האוורור והזילוח הראתי

1

Lung Ventilation and Perfusion הראת י והז י ל וחהאוו ר ור

לחצ ים ומש ו ואת , גזי ם: חלק ראשוןהאלבאול ר י ים הגזים

Part 1: Gasses, pressures and the alveolar gas equation

לחץ חלקי של גזיםPartial Pressure of Gasses

: יבשבאוירתכולת הגזים 20.98% oxygen )חמצן(0.03% carbon dioxide )חמצני-פחמן דו(78.06% nitrogen )חנקן(0.92% other gasses )גזים אחרים(

(argon,helium…)

הלחץ האטמו ספירי Atmospheric Pressure

הכמות של גז מסוים , כאשר ישנה תערובת של גזים”partial pressure“ ".לחץ חלקי"מתוארת במונחים של

Dalton’s Law: Ptotal= P1+ P2 + P3 + .......Pn )דאלטוןחוק ( .

הלחץ האטמוספירי הכולל הינו , בגובה פני הים760 mmHg) כ" ממ= מילימטר כספית.(

2



תרומתו היחסית של החמצן ל לחץ , בגובה פני הים.x 760 = 160mmHg 0.21: האטמוספירי תהיה

של החמצן בגובה הלחץ החלקי; במלים אחרותmm Hg 160 יבש הינו באוירפני הים

החנקןאם נחשב את הלחץ החלקי של , בצורה דומה(.mmHg 593) יבש הוא יהיה באוירבגובה פני הים


Jerusalem (altitude 800m above sea level): atmospheric pressure = 696 mmHg.Partial pressure of O2= 146 mmHg.Dead sea (altitude 400m below sea level): atmospheric pressure = 800 mmHg.Partial pressure of O2= 168 mmHg.

3

לחצים חלקיים של גזים בריאה Gas Pressures in the Lung

חמצני באטמוספירה -הלחץ החלקי של פחמן דוגובה פנ י , אויר יבש( x 760 = 0.3mmHg 0.04הינו

)הים

מהדם לב ועית ומעלה את CO2 -יוצא ה, בריאה .באויר CO2 -תכולת ה

בבועית הינו CO2 -הלחץ החלקי של ה40mmHg .


בבועית הינו CO2 -הלחץ החלקי של ה40mmHg.

באויר CO2 -מכיוון שהלחץ החלקי של גז ההוא , האטמוספיריבאוירבבועית גבוה מ ערכו

חייב לבוא על חשבון הלחץ החלקי של הגזים ).בעיקר חנקן וחמצן ( באוירהאחרים

הלחץ החלקי של החמצן ב בועית יהיה נמוך , לכן. האטמוספיריבאוירמערכו


נכנסים , כאשר אויר בא במגע עם מקור מים .לתוכו אדי מים

הלחץ ) טמפרטורת הגוף(צלזיוס ' מע 37 -ב 47 יכול להגיע עד באוירהחלקי של אדי המים

mmHg.הלחץ , ב אדי מיםרו ו י האוירשם , בריאה, לכן

. mmHg 47החלקי של אדי המים יהיה

4


Ptotal= Patm יבשבאוירלחץ הגזים .Ptotal רווי אדי מים באויר = Patm - PH2O.

:לחץ הגזים מלבד אדי המים בקנה הנשימהPtotal (trachea) = 760 – 47 = 713 mmHg

:הלחץ החלקי של החמצן בקנה הנשימה PO2 (trachea) = 713 X 0.21 = 150 mmHg


, חמצ ן, חנקן: מ כ ילה בבוע יתתער ובת הגז ים .וגזים זניחים CO2, אד י מ ים

= הלחץ בבועית , ב סוף נשימה, במצב סטטי: ללחץ האטמוספירי

Patm= PalvN2 + PalvO2 + Ptrace + PalvCO2 + Palv H20

האלבאולרי יםמשוואת הגזי ם Alveolar Gas Equation

PAO2 = FIO2 (Patm-PH20) – PACO2 /R

PAO2 לחץ חלקי של החמצן בבועיתFiO2 הנשאףבאויראחוז החמצן PH20 לחץ חלקי של אדי המים במערכת הנשימהPACO2 חמצני בבועית-לחץ חלקי של פחמן דו

5



R = (Respiratory quotient) "הנשימתיתהמנה "= CO2 produced / O2 consumed

ה ינ ה ערך מס פר י המ בטא את ה יחס שב י ן כמות הנש י מתית המנ ה . חמצנ י ה מי ו צר בג וף לב י ן כמ ו ת החמצ ן ה נצרך על י דו-ה פחמ ן הד ו

. ל לדקה " מV’CO2 =200 : ערכ ים נ ו רמל י ים V’O2 =250ל לדק ה" מ .

במצ ב של ש י ו ו י משקל מט בול י ב אדם ה נ יזו ן 0.8 שו ו ה Rלכן . מדי אט ה רג יל ה



שווה ) PACO2(בבועית CO2מכיוון שהלחץ החלקי של ניתן , ) PaCO2( בדם העורקי CO2 -ללחץ החלקי של ה

ובהתאם לשנות את , למדוד אותו ישירו ת בבדיקת דם: הנוסחה

PAO2 = FIO2 (Patm-PH20) – PaCO2 /R


חישוב של הלחץ החלקי הנורמלי של , לפיכך) :בגובה פני הים(החמצן בבועית

PAO2 = 0.21 (760-47) – 40/0.8 = 100 mmHg.

6



PAO2 = 0.21 (760-47) – 40/0.8 = 100mmHg.

, ] כ "ממ160[ האטמוספירי באוירלהיזכר כמה היה ( ]).כ "ממ150[ובקנה הנשימה



PAO2 = 0.21 (760-47) – 40/0.8 = 100mmHg.

, ] כ "ממ160[ האטמוספירי באוירלהיזכר כמה היה ( ]).כ "ממ150[ובקנה הנשימה

?למה זה חשוב

עורקי-בועיתיהפרש A-a gradient

A-a gradient = PAO2 - PaO2

PAO2 מחושב -הלחץ החלקי של החמצן בבועית.האלבאולריםהגזים לפי משוואת

PaO2 נמדד – הלחץ החל קי של החמצן בדם העורקי בבדיקת דם

7



PAO2 מחושב -הלחץ החלקי של החמצן בבועית.האלבאולריםהגזים לפי משוואת

PaO2 נמדד – הלחץ החל קי של החמצן בדם העורקי .בבדיקת דם

בין זה , ההפרש בין הלחצים החלקיים של החמצן מסייע – בדם שנמדד בבועית לבין זה שמחושב. הדםבחימצון הסיבה להפרעות באיבחון


):נמוך PaO2 (= היפוקסיהסיבה של באיבחון באוורור הבעיה היא – תקין A-aבמידה שההפרש

.של הריאות צריך לחפש בעיה – גבוה A-aבמידה שההפרש

.להיפוקסיהנוספת

עורקי- בועיתיהפרשA-a gradient


Normal A-a gradient = (Age+10) / 4 .4\ )10+ גיל = ( תקין A-aהפרש : 10 צריך להיות A-aהפרש > =30איש בן : לדוגמה

PAO2 -ה האלבאולריים כלומר אם לפי נוסחת הגזים 90 הוא PaO2 -ובדם הנבדק ה, כ"ממ 100מחושב הוא

. זה עדיין בגדר הנורמה, כ"ממ

8


A-a increases 5 to 7 mmHg for every 10% increase in FIO2 .

גדל כאשר הנבדק נושם אויר מועשר A-aהפרש FIO2 באחוז החמצן הנשאף 10%כל עליה של . בחמצן

. כ"ממ 5-7בכ A-aצפוי להגדיל את הפרש שנושם דרך מסיכת חמצן של 30בנבדק בן : לדוגמה

40% FIO2 צפוי למצוא הפרשA-a כ"ממ 20-25 של.


גדל כאשר הנבדק נושם אויר מועשר A-aהפרש FIO2 באחוז החמצן הנשאף 10%כל עליה של . בחמצן

. כ"ממ 5-7בכ A-aצפוי להגדיל את הפרש שנושם דרך מסיכת חמצן של 30בנבדק בן : לדוגמה

40% FIO2 צפוי להיות הפרשA-a כ"ממ 20-25 של.:לפי הנוסחה

PAO2 = 0.40(760-47) – 40/0.8= 235 mmHg

צפוי שה לחץ החלקי של חמצן 30באדם בריא בן , ולכן 40%כ כשהוא נושם "ממ 210בדם עורקי יהיה לפחות

.חמצן


יתר קיצונית - עם השמנת60גבר בן : דוגמה נוספת במכשיר 89%כאשר נמדד ריווי חמצן של , וישנוני ות יתרבדיקת דם עורקי לגזים : על האצבעאוקסימטריה

על . כ"ממ PaCO2 = 60 -ו, כ"ממ PaO2 = 58הראתה : האלבאולרייםפי משוואת הגזים

PAO2 = 0.21 (760-47) – 60/0.8 = 75.Normal A-a gradient = (Age+10)/4 = 17.5 A-a = 75-58 = 17 )17.5שבמקרה זה הוא תקין מכיוון שקטן מ(

ולא איוורור - נובע מתת–במקרה זה ההיפוקסיה כלומר .ממחלת ריאה

9

Lung Ventilation and Perfusion הראת י והז י ל וחהאוו ר ור

יחס י , מחזו ר הדם הראתי: חלק שני . וז יל וחאו ור ו ר

Part 2: Pulmonary circulation,

ventilation/perfusion

ראש

הגוף שאר

ריאהימנית

ריאהשמאלית

הריאת י מחזור הד ם Pulmonary Circulation

הובלת הדם ה דל בחמצן והע שיר : תפקידו העיקרי .חמצני לצורך שיחלוף גזים בריאות-בפחמן דו

בסינון הדם ובתהליכים : תפקידים נוספים.מטבוליים

גם משמש כמאגר של דם זמין לשימוש של החדר . השמאלי

10

הריאת י מחזור הד ם Pulmonary Circulation

.צריך לקלוט את כל תפוקת הלב מחזור דם בעל תנגודת נמוכה לזרימה ועם לחצים

.נמוכיםבתוך מחזור הדם הראתי קיימת דרישה שהדם יוזרם לאזורי ריאה המקבלים אוורור טוב באופן

) זיל וח(מתאם בי ן זר ימת ה ד ם שיתקיים : ו הא י ו ו ר ור

matching of perfusion and ventilation.

שחלוף הגזיםGas Exchange


11



עורק הריאה מתפצל למיליארדים רבים של נימים . מיליון בועיות300-על פני כראתיים

שחלוף הגזים בין הבועיות והדם מתרחש בתוך . נימי הריאה

שחלוף הגזים מתאפשר הודות לדיפוזיה פשוטה .על פי מפלי ריכוזים


בבועיות מתרחש האופטימלי הגזים שחלוף הדם זרימת בין טובה התאמה קיימת שבהן

. לאוורור) הזילוח( 5-כ הלב תפוקת: במנוחה בריא באדם. דקה/ליטר 4.5-כ הראתי והאוורור, דקה/ליטר כולה הריאה עבור אידאלי פרפוזיה אוורור יחס: לפיכך הוא

= 4.5L/min/5.0 L/min= 0.8 & / &V QA

12

הזילוחהאו ורור לעומת Ventilation vs. Perfusion

הדם ואוורור הריאה אינם זילוח, במציאות מצב נורמל י של חוסר התאמהקיים . אחידים

:המכונה “normal” V/Q mismatch והוא

. משמעותי יו תר במצב הז קוף מאשר בשכיבה פסגות הריאה מקבלות פחות הזרמה של דם

הסיבה לכך היא לחץ נמוך יותר . מבסיסי הריאההמאפשר חסימה חלקית או , בכלי הדם בפסגות

. מלאה של כלי הדם על ידי הלחץ בבועית

PAPa Pv

Zone 1PA>Pa>PvLow Flow

PAPa Pv

PA

Pa Pv

Zone 2Pa>PA>PvWaterfall

Zone 3Pa>Pv>PAHi Flow

O2

CO2

venous arterial

PB=0

PA<0

Flow=ΔP/R

PA=alveolar pressure

Pa=arterial pressure

Pv=venous pressure

ל ח ץ בב וע ית =

ל ח ץ ע ורק י =

ל ח ץ ור יד י =

זרימה חלשה

" מפל מים"

זרימה חזקה

בעוד, גזים שחלוף יהיה לא ZONE 1-ב דם זרימת בהעדר. גזים לשחלוף אופטימליים תנאים יהיו ZONE 3-שב

13

הזילוחהאו ורור לעומתVentilation vs. Perfusion

פסגות הריאה גם זוכות לאוורור מופחת לעומת אזורים . נמוכים יותר במצב הזקוף

משקל הריאה גורם ללחץ , במצב זקוף: הסיבה לכך. יותר שלילי בפסגות הריאה לעומת הבסיסיםפלאורלי

לחץ יותר שלילי במנוחה גורם להתרחבות הבועיות . הענותןולירידת

Lung has weight

-8

Ppl = -2

-5

Apex

Base

Chest Wall

הריאה בין הבסיס לפסגהבהענות הבדלים Regional- Apex to Base Differences

-14-12-10-8-6-4-202

Apex

Base

Norm Lung Volume

Alveolar VolumeAlve Ventilation

Apex Base

++ ++

Inspiration

Inspiration

Pleural Pressure, Ppl (cm H2O)

Lung

Vol

ume

בפסגה הריאה הענות מההענות נמוכה

בבסיס

14


ההשפעה של כוח הכבידה על זרימת הדם בריאה .גדולה יותר מהשפעתה על האוורור הראתי

והדם הזורם , קטן יותר בבסיסזילוח /לכן יחס האוורור. בבסיס יהיה פחות מחומצן



B & C: The extreme conditions of & / &V QA

15


& / &V QA לבועית האוורור חסימת של מצב מתאר . = 0 היחס B במצב כמו בבועית CO2 -ו O2 של החלקיים הלחצים. הדם בזילוח הפרעה ללא.ורידי דם של


& / &V QA Venous Admixture מכונה זה מצב . = 0 היחס B במצב .intrapulmonary shunt " ראתי- תוך שאנט" ובמצב הקיצוני נקרא

GI Motility online (May 2006) | doi:10.1038/gimo73

Figure 11 The effect of mismatched ventilation V and perfusion Q on arterial oxygenation. הדם חימצון על לזילוח אוורור בין התאמה-אי השפעתהעורקי

16


& / &V QA ללא הדם בזילוח חסימה של מצב מתאר . = ∞ היחס C במצב באויר כמו בבועית CO2 -ו O2 של החלקיים הלחצים. באוורור הפרעה.הנשאף


& / &V QA " אלבאולרי מת נפח " מכונה זה מצב . = ∞ היחס C במצבAlveolar Dead Space

Ventilation vs. Perfusion

GI Motility online (May 2006) | doi:10.1038/gimo73

Figure 7 Dead space.הנפח המת

נפח –הנפח המת האנטומי מהפה והאף האויר דרכי לברונכיולים ועד

)ל"מ150~(הטרמינליים

–האלבאולרי הנפח המת נפח הבועיות המקבלות

דם זילוח אוורור אך לא .מספק

17

בין אזורי הריאה זילוח /חוסר אחידות ביחסי אוורור, באדם בריא משמעותי בלחץ החלקי של A-aהשונים איננו גורם להפרש

. החמצן: בריאותהאויר קיים מנגנון הסתגלות מובנה בכלי הדם ובדרכי

גבוה מתרחשת עליה PACO2 נמוך או של PAO2בנוכחות של וירידה ) ווזוקונסטריקציה(מקומית בתנגודת בכלי הדם

).ברונכודילטציה (האוירבתנגודת בדרכי זילוח/אמנם משפרות את יחסי האוורורהתאמות מקומיות אלו

. VA/Q -אך לא מתקנות לחלוטין את חוסר ההתאמה ב


.כיווץ כלי דם = vasoconstriction = ווזוקונסטריקציה.סימפונותהרחבת = bronchodilation= ברונכודילטציה

ייחודית היפוקסיה הינה בעורקי הריאה בנוכחו ת הוו ז וק ונס טריקצי ה תופעת , לב: הסיסטמימחזור הדם (בעורקים של מחזור הדם הגדול . לעורקי הריאה

. כלי הדםלהרחבתחוסר חמצן גור ם ...) מוח



בפסגות האוורור יחסי באופן הוא הריאה מהזילוח יותר גדול

)VA/Q ( ביחס ולכן הריאה לשאר גבוה PAO2 בו נמצא נמוך PACO2-ו יחסית. יחסית

האוורור והזילוח הראתי

Documents

mmhg gas pressures

pao2 pao

alveolar pressure

alveolar gas equationpao2

lung ventilation

venous pressure

pleural pressure

helium atmospheric pressure