. Скандал Арка физиол. 2: 236-268.

[9] Клок Р. (2006). «Мертвое пространство: простота к сложности». J Appl Physiol . 100 (1): 1–2. doi : 10.1152/classicessays.00037.2005 . PMID 16357075 . статья

[Bryce_et_al_2020-10] Balmain BN, Wilhite DP, Bhammar DM, Babb TG (2020). «Внешнее мертвое пространство объясняет половые распределения в вентиляционной реакции на субмаксимальные упражнения у детей с ожирением и без него» . Респираторная физиология и нейробиология . 279 doi : 10.1016/j.resp.2020.103472 . ISSN 1569-9048 . PMC 7384949 . PMID 32512232 .

[Mitchell_et_al_2007-11] Митчелл С., Кронье Ф., Минтжис В., Бритц Х (2007). «Фатальная дыхательная недостаточность во время технического ребра, погружение при крайнем давлении». Aviat Space Environ Med . 78 (2): 81–86. PMID 17310877 .

[Balmain_et_al_2022-12] Balmain BN, Tomlinson AR, Macnamara JP, Sarma S, Levine BD, Hynan LS, Babb TG (28 февраля 2022 года). «Физиологическое мертвое пространство во время упражнений у пациентов с сердечной недостаточностью с сохраненной фракцией выброса» . Журнал прикладной физиологии . 132 (3): 632–640. doi : 10.1152/japplphysiol.00786.2021 . PMC 8897014 . PMID 35112932 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

`PA` O ₂	Артериальное напряжение кислорода или парциальное давление
`P _a` o ₂	Альвеолярное напряжение кислорода или парциальное давление
`P _A` CO ₂	Артериальное натяжение углекислого газа или частичное давление
`P _A` CO ₂	Альвеолярное натяжение углекислого газа или частичное давление
`P _V` O ₂	Кислородное напряжение смешанной венозной крови
P _{( a - a )} o ₂	Альвеолярная артериальная разница на напряжении кислорода. Термин ранее использовался ( Aa d O ₂ ) обескуражен.
P _{( A / A )} O ₂	Альвеолярное артериальное соотношение натяжения; P _A O ₂ : P _A O ₂ Термин «индекс обмена кислородом» описывает это соотношение.
C _{( a - v )}O ₂	Разница в содержании кислорода Arteriovenous
`S _a` o ₂	Насыщение кислородом гемоглобина артериальной крови
`S _P` O ₂	Насыщение кислородом, измеренное пульсной оксиметрией
`C _A` O ₂	Содержание кислорода в артериальной крови
pH	Символ, связанный с концентрацией ионов водорода или активности раствора к стандартному раствору; Приблизительно равен отрицательному логарифму концентрации ионов водорода. pH является показателем относительной кислотности или щелочности раствора
v Т и

v Т и Респираторная физиология
Respiration	breath inhalation exhalation obligate nasal breathing respiratory rate respirometer pulmonary surfactant compliance elastic recoil hysteresivity airway resistance bronchial hyperresponsiveness constriction dilatation mechanical ventilation
Control	pons pneumotaxic center apneustic center medulla dorsal respiratory group ventral respiratory group chemoreceptors central peripheral pulmonary stretch receptors Hering–Breuer reflex
Lung volumes	VC FRC Vt dead space CC PEF calculations respiratory minute volume FEV1/FVC ratio Lung function tests spirometry body plethysmography peak flow meter nitrogen washout
Circulation	pulmonary circulation hypoxic pulmonary vasoconstriction pulmonary shunt
Interactions	ventilation (V) Perfusion (Q) Ventilation/perfusion ratio V/Q scan zones of the lung gas exchange pulmonary gas pressures alveolar gas equation alveolar–arterial gradient hemoglobin oxygen–hemoglobin dissociation curve (Oxygen saturation 2,3-BPG Bohr effect Haldane effect) carbonic anhydrase (chloride shift) oxyhemoglobin respiratory quotient arterial blood gas diffusion capacity (DLCO)
Insufficiency	high altitude death zone oxygen toxicity hypoxia