Bài giảng y khoa hệ hô hấp

 Sự di chuyển của không khí đi vào và đi ra khỏi phổi và các áp suất gây ra sự di chuyển ▪ Áp suất màng phổi là áp suất của dịch trong khoảng không nằm giữa màng phổi và màng lồng ngực

HỆ HÔ HẤP

Hệ hô hấp cung cấp O2 cho mô và lấy CO2 ra khỏi mô Những chức năng chính của hệ hô hấp bao gồm:

- Sự thông khí (khí đi vào và đi ra khỏi phế nang);

- Sự khuếch tán của O2 và CO2 giữa máu và phế nang;

- Sự chuyên chở O2 và CO2 trong máu;

- Điều hòa hô hấp

THÔNG KHÍ

Cơ học của sự thông khí

 Các cơ làm phổi giãn ra và co lại

▪ Thể tích phổi tăng và giảm khi khoang lồng ngực giãn ra và co lại Mỗi khi chiều dài hay

bề dày của khoang lồng ngực tăng hay giảm thì đồng thời phổi nở ra hay xẹp lại

- Thở bình thường Khi hít vào bình thường, cơ hoành co lại, kéo phần dưới của phổi

xuống dưới Khi thở ra bình thường, cơ hoành giãn ra và sự đàn hồi của phổi, thành ngực, và các cấu trúc của bụng ép phổi lại

- Thở gắng sức Khi thở ra gắng sức các lực đàn hồi không đủ mạnh để cho phép thở ra

nhanh Cần thêm lực, chủ yếu là do các cơ bụng co thắt, để đẩy các cấu trúc trong bụng lên phía trên về phía cơ hoành

▪ Lồng ngực phồng lên và xẹp xuống làm cho phổi giãn ra và co lại Khi lồng ngực phồng

lên, các xương sườn được đưa ra phía trước nên xương ức cũng di chuyển ra trước, xa khỏi xương sống, làm tăng đường kính trước sau của lồng ngực

- Cơ làm lồng ngực phồng lên là cơ hít vào, bao gồm cơ liên sườn ngoài Các cơ khác

là cơ ức đòn chũm, cơ răng trước và cơ bậc thang

- Cơ làm lồng ngực xẹp xuống là cơ liên sườn trong và cơ thẳng bụng Những cơ bụng khác ép các cấu trúc trong bụng lên trên về phía cơ hoành

 Sự di chuyển của không khí đi vào và đi ra khỏi phổi và các áp suất gây ra sự di chuyển

▪ Áp suất màng phổi là áp suất của dịch trong khoảng không nằm giữa màng phổi và màng lồng ngực Bình thường áp suất màng phổi lúc bắt đầu hít vào khoảng -5 cm nước,

là lực hút cần thiết để duy trì thể tích của phổi lúc nghỉ Khi hít vào sự giãn nở của lồng ngực tác dụng một lực kéo càng lớn hơn đối với bề mặt của phổi, tạo ta một áp suất càng

âm hơn, trung bình khoảng -7,5 cm nước

▪ Áp suất phế nang là áp suất của không khí bên trong phế nang Khi nắp thanh quản

mở và không có sự di chuyển của không khí, áp suất trong tất cả các nơi của hệ hô hấp bằng với áp suất khí quyển, được xem là 0 cm nước

- Khi hít vào, áp suất phế nang giảm khoảng -1cm nước, đủ để di chuyển 0,5 L không

khí vào phổi trong vòng 2 giây

- Khi thở ra, những thay đổi ngược lại xảy ra: áp suất phế nang tăng khoảng + 1 cm

nước, đẩy 0,5 L khí được hít vào ra khỏi phổi trong vòng 2-3 giây

▪ Sự thay đổi thể tích của phổi với mỗi đơn vị áp suất xuyên phổi (suất đàn) Áp suất

xuyên phổi là sự sai biệt áp suất giữa áp suất phế nang và áp suất màng phổi Bình thường sự thay đổi thể tích tổng cộng của cả hai phổi theo áp suất xuyên phổi ở người lớn trung bình là khoảng 200 mL/cm nước

C = V/P

trong đó C = compliance (suất đàn) (mL/mmHg)

V = thể tích (mL)

P = áp suất xuyên phổi (cm nước hay mm Hg)

Suất đàn của phổi được quyết định bởi các lực đàn hồi sau:

- Lực đàn hồi của mô phổi, được quyết định chủ yếu bởi các sợi elastin và collagen

- Lực đàn hồi do sức căng bề mặt trong phế nang chiếm khoảng 2/3 tổng các lực đàn hồi của phổi bình thường

 Surfactant, sức căng bề mặt và sự xẹp phổi

▪ Các phân tử nước có sức hút lẫn nhau Bề mặt của nước lót các phế nang có khuynh

hướng co lại do các phân tử nước có súc hút lẫn nhau Điều này đẩy không khí ra khỏi phế nang, làm cho các phế nang có khuynh hướng xẹp lại Tác dụng tuyệt đối là tạo ra

một lực đàn hồi kéo toàn bộ phổi, gọi là lực đàn hồi của sức căng bề mặt

▪ Surfactant làm giảm công hô hấp (làm tăng suất đàn) bằng cách làm giảm sức căng

bề mặt Surfactant là do các TB biểu mô phế nang týp II bài tiết Thành phần quan trọng

nhất của surfactant là phospholipid dipalmitoylphosphatidylcholine Surfactant được trải

ra trên diện tích phế nang và làm giảm sức căng bề mặt từ 1/12 đến 1/2 của sức căng bề mặt của một bề mặt gồm toàn nước

▪ Phế nang nhỏ hơn có khuynh hướng bị xẹp cao hơn Lưu ý là trong công thức sau áp

suất gây xẹp được tạo ra trong phế nang tỉ lệ nghịch với đường kính phế nang Điều này

có nghĩa là phế nang càng nhỏ áp suất gây xẹp càng lớn

P = 2T/r

Trong đó P = áp suấtgây xẹp phế nang (dynes/cm2)

T = sức căng bề mặt (dynes/cm)

r = bán kính phế nang (cm)

▪ Surfactant, sự “phụ thuộc lẫn nhau” và mô sợi của phổi đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định kích thước phế nang Nếu có một số phế nang nhỏ và có một số phế

nang lớn, trên nguyên tắc các phế nang nhỏ hơn sẽ có khuynh hướng bị xẹp và làm tăng kích thước các phế nang lớn hơn Bình thường tình trạng bất ổn này của phế nang không xảy ra vì những lý do sau:

- Sự phụ thuộc Các phế nang, ống phế nang và các khoang không khí khác nằm kế cận

nhau có khuynh hướng nâng đỡ nhau nên một phế nang lớn thường không ở bên cạnh một phế nang nhỏ vì chúng phải chia chung thành phế nang

- Mô sợi Phổi gồm 50 000 đơn vị chức năng, mỗi đơn vị chỉ chứa một hay vài ống phế

nang với các phế nang liên kết Tất cả chúng đều được bao bởi các vách sợi tác dụng như những thành phần chống đỡ phụ

- Surfactant Surfactant làm giảm sức căng bề mặt, cho phép hiện tượng phụ thuộc và

mô sợi thắng được tác dụng của sức căng bề mặt Khi một phế nang nhỏ đi, các phân

tử surfactant ở bề mặt phế nang bị ép lại, nồng độ của chúng tăng lên, làm giảm sức căng bề mặt nhiều hơn nữa

Thể tích và dung tích phổi

Thể tích và dung tích phổi được đo bởi máy hô hấp kế

 Tất cả các thể tích phổi cộng lại bằng thể tích tối đa mà phổi có thể giãn nở Bốn thể tích

phổi được liệt kê là:

▪ Thể tích khí lưu thông (KLT) là thể tích khí (khoảng 500 mL) hít vào và thở ra trong một

lần thở bình thường

▪ Thể tích khí dự trữ hít vào (KDTHV) là thể tích khí có thể hít thêm vào sau khi hít vào

bình thường (khoảng 3000 mL)

▪ Thể tích khí dự trữ thở ra (KDTTR) là thể tích khí có thể thở ra thêm sau khi thở ra bình

thường (khoảng 1100 mL)

▪ Thể tích khí cặn (KC) là thể tích khí ở lại trong phổi sau khi thở ra gắng sức (khoảng

1200 mL)

 Dung tích phổi là sự kết hợp của một hay nhiều hơn thể tích phổi

▪ Dung tích hít vào bằng thể tích khí lưu thông cộng với thể tích khí dự trữ hít vào Đây là

lượng không khí mà một người có thể hít vào (khoảng 3500 mL), bắt đầu tại mức thở ra bình thường và làm căng phổi tối đa

▪ Dung tích khí cặn cơ năng bằng thể tích khí dự trữ thở ra cộng với thể tích khí cặn Đây

là lượng không khí vẫn ở trong phổi lúc chấm dứt kỳ thở ra bình thường (khoảng 2300 mL)

▪ Dung tích sống bằng thể tích khí dự trữ hít vào cộng với thể tích khí lưu thông cộng với

thể tích khí dự trữ thở ra Đây là lượng không khí tối đa có thể đẩy ra khỏi phổi sau khi hít vào tối đa và sau đó thở ra tối đa (khoảng 4600 mL)

▪ Tổng dung lượng phổi là thể tích tối đa mà phổi có thể giãn nở khi hít vào gắng sức

(khoảng 5800 mL); nó bằng dung tích sống cộng với thể tích khi cặn

Thể tích hô hấp phút và thông khí phế nang

 Thể tích hô hấp phút là tổng lượng khí mới di chuyển mỗi phút trong đường dẫn khí

Nó bằng thể tích khí lưu thông nhân cho tần sô hô hấp Thể tích khí lưu thông bình thường khoảng 500 mL và tần số hô hấp bình thường khoảng 12 lần/phút; do đó thể tích hô hấp phút bình thường khoảng 6L/phút

 Thông khí phế nang là mức độ mà khí mới đến được những vùng trao đổi khí của phổi

Khi hít vào, một phần khí mới không đến được những vùng trao đổi khí mà thay vào đó làm đầy các đường dẫn khí; khí này được gọi là khí khoảng chết (KKC) Vì thông khí phế nang là thể tích khí mới tổng cộng đi vào phế nang, nó bằng tần số hô hấp nhân cho lượng khí mới đi vào phế nang trong mỗi lần thở

TKPN = tần số hô hấp x (KLT-KKC)

trong đó TKPN là thể tích thông khí phế nang trong một phút Như vậy với khí lưu thông bình thường là 500 mL, khoảng chết bình thường là 150 mL và tần số hô hấp là 12 lần/phút, thì thông khí phế nang bằng

12 x (500 – 150) = 4200 mL/phút

 Có 3 loại khí khoảng chết

▪ KKC cơ thể: khí trong đường dẫn khí, không tham gia vào sự trao đổi khí

▪ KKC phế nang là khí trong các vùng trao đổi khí của phổi không tham gia trao đổi khí được; nó gần bằng 0 ở người bình thường

▪ KKC sinh lý là tổng của KKC cơ thể và KKC phế nang (có nghĩa là KKC tổng cộng)

Chức năng của đường dẫn khí

 Khí quản, phế quản và tiểu phế quản

▪ Không khí được phân phối cho phổi qua khí quản, phế quản và tiểu phế quản Khí

quản là đường dẫn khí thế hệ I, và hai phế quản phải và trái là đường dẫn khí thế hệ 2 Có khoảng 20-25 thế hệ trước khi không khí đến phế nang

▪ Thành phế quản và tiểu phế quản được cấu tạo bởi các cơ Trong tất cả các vùng của

khí quản và phế quản không có sụn thành được cấu tạo chủ yếu bởi cơ trơn Thành của tiểu phế quản hầu như hoàn toàn là cơ trơn, ngoại trừ tiểu phế quản tận cùng (tiểu phế quản hô hấp) chỉ có một vài sợi cơ trơn Nhiều bệnh tắc nghẽn phổi là do hẹp các phế quản và tiểu phế quản nhỏ, thường là do bản thân cơ trơn co thắt quá mức

▪ Sức cản lớn nhất đối với lưu lượng khí xảy ra trong phế quản lớn, không phải trong tiểu phế quản nhỏ, tận cùng Nguyên nhân của sức cản cao này là chỉ có tương đối ít

phế quản so với khoảng 65000 tiểu phế quản tận cùng song song, qua mỗi tiểu phế quản chỉ có một lượng rất nhỏ không khí đi qua Trong trường hợp bệnh, các tiểu phế quản nhỏ đóng vai trò quan trọng hơn trong việc quyết định sức cản lưu lượng khí vì hai lý do: do kích thước nhỏ nên chúng dễ bị tắc; vì chúng có tỉ lệ % cơ trơn cao hơn trong thành nên chúng co thắt dễ dàng

▪ Epinephrine và norepinephrine gây giãn tiểu phế quản Sự kiểm soát trực tiếp của

dây thần kinh giao cảm đối với tiểu phế quản tương đối yếu vì chỉ một số ít các dây này

đi vào đến tận các phần trung tâm của phổi Tuy nhiên các tiểu phế quản tiếp xúc với epinephrine và norepinephrine lưu thông trong máu, được phóng thích từ tủy tuyến thượng thận Cả hai hormone này gây giãn phế quản, đặc biệt là epinephrine vì nó kích thích thụ thể β mạnh hơn

▪ Hệ phó giao cảm gây co các tiểu phế quản Một vài dây thần kinh phó giao cảm phát

xuất từ dây X đi vào nhu mô phổi Các dây này bài tiết acetylcholine, gây co tiểu phế quản vừa Khi quá trình bị bệnh như trong hen phế quản đã gây co phế quản một phần, sự kích thích hệ phó giao cảm làm cho tình trạng nặng thêm.Trong trường hợp này, việc dùng các thuốc ngăn cản tác dụng của acetylcholine như atropine có thể làm giãn các đường dẫn khí đủ để bớt bị nghẽn tắc

 Chất nhầy lót các đường dẫn khí; Tác dụng của các lông làm sạch các đường dẫn khí

▪ Tất cả các đường dẫn khí đều được giữ ẩm bởi một lớp chất nhầy Chất nhầy được

bài tiết một phần bởi các TB ly trong biểu mô lót các đường dẫn khí, và một phần bởi các tuyến nhỏ dưới niêm mạc Ngoài việc giữ ẩm cho các bề mặt, chất nhầy còn bắt giữ những phần tử nhỏ từ không khí hít vào Bản thân chất nhầy được lấy ra khỏi các TB biểu

mô có lông của các đường dẫn khí bởi tác dụng của các TB này

▪ Toàn bộ bề mặt các đường dẫn khí được lót bởi một biểu mô có lông Các đường này

bao gồm mũi cho đến các tiểu phế quản tận cùng Các lông chuyển động liên tục và hướng về phía hầu (có nghĩa là các lông của phổi chuyển động về phía trên trong khi các lông của mũi chuyển động về phía dưới) Sự chuyển động liên tục này làm cho lớp chất nhầy chảy về phía hầu Chất nhầy và các phần tử bị bắt giữ sau đó được nuốt hay ho ra ngoài

• Hút thuốc lá Các chất trong khói thuốc gây viêm và kích thích các bạch cầu trong phế nang

Enzym do các bạch cầu này tiết ra gây tổn thương cho phổi dẫn đến khí phế thũng Khói thuốc còn kích thích sự tăng sinh của các tế bào bài tiết chất nhầy, tế bào cơ và mô sợi trong

các tiểu phế quản gay tắc nghẽn đường dẫn khí

TRAO ĐỔI KHÍ QUA MÀNG HÔ HẤP

Sự khuếch tán của O2 từ phế nang vào máu phổi và của CO2 theo chiều ngược lại xảy ra do

sự chuyển động ngẫu nhiên của các phân tử

Vật lý học của sự khuếch tán khí và áp suất phần của khí

 Các khí hô hấp khuếch tán từ những vùng có áp suất phần cao đến những vùng có áp suất phần thấp Tốc độ khuếch tán của các khí hô hấp (O2, nitơ, CO2) tỉ lệ thuận trực tiếp với áp suất do một mình khí đó gây ra, gọi là áp suất phần của khí Áp suất phần được dùng

để diễn tả nồng độ khí vì nó là áp suất làm cho khí di chuyển bằng cơ chế khuếch tán từ nơi này đến nơi khác của cơ thể Áp suất phần của các khí được diễn tả bằng PO2, PCO2 và PN2

 Áp suất phần của khí được tính bằng cách nhân tỉ lệ % với áp suất khí tổng cộng

Không khí là một hỗn hợp gồm 79% nitơ và 21% O2 Áp suất tổng cộng ở ngang mực nước biển trung bình là 760 mmHg do đó 79% của 760 mm Hg là do nitơ (mm Hg) và 21% bởi O2 (khoảng 160 mm Hg) Áp suất phần của nitơ trong hỗn hợp là 600 mm Hg và áp suất phần của oxy là 160 mm Hg; áp suất tổng cộng là 760 mm Hg, bằng tổng của các áp suất phần riêng lẻ

 Áp suất của khí trong một dung dịch được quyết định không chỉ bởi nồng độ mà còn do chỉ số hòa tan.Một số phân tử, đặc biệt là CO2, bị thu hút về mặt vật lý hay hóa học bởi các phân tử nước, cho phép nó hòa tan nhiều hơn mà không cần phải có áp suất dư thừa trong dung dịch Mối liên hệ giữa nồng độ khí và tính hòa tan của khí đựợc diễn tả bởi định luật Henry:

Áp suất =

 Áp suất hơi nước ở nhiệt độ cơ thể là 47 mm Hg Khi không khí đi vào các đường dẫn khí,

nước bốc hơi từ các bề mặt và làm ẩm không khí Áp suất mà các phân tử nước tạo ra để thoát ra từ bề mặt là áp suất của hơi nước, bằng 47 mm Hg Một khi hỗn hợp khí đã được làm ẩm hoàn toàn, áp suất phần của hơi nước trong hỗn hợp khí cũng là 47 mm Hg, được diễn tả bằng PH2O

Thành phần khí phế nang

 Nồng độ khí trong khí phế nang khác trong khí quyển Xem bảng 1 Có thể giải thích như

sau:

1 Khí phế nang chỉ được thay thế một phần bởi khí quyển trong mỗi lần thở

2 Oxy được hấp thu liên tục bởi khí phế nang

3 CO2 khuếch tán liên tục từ máu phổi vào phế nang

4 Không khí khô được làm ẩm trước khi đến phế nang

Bảng 1 Áp suất phần của các khí hô hấp khi chúng đi vào và đi ra khỏi phổi ở mực nước biển

Không khí Không khí ẩm Khí phế nang Khí thở ra

Nồng độ của khí hòa tan

Hệ số hòa tan

H2O 3,7 47 47 47

 Hơi nước pha loãng các khí khác trong khí hít vào Không khí được cấu tạo chủ yếu bởi

oxy và nitơ, hầu như không chứa CO2 và hơi nước Không khí dược làm ẩm hoàn toàn khi đi qua các đường dẫn khí Hơi nước ở thân nhiệt bình thường (47 mmHg) làm loãng các khí khác trong khí hít vào Áp suất phần của oxy gảm từ 159 mm Hg trong khí quyển xuống còn

149 mm Hg trong khí ẩm và áp suất của nitơ giảm từ 597 mm Hg xuống 563,4 mm Hg

 Khí phế nang được thay mới chậm Lượng khí phế nang được thay mới bằng không khí

với mỗi lần thở chỉ là 1/7 nên phải thở nhiều lần để thay đổi khí phế nang hoàn toàn Sự thay đổi chậm này ngăn ngừa những thay đổi đột ngột về nồng độ khí trong máu

 Nồng độ oxy trong khí phế nang được kiểm soát bởi tốc độ hấp thu oxy vào máu và tốc

độ oxy mới đi vào phổi Oxy càng được hấp thu nhanh vào máu, nồng độ càng thấp trong

phế nang Oxy mới được hấp thu càng nhanh vào phế nang từ không khí nồng đô càng cao trong phế nang

 Khí thở ra là sự kết hợp của khí khoảng chết và khí phế nang Khi khí được thải ra khỏi

phổi, phần đầu tiên của khí này (khí khoảng chết: KKC) là khí được làm ẩm Sau đó càng có nhiều khí phế nang được trộn với KKC cho đến khi KKC được thải ra và chỉ còn khí phế nang trong khí thở ra Khí thở ra bình thường có nồng độ và áp suất phần khí như trong bảng

1

Khuếch tán khí qua màng hô hấp

 Một đơn vị hô hấp được cấu tạo bởi một tiểu phế quản và các phế nang kết hợp Có

khoảng 300 triệu đơn vị trong hai phổi Thành phế nang rất mỏng, bên trong có một mạng lưới mao mạch đan thông với nhau Sự trao đổi khí xảy ra qua các màng của tất cả các phần tận cùng của phổi không phải chỉ trong bản thân phế nang Các màng này được gọi chung là màng hô hấp

 Màng hô hấp được cấu tạo bởi nhiều lớp Sự trao đổi O2 và CO2 giữa máu và khí phế nang

là sự khuếch tán khí qua các lớp sau của màng hô hấp:

▪ 1 lớp dịch lót phế nang chứa surfactant

▪ biểu mô phế nang, cấu tạo bởi các TB biểu mô mỏng

▪ màng đáy biểu mô

▪ 1 khoảng kẽ mỏng giữa biểu mô phế nang và màng mao mạch

▪ màng đáy mao mạch hòa với màng đáy biểu mô ở một số nơi

 Màng hô hấp được tối ưu hóa cho sự trao đổi khí

▪ Bề dày của màng Mặc dù có nhiều lớp, bề dày tổng cộng của màng hô hấp trung bình

khoảng 0,6 m

▪ Diện tích bề mặt màng Diện tích bề mặt tổng cộng của màng hô hấp khoảng 70 m2

ở người lớn bình thường

▪ Thể tích máu mao mạch Thể tích máu mao mạch là 60-140 mL

▪ Đường kính mao mạch Đường kính trung bình của mao mạch phổi khoảng 5 μm; màng

hồng cầu thường đụng thành mao mạch

 Nhiều yếu tố quyết định tốc độ khí đi ngang qua màng

▪ Bề dày của màng Tốc độ khuếch tán tỉ lệ nghịch với bề dày của màng Dịch phù trong

khoảng kẽ và phế nang làm giảm sự khuếch tán vì các khí phải đi qua màng và cả chất dịch này Xơ phổi cũng làm tăng bề dày của một số đoạn của màng hô hấp

▪ Diện tích bề mặt của màng hô hấp Trong khí phế thũng, nhiều phế nang tập hợp lại với

nhau, thành phế nang bị mất đi, làm cho diện tích bề mặt tổng cộng giảm 5 lần

▪ Chỉ số khuếch tán Chỉ số khuếch tán cho sự chuyên chở khí ngang qua màng hô hấp tùy

thuộc độ hòa tan của khí trong màng và tỉ lệ nghịch với với căn của trọng lượng phân tử khí

▪ Sự sai biệt áp suất ngang qua màng hô hấp Sự sai biệt giữa áp suất phần của khí trong

phế nang và trong máu tỉ lệ thuận với tốc độ chuyên chở khí ngang qua màng

 Khả năng khuếch tán của màng hô hấp

▪ Khả năng khuếch tán của phổi đối với CO 2 lớn hơn 20 lần so với O 2 Khả năng trao đổi khí của màng hô hấp có thể được định lượng bằng khả năng khuếch tán, được định nghĩa

là thể tích khí khuếch tán qua màng mỗi phút cho một sai biệt áp suất là 1 mm Hg Tất cả các yếu tố ảnh hưởng lên sự khuếch tán qua màng hô hấp có thể ảnh hưởng lên khả năng khuếch tán Khả năng khuếch tán O2 của phổi ở một người trong trạng thái nghỉ khoảng

21 mL/phút/mm Hg Khả năng khuếch tán CO2 gấp khoảng 20 lần giá trị này, bằng 440 mL/phút/mmHg

▪ Khả năng khuếch tán O 2 tăng khi vận động Trong lúc vận động, sự oxy hóa máu tăng

không chỉ do sự thông khí phế nang nhiều hơn mà còn do khả năng vận chuyển O2 vào máu nhiều hơn của màng hô hấp Khi vận động nặng, khả năng khuếch tán O2 có thể tăng lên đến khoảng 65 mL/phút/mmHg, bằng 3 lần khả năng khuếch tán trong điều kiện nghỉ

Sự gia tăng này là do:

- Tăng diện tích bề mặt Các mao mạch phổi đang đóng mở ra và các mao mạch đang

mở giãn thêm làm tăng diện tích bề mặt để oxy khuếch tán

- Cải thiện tỉ số thông khí –tưới máu (VA/Q) Vận động làm tăng sự phù hợp giữa thông khí phế nang và sự tưới máu của các mao mạch phổi

Tác dụng của tỉ lệ thông khí – tưới máu trên nồng độ khí phế nang

Ngay cả trong điều kiện bình thường và đặc biệt là trong nhiều bệnh về phổi một số vùng của phổi được thông khí tốt nhưng hầu như không có máu chảy qua, trong khi những vùng khác có lưu lượng máu rất tốt nhưng lại thông khí kém Trong cả hai trường hợp, sự trao đổi khí qua màng hô hấp đều bị ảnh hưởng nặng Một khái niệm định lượng được phát triển để hiểu sự trao đổi khí khi bị mất cân bằng giữa thông khí phế nang và lưu luọng máu phế nang; khái niệm này được gọi là tỉ số thông khí –tưới máu (VA/Q)

 VA/Q là tỉ số thông khí phế nang trên lưu lượng máu của phổi

▪ Khi VA/Q = 0, không có thông khí phế nang nên không khí trong phế nang đạt đến cân

bằng với O2 và CO2 trong máu Vì máu đến mao mạch là máu tĩnh mạch nên các khí trong máu này cân bằng với khí trong phế nang; PO2 phế nang bằng 40 mmHg và PCO2 bằng 45 mm Hg

▪ Khi VA/Q bằng vô cực, không có máu chảy trong mao mạch để đem O2 đi hay mang CO2 đến phế nang Khí phế nang trở nên cân bằng với không khí hít vào được làm ẩm, có PO2

là 149 mm Hg và PCO2 là 0 mm Hg

▪ Khi VA/Q bình thường, thông khí phế nang bình thường và lưu lượng máu mao mạch

bình thường; sự trao đổi khí gần tối ưu PO2 phế nang bình thường là 104 mm Hg và PCO2 phế nang bình thường là 40 mm Hg

 Khái niệm shunt sinh lý (khi VA/Q dưới bình thường )

Shunt sinh lý càng nhiều, lượng máu không được oxy hóa càng nhiều khi đi qua phổi Mỗi

khi VA/Q dưới bình thường, một phần máu tĩnh mạch đi qua mao mạch phổi mà không được

oxy hóa Phần này được gọi là máu shunt Có một phần máu chảy qua các mạch máu phế quản thay vì chảy qua các mao mạch phế nang (bình thường bằng 2% cung lượng tim) nên không được oxy hóa, cũng là máu shunt Lượng máu shunt tổng cộng mỗi phút là shunt sinh

lý

 Khái niệm khoảng chết sinh lý (khi VA/Q lớn hơn bình thường)

Khi KC sinh lý lớn thì một phần lớn của công thông khí bị lãng phí vì một số khí sẽ không đến được máu Khi một số phế nang được thông khí nhưng lưu lượng máu phế nang lại thấp,

có nhiều O2 trong phế nang hơn là O2 có thể được máu mang đi; sự thông khí của các phế nang này được xem là lãng phí Sự thông khí các khoảng chết của đường hô hấp cũng bị lãng phí Tỏng của hai loại thông khí bị lãng phí này được gọi là KC sinh lý

 Bất thường của tỉ số thông khí –tưới máu

▪ VA/Q lớn ở đỉnh phổi và thấp ở đáy phổi Cả lưu lượng máu và thông khí đều tăng từ

đỉnh đến đáy phổi nhưng lưu lượng máu tăng nhiều hơn Do đó VA/Q cao hơn ở đỉnh so với ở đáy Sự bất xứng thông khí và tưới máu làm giảm hiệu quả trao đổi O2 và CO2 Tuy nhiên, khi vận động, lưu lượng máu đến phần trên phổi tăng đáng kể nên KC sinh lý ít hơn và hiệu quả trao đổi khí gần như tối ưu Sự khác biệt về thông khí và tưới máu ở đỉnh

và ở đáy của phổi ở vị trí đứng và ảnh hưởng lên PO2 và PCO2 tại chỗ được tóm tắt trong bảng 2

Bảng 2 Đặc điểm VA/Q ở đỉnh và đáy phổi của phổi

Vùng của

phổi

nang tại chỗ PCO2 nang tại chỗ phế

▪ VA/Q có thể tăng hay giảm trong bệnh COPD Phần lớn những người hút thuốc bị nghẽn

phế quản, có thể làm cho khí phế nang bị giữ lại và gây khí phế thũng Khí phế thũng lại làm cho nhiều thành phế nang bị hủy; như vậy có hai bất thường xảy ra ở người hút thuốc làm cho VA/Q bất thường

- VA/Q thấp Vì nhiều tiểu phế quản nhỏ bị nghẽn, phế nang dưới chỗ bị nghẽn không được thông khí

- VA/Q cao Trong những vùng mà thành phế nang đã bị hủy nhưng vẫn còn thông khí phế nang sự thông khí bị lãng phí vì lưu lượng máu không đủ

CHUYÊN CHỞ KHÍ TRONG MÁU VÀ DỊCH CƠ THỂ

O2 được chuyên chở chủ yếu dưới dạng kết hợp với hemoglobin tới các mao mạch của mô, tại đó nó sẽ được phóng thích để sử dụng trong TB Trong TB oxy phản ứng với các chất dinh dưỡng khác nhau để tạo ra CO2 CO2 lại đi vào mao mạch của mô và được chuyên chở đến phổi

Sự khuếch tán của oxy từ phế nang vào máu mao mạch phổi

 PO 2 máu phổi tăng lên bằng PO 2 phế nang trong 1/3 đầu của mao mạch Trung bình PO2

trong phế nang bằng 104 mm Hg trong khi trong máu tĩnh mạch đi vào các mao mạch PO2 bằng 40 mm Hg Sự sai biệt ban đầu về áp suất làm cho O2 khuếch tán vào mao mạch phổi là

104 - 40 = 64 mm Hg PO2 tăng lên cho đến khi bằng với PO2 phế nang, trở nên 104 mm Hg vào lúc máu đã đi được 1/3 chiều dài mao mạch,

 Máu mao mạch phổi trở nên hầu như bão hòa oxy, ngay cả trong lúc vận động nặng Sử

sử dụng O2 có thể tăng 20 lần khi vận động nặng, và cung lượng tim cao hơn làm giảm thời gian máu tồn tại trong mao mạch phổi ít hơn ½ bình thường Tuy nhiên, máu hầu như được bão hòa O2 hoàn toàn khi nó rời mao mạch phổi vì những lý do sau:

▪ Tăng khả năng khuếch tán Khả năng khuếch tán O2 tăng hầu như 3 lần khi vận động nặng, do diện tích mao mạch lớn hơn và tỉ số thông khí –tưới máu gần như lý tưởng trong phần trên của phổi

▪ Yếu tố an toàn về thời gian quá cảnh Máu trở nên hầu như hoàn toàn bão hòa O2 vào lúc

nó đã đi qua 1/3 đầu của mao mạch phổi

 Lưu lượng máu shunt tĩnh mạch phế quản làm giảm PO 2 động mạch từ giá trị 104 mm

Hg trong mao mạch xuống giá trị trong động mạch là khoảng 95 mm Hg Khoảng 2%

máu đi vào tâm nhĩ trái đã đi thẳng từ động mạch chủ qua tuần hoàn phế quản Máu này là máu shunt vì nó không trao đổi khí và PO2 của nó là điển hình của máu tĩnh mạch, khoảng 40

mm Hg Máu này trộn với máu oxy hóa từ phổi, được gọi là máu tĩnh mạch trộn

 PO 2 mô được quyết định bởi tốc độ chuyên chở O 2 đến mô và tốc độ sử dụng O 2 bởi mô

PO2 trong đoạn đầu của mao mạch là 95 mm Hg và PO2 trong dịch kẽ xung quanh TB mô trung bình là 40 mm Hg Hai yếu tố có thể ảnh hưởng lên PO2 mô:

▪ Tốc độ lưu lượng máu Nếu lưu lượng máu đi qua một mô đặc biệt nào đó tăng, O2 được chuyên chở nhiều hơn vào mô trong một thời gian nào đó và PO2 mô tăng tương ứng

▪ Tốc độ chuyển hóa của mô Nếu các TB sử dụng O2 nhiều hơn cho sự chuyển hóa PO2 dịch kẽ có khuynh hướng giảm

 CO 2 khuếch tán theo chiều ngược lại với O 2 Tuy nhiên sự khác biệt chính giữa sự khuếch tán CO2 và khuếch tán O2 là CO2 có thể khuếch tán nhanh hơn 20 lần so với O2 với một sự sai biệt về áp suất cho sẵn

Chuyên chở O2 trong máu

 Khoảng 97% oxy được chuyên chở đén mô dưới dạng kết hợp với hemoglobin 3% còn

lại được mang đến mô dưới dạng hòa tan trong nước của huyết tương và TB Hemoglobin gắn nhiều O2 khi PO2 cao và phóng thích O2 khi PO2 thấp Khi máu đi qua phổi, PO2 tăng lên

95 mm Hg, hemoglobin lấy vào nhiều oxy Khi máu đi qua các mao mạch mô, PO2 giảm còn khoảng 40 mm Hg, có nhiều O2 được phóng thích từ hemoglobin O2 khuếch tán tự do vào các TB mô

 Đường cong phân ly O 2 -hemoglobin biểu diễn sự biến thiên của % bão hòa hemoglobin theo PO 2 Đường cong phân ly O2-hemoglobin (Hình 1) chứng minh sự gia tăng của số % hemoglobin gắn O2 khi PO2 máu tăng, gọi là % bão hòa hemoglobin Đường cong có những đặc điểm sau:

▪ Khi PO2 bằng 95 mm Hg (máu động mạch) hemoglobin được bão hòa O2 97% và lượng

O2 trong máu vào khoảng 19,4 mL/dL máu; trung bình có 4 phân tử O2 gắn vào mỗi phân

tử hemoglobin

▪ Khi PO2 bằng 40 mm Hg (máu tĩnh mạch trộn) hemoglobin được bão hòa O2 75% và lượng O2 trong máu vào khoảng 14,4 mL/dL máu; trung bình có 3 phân tử O2 gắn vào mỗi phân tử hemoglobin

▪ Khi PO2 là 25 mm Hg (máu tĩnh mạch trộn khi vận động vừa) hemoglobin được bão hòa

O2 50% và lượng O2 trong máu khoảng 10 mL/dL máu, trung bình có 2 phân tử O2 gắn vào mỗi phân tử hemoglobin

Hình 1 Đường cong phân ly O2-hemoglobin

 Hình chữ S của đường cong phân ly O 2 -hemoglobin là kết quả của sự gắn O 2 mạnh hơn vào hemoglobin khi có nhiều phân tử O 2 gắn vào hơn Mỗi phân tử hemoglobin có thể gắn

4 phân tử O2 Khi một phân tử O2 đã gắn vào, ái lực của hemoglobin với phân tử O2 thứ hai tăng lên và cứ tiếp tục như thế Chú ý là ái lực với O2 cao tại phổi là nơi có PO2 vào khoảng

95 mm Hg (đoạn thẳng của đường cong) và thấp tại mô ngoại biên là nơi mà PO2 khoảng 40

mm Hg (đoạn dốc của đường cong)

 Lượng O 2 tối đa được chuyên chở bởi hemoglobin vào khoảng 20 mL O 2 /100 mL máu

Ở người bình thường, mỗi 100 mL máu chứa khoảng 15g hemoglobin và mỗi g hemoglobin

có thể gắn khoảng 1,34 mL oxy khi nó bão hòa 100% (15 x 1,34 = 20 mL O2/100 mL máu) Tuy nhiên lượng O2 gắn vào hemoglobin trong máu động mạch bình thường khoảng 97% nên 19,4 mL O2 được chuyên chở trong mỗi 100 mL máu Hemoglobin trong máu tĩnhmạch

đi ra khỏi mô có độ bão hòa O2 75% nên lượng O2 chuyên chở bởi hemoglobin trong máu tĩnh mạch khoảng 14,4 mL O2/100 mL máu Do đó có khoảng 5 mL O2 được chuyên chở tới

mô trong mỗi 100 mL máu

 Chức năng của hemoglobin là duy trì PO 2 hằng định trong mô Tuy hemoglobin cần cho

sự chuyên chở O2 đến mô nó có một chức năng quan trọng khác cho sự sống là tạo hệ thống đệm O2 cho mô

▪ Trong điều kiện căn bản, mô lấy khoảng 5 mL O2 từ mỗi 100 mL máu Để 5 mL được phóng thích PO2 phải giảm còn 40 mm Hg Bình thường PO2 mô không tăng lên 40 mm

Hg vì O2 cần cho mô ở mức này không được phóng thích từ hemoglobin; do đó hemoglobin ấn định giới hạn trên cho PO2 mô khoảng 40 mm Hg

▪ Khi vận động nặng sự sử dụng O2 tăng lên gấp 20 lần bình thường Điều này có thể thực hiện được với PO2 mô giảm nhiều hơn - xuống còn 15-25 mm Hg- do PO2 giảm gây ra đoạn dốc của đường cong phân ly và làm tăng lưu lượng máu đến mô (có nghĩa là giảm

PO2 ít lại gây phóng thích nhiều O2)