ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Δομή και λειτουργία των πνευμόνων 3

Transcript

1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Δομή και λειτουργία των πνευμόνων 3 Σχήμα 1.1. Τριχοειδές (C) σε τοίχωμα κυψελίδας (Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο). Επισημαίνεται το εξαιρετικά λεπτό διαχωριστικό τοίχωμα μεταξύ αέρα και αίματος (πάχος μικρότερο από 0,3 μm). Το μεγάλο βέλος καταδεικνύει την οδό διάχυσης του οξυγόνου από τον κυψελιδικό αέρα προς το εσωτερικό του ερυθροκυττάρου (EC) και περιλαμβάνει το στρώμα του επιφανειοδραστικού παράγοντα (surfactant) (που δεν διακρίνεται στο παρασκεύασμα), το κυψελιδικό επιθήλιο (ΕΡ), τον διάμεσο ιστό (ΙΝ), το ενδοθήλιο του τριχοειδούς (ΕΝ) και το πλάσμα. Διακρίνονται επίσης τμήματα από ινοβλάστες (FB), η βασική μεμβράνη (ΒΜ) και ο πυρήνας ενός ενδοθηλιακού κυττάρου. βραχύτεροι και πολυπληθέστεροι γίνονται (Σχήμα 1.3). Η τραχεία διχάζεται στον δεξιό και στον αριστερό κύριο βρόγχο, που ο καθένας στη συνέχεια διαιρείται στους λοβαίους βρόγχους, που με τη σειρά τους διαιρούνται στους τμηματικούς βρόγχους. Η διαδικασία αυτή συνεχίζεται μέχρι τον σχηματισμό των τελικών βρογ-

2 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Δομή και λειτουργία των πνευμόνων Σχήμα 1.2. Διατομή πνεύμονα όπου διακρίνονται πολλές κυψελίδες και ένα μικρό βρογχιόλιο. Τα κυψελιδικά τριχοειδή φέρονται ανάμεσα στα τοιχώματα κυψελίδων (Σχήμα 1.1). Τα ανοίγματα που διακρίνονται στα τοιχώματα των κυψελίδων είναι οι πόροι του Kohn. χιολίων που αποτελούν τους μικρότερους αεραγωγούς πριν από τις κυψελίδες. Το σύνολο αυτών των βρόγχων σχηματίζει τις αεροφόρους οδούς που κατευθύνουν τον εισπνεόμενο αέρα στις περιοχές των πνευμόνων, όπου γίνεται η ανταλλαγή των αερίων (Σχήμα 1.4). Επειδή οι αεραγωγοί δεν περιέχουν κυψελίδες, και συνεπώς δεν συμμετέχουν στην ανταλλαγή των αερίων, θεωρείται ότι αποτελούν έναν

3 14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Αερισμός ΟΓΚΟΙ Aναπνεόμενος όγκος 500 ml Ολικός αερισμός ml/min ΡΟΕΣ Aνατομικός νεκρός χώρος 150 ml Συχνότητα 15/min Kυψελιδικός αέρας 3000 ml Κυψελιδικός αερισμός ml/min Xωρητικότητα πνευμονικών τριχοειδών 70 ml Αιμάτωση πνευμόνων 5000 ml/min Σχήμα 2.1. Σχηματική παράσταση του αναπνευστικού συστήματος, όπου σημειώνονται ορισμένοι χαρακτηριστικοί όγκοι και ροές. Στην πράξη, παρατηρούνται σημαντικές αποκλίσεις από τις τιμές αυτές. Το Σχήμα 2.1 είναι ένα απλουστευμένο διάγραμμα στο οποίο το σύνολο των βρόγχων που απαρτίζουν τις αεροφόρες οδούς (Σχήματα 1.3 και 1.4) παριστάνονται με ένα απλό αγωγό που επιγράφεται ως «Ανατομικός Νεκρός Χώρος» (Anatomic Dead Space, V D ). Ο αγωγός αυτός καταλήγει στην περιοχή της ανταλλαγής των αερίων που περιλαμβάνει τον κυψελιδικό χώρο, την κυψελιδοτριχοειδική μεμβράνη και τα πνευμονικά τριχοειδή. Με κάθε εισπνοή εισέρχονται στους πνεύμονες περίπου 500 ml αέρα που αποτελούν τον Αναπνεόμενο Όγκο (Tidal Volume, V T ). Σημειώστε ότι ο ανατομικός νεκρός χώρος αποτελεί ένα πολύ μικρό κλάσμα της ολικής πνευμονικής χωρητικότητας. Επίσης, ο όγκος του αίματος που περιέχεται στα πνευμονικά τριχοειδή είναι πάρα πολύ μικρός σε σχέση με τον όγκο του κυψελιδικού αέρα (συγκρίνετε με το Σχήμα 1.7). Πνευμονικοί όγκοι και χωρητικότητες Πριν αναφερθούμε στη μετακίνηση του αέρα μέσα στους πνεύμονες, θα ήταν χρήσιμη μία γρήγορη αναφορά στους στατικούς όγκους των πνευμόνων, μερικοί από τους οποίους μπορούν να μετρηθούν με το σπιρόμετρο (Σχήμα 2.2). Κατά τη διάρκεια της εκπνοής, η καταγραφή των μεταβολών των όγκων γίνεται πάνω σε ένα κινούμενο χαρτί από μία γραφίδα που, όταν ο κώδωνας του σπιρομέτρου ανέρχεται, αυτή κατέρχεται. Αρχικά ο εξεταζόμενος αναπνέει ήρεμα καταγράφοντας έτσι στο σπιρόμετρο τον Αναπνεόμενο Όγκο. Στη συνέχεια τού παραγγέλλεται να πάρει τη μεγαλύτερη δυνατή εισπνοή, που ακολουθείται από την βαθύτερη δυνατή εκπνοή. Ο συνολικός όγκος αέρα που εκπνέεται κατά τη διάρκεια της προσπάθειας αυτής ονομάζεται Ζωτική χωρητικότητα (Vital Capacity, VC). Όμως ακόμη και μετά από τη βαθύτερη δυνατή εκπνοή, ένας όγκος αέρα παραμένει μέσα στους πνεύμονες και αποτελεί τον Υπολειπόμενο Όγκο (Residual volume, RV). Ο όγκος που παρα-

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Αερισμός 15 Χαρτί Λίτρα Ολική πνευμονική χωρητικότητα Ζωτική χωρητικότητα Αναπν. όγκος Γραφίδα Σπιρόμετρο Λειτουργική υπολειπόμενη χωρητικότητα Υπολ. όγκος Σχήμα 2.2. Οι χωρητικότητες των πνευμόνων. Παρατηρείστε, ότι η Λειτουργική Υπολειπόμενη Χωρητικότητα και ο Υπολειπόμενος Όγκος δε μπορούν να μετρηθούν άμεσα με το σπιρόμετρο. μένει μέσα στους πνεύμονες μετά από μία ήρεμη εκπνοή ονομάζεται Λειτουργική Υπολειπόμενη Χωρητικότητα (Functional Residual Capacity, FRC). Με την απλή σπιρομέτρηση του Σχήματος 2.2, η μέτρηση του Υπολειπόμενου Όγκου και κατά συνέπεια της Λειτουργικής Υπολειπόμενης Χωρητικότητας δεν είναι δυνατή, διότι ο υπολειπόμενος όγκος είναι αδύνατον να εκπνευστεί και να καταγραφεί στο σπιρόμετρο. Για τη μέτρηση των δύο αυτών μεγεθών χρησιμοποιείται η τεχνική της διαλύσεως του αδρανούς αερίου ηλίου που είναι πρακτικά αδιάλυτο στο αίμα. Όπως περιγράφεται στο Σχήμα 2.3, ο εξεταζόμενος μετά από μία βαθύτερη δυνατή εκπνοή (θέση Υπολειπόμενου Όγκου), συνδέεται με ένα κλειστό σπιρόμετρο γνωστού όγκου (V 1 ) που περιέχει μία μικρή και γνωστή συγκέντρωση ηλίου (C 1 ). Μετά από μερικές αναπνοές μέσα από το κλειστό σπιρόμετρο επέρχεται εξίσωση των συγκεντρώσεων του ηλίου στους πνεύμονες και στον κώδωνα του σπιρόμετρου. Επειδή το ήλιο είναι αδιάλυτο στο αίμα, η αρχική ποσότητα που υπήρχε στο σπιρόμετρο (αρχική συγκέντρωση ηλίου Χ όγκος σπιρομέτρου, δηλαδή, C 1 V 1 παραμένει αμετάβλητη και μετά την αραίωσή της στον υπολειπόμενο όγκο. Αν θεωρήσουμε (C 2 ) την τελική συγκέντρωση ηλίου στο σπιρόμετρο και στον υπολειπόμενο όγκο (V 1 +V 2 ), ισχύει η σχέση: C 1 V 1 = C 2 (V 1 +V 2 ). Επίλυση της εξίσωσης ως προς V 2, που είναι ο υπολειπόμενος όγκος, οδηγεί στη σχέση: V 2 = V 1 (C 1 C 2 )/C 2. Στην πράξη, κατά τη μέτρηση το όλο κύκλωμα εμπλουτίζεται με οξυγόνο για

5 24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Αερισμός 2. Ο κυψελιδικός αερισμός είναι ο καθαρός όγκος (μη προερχόμενος από τον νεκρό χώρο) αέρα που εισέρχεται στην αναπνευστική ζώνη ανά λεπτό. Μπορεί να καθοριστεί μέσω της εξίσωσης του κυψελιδικού αερισμού, δηλαδή διαιρώντας την παροχή CO 2 με την κλασματική συγκέντρωση CO 2 στον εκπνεόμενο αέρα. 3. Η συγκέντρωση CO 2 (και συνεπώς η μερική πίεσή του) στον κυψελιδικό αέρα και το αρτηριακό αίμα είναι αντιστρόφως ανάλογη του κυψελιδικού αερισμού. 4. Ο ανατομικός νεκρός χώρος είναι ο όγκος των αεροφόρων οδών και μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας τη συγκέντρωση αζώτου στον εκπνεόμενο αέρα, μετά από μια εισπνοή οξυγόνου 100%. 5. Ο φυσιολογικός νεκρός χώρος είναι ο όγκος του πνεύμονα που δεν αποβάλλει CO 2. Μετρείται με τη μέθοδο του Bohr χρησιμοποιώντας το αρτηριακό και εκπνεόμενο CO Οι κατώτερες περιοχές του πνεύμονα αερίζονται καλύτερα από τις άνω περιοχές λόγω της επίδρασης της βαρύτητας στον πνεύμονα. ερωτησεις Για κάθε ερώτηση διαλέξτε την καλύτερη απάντηση. 1. Η μοναδική μεταβλητή στη παρακάτω λίστα που δεν μπορεί να μετρηθεί με ένα απλό σπιρόμετρο και χρονόμετρο είναι: Α. Αναπνεόμενος όγκος. Β. Λειτουργική υπολειπόμενη χωρητικότητα. Γ. Ζωτική χωρητικότητα. Δ. Ολικός πνευμονικός αερισμός. Ε. Αναπνευστική συχνότητα 2. Αναφορικά με το πνευμονικό βοτρύδιο: Α. Λιγότερο από το 90% της λήψης οξυγόνου από τον πνεύμονα παρατηρείται στα αναπνευστικά βοτρύδια. Β. Η ποσοστιαία μεταβολή όγκου των βοτρυδίων κατά τη διάρκεια της εισπνοής είναι μικρότερη από αυτήν ολόκληρου του πνεύμονα. Γ. Ο όγκος των βοτρυδίων είναι μικρότερος από το 90% του ολικού όγκου του πνεύμονα στην FRC. Δ. Κάθε βοτρύδιο εφοδιάζεται από ένα τελικό βρογχιόλιο. Ε. Ο αερισμός των βοτρυδίων των βασικών περιοχών του ανθρώπινου πνεύμονα στην όρθια θέση και στο επίπεδο της FRC, είναι μικρότερος από τον αερισμό των κορυφαίων περιοχών. 3. Σε μέτρηση της FRC με τη μέθοδο διάλυσης ηλίου, οι αρχικές και τελικές συγκεντρώσεις ηλίου ήταν 10% και 6% και ο όγκος του σπιρομέτρου διατηρήθηκε στα 5 λίτρα. Ποιος ήταν ο όγκος της FRC σε λίτρα; Α. 2,5 Β. 3,0 Γ. 3,3

6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Αερισμός 25 Δ. 3,8 Ε. 5,0 4. Ένας ασθενής κάθεται μέσα σε έναν θάλαμο σωματικού πληθυσμογράφου και κάνει μια εκπνευστική προσπάθεια με κλειστή γλωττίδα. Τι συμβαίνει στα παρακάτω: πίεση στις αεροφόρους οδούς του πνεύμονα, πνευμονικούς όγκους πίεση στο θάλαμο, όγκος του θαλάμου; Πίεση στις Πνευμονικός Πίεση Όγκος αεροφόρους οδούς όγκος στο θάλαμο θαλάμου Α. Β. Γ. Δ. Ε. 5. Εάν η παραγωγή CO 2 παραμένει σταθερή και ο κυψελιδικός αερισμός τριπλασιαστεί, υπολογίστε την τιμή του κυψελιδικού Pco 2 μετά την εξισορρόπηση ως ποσοστό επί της αρχικής του τιμής. Α. 25 Β. 33 Γ. 50 Δ. 100 Ε Σε μέτρηση του φυσιολογικού νεκρού χώρου χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του Bohr, το κυψελιδικό και μικτό εκπνεόμενο Pco 2 ήταν 40 και 30 mm Hg αντίστοιχα. Ποια ήταν η αναλογία του νεκρού χώρου ως προς τον αναπνεόμενο όγκο; Α. 0,20 Β. 0,25 Γ. 0,30 Δ. 0,35 Ε. 0,40

7 32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Διάχυση Α Κυψελιδική Φυσιολογική Παθολογική Έντονα παθολογική Μυϊκή εργασία Β Κυψελιδική Φυσιολογική Παθολογική Έντονα παθολογική Μυϊκή εργασία Χρόνος παραμονής ερυθροκυττάρου στο τριχοειδές (sec) Σχήμα 3.3. Η αύξηση της μερικής πίεσης του οξυγόνου κατά μήκος των πνευμονικών τριχοειδών όταν η ικανότητα για διάχυση είναι είτε φυσιολογική είτε παθολογική (για παράδειγμα, εξαιτίας πάχυνσης του κυψελιδικού τοιχώματος). Στο Σχήμα Α απεικονίζονται οι καμπύλες αύξησης της μερικής πίεσης του O 2, όταν η Pο 2 στο κυψελιδικό αέρα είναι φυσιολογική. Στο Σχήμα Β φαίνεται η βραδύτερη οξυγόνωση του αίματος, όταν η κυψελιδική Pο 2 είναι παθολογικά χαμηλή. Παρατηρήστε ότι και στις δύο περιπτώσεις, η έντονη μυϊκή άσκηση μειώνει τον διαθέσιμο χρόνο για την οξυγόνωση του αίματος. Κατά την έντονη μυϊκή δραστηριότητα η αιμάτωση των πνευμόνων αυξάνεται πολύ, με αποτέλεσμα ο χρόνος παραμονής του ερυθροκυττάρου μέσα στο τριχοειδές να περιορίζεται σε λιγότερο από το ένα τρίτο της φυσιολογικής τιμής των 0,75 sec. Συνεπώς, ο διαθέσιμος χρόνος για την οξυγόνωση του αίματος είναι μικρότερος, σε φυσιολογικά όμως άτομα που αναπνέουν ατμοσφαιρικό αέρα δεν παρατηρείται αξιόλογη ελάττωση στην τελο-τριχοειδική Pο 2. Όταν το πάχος της αναπνευστικής μεμβράνης αυξηθεί εξαιτίας κάποιας νόσου σε τέτοιον βαθμό που να δυσχεραίνεται η διάχυση του οξυγόνου, ο ρυθμός αύξησης της Pο 2 των ερυθρών αιμοσφαιρίων υφίσταται αντίστοιχη επιβράδυνση, με συνέπεια η Pο 2 να μην εξισώνεται με την αντίστοιχη Pο 2 του κυψελιδικού χώρου στη διάρκεια του χρόνου που το ερυθροκύτταρο βρίσκεται μέσα στο πνευμονικό τριχοειδές. Στην

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Διάχυση 33 Διάχυση του οξυγόνου διαμέσου του φραγμού αίματος-αερίων Σε ηρεμία, η Pο 2 του αίματος σχεδόν εξομοιώνεται με εκείνη του κυψελιδικού αέρα, μετά περίπου από το ένα τρίτο του χρόνου παραμονής ενός ερυθροκυττάρου στο τριχοειδές Σε συνθήκες ηρεμίας το αίμα παραμένει στο τριχοειδές περίπου 0,75 του δευτερολέπτου Στην άσκηση ο χρόνος ελαττώνεται περίπου στο 0,25 του δευτερολέπτου Η άσκηση, η κυψελιδική υποξία και η πάχυνση του φραγμού αίματος αερίων δυσκολεύουν τη διαδικασία διάχυσης περίπτωση αυτή, μπορεί να παρατηρηθεί μετρήσιμη διαφορά της Pο 2 μεταξύ του κυψελιδικού αέρα και του τελο-τριχοειδικού αίματος. Ένας άλλος τρόπος δοκιμασίας των ιδιοτήτων για διάχυση των πνευμόνων συνίσταται στην τεχνητή ή περιπτωσιακή ελάττωση της Pο 2 στον κυψελιδικό αέρα (Σχήμα 3.3 Β). Ας υποθέσουμε ότι η Pο 2 του κυψελιδικού αέρα έχει ελαττωθεί στα 50 mm Hg, είτε γιατί ο εξεταζόμενος βρίσκεται σε μεγάλο υψόμετρο είτε γιατί του χορηγούμε ένα χαμηλής περιεκτικότητας σε Ο 2 μείγμα για να αναπνέει. Στην περίπτωση αυτή, αν και η Pο 2 του ερυθρού αιμοσφαιρίου τη στιγμή της εισόδου του στο πνευμονικό τριχοειδές ενδέχεται να είναι περίπου 20 mm Hg, η διαφορά μερικής πίεσης, που είναι υπεύθυνη για τη μεταφορά του οξυγόνου μέσα από την αναπνευστική μεμβράνη, έχει ελαττωθεί από το επίπεδο των 60 mm Hg (Σχήμα 3.3Α) στο επίπεδο των 30 mm Hg, με αποτέλεσμα το οξυγόνο να διακινείται με βραδύτερο ρυθμό. Επιπρόσθετα, ο ρυθμός αύξησης της Pο 2 για μία δεδομένη αύξηση της συγκέντρωσης του οξυγόνου στο αίμα είναι μικρότερος σε σχέση με τον προηγούμενο, εξαιτίας της μορφής της καμπύλης κορεσμού-αποκορεσμού της αιμοσφαιρίνης (βλ. Κεφάλαιο 6). Συνεπώς και για τους δύο αυτούς λόγους, η αύξηση της Pο 2 κατά μήκος του τριχοειδούς είναι σχετικά βραδεία και το πιθανότερο είναι ότι αυτή δεν εξισώνεται με την Pο 2 του κυψελιδικού αέρα. Έτσι, η έντονη μυϊκή δραστηριότητα σε υψηλό υψόμετρο αποτελεί μία από τις λίγες περιπτώσεις που η διαταραχή στη διάχυση του οξυγόνου σε φυσιολογικά άτομα μπορεί να καταδειχθεί με πειστικότητα. Με τον ίδιο τρόπο, σε ασθενή που η αναπνευστική του μεμβράνη έχει υποστεί πάχυνση, είναι πολύ πιθανόν στην περίπτωση που αναπνεύσει αέρα με χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο να εμφανιστούν σημεία διαταραχής της διάχυσης, ιδιαίτερα δε όταν συγχρόνως επιτελεί και μυϊκή εργασία. Μέτρηση της ικανότητας των πνευμόνων για διάχυση Έχουμε δει ότι σε φυσιολογικές συνθήκες η μεταφορά οξυγόνου προς τα πνευμονικά τριχοειδή εξαρτάται από την αιματική ροή προς τους πνεύμονες. Εντούτοις, κάτω από ορισμένες συνθήκες, η μεταφορά του οξυγόνου μπορεί να περιοριστεί εξαιτίας διαταραχών του μηχανισμού διάχυσης (Σχήμα 3.2). Αντίθετα, η μεταφορά του μονοξειδίου του άνθρακα εξαρτάται αποκλειστικά από τη διάχυση και για τον λόγο αυτό αποτελεί το αέριο εκλογής για τη μέτρηση της ικανότητας των πνευμόνων για διάχυση. Παλαιότερα, για τις μετρήσεις αυτές χρησιμοποιήθηκε το οξυγόνο υπό συνθήκες υποξίας (Σχήμα 3.3 Β), η τεχνική όμως αυτή δεν χρησιμοποιείται σήμερα.

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Αιμάτωση και μεταβολισμός των πνευμόνων 43 Μέση = 15 Μέση = 100 Αρτηρία Πνευμονική κυκλοφορία Αρτηρία Συστηματική κυκλοφορία CAP CAP Φλέβα Φλέβα Σχήμα 4.1. Σύγκριση των πιέσεων (mm Hg) της πνευμονικής και της συστηματικής κυκλοφορίας. Η διαμόρφωσή τους εξαρτάται από τις υδροστατικές διαφορές. CAP= Τριχοειδή, RA= Δεξιός κόλπος, LA= Αριστερός κόλπος, RV= Δεξιά κοιλία, LV= Αριστερή κοιλία. Οι διαφορές που υπάρχουν μεταξύ των δύο αυτών κυκλοφοριών γίνονται εύκολα αντιληπτές, αν συγκρίνουμε τις λειτουργίες που επιτελεί καθεμία ξεχωριστά. Η συστηματική κυκλοφορία ρυθμίζει την αιματική ροή στα διάφορα όργανα, συμπεριλαμβανομένων και των οργάνων που βρίσκονται σε υψηλότερο επίπεδο από εκείνο της καρδιάς, όπως για παράδειγμα είναι το ανυψωμένο σε θέση ανάτασης χέρι. Απεναντίας, η πνευμονική κυκλοφορία δέχεται ανά πάσα στιγμή όλη την καρδιακή παροχή. Σπάνια μόνο απαιτείται η ανακατανομή του αίματος από τη μία περιοχή στην άλλη (εξαίρεση αποτελεί η περίπτωση υποξίας στις κυψελίδες, βλ. παρακάτω) και συνεπώς η πίεση μέσα στην πνευμονική αρτηρία είναι τόση όση χρειάζεται για να ανέλθει το αίμα μέχρι τις κορυφές των πνευμόνων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να διατηρείται το έργο της δεξιάς καρδιάς σε χαμηλά επίπεδα τα οποία εξασφαλίζουν την επαρκή ανταλλαγή αερίων στους πνεύμονες. Η πίεση που επικρατεί στο εσωτερικό των πνευμονικών τριχοειδών δεν είναι επακριβώς γνωστή. Υπάρχουν μερικές ενδείξεις ότι η τιμή της τριχοειδικής πνευμονικής πίεσης βρίσκεται κάπου στη μέση μεταξύ της πίεσης της πνευμονικής αρτηρίας και της πίεσης στις πνευμονικές φλέβες. Επίσης σύμφωνα με ορισμένες μελέτες, η μεγαλύτερη πτώση της πίεσης ενδέχεται να πραγματοποιείται μέσα στην ίδια την τριχοειδική κοίτη. Πάντως είναι βέβαιο ότι η κατανομή των πιέσεων κατά μήκος της πνευμονικής κυκλοφορίας είναι πολύ πιο συμμετρική από την αντίστοιχη κατανομή στη συστηματική κυκλοφορία, όπου η μεγαλύτερη πτώση πίεσης παρατηρείται πριν από τα τριχοειδή (Σχήμα 4.1). Επιπρόσθετα, η πίεση του αίματος μέσα στα πνευμονικά τριχοειδή ποικίλλει σημαντικά στις διάφορες περιοχές των πνευμόνων εξαιτίας των υδροστατικών επιδράσεων (βλ. παρακάτω). Οι πιέσεις που επικρατούν γύρω από τα πνευμονικά αγγεία Τα πνευμονικά τριχοειδή κατέχουν ξεχωριστή θέση σε σχέση με τα υπόλοιπα τριχοειδή του οργανισμού, διότι ουσιαστικά περιβάλλονται από αέρα (Σχήματα 1.1

10 44 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Αιμάτωση και μεταβολισμός των πνευμόνων Κυψελίδα Κυψελιδικά αγγεία και 1.7). Είναι αλήθεια ότι υπάρχει μία πολύ λεπτή στιβάδα επιθηλιακών κυττάρων που καλύπτει τα τοιχώματα των κυψελίδων, εντούτοις τα πνευμονικά τριχοειδή εξασφαλίζουν ελάχιστη μόνο στήριξη από τα κύτταρα αυτά και συνεπώς μπορούν να συμπιέζονται ή να διατείνονται ανάλογα με τις πιέσεις που επικρατούν στο εσωτερικό και εξωτερικό τους περιβάλλον. Η πίεση που υπάρχει στο εξωτερικό περιβάλλον των αγγείων είναι κατά προσέγγιση ίση με την κυψελιδική πίεση. (Η πίεση μέσα στις κυψελίδες δεν διαφέρει συνήθως πολύ από την ατμοσφαιρική πίεση, για την ακρίβεια μάλιστα, κατά το κράτημα της αναπνοής με ανοιχτή τη γλωττίδα, οι δύο πιέσεις είναι ταυτόσημες). Κάτω από ορισμένες ειδικές συνθήκες, η δραστική πίεση που περιβάλλει τα πνευμονικά τριχοειδή ελαττώνεται εξαιτίας της επιφανειακής τάσης του υγρού που επενδύει τα εσωτερικά τοιχώματα των κυψελίδων. Συνήθως όμως, η δραστική πίεση που εξασκείται πάνω στα τριχοειδή είναι ίση με την κυψελιδική πίεση και, όταν γίνει μεγαλύτερη από την πίεση του εσωτερικού των τριχοειδών, τότε επέρχεται σύμπτωση των τοιχωμάτων τους. Η διαφορά πίεσης μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού περιβάλλοντος των αγγείων συνήθως καλείται διατοιχωματική πίεση. Ποια είναι η εξωτερική πίεση που περιβάλλει τις αρτηρίες και τις φλέβες των πνευμόνων; Η πίεση αυτή μπορεί να είναι σημαντικά μικρότερη σε σχέση με την κυψελιδική πίεση. Καθώς οι πνεύμονες εκπτύσονται, τα μεγάλα αγγεία διευρύνονται λόγω της ακτινωτής έλξης που ασκεί το ελαστικό πνευμονικό παρέγχυμα που τα περιβάλλει (Σχήματα 4.2 και 4.3). Συνεπώς η δραστική πίεση που εξασκείται πάνω τους είναι χαμηλή. Στην πραγματικότητα φαίνεται ότι η πίεση αυτή είναι μικρότερη ακόμη και από την υπεζωκοτική πίεση που περιβάλλει τους πνεύμονες. Το παράδοξο αυτό φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί από το μηχανικό πλεονέκτημα που αναπτύσσεται όταν μία σχετικά άκαμπτη δομή, όπως είναι ένα αγγείο ή ένας βρόγχος, περιβάλλεται από έναν ταχέως εκπτυσσόμενο ελαστικό ιστό, όπως είναι για παράδειγμα το πνευμονικό παρέγχυμα. Πάντως, γεγονός είναι ότι τόσο οι αρτηρίες όσο και οι φλέβες αυξάνουν τη διάμετρό τους κατά την έκπτυξη των πνευμόνων. Η συμπεριφορά των τριχοειδών και των μεγάλων αγγείων είναι τόσο διαφορετική, που συχνά διακρίνονται σε κυψελιδικά και εξωκυψελιδικά αγγεία αντίστοιχα (Σχήμα 4.2). Τα κυψελιδικά αγγεία εκτίθενται στην κυψελιδική πίεση και περιλαμ- Εξωκυψελιδικά αγγεία Σχήμα 4.2. «Κυψελιδικά» και «εξωκυψελιδικά» αγγεία. Τα πρώτα είναι κατά κύριο λόγο τα τριχοειδή που εκτίθενται στην κυψελιδική πίεση. Τα δεύτερα διανοίγονται με την ακτινωτή έλξη που εξασκεί στο τοίχωμά τους το πνευμονικό παρέγχυμα που τα περιβάλλει. Για τον λόγο αυτόν, η δραστική πίεση γύρω από τα εξωκυψελιδικά αγγεία είναι μικρότερη από την κυψελιδική πίεση.

11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Αιμάτωση και μεταβολισμός των πνευμόνων 57 Κυψελίδες Κυψελιδικός χώρος Τριχοειδές Διάμεσος ιστός Κυψελιδικό τοίχωμα Βρόγχος Αρτηρία Περιαγγειακός χώρος Σχήμα Απεικόνιση των δύο οδών μέσω των οποίων πραγματοποιείται η έξοδος υγρών από τα πνευμονικά τριχοειδή. Το υγρό, που εισέρχεται μέσα στο διάμεσο ιστό αρχικά κατανέμεται στον περιαγγειακό και τον περιβρογχικό χώρο. Στη συνέχεια, το υγρό ενδέχεται να περάσει διά μέσου του κυψελιδικού τοιχώματος και να γεμίσει τις κυψελίδες. με υγρό και, επειδή δεν αερίζονται πια, καταργείται η οξυγόνωση του αίματος που διέρχεται από τα γειτονικά τριχοειδή αγγεία. Το αίτιο που προκαλεί την άθροιση του υγρού μέσα στις κυψελίδες δεν είναι γνωστό. Το φαινόμενο όμως αυτό ενδέχεται να αρχίζει όταν ο ρυθμός της παραγωγής του ξεπεράσει τη μέγιστη αποχετευτική ικανότητα των λεμφαγγείων. H φυσιολογική ροή της λέμφου διά μέσου των πνευμόνων είναι λίγα μόνο ml ανά ώρα. Ο ρυθμός αυτός μπορεί να αυξηθεί σημαντικά στην περίπτωση που η ενδροτριχοειδική πίεση αυξηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα. Το κυψελιδικό οίδημα αποτελεί βαρύτερη νοσολoγική οντότητα συγκριτικά με το διάμεσο οίδημα, γιατί παρακωλύει την ανταλλαγή των αερίων στους πνεύμονες. Άλλες λειτουργίες της πνευμονικής κυκλοφορίας Η κύρια λειτουργία της πνευμονικής κυκλοφορίας είναι η μεταφορά του αίματος κατά μήκος της διαχωριστικής μεμβράνης αίματος-αερίου, με σκοπό την ανταλλαγή των αερίων. Υπάρχουν ωστόσο και άλλες σημαντικές λειτουργίες τις οποίες επιτελεί. Μία από αυτές είναι η λειτουργία της ως αιματαποθήκη. Όπως είδαμε, ο πνεύμονας έχει την αξιοσημείωτη ικανότητα να ελαττώνει τις αντιστάσεις των πνευμονικών αγγείων όταν αυξάνονται οι ενδοαγγειακές πιέσεις με τους μηχανισμούς της επιστράτευσης και της διάτασης των πνευμονικών τριχοειδών (Σχήμα 4.5). Οι ίδιοι μηχανισμοί επιτρέπουν στον πνεύμονα να αυξάνει την αιμάτωσή του με σχετικά μικρές αυξήσεις των πιέσεων στην πνευμονική αρτηρία ή στις

12 58 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Αιμάτωση και μεταβολισμός των πνευμόνων πνευμονικές φλέβες. Αυτό συμβαίνει για παράδειγμα, όταν ένα άτομο από την όρθια θέση βρεθεί στην κατακεκλιμένη, οπότε αυξάνεται η φλεβική επιστροφή του αίματος από τα κάτω άκρα προς τους πνεύμονες. Άλλη μία λειτουργία της πνευμονικής κυκλοφορίας είναι το φιλτράρισμα του αίματος. Μικροί θρόμβοι αίματος απομακρύνονται από την κυκλοφορία πριν φθάσουν στον εγκέφαλο ή σε άλλα ζωτικά όργανα. Υπάρχει, επίσης, ένδειξη ότι πολλά λευκά αιμοσφαίρια παγιδεύονται στους πνεύμονες, χωρίς όμως να έχει διευκρινισθεί η σημασία αυτής της λειτουργίας. Μεταβολικές λειτουργίες των πνευμόνων Οι πνεύμονες, εκτός από την ανταλλαγή των αερίων, επιτελούν και σημαντικές μεταβολικές λειτουργίες. Μερικές αγγειοδραστικές ουσίες μεταβολίζονται στο πνευμονικό παρέγχυμα, όπως φαίνεται στον Πίνακα 4.1. Οι πνεύμονες είναι το μοναδικό όργανο, εκτός από την καρδιά, το οποίο δέχεται όλη την καρδιακή παροχή και γι αυτόν τον λόγο αποτελεί και την πιο κατάλληλη θέση για την τροποποίηση των αγγειοδραστικών αυτών ουσιών. Ένα σημαντικό κλάσμα από το σύνολο των αγγειακών ενδοθηλιακών κυττάρων του οργανισμού είναι εγκατεστημένο στους πνεύμονες. Οι μεταβολικές λειτουργίες του αγγειακού ενδοθηλίου συζητιούνται σε συντομία, διότι οι περισσότερες από αυτές αποτελούν αντικείμενο μελέτης της φαρμακολογίας. Η μετατροπή του σχετικά ανενεργού πολυπεπτιδίου αγγειοτασίνη Ι στη δραστική αγγειοσυσταλτική ουσία αγγειοτασίνη ΙΙ είναι το μοναδικό γνωστό παράδειγμα βιολογικής ενεργοποίησης ουσίας κατά τη δίοδό της μέσα από την πνευμονική κυκλοφορία. Η αγγειοτασίνη ΙΙ, η οποία είναι 50 φορές πιο δραστική από την Πίνακας 4.1. Μεταβολικές δραστηριότητες των πνευμόνων Αγγειοδραστικοί παράγοντες Μεταβολική πορεία Πεπτίδια Αγγειοτασίνη Ι Μετατρέπεται σε αγγειοτασίνη ΙΙ Αγγειοτασίνη ΙΙ Δεν επηρεάζεται Αντιδιουρητική ορμόνη Δεν επηρεάζεται Βραδυκινίνη Αδρανοποιείται μέχρι και 80%. Αμίνες Σεροτονίνη Απομακρύνεται σχεδόν τελείως Νορεπινεφρίνη Απομάκρυνση μέχρι 30% Ισταμίνη Δεν επηρεάζεται Ντοπαμίνη Δεν επηρεάζεται Μεταβολίτες αραχιδονικού οξέος Προσταγλανδίνες E 2 και F 2α Απομακρύνονται σχεδόν τελείως Προσταγλανδίνη Α 2 Δεν επηρεάζεται Προστακυκλίνη ΡGI 2 Δεν επηρεάζεται Λευκοτριένια Απομακρύνονται σχεδόν τελείως

13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Σχέσεις αερισμού αιμάτωσης 67 Αέρας Pο 2 mm Hg Kυψελίδα Διάχυση Παράκαμψη Τριχοειδές Αρτηρίδιο Ιστοί Ατμόσφαιρα Μιτοχόνδρια Σχήμα 5.2. Διάγραμμα μεταφοράς Ο2 από τον ατμοσφαιρικό αέρα μέχρι τους ιστούς, που δείχνει τη μείωση της αρτηριακής Ρο 2 λόγω διάχυσης και αρτηριοφλεβικής παράκαμψης. Διάχυση Η Εικόνα 5.1 δείχνει ότι στον τέλειο πνεύμονα η Pο 2 του αρτηριακού αίματος είναι ίδια με εκείνη του κυψελιδικού αέρα. Στην πραγματικότητα, όμως, αυτό δεν συμβαίνει. Ένας λόγος είναι ότι η Pο 2 του αίματος πλησιάζει όλο και περισσότερο προς την κυψελιδική Pο 2 καθώς το αίμα διέρχεται από τα πνευμονικά τριχοειδή (Σχήμα 3.3), αλλά ποτέ δεν φθάνει στην πλήρη εξίσωση. Κάτω από φυσιολογικές συνθήκες, η διαφορά της Pο 2 μεταξύ κυψελιδικού αέρα και τελο-τριχοειδικού αίματος εξαιτίας της ατελούς διάχυσης είναι μη υπολογίσιμη, σημειώνεται όμως στο Σχήμα 5.2. Η διαφορά αυτή, όπως έχει ήδη συζητηθεί, μεγαλώνει όταν εισπνέεται μείγμα χαμηλής περιεκτικότητας σε O 2 καθώς και όταν παχυνθεί η διαχωριστική μεμβράνη μεταξύ αίματος και κυψελιδικού αέρα (Σχήμα 3.3Β). Κυκλοφορική παράκαμψη Ένα άλλο αίτιο της μικρότερης αρτηριακής Pο 2 σε σχέση με την κυψελιδική είναι η κυκλοφορική παράκαμψη. Η παράκαμψη αυτή αναφέρεται στο αίμα που εισέρχεται στο αρτηριακό σύστημα χωρίς να περάσει από αεριζόμενες περιοχές του πνεύμονα. Στον φυσιολογικό πνεύμονα, μέρος του αίματος της βρογχικής αρτηρίας, αφού αιματώσει τους βρόγχους, συγκεντρώνεται στις πνευμονικές φλέβες και έτσι παρουσιάζει μειωμένη περιεκτικότητα σε O 2. Άλλη πηγή είναι ένα μικρό ποσό του στεφανιαίου φλεβικού αίματος που ρέει κατευθείαν στην αριστερή κοιλία μέσω των Θεβεσιανών φλεβών. Αποτέλεσμα της προσθήκης αυτού του ατελώς οξυγονωμένου αίματος είναι η ελάττωση της αρτηριακής Pο 2. Σε ασθενείς με καρδιακή νόσο μπορεί να υπάρχει πρόσμειξη φλεβικού αίματος στο αρτηριακό, μέσω ανατομικού ελλείμματος μεταξύ των δεξιών και αριστερών κοιλοτήτων της καρδιάς. Όταν η παράκαμψη οφείλεται σε πρόσμειξη μικτού φλεβικού αίματος (δηλ. από

14 68 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Σχέσεις αερισμού αιμάτωσης S Q S = φλεβικη παρακαμψη Q = καρδιακη παροχη T Cc O2 = τελοτριχοειδικη συγκεντρωση οξυγονου Ca O2 = αρτηριακη συγκεντρωση οξυγονου Cv O2 = συγκεντρωση οξυγονου στο μεικτο φλεβικο αιμα Σχήμα 5.3. Μέτρηση της αρτηριοφλεβικής παράκαμψης. Το συνολικό οξυγόνο, που περιέχεται στο αρτηριακό αίμα, ισούται με το άθροισμα του οξυγόνου, που περιέχεται στα πνευμονικά τριχοειδή και στο αίμα της αρτηριοφλεβικής παράκαμψης. το σύστημα της πνευμονικής αρτηρίας) στο αίμα που απάγεται από τα πνευμονικά τριχοειδή (δηλ. στο σύστημα των πνευμονικών φλεβών) είναι δυνατός ο υπολογισμός του ποσού του αίματος της κυκλοφορικής παράκαμψης (Σχήμα 5.3). Το ολικό ποσό οξυγόνου που απομακρύνεται από το σύστημα ισούται με την καρδιακή παροχή ( Q T) επί την συγκέντρωση οξυγόνου στο αρτηριακό αίμα (Ca O2 ), δηλαδή Q T Ca O2. Αυτό πρέπει να ισούται με το άθροισμα του οξυγόνου που προέρχεται από το φλεβικό αίμα της παράκαμψης ( Q S x Cv O ) και του τελοτριχοειδικού οξυγόνου [( Q 2 T - Q S) x Cc' O2 ] οπότε έχουμε ότι: Q Ca = Q Cv + ( Q Q ) Cc Με ανακατάταξη των όρων, έχουμε: T O 2 S O 2 T S O 2 Q Q Cc = Cc S O 2 O 2 Ca Cv T O 2 O 2 Βλέπε Σχήμα 5.3. Η συγκέντρωση του O 2 στο τελοτριχοειδικό αίμα υπολογίζεται συνήθως από την κυψελιδική Pο 2 και την καμπύλη διάστασης του οξυγόνου (βλέπε επόμενο κεφάλαιο). Όταν η παράκαμψη οφείλεται σε προσθήκη αίματος με περιεκτικότητα σε O 2, διαφορετική από του μικτού φλεβικού (για παράδειγμα, αίμα της βρογχικής φλέβας) δεν είναι δυνατόν κατ αρχήν να υπολογισθεί το πραγματικό της μέγεθος. Εντούτοις, είναι συχνά χρήσιμο να αξιολογείται μία «υποθετική» παράκαμψη, δηλαδή το ποσό του αίματος που παρακάμπτεται, αν η παρατηρούμενη ελάττωση της συγκέντρωσης του O 2, οφείλεται σε πρόσμειξη μικτού φλεβικού αίματος. Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό της κυκλοφορικής παράκαμψης είναι η αδυναμία κατάργησης της υποξαιμίας με χορήγηση εισπνεόμενου O 2 100%. Αυτό οφείλεται στην παράκαμψη των αεριζόμενων κυψελίδων από το αίμα, με αποτέλεσμα την πτώση της αρτηριακής Ρο 2. Εντούτοις, σημειώνεται κάποια αύξηση της αρτηριακής Pο 2 εξαιτίας της προσθήκης O 2 στο τριχοειδικό αίμα των αεριζόμενων πνευμονικών περιοχών. Το μεγαλύτερο μέρος του επιπρόσθετου αυτού O 2 βρίσκεται με τη μορφή του φυσικά διαλυμένου και όχι του χημικά δεσμευμένου με την αιμοσφαιρίνη, γιατί το αίμα των αεριζόμενων περιοχών είναι σχεδόν ολο-

15 74 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Σχέσεις αερισμού αιμάτωσης Χαμηλή Υψηλή Σχήμα 5.9. Συνδυασμένη απεικόνιση της σχέσης αερισμού-αιμάτωσης (Σχήμα 5.8), καθώς και της επίδρασης που ασκεί η σχέση αυτή στην ανταλλαγή των αερίων (Σχήμα 5.7). Σημειώστε ότι αποτέλεσμα της υψηλής σχέσης αερισμού-αιμάτωσης στα κορυφαία τμήματα είναι η αύξηση της τιμής της Ρo 2 και η ελάττωση της τιμής της Ρco 2 στα τμήματα αυτά συγκριτικά με τις βάσεις. σχέσης αερισμού-αιμάτωσης πάνω σε ένα διάγραμμα O 2 -CO 2 (Σχήμα 5.7), για να απεικονίσουμε τις προκύπτουσες διαφορές στην ανταλλαγή των αερίων. Το Σχήμα 5.9 παρουσιάζει τον πνεύμονα σε όρθια θέση, διαιρεμένο σε οριζόντιες «ζώνες», η κάθε μία από τις οποίες κατέχει τη θέση της στη γραμμή αερισμούαιμάτωσης, με βάση τη δική της σχέση αερισμού-αιμάτωσης. Η σχέση αυτή είναι υψηλή στις κορυφές και τα αντίστοιχα σημεία βρίσκονται προς το δεξιό άκρο της γραμμής, ενώ οι βάσεις αντιστοιχούν σε θέσεις πιο αριστερά της φυσιολογικής (σύγκριση με Σχήμα 5.7). Είναι φανερό ότι η κυψελιδική Pο 2 (άξονας Χ) ελαττώνεται σημαντικά από την κορυφή προς τη βάση, ενώ η Pco 2 (άξονας Υ) αυξάνεται πολύ λιγότερο. Το Σχήμα 5.10 αποτυπώνει τις τιμές που προκύπτουν από το διάγραμμα του Σχήματος 5.9. (Ασφαλώς υπάρχουν διαφορές μεταξύ των ανθρώπων, βασικός όμως σκοπός αυτής της προσέγγισης είναι η περιγραφή των αρχών που διέπουν την ανταλλαγή των αερίων). Σημειώνεται ότι ο πνευμονικός όγκος είναι μικρότερος στις κορυφαίες ζώνες παρά στις βασικές. Το ίδιο ισχύει και για τον πνευμονικό αερισμό, ενώ οι διαφορές για την αιμάτωση είναι περισσότερο εκσεσημασμένες. Κατά συνέπεια, η σχέση αερισμού-αιμάτωσης ελαττώνεται από την κορυφή προς τη βάση και όλες οι διαφορές στην ανταλλαγή των αερίων διέπονται από το γεγονός αυτό. Σημειώνεταi ότι η διαφορά για την Po 2 είναι πάνω από 40 mm Hg, ενώ η διαφορά για την Pco 2 είναι κατά πολύ μικρότερη. (Με την ευκαιρία υπενθυμίζεται ότι η υψηλή Po 2 στις κορυφές είναι πιθανότατα υπεύθυνη για την αυξημένη επίπτωση της φυματίωσης των ενηλίκων στην περιοχή αυτή, αφού εξασφαλίζει ευνοϊκότερο περιβάλλον για τον παθογόνο μικροοργανισμό). Η διακύμανση είναι δεδομένη και για την P Ν2, αφού η ολική πίεση του κυψελιδικού αέρα είναι ίδια σε ολόκληρο τον πνεύμονα.

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Σχέσεις αερισμού αιμάτωσης 75 Σχήμα Τοπικές διαφορές στην ανταλλαγή των αερίων από τις κορυφές προς τις βάσεις των πνευμόνων. Για λόγους ευκρίνειας στο σχήμα αναγράφονται μόνο οι τιμές των κορυφαίων και των βασικών ζωνών των πνευμόνων. Οι περιοχικές διαφορές στις Po 2 και Pco 2 εισάγουν διαφορές στην τελοτριχοειδική συγκέντρωση αυτών των αερίων που μπορούν να υπολογισθούν από τις αντίστοιχες καμπύλες διάστασης (Kεφάλαιο 6). Σημειώνονται οι θεαματικές διαφορές στο ph από την κορυφή προς τη βάση του πνεύμονα που αντανακλούν την αξιόλογη διακύμανση των τιμών της Pco 2 του αίματος. Η ελάχιστη συμβολή των πνευμονικών κορυφών στην πρόσληψη του O 2 οφείλεται κυρίως στην πολύ χαμηλή τοπική αιμάτωση. Οι διαφορές στην αποβολή του CO 2 είναι μικρότερες αφού όπως αποδεικνύεται, σχετίζονται περισσότερο με τον αερισμό. Το αποτέλεσμα είναι ότι το αναπνευστικό πηλίκο (αποβολή CO 2 /πρόσληψη O 2 ) είναι μεγαλύτερο στις κορυφές παρά στις βάσεις. Κατά τη σωματική άσκηση, οπότε η κατανομή της αιμάτωσης γίνεται περισσότερο ομοιόμορφη, οι κορυφές συμβάλλουν περισσότερο στην πρόσληψη του O 2. Η επίδραση της ανομοιογενειασ αερισμού-αιμάτωσης στη συνολική ανταλλαγή των αερίων Μολονότι οι περιοχικές διαφορές στην ανταλλαγή των αερίων, που συζητήθηκαν παραπάνω, παρουσιάζουν ενδιαφέρον, περισσότερο ενδιαφέρον έχει για ολόκληρο

17 88 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Η μεταφορά των αερίων του αίματος στους ιστούς τητα οξυγόνου. Η χωρητικότητα του O 2 μπορεί να υπολογιστεί αν αυξήσουμε την Pο 2 σε πολύ υψηλά επίπεδα (για παράδειγμα πάνω από τα 600 mm Hg), υπολογίσουμε το ποσό του Ο 2 που συνδέθηκε με την Ηb και αφαιρέσουμε από την τιμή αυτή το ποσό του Ο 2 που περιέχεται στο αίμα με τη μορφή του φυσικώς διαλυμένου. Ένα γραμμάριο αμιγούς αιμοσφαιρίνης μπορεί να συνδεθεί με 1,39* ml Ο 2 και δεδομένου ότι η φυσιολογική συγκέντρωση της Ηb στο αίμα είναι 15 gm/100 ml -1, έπεται ότι η χωρητικότητα του O 2 είναι περίπου 20,8 ml O 2 /100 ml -1 αίματος. Ο κορεσμός της Hb σε O 2 υπολογίζεται από τη σχέση: Ο 2 ενωμένο με Hb 100 ολική χωρητικότητα Ο 2 Η Pο 2 στο αρτηριακό αίμα είναι 100 mm Hg και ο κορεσμός της αιμοσφαιρίνης σε O 2 είναι 97,5%. Στο φλεβικό αίμα η Pο 2 είναι 40 mm Hg και ο κορεσμός της Hb σε O 2 είναι περίπου 75%. Η αλλαγή στην αιμοσφαιρίνη από την κατάσταση πλήρους κορεσμού (οξυγόνωσης) στη κατάσταση υποκορεσμού (μη οξυγόνωσης) συνοδεύεται από αλλαγές στη διαμόρφωση του μορίου. Η κατάσταση κορεσμού είναι η R κατάσταση ηρεμίας, ενώ η κατάσταση αποκορεσμού είναι η Τ κατάσταση τάσης. Είναι σημαντικό να κατανοηθούν οι σχέσεις μεταξύ Pο 2, κορεσμού της αιμοσφαιρίνης σε O 2 και συγκέντρωσης O 2 (Σχήμα 6.2). Για παράδειγμα, ας θεωρήσουμε έναν ασθενή με αναιμία (συγκέντρωση αιμοσφαιρίνης 10 gm/100 ml -1 αίματος), που όμως έχει φυσιολογικό αναπνευστικό σύστημα και η Pο 2 στο αρτηριακό αίμα είναι 100 mm Hg. Η χωρητικότητα του O 2 στον ασθενή αυτόν θα είναι 20,8 10/15 = 13,9 ml/100 ml -1. Ο κορεσμός της Ηb σε Ο 2 θα είναι 97,5% (εφόσον το ph, η Pco 2 Συγκέντρωση Ο 2 (ml/100 ml) Κορεσμός HbO 2 (%) Σχήμα 6.2. Επίδραση της αναιμίας και της πολυκυτταραιμίας στη συγκέντρωση του οξυγόνου και στον κορεσμό της αιμοσφαιρίνης. Η διακεκομμένη γραμμή παριστά την καμπύλη διάστασης του Ο 2 όταν το 1/3 της φυσιολογικής ποσότητας της αιμοσφαιρίνης στο αίμα είναι συνδεδεμένο με μονοξείδιο του άνθρακα. Σημειώστε, ότι η καμπύλη έχει μετακινηθεί προς τα αριστερά. * Μερικές μετρήσεις δίνουν 1,34 ή 1,36 ml. Ο λόγος αυτής της διαφοράς είναι η φυσιολογική ύπαρξη μεθαιμοσφαιρίνης που δεν συνδέεται με O 2.

18 92 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Η μεταφορά των αερίων του αίματος στους ιστούς Καρβαμινικές ενώσεις Αρτηριακό αίμα Διαλυμένο Αρτηριοφλεβική διαφορά Σχήμα 6.4. Η πρώτη στήλη απεικονίζει τις αναλογίες των διαφόρων μορφών του CO 2 στο αρτηριακό αίμα. Στη δεύτερη στήλη αναγράφονται οι αναλογίες που συνιστούν την αρτηριοφλεβική διαφορά. Διαλυμένο Διαλυμένο Τοίχωμα τριχοειδούς Καρβαμινο- Ιστός Πλάσμα Ερυθροκύτταρο Σχήμα 6.5. Σχηματική απεικόνιση της πρόσληψης του CO 2 και της απελευθέρωσης του Ο 2 στα τριχοειδή αγγεία της συστηματικής κυκλοφορίας. Τα ακριβώς αντίστροφα φαινόμενα λαμβάνουν χώρα στα τριχοειδή της πνευμονικής κυκλοφορίας.

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Η μεταφορά των αερίων του αίματος στους ιστούς 101 Τριχ. Ιστός Τριχ. Α Β Γ Σχήμα 6.9. Στο σχήμα αναδεικνύεται η πτώση Po 2 ανάμεσα σε γειτονικά ανοικτά τριχοειδή. Στο Α, η παροχή είναι επαρκής, στο Β οριακή και στο Γ, ανεπαρκής για αερόβιο μεταβολισμό στον κεντρικό πυρήνα του ιστού. του τοιχώματος των τριχοειδών αγγείων και προσλαμβάνεται από τους παρακείμενους ιστούς. Η κατανάλωση του O 2 από τους ιστούς οδηγεί στη μείωση της Ρο 2. Στην περίπτωση Α, η ισορροπία που υπάρχει μεταξύ του ρυθμού κατανάλωσης του O 2 από τους ιστούς και του ρυθμού διάχυσής του από τα τριχοειδή αγγεία (καθορίζεται από την τριχοειδική Ρο 2 καθώς και από την απόσταση μεταξύ των τριχοειδών αγγείων), έχει ως αποτέλεσμα τη διατήρηση ικανοποιητικής Ρο 2 σε όλα τα κύτταρα. Στην περίπτωση Β, είτε η απόσταση μεταξύ δύο τριχοειδών αγγείων είτε η κατανάλωση του οξυγόνου από τους ιστούς είναι αυξημένες, με αποτέλεσμα σε κάποιο σημείο η τιμή της Ρο 2 να μηδενίζεται. Η περίπτωση αυτή αναφέρεται ως κρίσιμη κατάσταση. Στην περίπτωση Γ υπάρχει μία ανοξική ιστική περιοχή, όπου ο αερόβιος μεταβολισμός (δηλαδή η χρησιμοποίηση του Ο 2 από τα κύτταρα) είναι αδύνατος. Κάτω από αυτές τις συνθήκες τα κύτταρα χρησιμοποιούν την οδό της αναερόβιας γλυκόλυσης που οδηγεί στον σχηματισμό γαλακτικού οξέος. Υπάρχουν πρόσφατες ενδείξεις ότι το μεγαλύτερο μέρος της μείωσης της Ρο 2 στους περιφερικούς ιστούς πραγματοποιείται εγγύς του τοιχώματος των τριχοειδών, καθώς και ότι η Ρο 2 στα μυϊκά κύτταρα είναι εξαιρετικά χαμηλή (1-3 mm Hg) και σχεδόν ομοιόμορφη. Το γεγονός αυτό μπορεί να εξηγηθεί από την παρουσία μέσα στα μυϊκά κύτταρα της μυοσφαιρίνης που δρα ως αποθήκη οξυγόνου αυξάνοντας έτσι τη διάχυσή του στο εσωτερικό του κυττάρου. Πόσο μπορεί να μειωθεί η Ρο 2 στους ιστούς, μέχρι να καταστεί αδύνατη η χρησιμοποίηση του O 2 από τα κύτταρα; Με μετρήσεις που έγιναν σε εναιωρήματα μιτοχονδρίων από ηπατικά κύτταρα in vitro, διαπιστώθηκε ότι ο ρυθμός πρόσληψης του O 2 ήταν σταθερός μέχρι που η τιμή της Ρο 2 έφτασε στο επίπεδο των 3 mm Hg. Συνεπώς, από το γεγονός αυτό, φαίνεται ότι η πολύ υψηλή Ρο 2 στο τριχοειδικό αίμα εξασφαλίζει την κατάλληλη πίεση για τη διάχυση του O 2 προς τα μιτοχόνδρια, ενώ στις περιοχές όπου γίνεται η πρόσληψη του οξυγόνου η Ρο 2 μπορεί να είναι πολύ χαμηλή. Η ανεπαρκής παροχή του Ο 2 προς τους ιστούς καλείται ιστική υποξία. Η ιστική υποξία προκαλείται συχνότερα από τη χαμηλή προσφορά Ο 2 η οποία μπορεί να εκφραστεί από το γινόμενο της καρδιακής παροχής επί τη συγκέντρωση του Ο 2 στο αρτηριακό αίμα, δηλαδή Q CaO 2. Oι παράγοντες που καθορίζουν τη συγκέντρωση του Ο 2 στο αρτηριακό αίμα συζητήθηκαν στην αρχή του Κεφαλαίου 6. Η ιστική υποξία μπορεί να οφείλεται: (1) σε χαμηλή Ρο 2 στο αρτηριακό αίμα εξαιτίας, για παράδειγμα, κάποιας πνευμονικής νόσου («υποξική υποξία») (2) σε ελαττωμένη ικανότητα του αίματος για μεταφορά οξυγόνου, όπως συμβαίνει στην περίπτωση της αναιμίας ή στη δηλητηρίαση με μονοξείδιο του άνθρακα («αναιμική υποξία») (3) σε μείωση της αιματικής ροής προς τους ιστούς, είτε αυτή είναι γενικευμένη,

20 102 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Η μεταφορά των αερίων του αίματος στους ιστούς Πίνακας 6.1. Μορφολογία διαφόρων τύπων υποξαιμίας ή ιστικής υποξίας* PA O2 PA CO2 Pa O2 Pa CO2 CaO 2 SaO 2 PvO 2 CvO 2 Boηθά η χορήγηση Ο 2 ; Πνεύμονες Υποαερισμός Ναι Διαταραχή διάχυσης Ο Ο Ο Ναι Παράκαμψη Ο Ο Ο Ναι*** Διαταραχή Ποικίλλει ή Ο ή Ο Ναι Αίμα Αναιμία Ο Ο Ο Ο Ο Ναι*** Δηλητηρίαση με CO Ο Ο Ο Ο Ο** Ναι*** Ιστοί Δηλητηρίαση με κυανίδια Ο Ο Ο Ο Ο Ο Όχι * Ο = φυσιολογικό, = αύξηση, = μείωση ** Εάν ο κορεσμός σε Ο 2 υπολογισθεί για αιμοσφαιρίνη μη ενωμένη με CO *** Μερικής (αλλά περιορισμένης) αξίας λόγω της αύξησης του διαλυμένου οξυγόνου