Диффузионная способность
Диффузионная способность | |
---|---|
МеШ | D011653 |
Другие коды | КПТ: 94720 |
Диффузионная способность легких (DL ) (также известная как фактор переноса) измеряет перенос газа из воздуха в легких к эритроцитам в кровеносных сосудах легких. Это часть комплексной серии функциональных тестов 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. D Измерение LCO стандартизировано в соответствии с документом с изложением позиции. [1] рабочей группой Европейского респираторного и Американского торакального обществ.
В физиологии дыхания диффузионная способность имеет давнюю историю большого применения, представляя собой проводимость газа через альвеолярно-капиллярную мембрану, а также учитывает факторы, влияющие на поведение данного газа с гемоглобином. [ нужна ссылка ]
Этот термин можно считать неправильным, поскольку он не представляет ни диффузию , ни емкость (которая обычно измеряется в субмаксимальных условиях), ни емкость . Кроме того, транспорт газа ограничивается диффузией только в крайних случаях, например, при поглощении кислорода при очень низком уровне кислорода в окружающей среде или очень высоком легочном кровотоке. [ нужна ссылка ]
Диффузионная способность не является прямым показателем основной причины гипоксемии или низкого уровня кислорода в крови, а именно несоответствия вентиляции перфузии : [2]
- Не вся легочная артериальная кровь поступает в области легких, где может происходить газообмен (анатомические или физиологические шунты), и эта плохо насыщенная кислородом кровь воссоединяется с хорошо насыщенной кислородом кровью из здорового легкого в легочной вене. В совокупности эта смесь содержит меньше кислорода, чем кровь из здорового легкого, и поэтому является гипоксемической.
- Точно так же не весь вдыхаемый воздух попадает в области легких, где может происходить газообмен ( анатомические и физиологические мертвые зоны ), и поэтому тратится впустую.
Тестирование
[ редактировать ]Тест диффузионной способности при одном дыхании является наиболее распространенным способом определения . [1] Тест проводится путем того, что испытуемый выдувает весь воздух, который может, оставляя только остаточный объем газа в легких. Затем человек быстро и полностью вдыхает смесь тестовых газов, приближаясь к полной емкости легких максимально . Эта смесь тестовых газов содержит небольшое количество монооксида углерода (обычно 0,3%) и индикаторный газ , который свободно распределяется по альвеолярному пространству, но не проникает через альвеолярно-капиллярную мембрану. Гелий и метан — два таких газа. Тестовый газ удерживается в легких около 10 секунд, в течение этого времени CO (но не индикаторный газ) непрерывно перемещается из альвеол в кровь. Затем субъект выдыхает.
Анатомия дыхательных путей означает, что вдыхаемый воздух должен пройти через рот, трахею, бронхи и бронхиолы ( анатомическое мертвое пространство ), прежде чем он попадет в альвеолы, где произойдет газообмен; при выдохе альвеолярный газ должен вернуться по тому же пути, поэтому выдыхаемая проба станет чисто альвеолярной только после того, как будет выдано от 500 до 1000 мл газа. [ нужна ссылка ] 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 и анализируется следующая порция, содержащая газ, находившийся в альвеолах. [1] Анализируя концентрации окиси углерода и инертного газа во вдыхаемом и выдыхаемом газах, можно рассчитать согласно уравнению 2 . Во-первых, скорость , с которой CO поглощается легкими, рассчитывается по формуле:
. | ( 4 ) |
- Аппаратура функции легких отслеживает изменение концентрации CO, произошедшее во время задержки дыхания, , а также записывает время .
- Объем альвеол, , определяется степенью разбавления индикаторного газа при вдыхании его в легкие.
Сходным образом,
. | ( 5 ) |
где
- — начальная фракционная альвеолярная концентрация CO, рассчитанная путем разбавления индикаторного газа.
- это барометрическое давление
Измерить диффузионную способность можно и другими методами, которые в настоящее время не так широко используются. К ним относятся диффузионная способность в установившемся состоянии, реализуемая при регулярном спокойном дыхании, или метод повторного дыхания, требующий повторного дыхания из резервуара с газовыми смесями.
Расчет
[ редактировать ]Диффузионная способность кислорода — коэффициент пропорциональности, связывающий скорость поступления кислорода в легкие с градиентом кислорода между капиллярной кровью и альвеолами (согласно законам диффузии Фика ). В физиологии дыхания транспорт молекул газа удобно выражать как изменение объема, так как (т. е. в газе объем пропорционален числу молекул в нем). Кроме того, концентрация кислорода ( парциальное давление ) в легочной артерии считается типичной для капиллярной крови. Таким образом, можно рассчитать как скорость поглощения кислорода легкими. делится на кислородный градиент между альвеолами («А») и легочной артерией («а»).
( 1 ) |
- (Для , произнесите «V точка». Это обозначение Исаака Ньютона для первой производной (или скорости), которое обычно используется для этой цели в физиологии дыхания.)
- — скорость поглощения кислорода легкими (мл/мин).
- – парциальное давление кислорода в альвеолах.
- – парциальное давление кислорода в легочной артерии.
- — парциальное давление кислорода в системных венах (где его действительно 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 альвеолярную концентрацию кислорода и скорость поглощения кислорода, но не концентрацию кислорода в легочной артерии, именно венозная концентрация кислорода обычно используется в качестве полезного приближения в клинических условиях.
Отбор проб концентрации кислорода в легочной артерии является высокоинвазивной процедурой, но, к счастью, вместо нее можно использовать другой аналогичный газ, который устраняет эту необходимость ( DLCO ). Окись углерода (СО) прочно и быстро связывается с гемоглобином в крови, поэтому парциальное давление СО в капиллярах незначительно и вторым членом в знаменателе можно пренебречь. По этой причине CO обычно является эталонным газом, используемым для измерения диффузионной способности и уравнение упрощается до:
. | ( 2 ) |
Интерпретация
[ редактировать ]В целом, здоровый человек имеет ценность 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 референсные значения, основанные на популяциях здоровых людей. [5] [6] [7] а также измерения, произведенные на высоте, [8] для детей [9] и некоторые конкретные группы населения. [10] [11] [12]
Уровни CO в крови не могут быть незначительными
[ редактировать ]У заядлых курильщиков содержание CO в крови достаточно велико, чтобы влиять на измерение и требует корректировки расчета, если COHb превышает 2% от общего числа.
Пока имеет большое практическое значение, поскольку является общим показателем транспорта газа, интерпретация этого измерения осложняется тем фактом, что оно не измеряет какую-либо одну часть многостадийного процесса. Таким образом, в качестве концептуальной помощи при интерпретации результатов этого теста время, необходимое для переноса CO из воздуха в кровь, можно разделить на две части. Сначала CO пересекает альвеолярно-капиллярную мембрану (представленную ), а затем CO соединяется с гемоглобином в капиллярных эритроцитах со скоростью раз превышает объем присутствующей капиллярной крови ( ). [13] Поскольку шаги выполняются последовательно, проводимости складываются как сумма обратных величин:
. | ( 3 ) |
Объем крови в легочных капиллярах, , заметно меняется во время обычной деятельности, такой как физические упражнения . Простой вдох приносит в легкие дополнительную кровь из-за отрицательного внутригрудного давления, необходимого для вдоха. В крайнем случае, при попадании на закрытую голосовую щель, маневр Мюллера втягивает кровь в грудную клетку. Верно и обратное: выдох увеличивает давление внутри грудной клетки и поэтому имеет тенденцию выталкивать кровь; Маневр Вальсальвы — это выдох через закрытые дыхательные пути, который может вывести кровь из легких. Таким образом, тяжелое дыхание во время тренировки приведет к попаданию дополнительной крови в легкие во время вдоха и вытеснению крови во время выдоха. Но во время физических упражнений (или, реже, когда имеется структурный дефект сердца, который позволяет крови перенаправляться из системы высокого давления, большого круга кровообращения в область низкого давления, малого круга кровообращения) также увеличивается кровоток по всему телу и легким. адаптируется, привлекая дополнительные капилляры для передачи повышенного сердечного выброса, что еще больше увеличивает количество крови в легких. Таким образом будет увеличиваться, когда субъект не находится в состоянии покоя, особенно во время вдоха.
При заболевании кровоизлияние в легкие приводит к увеличению количества молекул гемоглобина, контактирующих с воздухом, и поэтому измеряется. увеличится. В этом случае окись углерода, используемая в тесте, связывается с гемоглобином, попавшим в легкие. Это не отражает увеличения диффузионной способности легких по переносу кислорода в большой круг кровообращения.
Окончательно, увеличивается при ожирении и когда человек лежит, оба из которых увеличивают приток крови в легкие за счет сжатия и силы тяжести и, таким образом, оба увеличивают .
Скорость поступления CO в кровь, , зависит от концентрации гемоглобина в этой крови, сокращенно Hb в общем анализе крови ( общий анализ крови ). Большее количество гемоглобина присутствует при полицитемии , поэтому повышен. При анемии все наоборот. В средах с высоким уровнем CO во вдыхаемом воздухе (например, при курении ) часть гемоглобина крови становится неэффективной из-за его прочного связывания с CO, и это аналогично анемии. Рекомендуется, чтобы регулироваться при высоком уровне CO в крови. [1]
Объем легочной крови также уменьшается, когда кровоток прерывается тромбами ( легочная эмболия ) или уменьшается из-за костных деформаций грудной клетки, например сколиоза и кифоза .
Изменение концентрации кислорода в окружающей среде также меняет . На большой высоте количество вдыхаемого кислорода низкое, и большая часть гемоглобина крови может связывать CO; таким образом увеличивается и кажется, увеличился. И наоборот, дополнительный кислород увеличивает насыщение гемоглобина, снижая и .
Заболевания, которые изменяют легочную ткань, снижают как и в различной степени и поэтому уменьшают .
- Потеря паренхимы легких при таких заболеваниях, как эмфизема .
- Заболевания, вызывающие рубцевание легких ( интерстициальные заболевания легких ), такие как идиопатический фиброз легких или саркоидоз.
- Отек легочной ткани ( отек легких ) вследствие сердечной недостаточности или острой воспалительной реакции на аллергены ( острый интерстициальный пневмонит ).
- Заболевания сосудов легких воспалительного ( легочный васкулит ) или гипертрофического ( легочная гипертензия ) характера.
- альвеолярное кровоизлияние , синдром Гудпасчера , [14] полицитемия , [15] слева направо внутрисердечные шунты , [16] из-за увеличения объема крови, подвергшейся воздействию вдыхаемого газа.
- Астма вследствие улучшения перфузии верхушек легких. Это вызвано повышением давления в легочной артерии и/или более отрицательным плевральным давлением, возникающим во время вдоха из-за сужения бронхов. [17]
История
[ редактировать ]В каком-то смысле примечательно, что DL CO сохранил такую клиническую полезность. Этот метод был изобретен, чтобы разрешить один из величайших споров в физиологии легких сто лет назад, а именно вопрос о том, активно ли кислород и другие газы транспортируются в кровь и из нее через легкие, или же молекулы газа диффундируют пассивно. [18] Примечателен также тот факт, что обе стороны использовали эту технику для получения доказательств своих гипотез. Начнем с того, что Кристиан Бор изобрел эту технику, используя протокол, аналогичный диффузионной способности монооксида углерода в устойчивом состоянии, и пришел к выводу, что кислород активно транспортируется в легкие. Его ученик Август Крог разработал технику диффузии за один вдох 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 задействуются по мере необходимости – идея, получившая Нобелевскую премию. [26]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Макинтайр Н., Крапо Р.О., Вьеги Г. и др. (2005). «Стандартизация определения поглощения угарного газа в легких при одном дыхании» . Эур Респир Дж . 26 (4): 720–35. дои : 10.1183/09031936.05.00034905 . ПМИД 16204605 . S2CID 18177228 .
- ^ Вест, Дж. 2011. Респираторная физиология: основы. 9е. ISBN 978-1-60913-640-6
- ^ Грэм Б.Л., Минк Дж.Т., Коттон-ди-джей (1981). «Повышение точности и точности измерений диффузионной способности CO за один раз». J Appl Physiol . 51 (5): 1306–13. дои : 10.1152/яп.1981.51.5.1306 . ПМИД 7298468 .
- ^ LUNGFUNKTION - Практический сборник за 6 семестр. Департамент медицинских наук, клинической физиологии, Академическая больница, Уппсала, Швеция. Получено в 2010 году.
- ^ Миллер А., Торнтон Дж.К., Уоршоу Р., Андерсон Х., Тейрштейн А.С., Селикофф И.Дж. (1983). «Рассеивающая способность при одном дыхании в репрезентативной выборке населения Мичигана, крупного промышленного штата. Прогнозируемые значения, нижние пределы нормы и частоты отклонений на основании истории курения». Я преподобный Респир Дис . 127 (3): 270–7. doi : 10.1164/arrd.1983.127.3.270 (неактивен 31 января 2024 г.). ПМИД 6830050 .
{{cite journal}}
: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка ) - ^ Кнудсон Р.Дж., Кальтенборн В.Т., Нудсон Д.Е., Берроуз Б. (1987). «Способность диффузии угарного газа при одном дыхании. Справочные уравнения, полученные на основе данных здорового некурящего населения и влияния гематокрита». Я преподобный Респир Дис . 135 (4): 805–11. дои : 10.1164/arrd.1987.135.4.805 . ПМИД 3565929 .
- ^ Котес Дж.Э., Чинн DJ, Куанджер П.Х., Рока Дж., Йерно Дж.К. (1993). «Стандартизация измерения коэффициента передачи (диффузионной способности)» . Eur Respir J. Приложение 16 : 41–52. дои : 10.1183/09041950.041s1693 . ПМИД 8499053 . S2CID 54555111 .
- ^ Крапо Р.О., Моррис А.Х., Гарднер Р.М. (1982). «Справочные значения объема легочной ткани, диффузионной способности мембраны и объема легочной капиллярной крови». Bull Eur Physiopathol Respir . 18 (6): 893–9. ПМИД 6927541 .
- ^ Купман М., Занен П., Круитваген К.Л., ван дер Энт К.К., Аретс Х.Г. (2011). «Референсные значения для тестирования функции легких у детей: набор данных Утрехта» . Дыхание. Мед . 105 (1): 15–23. дои : 10.1016/j.rmed.2010.07.020 . ПМИД 20889322 . Ошибка в Respir. Мед. 2011 декабрь;105(12):1970-1.
- ^ Чин Н.К., Нг Т.П., Хуэй К.П., Тан В.К. (июнь 1997 г.). «Популяционные стандарты функции легких у некурящих взрослых в Сингапуре». Респирология . 2 (2): 143–9. дои : 10.1111/j.1440-1843.1997.tb00070.x . ПМИД 9441128 . S2CID 31037816 .
- ^ Пийриля П., Сейккула Т., Валимяки П. (2007). «Различия между финскими и европейскими эталонными значениями диффузионной способности легких» . Int J Циркумполярное здоровье . 66 (5): 449–57. дои : 10.3402/ijch.v66i5.18316 . ПМИД 18274210 . S2CID 22302973 .
- ^ Ип М.С., Лам В.К., Лай А.Ю. и др. (июль 2007 г.). «Гонконгское торакальное общество. Эталонные значения диффузионной способности некурящих китайцев в Гонконге». Респирология . 12 (4): 599–606. дои : 10.1111/j.1440-1843.2007.01084.x . ПМИД 17587430 . S2CID 5897844 .
- ^ Роутон Ф.Дж., Форстер Р.Э. (1957). «Относительная важность скорости диффузии и химических реакций в определении скорости обмена газов в легких человека, с особым упором на истинную диффузионную способность легочной мембраны и объем крови в легочных капиллярах». J Appl Physiol . 11 (2): 290–302. дои : 10.1152/яп.1957.11.2.290 . ПМИД 13475180 .
- ^ Грининг, АП; Хьюз, Дж. М. (май 1981 г.). «Серийные оценки диффузионной способности угарного газа при внутрилегочном кровотечении». Клиническая наука . 60 (5): 507–12. дои : 10.1042/cs0600507 . ПМИД 7249536 .
- ^ Берджесс, Дж. Х.; Бишоп, Дж. М. (1963). «Диффузионная способность легких и ее подразделения при истинной полицитемии» . Журнал клинических исследований . 42 (7): 997–1006. дои : 10.1172/JCI104804 . ПМК 289367 . ПМИД 14016987 .
- ^ ОЧИНКЛОСС Дж. Х., младший; ГИЛБЕРТ, Р; ЭЙХ, Р.Х. (февраль 1959 г.). «Диффузионная способность легких при врожденных и ревматических пороках сердца» . Тираж . 19 (2): 232–41. дои : 10.1161/01.cir.19.2.232 . ПМИД 13629784 . S2CID 27264342 .
- ^ Коллард, П; Нджину, Б; Неядник, Б; Кейо, А; Франс, А. (май 1994 г.). «Способность диффузии монооксида углерода при одном дыхании при стабильной астме». Грудь . 105 (5): 1426–9. дои : 10.1378/сундук.105.5.1426 . ПМИД 8181330 .
- ^ Гьедде А (2010). «Распространенные идеи: о разногласиях Кристиана Бора и Августа Крога». Adv Physiol Educ . 34 (4): 174–185. дои : 10.1152/advan.00092.2010 . ПМИД 21098384 . S2CID 31010852 .
- ^ Крог А. 1910 О кислородном обмене крови. Сканд Архи Физиол 23: 193–199.
- ^ Крог А. 1910 О механизме газообмена в легких черепахи. Сканд Арх Физиол 23: 200–216.
- ^ Крог А. 1910 О сочетании гемоглобина со смесями кислорода и угольной кислоты. Сканд Архи Физиол 23: 217–223.
- ^ Крог А. 1910 Некоторые эксперименты по проникновению кислорода и оксида углерода в воду. Сканд Архи Физиол 23: 224–235.
- ^ Крог А. 1910 О механизме газообмена в легких. Сканд Архи Физиол 23: 248–278.
- ^ Крог А, Крог М. 1910 О напряжении газов в артериальной крови. Сканд Архи Физиол 23: 179–192.
- ^ Крог А, Крог М. 1910 Скорость диффузии в легкие человека. Сканд Архи Физиол 23: 236–247.
- ^ «Нобелевская премия по физиологии и медицине 1920 года» .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Мейсон Р.Дж., Броддус В.К., Мартин Т., Кинг Т.младший, Шрауфнагель Д., Мюррей Дж.Ф., Надель Дж.А. (2010) Учебник респираторной медицины. 5е. ISBN 978-1-4160-4710-0 .
- Руппель, Г.Л. (2008) Руководство по функциональному тестированию легких. 9е. ISBN 978-0-323-05212-2 .
- Уэст, Дж. (2011) Респираторная физиология: основы. 9е. ISBN 978-1-60913-640-6 .
- Уэст, Дж. (2012) Легочная патофизиология: основы. 8е. ISBN 978-1-4511-0713-5 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Легочная+диффузная+емкость в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- Энциклопедия MedlinePlus : 003854
- Американской ассоциации респираторной помощи Рекомендации по клинической практике
- Домашняя страница Американского физиологического общества
- Домашняя страница Американского торакального общества
- Домашняя страница Европейского респираторного общества