MED RAZGL 2012; 51: 291-308 PREGLEDNI ČLANEK
Andraž Stožer1, Jurij Dolenšek2, Marjan Slak Rupnik3
Fiziologija pljuč - tretji del
Pulmonary Physiology - Part Three
IZVLEČEK_
KLJUČNE BESEDE: fiziologija pljuč, hipoksemija, ventilacija alveolnega mrtvega prostora, 5ant, diagnostika
V tretjem in zadnjem delu pregleda podrobno in kvantitativno analiziramo vpliv ventilacije alveolnega mrtvega prostora in šanta na izmenjavo plinov in predstavimo racionalen pristop k diferencialni diagnostiki dveh najpogostejših vzrokov motenega delovanja pljuč. Na koncu predstavimo najpomembnejše elemente uravnavanja dihanja.
ABSTRACT
KEY WORDS: pulmonary physiology, hypoxemia, alveolar dead space ventilation, shunt, diagnosis
In the third and final part of our review, we thoroughly and quantitatively analyse the influence of alveolar dead space ventilation and shunt on the pulmonary exchange of gases and present a rationale for the differential diagnosis of two most common causes of impaired pulmonary function. At the end, we present the most important elements involved in the regulation of breathing.	-
309
1	Asist. Andraž Stožer, dr. med., Inštitut za fiziologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Mariboru, Slomškov trg 15, 2000 Maribor; stozera@googlemail.com
2	Asist.dr. Jurij Dolenšek, univ.dipl.biol., Inštitut za fiziologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Mariboru, Slomškov trg 15, 2000 Maribor
3	Prof.dr. Marjan Slak Rupnik, univ.dipl.biol., Inštitut za fiziologijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Mariboru, Slomškov trg 15, 2000 Maribor
A. STOŽER, J. DOLENSEK, M. SLAK RUPNIK FIZIOLOGIJA PLJUČ - TRETJI DEL MED RAZGL 2012; 51
UVOD
Potem ko smo v prvem delu »Fiziologije pljuč« opredelili odnose med tlaki, volumni in pretoki, analizirali mehaniko dihanja, izpeljali alveolno plinsko enačbo in pokazali na vlogo difuzije preko alveolokapilarne membrane pri izmenjavi plinov, v drugem delu »Fiziologije pljuč« pa podrobno spoznali vlogo razmerja med ventilacijo in perfuzijo (AV/Q) pri določanju učinkovitosti izmenjave plinov, lahko končno razumemo tudi patogenezo bolezenskih stanj, ki na značilen način spremenijo razmerje AV/ Q v manjšem ali večjem delu pljuč. Ta stanja so po eni strani najpogostejši vzrok motene izmenjave plinov v pljučih, po drugi strani pa podrobno razumevanje omogoča racionalno diagnostiko in terapijo
teh stanj. Naš pregled fiziologije pljuč zaključujemo s predstavitvijo osnovnih konceptov uravnavanja dihanja.
VENTILACIJA ALVEOLNEGA MRTVEGA PROSTORA
Predstavljajmo si, da se iz tromba v globoki veni v spodnji okončini odtrga embolus, ki s krvnim obtokom po spodnji votli veni (lat. vena cava inferior) doseže desni preddvor, desni prekat, ta pa ga iztisne v pljučno arterijo. Embolus naj bo dovolj majhen, da potuje skozi deblo pljučne arterije in dovolj velik, da v celoti zamaši eno od obeh glavnih vej, recimo levo (slika 1).
Ce predpostavimo, da se celotna pljučna prekrvitev (perfuzija, QTOT), ne spremeni1,
310
Slika 1. Posledice ventilacije alveolnega mrtvega prostora. Na shemi je embolus prekinil perfuzijo levega dela pljuč. Označeni so delni tlaki v alveolih desne in leve polovice pljuč, v mešanem alveolnem zraku, v venski in v mešani arterijski krvi. Stopnja sivine označuje stopnjo arterializacije krvi. D - desno, L - levo, Pamiixco2 - delni tlak ogljikovega dioksida v izdihanem zraku, PmtXo2 - delni tlak kisika v izdihanem zraku, PACq2 - delni tlak ogljikovega dioksida v zraku v alveolih, PAO2 - delni tlak kisika v zraku v alveolih, PKO2 -delni tlak ogljikovega dioksida v venski krvi, PvO2 - delni tlak kisika v venski krvi, PaCg2 - delni tlak ogljikovega dioksida v arterijski krvi, Pao2 - delni tlak kisika v arterijski krvi, AV/Q - razmerje med alveolno ventilacijo in perfuzijo.
1 Zamašitev ene glavne veje dvakrat poveča upor v pljučnem žilju, srednji arterijski tlak v pulmonalni arteriji se pri nespremenjenem QTOT dvakrat poveča.
MED RAZGL 2012; 51
celotna količina krvi teče skozi desno polovico pljuč, kar dvakrat poveča perfuzijo v tem delu. Ce se tudi celotna alveolna ventilacija (AVxOx) ne spremeni, gre polovica skupne alveolne ventilacije na račun ventilacije desne polovice (AVD) in polovica na račun ventilacije leve polovice pljuč (AVL). Ce uporabimo vrednost AVxox=4,3l/min, je razmerje AV/Q na desni strani enako:
AVd 2,151/min

5 1 /min
_ 0,43,
(1)
(2)
na levi pa: AVl _ 2,151/min Qr ~ 01/min '
Pljučna embolija v našem primeru prepolovi razmerje med ventilacijo in perfuzijo na zdravi (desni) strani in ga poveča do neskončnosti na oboleli (levi) strani. Na zdravi strani se odda ves v presnovi nastali CO2 in sprejme ves v presnovi potreben O2, saj na bolni strani ni perfuzije! Za delna tlaka CO2 in O2 v alveolnem zraku na desni polovici ti porabimo alveolni enačbi za CO2 in O22 (spomnimo se, da je delni tlak CO2 v zraku v alveolih, PaC02 = 40 mmHg za pljuča brez embolije, za respiratorni količnik upoštevamo RQ = 0,8):
plinov. Ta prostor se zato v funkcionalnem smislu vede kot mrtvi prostor. Imenujemo ga alveolni mrtvi prostor in skupaj z anatomskim mrtvim prostorom sestavlja fiziološki mrtvi prostor. Na desni strani pa je pljučna embolija dvakrat povečala PAC02 in zmanjšala delni tlak kisika v alveolnem zraku (PA02) na polovico.
K CO2 in O2 v skupnem izdihanem zraku prispevata CO2 in O2 tako iz desne kot tudi leve polovice pljuč. Količina CO2, ki se izdiha v mešanem alveolnem zraku, je vsota prispevkov iz obeh delov pljuč. Izdihana količina je enaka produktu med AVxOx in deležem v ustreznem zraku, slednji pa razmerju med delnim tlakom (ustrezno korigi-ranim za faktor k =1,13)3 in barometrskim tlakom. Izdihana količina na časovno enoto je enaka vsoti prispevkov iz desne in leve polo-
VCO2_ avtot
AMlXCO2 PBAR k
_ 0,5• AVT
tot
P D	P L
pACO^ -0,5• AVTOT PACO^
(7)
PBAR' k
PBAR' k
Od tod dobimo za vrednost delnega tlaka CO2 31 1 v mešanem alveolnem zraku (PAMiXC02):
D _ VCO2
PBA R k _
ACO2 "0,5• AVtot bAR
_ Eaco^ _ 80 mmHg 0,5	6
pA02D_ PO2ii —AOt- _ 50 mmHg. (4)
RQ
In za levo polovico:
P L_
AC02 _
0
0,5 • AV
pbar k _ 0mmHg (5)
P L
pA02L_ Poms —Rir = 150mmHg. (6)
Sestava alveolnega zraka na levi strani je enaka sestavi ovlaženega zraka v sapniku, saj tu zaradi odsotnosti perfuzije ne pride do izmenjave
_ 0,5 • PACO2D + 0,5 • P
1am1xc02_v>j jac02
(3) _ 0,5• 80 + 0,5• 0 _ 40mmHg.
ACO2
(8)
Analogno za delni tlak O2 v mešanem alveolnem zraku (PAMIX02) dobimo:
p	_ 05 • p D + 05 • p L _
pAM1X02_u>0 pA02 +u> 3 pA02 _
_ 0,5 • 50 + 0,5• 150 _ 100mmHg.
(9)
V mešanem alveolnem zraku sta vrednosti PAC02 in PA02 enaki, kot če ne bi prišlo do embolije. Kako pa se glede na normalne vrednosti spremenijo delni tlaki CO2 in O2 v arterijski in venski krv^ torej -Paco^ Pao2, Pvco2 in Pvo2? Kri teče samo skozi desno polovico in PaC02 doseže vrednost PAC02 desne strani (PAC02D). Odnos med vsebnostjo CO2 in delnim tlakom CO2 prikazuje slika 2. Z grafa razberemo, da vsak liter krvi z delnim tlakom Paco2 = 80 mmHg vsebuje 670 ml CO2. Pri presnovni produkciji
D
2	Razlago naj bralec poišče v prvem delu »Fiziologije pljuč«.
3	Razlago naj bralec poišče v prvem delu »Fiziologije pljuč«.
A. STOŽER, J. DOLENSEK, M. SLAK RUPNIK FIZIOLOGIJA PLJUČ - TRETJI DEL MED RAZGL 2012; 51
312
Slika 2. Vsebnost CO2 v odvisnosti od PCO2 in Pg2 v arterijski krvi (polna (rta, točka A) in v venski krvi (črta-pika, točka B). Pri nižjem delnem tlaku kisika v venski krvi pri danem PC02 vsak liter krvi sprejme 20ml več CO2. To je t. i. Haldanov učinek in povzroči vzporeden premik vezavne krivulje za CO2 za 20 ml/l navzgor (črta-pika). Za vsebnost hemoglobina v krvi je upoštevana koncentracija 150 g/l. PCor delni tlak CO2.
CO2 (Vco2), enaki 200 ml/min, vsak liter od 5 litrov krvi v perifernih tkivih sprejme petino volumna CO2, to je 40 ml CO2. Zato vsebnost CO2 za vsak liter krvi naraste na 710 ml/l. V venski krvi je v primerjavi z arterijsko krvjo nižji delni tlak kisika (glej spodaj), zaradi cesar kri pri isti vrednosti PCO2 sprejme več CO2 (Haldanov učinek, črta-pika na grafu). Ob upoštevanju omenjenega učinka in privzetih 40 ml CO2 na liter krvi razberemo z grafa, da je PvCO2 = 87 mmHg.
Ker kri teče samo skozi desno polovico, je tudi PaO2 enak vrednosti PAO2D. Vsebnost O2 v odvisnosti od delnega tlaka kisika je prikazana na sliki 3. Upoštevali smo, da pri višjem PCO2 za vsak dani PO2 kri sprejme manj kisika (Bohrov učinek). Z grafa razberemo, da vsak liter krvi z delnim tlakom Pao2 = 50 mmHg (in delnim tlakom PaCO2=80mmHg) vsebuje 135ml O2. V perifernih tkivih (kjer je Paco2 = 87 mmHg) pri porabi O2, enaki 250ml/min, vsak liter odda 50 ml O2. Vsebnost zato pade na 85 ml/l, PvO2 pa znaša 35 mmHg.
MED RAZGL 2012; 51
Po, [mmHg]
313
Slika 3. Vsebnost O2 v odvisnosti od P02 in PCg2 v arterijski krvi (polna (rta, točka A) in v venski krvi pri PCg2 87mmHg (črta-pika, točka B). Vezavna krivulja hemoglobina pri normalni vrednosti PcO2 (40mmHg) je prikazana s tanko polno črto. Navpične navzdol obrnjene puščice označujejo Bohrov učinek pri zvišanem PC0r Navpičen odsek med konicama puščic prikazuje razliko v vsebnosti O2 med arterijsko in vensko krvjo. Pri višjem delnem tlaku CO2 v venski krvi pri danem P02 vsak liter krvi vsebuje manj (odda več) O2. To je t. i. Bohrov učinek in povzroči premik vezavne krivulje za 02 navzdol (črta-pika). Za vsebnost hemoglobina v krvi je upoštevana koncentracija 150g/l. Za konstanto vezave 02 na hemoglobin je upoštevana vrednost 1,33 ml/g. P02 - delni tlak kisika.
Alveoloarterijska razlika v delnih tlakih CO2 (AaDCQ2) znaša:
AaDC02 = PAMIxco2 - PaCO2 = = 40 mmHg - 80 mmHg = -40 mmHg.
Alveoloarterijska razlika v delnih tlakih O2
(AaDQ2) pa:
AaD-2 = PAMIX02- Pa02 =	(11)
= 100mmHg - 50mmHg = 50mmHg.
A. STOŽER, J. DOLENSEK, M. SLAK RUPNIK FIZIOLOGIJA PLJUČ - TRETJI DEL MED RAZGL 2012; 51
314
KOMPENZATORNI ODZIVI PRI VENTILACIJI ALVEOLNEGA MRTVEGA PROSTORA
Po nastanku pljučne embolije pride do kom-penzatornih odzivov. Na strani pljuč z ventilacijo alveolnega mrtvega prostora pride do:
•	lokalnega odziva pljučnega tkiva v obliki s hiperoksijo povzročene bronhiolokon-strikcije in
•	z zmanjšanjem dostave prekurzorskih molekul povzročenega zmanjšanja proizvodnje surfaktanta na prizadeti strani, s čimer se na tej polovici poveča upor dihalnih poti in zmanjša komplianca alveolov, s tem pa se zmanjša delež skupne ventilacije, ki odpade na bolno polovico. Ob nespremenjeni AyTOX kompenzatorni odziv poveča AV zdrave polovice pljuč (AVD).
Poleg tega zaradi hipoksemije, hiperkapnije in acidoze pride do sistemskega odziva v obliki povečane skupne AV. Ce bi oba odziva skupaj podvojila AVD, bi bile vrednosti PaCo2, Pao2, PvCO2 in PvO2 praktično normalne. Skozi bolno polovico kri namreč ne teče, na zdravi pa bi bilo razmerje med ventilacijo in perfuzijo v tem primeru normalno!
OCENA VELIKOSTI VENTILACIJE ALVEOLNEGA MRTVEGA PROSTORA
V našem modelu znaša ventilacija alveolnega mrtvega prostora polovico AVXOX. V splošnem je ta delež lahko poljuben in je odvisen od narave prizadetosti pljuč. S preprosto preureditvijo enačbe 7 pa lahko pridemo do izraza, ki nam pomaga oceniti, kakšen delež AV gre za ventilacijo alveolnega mrtvega prostora. Zapišimo še enkrat enačbo 7. Del AV gre za ventilacijo normalnega dela pljuč (AVN), drugi del AV pa za ventilacijo alveolnega mrtvega prostora (AVamp). Predpostavimo, da je delni tlak CO2 v zraku, ki ga k mešanemu alve-olnemu zraku (z delnim tlakom CO2 PAMIXCO2) prispeva zrak iz neprekrvljenega dela, enak PAMPCO2 in po velikosti enak delnemu tlaku v vlažnem trahealnem zraku (OmmHg), delni tlak CO2 v zraku, ki ga k mešanemu alveol-nemu zraku prispeva zrak iz prekrvljenega
dela, pa je enak PANCO2 in po velikosti enak delnemu tlaku CO2 v arterijski krvi PaCO2:
AV PAMIXCO2 _ AV PANCO2 ,
avtot• s-t~ _ avn''
PBAR k
lir iAMPC0'2 ' avAMP
PBAR'k
PBAR k
(12)
P	P
avtot. pamixc02 _ avn j***-
PBAR k
PBAR'k
Zapišimo še, da je AVXOX enaka vsoti ventilacije normalnega dela (AVN) in ventilacije alveolnega mrtvega prostora (AVamp), in izpostavimo AVN:
avtot_ avn + avamp ^
avn _ AVTOT_ AVAMP .
(13)
To zdaj namesto AVN vstavimo v enačbo (12) in izpostavimo razmerje med AVamp in AVXOX:
avt
TOT "
JAMIXCO2 PBAR 'k
_[ AVtot ~AVAMP ]'
gCO2 . PBAR'k
Avtot .pAMIXC02 _ avtcT ' -paCO2 _ av.
PBAR'k
'TOT
AMP
P k ^avamp _ avtot
PBAR k
1BAR'K
[PgCO2_ PAMIXCO2]
P
aCO2
AV,
AMP
. PaCO2 PAMIXCO2
avt
TOT
p.a
(14)
aCO2
Enačba nam pokaže, da lahko delež alveolne ventilacije, ko gre za ventilacijo mrtvega prostora, določimo z merjenjem alveoloarterij-ske razlike v delnih tlakih za CO2 (v števcu enačbe 14 je namreč nasprotna vrednost alveoloarterijske razlike). PaCO2 lahko določimo iz vzorca arterijske krvi, PAMIXCO2 pa iz vzorca izdihanega zraka.
SANT
Drug skrajni primer motnje dihalne funkcije predstavlja šant (angl. shunt = spoj). Predstavljajmo si, da bolnik vdihne tujek4, ki je dovolj majhen, da potuje skozi sapnik, in dovolj velik, da v celoti zamaši eno od obeh sapnic, recimo levo (slika 4).
MED RAZGL 2012; 51
Slika 4. Posledice šanta. Na prikazani sliki levi del pljuč ni ventiliran, celotna ventilacija doseže desno polovico pljuč. Označeni so delni tlaki v alveolih desne in leve polovice pljuč, v mešanem alveolnem zraku, v venski in arterijski krvi desne in leve polovice in v mešani arterijski krvi. Stopnja sivine označuje stopnjo arterializacije krvi. Pimc02 - delni tlak ogljikovega dioksida v izdihanem zraku, PUIX02 -delni tlak kisika v izdihanem zraku, PACq2 - delni tlak ogljikovega dioksida v zraku v alveolih, PAO,2- delni tlak kisika v zraku v alveolih, Pvw - delni tlak ogljikovega dioksida v venski krvi, PvO2 - delni tlak kisika v venski krvi, PqC0 - delni tlak ogljikovega dioksida v arterijski krvi, PaO2 - delni tlak kisika v arterijski krvi, AV/Q - razmerje med alveolno ventilacijo in perfuzijo, D - desno, L - levo.
315
Če predpostavimo, da se AyTOT ne spremeni, AVxOx zdaj ventilira desno polovico pljuč, kar dvakrat poveča ventilacijo v tem delu (AVD = AVxOx). Če se tudi QTOT ne spremeni, teče polovica Q skozi desno in polovica skozi levo polovico pljuč. Razmerje med ventilacijo in perfuzijo pljuč je na desni strani enako:
AVd = 4,3l/min = 1 y2 Qd 2,5l/min '
in na levi:
AVl 01 / min
Q, 2,51/min
= 0.
(15)
(16)
Tujek v našem primeru podvoji razmerje med ventilacijo in perfuzijo na zdravi strani in ga zmanjša na vrednost 0 na oboleli strani. Na zdravi strani se odda ves v presnovi nastali CO2 in sprejme ves v presnovi potreben O2, saj na bolni strani ni ventilacije in do izmenjave plinov ne pride! Učinku šanta pravimo tudi vensko primešanje, saj se krvi iz prediha-nega dela pljuč v pljučnih venah primeša nespremenjena sistemska venska kri. Za delna tlaka CO2 in O2 v alveolnem zraku na desni polovici dobimo:
ACO2
D = VCO2
avt
■ PBaR- k = 40 mmHg (17)
TOT
4 Do šanta pride tudi pri pljučnici, pri kateri je z respiratornim epitelijem obdana površina zapolnjena z gnojnim eksudatom in nedostopna ventilaciji, pri bronhitisu in bronhiolitisu, pri katerem so zaprte dihalne poti do nekaterih alveolov, pa tudi kadar dihalne poti zapira tumor.
A. STOŽER, J. DOLENSEK, M. SLAK RUPNIK FIZIOLOGIJA PLJUČ - TRETJI DEL MED RAZGL 2012; 51
P D_ P
rAOi~ PO2lNS
PD PACO2
" RQ
- 100mmHg. (18)
Na levi strani se delna tlaka CO2 in O2 v al-veolih izenačita z vrednostima v venski krvi. Ugotovimo najprej sestavo venske krvi. Po združitvi krvi iz obolele polovice z vsebnostjo CO2 iz bolne polovice (XvCq2) in krvi iz zdrave polovice, z vsebnostjo CO2 iz zdrave polovice (XaCO2D) nastane mešana arterijska kri z vsebnostjo CO2 v mešani arterijski krvi (XaMIXCO2) tako da velja Fickov zakon ohranitve mas in je vsota pretoka CO2 s pretokom krvi iz leve polovice in pretoka CO2 s pretokom krvi iz desne polovice enaka pretoku CO2 s tokom mešane arterijske krvi:
vv _ Qtot x + Qtot
vCO'2TOT ~ 2 ' XvCO2 2 ' ' XaCO2D _ QTOT ' XaMIXCO2.
(19)
V zdravo polovico priteče polovica Qtqt, ki vsebuje XvCO2 CO2, odda ves v presnovi nastali CO2 in kri zato vsebuje XaCO2D CO2:
<TOT
_	_ QTOT x D (20)
Xvco2 vCO'2TOT~ 0 ' XaCO2 '
X„co _ V&CI
Vsebnost CO2 v krvi lahko odčitamo s slike 5. Ta nam pove, da je pri delnem tlaku 40 mmHg (vrednost PACQ2d in Paca?) vsebnost 480 ml/l (točka A).
316
Slika 5. Vsebnost CO2 v odvisnosti od PCg2 (polna (rta, točka A), v venski krvi (črta-pika, točka B) in v mešani arterijski krvi (črtkano, točka C). Pri nižjem delnem tlaku kisika v venski krvi pri danem PC0 vsak liter krvi sprejme več CO2 ((rta-pika). V mešani arterijski krvi (črtkano) je Pg2 nižji kot normalno in višji kot v venski krvi in Haldanov učinek je izrazitejši za vensko kri ((rta-pika) kot za mešano arterijsko kri ((rtkano). Navpična odseka med konicama puščic prikazujeta razliki v vsebnosti CO2 med arterijsko krvjo iz desne strani in mešano arterijsko krvjo in med mešano arterijsko krvjo in vensko krvjo. PcO,2 - delni tlak ogljikovega dioksida.
MED RAZGL 2012; 51
Zdaj, ko smo določili XaCO2, lahko iz enačbe (20) dobimo vsebnost v venski krvi:
qtot 2 _ Qtot	(21)
X,
VCO2TOT +"
X d
XaCO2
vCO2
■tot 2
200 ml / min+ 2,51 / min- 480 ml /l 2,51/min
: 560m1/1.
Zdaj, ko poznamo tudi XvCO2, lahko z enačbo 19 izračunamo še vsebnost v mešani arterijski krvi:

TOT
X
XvCO2+
<TOT X D o ' aCO2
^	Qtot	"(22)
2,51/min - 560 ml/l + 2,51/min 480m1/1
51/min
_ 520ml/l.
317
Slika 6. Vsebnost O2 v odvisnosti od P0f Vezavna krivuljo hemoglobina pri vrednosti PaC0D je prikazana s polno črto. Vezavna krivulja hemoglobina pri vrednosti POMiixC02 je prikazana s črtkano (rto. Vezavna krivulja hemoglobina pri vrednosti PvCg2 je najbolj spodnja krivulja (črta-pika), ker je v tem primeru Bohrov učinek najizrazitejši. Navpična odseka med konicama puščic prikazujeta razliki v vsebnosti 02 med arterijsko krvjo iz desne strani in mešano arterijsko krvjo (zgornji puščici) in med mešano arterijsko krvjo in vensko krvjo (spodnji puščici). P02 - delni tlak kisika.
A. STOŽER, J. DOLENSEK, M. SLAK RUPNIK FIZIOLOGIJA PLJUČ - TRETJI DEL MED RAZGL 2012; 51
318
Iz slike 5 za izračunane vrednosti vsebnosti CO2odčitamo, da je PvCO2 = 50 mmHg (točka B) in PaMixco2 = 45 mmHg (točka C).
Podobno napravimo za O2. Po združitvi krvi iz obolele polovice z vsebnostjo kisika v krvi obolele polovice (XvO2) in krvi iz zdrave polovice, z vsebnostjo kisika v krvi zdrave polovice (XaO2D) nastane mešana arterijska kri z vsebnostjo kisika v mešani arterijski krvi (XaMIXO2) tako da velja Fickov zakon ohranitve mas in je vsota pretoka O2 s pretokom krvi iz leve polovice in pretoka O2 s pretokom krvi iz desne polovice enaka pretoku O2 s tokom mešane arterijske krvi:
_ qtot
VO2TOT_ QT0T ' XaMIXO2
■ X
Q
(23)
T0T
vO2
X D
aO2 .
Q
TOT
X
vO2 + VO2TOT _
Q
TOT
X D
XaO2 .
(24)
X
2
X D-V
XaO2 vO2TOT
vO2~
QT0T 2
(25)
:100ml/l.
x + qtot
■ XvO2+ 2
X D XaO2
aMIXO2~
Q
TOT
2,5l/min-100ml/l + 2,5l/min-200ml/l
(26)
5l/min
_150ml/l.
Iz grafa, ki upošteva različnost disociacij-skih krivulj pri različnih (slika 6), od-
čitamo, da je PvO2 = 30 mmHg (točka B) in
PaMiXO2 = 40 mmHg (točka C).
Alveoloarterijska razlika v delnih tlakih CO2 (AaDCO2) znaša:
AaDCO2_ PACO2D PaMIXCO2_
_ 40mmHg - 45mmHg _ -5mmHg.
(27)
Alveoloarterijska razlika v delnih tlakih O2 (AaDO_) pa:
AaDO2_ PAO2D PaMIXO2_
(28)
V zdravo polovico priteče polovica QTOT, ki vsebuje XvO2, sprejme ves v presnovi potreben O2 in zato kri vsebuje XaO„D:
Vsebnost O2 v krvi lahko odčitamo s slike 6. Vidimo, da je pri delnem tlaku PO2 =100 mmHg (vrednost PAO2D in PaO2D) vsebnost enaka 200 ml/l (točka A).
Ob poznavanju vsebnosti O2 v arterijski krvi na desni strani pljuč lahko iz enačbe 24 dobimo vsebnost v venski krvi:
qtot
2,51 / min 200ml/l-250ml/min 2,5l/min
Ob poznavanju vsebnosti v arterijski krvi na desni strani in v venski krvi pa iz enačbe 23 dobimo vsebnost v mešani arterijski krvi:
qtot
X
_ 100 mmHg - 40 mmHg _ 60 mmHg.
OCENA VELIKOSTI SANTA
V našem modelu znaša šant polovico skupnega pretoka krvi skozi pljuča. V splošnem je ta delež lahko poljuben in je odvisen od bolezenske prizadetosti pljuč. S preprosto preureditvijo enačbe 23 pa lahko pridemo do izraza, ki nam pomaga oceniti, kakšen delež pretoka krvi skozi pljuča predstavlja šant. Poglejmo še enkrat enačbo 23, pri tem pa deleža pretoka, ki odpadeta na perfuzijo normalnega dela pljuč in na šant, označimo z normalnim pretokom (QN) in pretokom skozi šant (Q[), pri tem pa predpostavimo, da je vsebnost kisika v krvi, ki jo k mešani arterijski krvi (z vsebnostjo kisika XaMIXO2) prispeva šant, enaka vsebnosti v venski krvi (XvO2), vsebnost v krvi, ki teče iz zdravega dela pljuč, pa XaO2N:
QT0T XaMIXO2_ Q[ ■ XvO2 + QN■ XaO2N. (29)
Zapišimo še, da je skupen pretok (QTOT) enak vsoti šanta (Q[) in pretoka skozi normalni del (Qn), in izrazimo slednjega kot razliko prvih dveh:
qtot_ Qs + qn ^
qn _ QT0T- Q[. To zdaj namesto QN vstavimo v enačbo 29 in izpostavimo razmerje med Q[ in QTOT:
(30)
aMIXO2 "
Q[ ■ XvO2+ [QT0T- Q[ ] ^ XaO2N_ QT0T'X, Q[ ^ XvO2+ QT0T ■ XaO2N- Q[ ' XaO2N _ QT0T Q[ ' |!XaO2N- XvO2^ _ QT0T ' [X,
aMIXO2 ■
XaMIXO2
2 ] =
Q
X N - X [ _ aO2 AaMIXO2
T0T
Y N_ v XaO2 XvO2
aO2
(31)
MED RAZGL 2012; 51
Enačba 31 je v literaturi znana tudi kot enačba šanta. XaMIX02 in XvO2 lahko določimo iz pripadajočih delnih tlakov in vsebnosti hemoglobina, za XaO2N navadno predpostavimo vrednost, ki velja za 100 % zasičenje vezavnih mest na hemoglobinu5. Ker se del venske krvi iz miokarda (< 1 % Qtqt) izliva v levi ventrikel in ker se nekaj bronhialnih ven (iz nutri-tivnega pljučnega obtoka) pridruži venam funkcionalnega pljučnega obtoka (približno 1 % Qtot), je minimalno vensko primešanje povsem fiziološki pojav.
KOMPENZATORNI ODZIVI PRI SANTU
Tudi pri obravnavi šanta doslej nismo upoštevali kompenzatornih odzivov. V danem primeru bi (2):
•	prišlo do lokalnega odziva pljučnega tkiva v obliki hipoksične vazokonstrikcije v ne-predihani polovici pljuč, ki bi povečala žilni upor v obolelem delu in povzročila, da bi več kot polovica Qtqt tekla skozi zdravi del pljuč.
•	Poleg tega bi zaradi hipoksemije, hiperkap-nije in acidoze prišlo do sistemskega odziva v obliki povečane skupne AV.
Za kvantitativno primerjavo s prejšnjo motnjo (ventilacijo alveolnega mrtvega prostora) poglejmo, kako učinkovita je korekcija parametrov ob dvakratnem povečanju AVtqt, ki vsa predihuje zdravo polovico, skozi katero teče polovica Qtqt. Iz alveolne enačbe za CO2 vemo, da podvojitev AV na zdravi strani razpolovi PACQ2 in PaC02. Na sliki 7 odčitamo vsebnost CO2 pri tej novi vrednosti delnega tlaka v arterijski krvi na desni strani (točka A, PaC02D = 20 mmHg, vsebnost 360 ml/l) in za vsebnost v venski krvi iz enačbe 20 dobimo:
. + qtot x
X
aCO2
vCO2 '
QTOT 2
200ml/min+2,5 l/min ■ 360ml/l 2,5l/min
(32) : 440 ml/l.
Za vrednost v mešani arterijski krvi pa iz enačbe 19:
X
qtot x + qtot x D
2 ' vCO2 2 aCO2
aMIXCO2
qtot	(33)
2,5l/min- 440 ml/l+ 2,5l/min 360ml/l
5l/min
: 400ml/l.
Iz slike 7 ob upoštevanju zgornjih vsebnosti za delna tlaka dobimo vrednosti PvC02=27 mmHg (točka B) in PaMIXC02 = 23,5 mmHg (točka C).
Alveoloarterijska razlika v delnih tlakih C02 (AaDC02) po podvojitvi AV znaša:
AaDCO2 = PAMIXCO2 PaMIXCO2 ~
(34)
= 20mmHg - 23,5mmHg = -3,5mmHg.
Iz alveolne plinske enačbe za kisik izračunamo PA02 pri PAC02 = 20 mmHg:
PAO2 = PO2INS - ^ = 125mmHg. (35)
Na desni strani doseže Pa02D to vrednost. Vsebnost 02 v krvi z delnim tlakom 125 mmHg odčitamo iz slike 8 (točka A) in vidimo, da znaša približno 201 ml/l. Iz enačbe 22 zato za vsebnost 02 v venski krvi dobimo:
qtot
Xv{	|
•iTOT
X D -Vr
2 aO2 O2
vO2
Qt
2
2,5l/min- 201 ml/l-250 ml/min 2,51/min
(36)
= 101ml / l.
Iz enačbe 23 pa izračunamo vsebnost v mešani arterijski krvi:

TOT
x + qtot x D
■ XvO2+ ~ ■ Xa
X
aO2
aMIXO2

■TOT
(37)
2,5l/min-101 ml/l + 2,5l/min- 201 ml/l 5l/min
= 151ml/l.
Iz slike 8 ob upoštevanju zgornjih vsebnosti za delna tlaka dobimo vrednosti Pv02 = 18 mmHg (točka B) in PaMIX02 = 24mmHg (točka C).
319
5 Tudi če je Pa0_N višji od 100mmHg, je vsebnost le malce višja od vrednosti, ki jo dobimo pri Pao_N=100mmHg.
D
A. STOŽER, J. DOLENSEK, M. SLAK RUPNIK FIZIOLOGIJA PLJUČ - TRETJI DEL MED RAZGL 2012; 51
320
Slika 7. Vsebnost CO2v odvisnosti od PCOf Vezavna krivulja pri Pg2 v arterijski krvi (polna (rta, točka A), v venski krvi (črta-pika, točka B) in v mešani arterijski krvi (črtkano, točka C). Navpična odseka med konicama puščic prikazujeta razliki v vsebnosti O2 med arterijsko krvjo iz desne strani in mešano arterijsko krvjo in med mešano arterijsko krvjo in vensko krvjo (primerjaj s sliko 5). PcO2 - delni tlak ogljikovega dioksida.
Alveoloarterijska razlika v delnih tlakih O2 (AaDO2) znaša:
AaD0:i - PAMIxQ2 PaMIXO2 -
(38)
- 125mmHg - 24mmHg - 101mmHg.
Dvakratno povečanje AV na zdravi strani ima v primeru šanta precej drugačen učinek kot v primeru ventilacije alveolnega mrtvega prostora. PaMIXCO2 se je pri šantu po podvojitvi AV znižal pod vrednost pred povečanjem
ventilacije (PaMIXCO2 = 45 mmHg) in celo pod normalno vrednost (PaMIXCO2 = 40mmHg). Vsebnost O2 v arterijski krvi se je sicer zanemarljivo popravila (s 150 ml O2 na liter krvi na 151 ml O2 na liter krvi), PaMIXO2 pa se je zaradi izrazitejšega Bohrovega učinka pri nižjem PaCO2 celo znižala. Alveoloarterijska razlika v delnih tlakih CO2 se je v primerjavi s stanjem pred podvojitvijo AV zmanjšala, alveoloarterijska razlika v delnih tlakih O2 pa
MED RAZGL 2012; 51
Po, [mmHg]
321
Slika 8. Vsebnost O2 v odvisnosti od P0. Vezavna krivuljo hemoglobina pri vrednosti PaCOD je prikazana s polno (¡to. Vezavna krivulja hemoglobina pri vrednosti P0Miixw2 je prikazana s (rtkano (rto. Vezavna krivulja hemoglobina pri vrednosti Pv(S je najbolj spodnja krivulja ((rta-pika), ker je v tem primeru Bohrov u(inek najizrazitejši. Vezavna krivulja hemoglobina pri normalni vrednosti Poc02 je prikazana s tanko polno (rto. Navpi(na odseka med konicama puš(ic prikazujeta razliki v vsebnosti O2 med arterijsko krvjo iz desne strani in mešano arterijsko krvjo in med mešano arterijsko krvjo in vensko krvjo. Navpi(ne navzgor obrnjene puš(ice ozna(ujejo Bohrov u(inek pri znižanem P00l. Za vsebnost hemoglobina v krvi je upoštevana koncentracija 150 g/l. P0? - delni tlak kisika.
se je v primerjavi s stanjem pred podvojitvijo AV povečala!
Učinek povečane ventilacije na spremembe fizioloških parametrov bi tako lahko imel potencialno diferencialno-diagnostično vrednost pri ločevanju motenj, pri katerih je osnovni patofiziološki mehanizem šant, od motenj, pri katerih gre za ventilacijo alveol-nega mrtvega prostora. Težava je, da bolniki
z respiratornimi motnjami enega in drugega tipa pogosto že ventilirajo bolj kot normalno in niso sposobni dodatno povečati AV, da niti ne omenjamo možnosti, da včasih ne morejo sodelovati. Pri ločevanju teh dveh stanj, ki sta najpogostejša vzroka motene izmenjave plinov pri človeku, se zato zatečemo k pristopu, predstavljenemu v naslednjem poglavju.
A. STOŽER, J. DOLENSEK, M. SLAK RUPNIK FIZIOLOGIJA PLJUČ - TRETJI DEL MED RAZGL 2012; 51
RAZUMEVANJE VZROKOV HIPOKSEMIJE
Obstaja pet glavnih vzrokov znižanega delnega tlaka O2 v mešani arterijski krvi (hipokse-mije):
•	znižan delež O2 v vdihanem zraku,
•	zmanjšana A V,
•	zmanjšana difuzijska kapaciteta pljuč,
•	spremenjeno razmerje AV/Q tipa »ventilacija alveolnega mrtvega prostora« in
•	spremenjeno razmerje AV/Q tipa »šant«.
Prva dva vzroka povzročata hipoksemijo z normalno alveoloarterijsko razliko v delnem tlaku O2 (AaD0?), saj pri obeh hipoksemija nastopi kot posledica znižanega delnega tlaka O2 v alveolnem zraku (Pao2). Pri zadnjih treh je alveoloarterijska razlika v delnem tlaku O2 (AaDo2) zvečana. Zmanjšana difuzijska kapaciteta pljuč je redko vzrok hipoksemije, saj je difuzija za izmenjavo plinov hitrost-ome-jujoči dejavnik normalno le pri hkrati znižanem Pao2 in skrajšanem kontaktnem času z alveolokapilarno membrano, torej pri telesni aktivnosti na visoki nadmorski višini. Tudi pri
bolnikih s patološkimi spremembami alveo-lokapilarne membrane je vsaj v mirovanju kontaktni čas krvi običajno dovolj dolg, da difuzija ne postane hitrost-omejujoči dejavnik (glej prvi del »Fiziologije pljuč«). Najpogosteje je vzrok hipoksemije patološko spremenjeno razmerje AV/Q v manjšem ali večjem delu pljuč. Med obema podtipoma motnje lahko ločimo tako, da bolnik vdihava plinsko zmes z zvišanim deležem O2. Znova uporabimo oba primera, uporabljena v prejšnjih dveh poglavjih, in poglejmo, kaj se zgodi po vdihavanju s kisikom obogatenega zraka preko obrazne maske, ki delež O2 v vdihanem zraku zviša na 30 %. Predpostavimo, da se AV po našem ukrepu ne spremeni. Ker na PAC02 (ob nespremenjeni hitrosti nastajanja CO2) vplivata AV in Pco2 v vdihanem zraku, ki pa se v našem modelu nista spremenila, se PAco2 in Paco2 v nobenem primeru ne spremenita. Kaj pa se zgodi s PA02 in Pa02? Spremenjene delne tlake v primeru ventilacije alveolnega mrtvega prostora in šanta prikazuje slika 9.
V primeru ventilacije alveolnega mrtvega prostora se PAo2 in Pao2 zvišata. Alveolna
322
d pamixco2 - 40 pamixo2 = 164
mrtvi prostor
Paco = 80
Pao- 114
P.co2- 40 Pao2 = 164
Paco2 = 40
.¿aodiy......
Pvco2 = 50 Pvo2 = 31
P„CO = 45
41
Slika 9. Učinek vdihavanja zraka, obogatenega s kisikom. Prikazani so delni tlaki v primeru ventilacije alveolnega mrtvega prostora (levo) in v primeru šanta (desno). Podroben opis slike je v besedilu. Stopnja sivine označuje stopnjo arterializacije krvi. PaMixcq2 -delni tlak ogljikovega dioksida v izdihanem zraku, PAM[X0j - delni tlak kisika v izdihanem zraku, PAC0 - delni tlak ogljikovega dioksida v zraku v alveolih, PAOl - delni tlak kisika v zraku v alveolih, PvC02 - delni tlak ogljikovega dioksida v venski krvi, Pv0j - delni tlak kisika v venski krvi, PaC0j - delni tlak ogljikovega dioksida v arterijski krvi, Pa02 - delni tlak kisika v arterijski krvi, AV/Q - razmerje med alveolno ventilacijo in perfuzijo, D - desno, L - levo.
MED RAZGL 2012; 51
plinska enačba za O2 (glej prvi del »Fiziologije pljuč«) pove, da zaradi zvišanega delnega tlaka kisika v vdihanem zraku (PITo2) poraste pao2 :
P D P D_ P _ ACO2 PAO2 ~ PITO2
RQ
_ FIO2(PBAR PH2O)
pD PACO2
RQ
0,3■ 713mmHg- 80mmHg » 114mmHg e 0,8
pri čemer Pbar pomeni barometrski tlak in Fio2 volumski delež kisika v vdihanem zraku.
Na levi polovici je sestava alveolnega zraka enaka sestavi vdihanega zraka, torej:
Pao2 1 _ Pito2_ 214mmHg.	(40)
Za vrednost delnega tlaka O2 v mešanem al-veolnem zraku (Pamixo2) dobimo:
p _0 5. p D+0 5 • P L
PAMIXO2_ PAO2 + 0,5 PAO2
(39) _
(41)
_ 0,5• 114 + 0,5• 214 _ 164mmHg.
Skozi levo polovico kri ne teče, na desni pa se PaO2 izenači s PAO2D. Delni tlak in vsebnost kisika v arterijski krvi po dihanju preko obrazne maske v primeru ventilacije alveolnega mrtvega prostora narasteta. PaO2 je v našem
323
Slika 10. Vsebnost O2v odvisnosti od P0. Vezavna krivulja hemoglobina pri vrednosti PocoPje prikazana s polno ~rto. Vezavna krivulja hemoglobina pri vrednosti PaMixw2 je prikazana s črtkano (rto. Vezavna krivulja hemoglobina pri vrednosti PKO2 je najbolj spodnja krivulja ((rta-pika), ker je v tem primeru Bohrov učinek najizrazitejši. Navpična odseka med konicama puščic prikazujeta razliki v vsebnosti O2 med arterijsko krvjo iz desne strani in mešano arterijsko krvjo in med mešano arterijsko krvjo in vensko krvjo. Za vsebnost hemoglobina v krvi je upoštevana koncentracija 150 g/l. P0? - delni tlak kisika.
A. STOŽER, J. DOLENSEK, M. SLAK RUPNIK FIZIOLOGIJA PLJUČ - TRETJI DEL MED RAZGL 2012; 51
324
primeru narasel z vrednosti Pao2 = 50 mmHg na vrednost PaO2 = 114 mmHg, vsebnost O2 pa z vrednosti 135 ml/l na vrednost nekaj nad 200 ml/l (glej tudi sliko 3). Alveoloarterijska razlika pa se ne spremeni:
(42)
AaD02 - PAMIXO2 PaO2-
- 164mmHg - 114mmHg - 50mmHg.
V primeru šanta zaradi zvišanega PITO2 prav tako poraste PAO2D:
p D p D= P _ AC02 PA02 _ PIT02
RQ
P D
PA C02
' RQ
= FI02 (PBAR PH20 )
(43)
0,3-713mmHg - 40mmHg „ 164mmHg.
6 0,8 6
PaMIXO2 določimo s pomočjo analize vsebnosti O2 v plazmi. Na desni strani se PaO2D izenači s PAO2D Pri delnem tlaku PaO2D = 164 mmHg znaša vsebnost v arterijski krvi z desne strani 202 ml/l (slika 10, točka A).
Za vsebnost O2 v venski krvi zato iz enačbe (25) dobimo:

Xv02 =
TOT X D - V
2 ' a02 02
QTOT 2
2,51/min- 202ml/l-250ml/min
(44)
-102 ml/l.
2,51/min
Za vsebnost v mešani arterijski krvi pa iz enačbe (24):
X
qtot x + qtot x D 2 ' Xv02 2 ' Xa02
aMIX0,
qtot	(45)
2,5 l/min- 102m1/1 + 2,51/min- 202m1/1 _
51/min
- 152m1/1.
Iz slike 10 odčitamo, da je PvO2=31 mmHg (točka B) in PaMIXO2 = 41 mmHg (točka C).
Alveoloarterijska razlika v delnih tlakih O2 (AaDO2) v tem primeru znaša:
AaD02 = PA02D- PaMIX02=	(46)
- 164mmHg - 41 mmHg - 123mmHg.
Delni tlak in vsebnost kisika v mešani arterijski krvi zato po dihanju preko obrazne maske
v primeru šanta praktično ne narasteta, alve-oloarterijska razlika pa se poveča. Kljub zvišanju Pao2 v ventiliranem delu namreč kri, ki teče skozi ta del, ne more sprejeti veliko več O2, kot ga vsebuje pri PAO2 = 100 mmHg, saj je pri tej vrednosti hemoglobin že skoraj popolnoma zasičen. Dodaja se le prosto raztopljeni O2, in sicer dodatni 3 ml za vsak porast PaO2 za dodatnih 100 mmHg (zato se je v našem primeru pri porastu na 164 mmHg vsebnost povečala za 2 ml). Ta mala dodatna količina O2 v krvi, ki teče skozi ventilirani del, po združitvi krvi iz ventiliranega in nepredihanega dela le malo zviša delni tlak O2 v mešani arterijski krvi v primerjavi z vdihavanjem normalnega deleža O2. Po eni strani zato, ker je količina dodatnega O2 majhna (nekaj ml, v našem primeru 2 ml), po drugi strani pa zato, ker je vezavna krivulja pri vrednostih PaO2 med okrog 30 mmHg in 40 mmHg (vrednosti v venski krvi) strma in je porast tlaka za dano povečanje vsebnosti majhen (bralec naj primerja sliki 6 in 10).
URAVNAVANJE DIHANJA
Nadzor nad ventilacijo je v človeškem telesu organiziran tako, da osnovni ritem dihanja določajo centralni ritmovniki (slika 11). Osnovni ritem dihanja se nezavedno spreminja glede na presnovne potrebe, ki se zaznavajo v obliki sprememb PCO2 in PO2 v zunajcelič-nem prostoru, zavedno pa dihalni ritem spreminjamo zaradi občasnih opravil, ki niso namenjena ventilaciji (govorjenje, kihanje, kašljanje, hranjenje).
Osnovni dihalni ritem je nezaveden in znaša med normalnim dihanjem v mirovanju (evpneja) okoli 12-20 dihalnih ciklov na minuto. Med anestezijo, s katero izklopimo vpliv osrednjega živčevja in njegovo spreminjanje ritma, dihamo v enakomernem ritmu - dihanje v tem primeru neposredno odraža delovanje dihalnih ritmovnikov. Do sedaj še niso uspeli natančno določiti lokacije dihalnega ritmovnika - nevronov, ki ustvarjajo dihalni ritem6. Poskusi sekcij delov možganskih poti so nakazali, da dihalni ritmovnik leži v podaljšani hrbtenjači7, vhodi iz višjih možganskih centrov (pons) pa ritem natančneje uravnajo. Razmeroma dobro so opisani nevroni, katerih aktivnost je v fazi z dihalnim ciklom (te
MED RAZGL 2012; 51
DIHALNI RITMOVNIK

C
TKIVA ^
Slika 11. Uravnavanje dihanja poteka preko sistema negativnih povratnih zank. Dihalni ritmovnik določa alveolno ventilacijo (AV) preko aktivnosti dihalnih mišic. AVzniža PCg2 in zviša P0. Delne tlake plinov v krvi zaznavajo centralni kemoreceptorji (Pco ) in periferni kemoreceptorji (.PO). Aktivnost prvih poveča aktivnost dihalnih ritmovnikov, aktivnost drugih pa jih zmanjša. Tako se s sistemom negativnih povratnih zank vzdržuje homeostaza PC0 in P0i Na sliki znak (+) označuje ekscitatorni vpliv PCg2 na dihalni ritmovnik in vplivAV na zvišanje PO, znak (-) pa označuje inhi-bitorni vpliv PO? na dihalni ritmovnik in vpliv AV na znižanje PCOz PW2 - delni tlak ogljikovega dioksida v arterijski krvi, PO2 - delni tlak kisika v arterijski krvi, AV - alveolna ventilacija.
celice ne tvorijo ritmične aktivnosti samostojno) in so kandidati za dihalne ritmovnike. Med normalnim dihanjem so v času vdiha aktivni inspiratorni nevroni dorzalne respi-ratorne skupine, ki leži v podaljšani hrbtenjači (v in okoli jedra nucleus tractus solitarii). Eferentni aksoni tvorijo sinapse s freničnim živcem in kontrolirajo aktivnost diafragme, ki jo frenični živec oživčuje. Njihova ritmična depolarizacija določa ritem kontrakcije dia-
fragme in s tem dihalni ritem. Novejše raziskave kažejo, da je med vdihom aktivno tudi področje ventralne respiratorne skupine (leži ventralno od dorzalne skupine), ki je sicer aktivno tudi med aktivnim izdihom.
Na dihalni ritem, ki ga določajo dihalni ritmovniki, vplivajo periferni in centralni kemo-receptorji preko sistema negativnih povratnih zvez (slika 11). Njihova tonična aktivnost je nujna za aktivnost dihalnih ritmovnikov, saj se brez njihove aktivnosti dihanje lahko prehodno tudi ustavi8. Centralni kemoreceptorji, ki jih najdemo v več jedrih podaljšane hrbtenjače, so primarno občutljivi na arterijsko hiperkapnijo in z njo povezano respira-torno acidozo. Ti receptorji se ne odzivajo na spremembe Pq2. Njihovo delovanje je najverjetneje povezano z zaznavanjem znižanega pH v njihovi okolici in ne neposredno PaCo2. Telo je zelo občutljivo na spremembo PaCO2, saj se alveolna ventilacija že ob majhnem porastu PaCO2 močno poveča. Slika 12 prikazuje alveolno ventilacijo, kot jo določa PaCO2.
AV se spremeni le malo, če centralni kemoreceptorji zaznajo upad PaCO2 (slika 12). Po drugi strani pa se ob povečanju PaCO2 nad normalno vrednost hitrost AV močno poveča. V tem delu je krivulja odziva na PaCO2 skoraj linearna z naklonom 2-41/ min mmHg. Strm naklon krivulje pomeni močan odziv dihalnega sistema na razmeroma majhne spremembe PaCO2 - povečanje PaCO2 na 50 mmHg poveča AV šestkrat (iz 5 na 30 l/min). Največje vrednosti AV, ki jih sproži hiperkapnija, so okoli 70 l/min, saj še višji PaCO2 po ne docela pojasnjenem mehanizmu inhibira centralne rit-movnike. Delovno točko dihalnega sistema določa presečišče krivulje občutljivosti kemo-receptorjev s krivuljo, ki jo določa alveolna enačba za CO2 (glej prvi del »Fiziologije dihanja«). Povečanje PaCO2 poveča AV zaradi aktivnosti kemoreceptorjev (točka A' na sliki 12). Večja AV zniža PaCO2 (točka A''), saj se prehodno
325
p
6	Tako kot npr. v kardiovaskularnem sistemu, kjer je skupina celic, ki ustvarja ritem (t. i. srčni ritmovniki), natančno znana.
7	Medulospinalna sekcij a prekine dihanj e in aktivnost freničnega živca, ohrani pa dihalne gibe obraza in žrela. Zadnji so ohranjeni, saj dihalni center ustvarja ritem, ki aktivira dihalne gibe obraza in žrela, sekcija pa prekine pot vzdolž hrbtenjače.
8	Primer je apneja, ki jo sprožimo s hiperventilacijo. Posledična hipokapnija zmanjša tonus na dihalne ritmovnike do te mere, da lahko dihalni cikel prehodno popolnoma prekinemo - učinek CO2 na ventilacijo je opisan v nadaljevanju besedila.
A. STOŽER, J. DOLENSEK, M. SLAK RUPNIK FIZIOLOGIJA PLJUČ - TRETJI DEL
 MED RAZGL 2012; 51
PaCO; [mmHg]
Slika 12. Vpliv Poco2na hitrost alveolne ventilacije. V mirovanju hitrost AV določata dve krivulji. Prva ponazarja PaCO2v odvisnosti odAV, kot predvideva alveolna enačba za CO2 (črtkano). Druga kaže AV v odvisnosti od Pm kot to določajo centralni kemoreceptorji (polna črta). Delovna točka se nahaja v presečišču obeh krivulj v točki L Barometrski tlak, PBAR=760 mmHg, hitrost nastajanja CO2, VCO2=0,2 l/min. Vsako povečanje PaC02 poveča AV (točka A'). Zvečana AV vodi v znižanje PacO2 (točka A"). Zaradi zmanjšanega stimulusa za dihanje pri nizkem PacO2 se AV postopoma zmanjšuje, PaC0 pa narašča nazaj proti vrednosti v normalni delovni točki, v kateri sistem doseže ravnovesno lego. V primeru telesne vadbe (V® =2\/miri) se krivuja, ki jo določa alveolna enačba, premakne desno navzgor (črta-pika), sečišče krivulj je v točki B. Zaradi hkratnega vzporednega premika krivulje, ki jo določajo kemoreceptorji, na levo (drobno črtkano), je delovna točka C pri vrednosti PacO, ki je samo za nekaj mmHg višja kot normalno, in pri vrednosti AV, ki je mnogo večja od vrednosti AV v mirovanju. AV - alveolna ventilacija, PaCg2 - delni tlak ogljikovega dioksida v arterijski krvi, VCO2 - hitrost nastajanja ogljikovega dioksida v celičnem metabolizmu.
izdiha več CO2, kot ga nastaja. Stimulus za dihanje je pri nižjem PaCo2 manjši, AV se začne zato zmanjševati, -Paœ2 pa naraščati. Sistem se uravnovesi v delovni točki A.
V primeru zmerne vadbe se VCO2 poveča, kar zamakne krivuljo, ki jo določa alveolna enačba, desno in navzgor (slika 12, črta-pika). Obenem pa se poveča občutljivost kemorecep-torjev na PaCO2, kar vzporedno premakne krivuljo v levo (slika 12, drobno črtkana črta). Tako je na novo določena delovna točka ob
večjem VCo2 pri večji AV in le za nekaj mmHg povečanem PaCO2.
Periferni kemoreceptorji se najbolj odzovejo na arterijsko hipoksemijo. Nahajajo se v glomusih karotidnih teles vratu in aortnih teles9 prsnega koša, relativno najbolj prekrv-ljenem organu v človeškem telesu. Receptor-ji se najmočneje odzovejo na močno znižanje Pao2, medtem ko ima večanje Pao2 manjši učinek. Kemoreceptorji na periferiji so sicer občutljivi tudi na PaCO2 in pH, vendar je nji-
9 Bralec naj ne zamenja aortnih in karotidnih teles z aortnimi in karotidnimi sinusi, na katere se pripenjajo baroreceptorji in imajo vlogo pri uravnavanju arterijskega tlaka.
MED RAZGL 2012; 51
P„o, [mmHg]
Slika 13. Vpliv PaO na hitrost alveolne ventilacije. Hitrost AV določata dve krivulji. Prva ponazarja Pag2 v odvisnosti od AV, kot predvideva alveolna enačba za O2 (črtkano). Druga kaže AV v odvisnosti od Ptt0f kot to določajo periferni kemoreceptorji (polna črta). Delovna _
točka se nahaja v presečišču obeh krivulj v točki D. PBAR=760 mmHg, VO2 =250 ml/min. Zniževanje PaOl2 do okoli 50 mmHg praktično 327 ne vpliva na hitrost AV. Vrednost PaOl2 pod 50 mmHg zaradi strme oblike krivulje v tem predelu poveča A V (točka D'). Pri tej višji vrednosti AV se Pa02 zviša, saj je AV glede na porabo O2 prevelika (točka D"). Pri višjem PaO2 je stimulus za dihanje manjši in AV ter Pa02 se zmanjšujeta proti stacionarnemu stanju v točki D. Višanje PaO2 nima značilnega učinka na AV. AV - alveolna ventilacija, Pag2 - delni tlak kisika v arterijski krvi.
hova občutljivost na spremembe PaCO2 in pH približno sedemkrat manjša, kot je občutljivost centralnih kemoreceptorjev. Slika 13 prikazuje spremembo hitrosti AV, kot jo določa
PaO2.
Hitrost AV se praktično ne spreminja, če se PaO2 zviša ali če se PaO2 zniža do približno 50 mmHg. Ko vrednost PaO2 pade pod 50 mmHg, se zaradi naraščajoče strmine krivulje, ki jo določajo periferni kemoreceptorji (slika 13, polna črta), AV hitro veča. Iz alveolne plinske enačbe za O2 (glej prvi del »Fiziologije pljuč«) sledi, da se AV začne močno večati pri PBAR< 480 mmHg, pri katerem je PAO2 < 50 mmHg, kar se zgodi na nadmor-
ski višini > 3.000 m. Enak pristop, kot smo ga uporabili pri analizi odvisnosti PaCO2, bomo uprabili pri O2. Delovno točko dihalnega sistema določa presečišče dveh krivulj. Prva krivulja predstavlja odvisnost PaO2 od AV, pri čemer večja AV pomeni višji PaO2 (črtkana črta na sliki 13). Druga krivulja opisuje občutljivost kemoreceptorjev na PaO2 (polna črta na sliki 13). Upad PaO2 pod 50mmHg poveča AV (točka D'). Pri novi vrednosti AV je vnos O2 prehodno večji od porabe O2 in PaO2 se zviša nad normalno vrednost (točka D''). V tej točki je stimulus za dihanje manjši, AV se začne zmanjševati in PaO2 zniževati do ravnovesne lege v točki D.
A. STOŽER, J. DOLENSEK, M. SLAK RUPNIK FIZIOLOGIJA PLJUČ - TRETJI DEL MED RAZGL 2012; 51
LITERATURA
1.	West JB. Respiratory Physiology: The Essentials. 7th ed. Baltimore: Lippincot Williams & Wilkins; 2005.
2.	West JB. Pulmonary Pathophysiology: The Essentials. 7th ed. Baltimore: Lippincot Williams & Wilkins; 2008.
3.	Staub NC, Dawson CA. Pulmonary and Bronchial Circulation. In: Greger R, Windhorst U, eds. Comprehensive human physiology. From cellular mechanisms to integration. 1st ed. Vol 2. Heidelberg: Springer; 1996. p. 2071-8.
4.	Morrell M. Respiration. In: Petersen OH, ed. Human Physiology: Lecture Notes. 5th ed. Oxford: Blackwell Publishing; 2007. p. 425-93.
5.	Živin M. Tipi hipoksij in cianoza. In: Ribaric S, ed. Seminarji iz patološke fiziologije. 1st ed. Ljubljana: Univerza v Ljubljani, Medicinska fakulteta, Inštitut za patološko fiziologijo; 2008. p. 73-80.
6.	Kohl FV. Lunge und Atmung. In: Siegenthaler W, ed. Klinische Pathophysiologie. 8th ed. Stuttgart: Thieme; 2001. p. 745-77.
7.	Bartels H. Gaswechsel. In: Keidel WD, ed. Kurzgefasstes Lehrbuch der Physiologie. 4th ed. Stuttgart: Thieme; 1975. p. 4-1-4-35.
8.	Despopoulos A, Silbernagl S. Respiration. In: Despopoulos A, Silbernagl S, eds. Color Atlas of Physiology. 5th ed. Stuttgart: Thieme; 2003. p. 106-36.
9.	Thews G, Thews O. Lungenatmung. In: Schmidt RF, Lang F, eds. Physiologie des Menschen mit Pathophysiologie. 30th ed. Heidelberg: Springer; 2007. p. 755-85.
10.	Diethelm WR. Atemregulation. In: Schmidt RF, Lang F, eds. Physiologie des Menschen mit Pathophysiologie. 30th ed. Heidelberg: Springer; 2007. p. 786-802.
11.	Bakran I, Žuškin E. Poremecaji disanja. In: Gamulin S, Marušic M, Krvavica S, eds. Patofiziologija. 2nd ed. Zagreb: Jugoslavenska medicinska naklada; 1990. p. 903-28.
12.	Guyton AC, Hall JE. Pulmonary Ventilation. In: Guyton AC, Hall JE, eds. Textbook of Medical Physiology. 12th ed. Philadelphia: Saunders Elsevier; 2011. p. 471-80.
13.	Boron WF. Transport of Oxygen and Carbon Dioxide in the Blood. In: Boron WF, Boulpaep EL, eds. Medical Physiology: A cellular and molecular approach. 2nd ed. Philadelphia: Saunders Elsevier; 2009. p. 672-84.
14.	Boron WF. Gas Exchange in the Lungs. In: Boron WF, Boulpaep EL, eds. Medical Physiology: A cellular and molecular approach. 2nd ed. Philadelphia: Saunders Elsevier; 2009. p. 685-99.
15.	Boron WF. Ventilation and Perfusion of the Lungs. In: Boron WF, Boulpaep EL, eds. Medical Physiology: A cellular and molecular approach. 2nd ed. Philadelphia: Saunders Elsevier; 2009. p. 700-24.
16.	Richerson GB, Boron WF. Control of Ventilation. In: Boron WF, Boulpaep EL, eds. Medical Physiology: A cellular and molecular approach. 2nd ed. Philadelphia: Saunders Elsevier; 2009. p. 725-46.
17.	Cloutier M. The Respiratory System. In: Berne RM, Levy MN, Koeppen BM, Stanton BA, eds. Physiology. 5th ed. St. Louis: Mosby; 2004. p. 443-536.
18.	Dietl P, Deetjen P. Atmung. In: Deetjen P, Speckmann EJ, Hescheler J, eds. Physiologie. 4th ed. München: Urban&Fischer; 2005. p. 481-513.
19.	Baumann R, Kurtz A. Atmung. In: Klinke R, Pape HC, Kurtz A, Silbernagl S, eds. Physiologie. 6th ed. Stuttgart: Thieme; 2010. p. 258-312.
20.	Riley RL, Cournand A. »Ideal« Alveolar Air and the Analysis of Ventilation-Perfusion Relationships in the Lungs. J App Phys. 1949; 1 (12): 825-47.
21.	Rahn H. A concept of mean alveolar air and the ventilation-bloodflow relationships during pulmonary gas exchange. Am J Phys. 1949; 158: 21-30.
22.	Fehn WO, Rahn H, Otis AB. A theoretical study of the composition of the alveolar air at altitude. Am J of Phys. 1946; 146: 637-53.
23.	Riley RL, Cournand A. Analysis of factors affecting partial pressures of oxygen and carbon dioxide in gas and blood of lungs: theory. J App Phys. 1951; 4: 77-101.
24.	Wagner PD, Laravuso RB, Goldzimmer E, et al. Distribution of ventilation-perfusion ratios in dogs with normal and abnormal lungs. J App Phys. 1975; 38 (6): 1099-109.
Prispelo 5.12.2011