Alveolarna ventilacija i mrtvi prostor

Alveolarna ventilacija opisuje koliko svježeg vazduha u jedinici vremena dospijeva do prostora u kojima se razmjenjuju gasovi. Ona povezuje pokrete grudnog koša sa sastavom alveolarnog vazduha i krvi. Ukupan vazduh koji prođe kroz nos ili usta nije jednak vazduhu koji doprinosi razmjeni: dio svakog udaha ostaje u provodnim putevima, a neki ventilisani alveoli mogu primati premalo krvi. Zato učestalo disanje samo po sebi ne dokazuje dobru eliminaciju ugljen-dioksida.

Od udaha do efektivne ventilacije

Disajni volumen, VT, jeste količina vazduha udahnuta ili izdahnuta tokom jednog disajnog ciklusa. Frekvencija, f, označava broj ciklusa u minuti. Njihov proizvod daje minutnu ventilaciju, V̇E. Ta veličina opisuje ukupno pomjeranje vazduha, uključujući dio koji se zadržava u mrtvom prostoru.

Mrtvi prostor, VD, predstavlja dio disajnog volumena koji ne ostvaruje efektivnu razmjenu gasova. Kada se od VT oduzme VD, dobija se volumen novog vazduha koji po ciklusu doprinosi alveolarnoj razmjeni. Množenjem frekvencijom dobija se alveolarna ventilacija, V̇A.

Ovdje VD označava fiziološki mrtvi prostor. Ako se u račun umjesto njega stavi samo anatomski prostor, rezultat je dobar prikaz efektivne ventilacije zdravih pluća, ali može precijeniti efektivnu razmjenu kada postoje slabo perfundovani alveoli.

Anatomski i alveolarni mrtvi prostor

Anatomski mrtvi prostor potiče od rasporeda disajnih puteva. Nosna šupljina, ždrijelo, traheja i provodne grane omogućavaju dopremanje vazduha, ali nemaju alveolarnu površinu za razmjenu gasova. Pri kraju udaha u njima se nalazi vazduh koji još nije stigao do te površine. Na početku narednog izdisaja taj vazduh izlazi prije vazduha iz alveola.

Alveolarni mrtvi prostor ima drugo porijeklo. Vazduh je stigao do alveola, ali je njihova perfuzija odsutna ili premala u odnosu na ventilaciju. Bez odgovarajućeg protoka krvi nema dovoljno dopremanja CO2 ni odnošenja O2. Alveol može biti otvoren i provjetravan, a ipak doprinositi malo ukupnoj razmjeni.

Fiziološki mrtvi prostor obuhvata oba doprinosa. U zdravim plućima on je približan anatomskom. Kada se ventilacija i perfuzija ne podudaraju, ta jednakost se gubi. To pokazuje zašto je ventilaciju potrebno razumjeti zajedno sa cirkulacijom: kretanje vazduha i kretanje krvi moraju se susresti na istoj površini.

Zašto dubina i frekvencija nisu zamjenjive

Uzmimo dva namjerno izabrana računska obrasca. U prvom je VT 450 mL, frekvencija 16/min, a VD 150 mL. Minutna ventilacija iznosi 7.200 mL/min, dok alveolarna iznosi 4.800 mL/min. U drugom je VT 300 mL, frekvencija 24/min, uz isti VD. Ponovo se pomjera 7.200 mL/min, ali alveolarna ventilacija iznosi samo 3.600 mL/min.

Brojevi su ilustrativni ulazi, a ne preporučen način disanja ili referentni raspon. Razlika nastaje zato što svaki dodatni ciklus ponovo ventilira mrtvi prostor. Pri manjim udasima veći dio VT otpada na taj prostor. Za iste izabrane uslove udio VD/VT raste, a udio koji doprinosi razmjeni opada.

Model pretpostavlja nepromijenjen VD. U stvarnim plućima mrtvi prostor, mehanika disanja i raspodjela protoka mogu se mijenjati. Jednačina objašnjava princip, ali iz nje ne slijedi da je najdublje moguće disanje uvijek najpovoljnije.

Veza sa ugljen-dioksidom i regulacijom

Tkiva kontinuirano stvaraju CO2, krv ga prenosi do pluća, a alveolarna ventilacija ga uklanja. U stacionarnom stanju uklanjanje odgovara stvaranju. Ako je stvaranje CO2 nepromijenjeno, veća alveolarna ventilacija daje niži alveolarni PCO2, a manja ventilacija viši PCO2. Arterijski PCO2 uobičajeno blisko prati alveolarni.

Ta veza je obrnuto proporcionalna. Prepolovljena alveolarna ventilacija teži dvostrukom PCO2 pri istom stvaranju CO2, nakon uspostavljanja novog stacionarnog stanja. Tokom prelaza organizam privremeno akumulira ili gubi CO2. Pri promijenjenom metabolizmu ne može se pretpostaviti da će isti volumen ventilacije održavati isti PCO2.

Regulacija disanja zato nije samo kontrola pokreta. Promjene CO2 i H+ utiču na ventilatorni odgovor, a odgovor mijenja njihovu koncentraciju. Uklanjanje CO2 pomjera bikarbonatnu ravnotežu i povezuje respiratornu sa acidobaznom fiziologijom.

Zapamti

• Minutna ventilacija mjeri ukupno pomjeranje vazduha, alveolarna njegov efektivni doprinos razmjeni.
• Mrtvi prostor može nastati zbog provodnih puteva ili nedovoljne alveolarne perfuzije.
• PCO2 zavisi od odnosa stvaranja CO2 i alveolarne ventilacije, uz važno razlikovanje prelaznog i stacionarnog stanja.