Respiratory Adaptations in Health and Disease: Calculating the Alveolar Oxygen & the A-a O2 gradient

Wcześniej dzisiaj, dałem wam bardzo ładnie wyglądające równanie, które niestety było 'nierozwiązywalnym' równaniem:

Pęcherzykowe O2 (PAO2) = Tlen wdechowy – Tlen zużyty

To równanie ma sens – ilość tlenu, która znajduje się w pęcherzykach płucnych jest określona przez to, ile tlenu przyjmuję minus ilość tlenu zużytego przez moje tkanki. Równanie to ma tak wiele sensu, że w praktyce klinicznej czasami trzeba będzie je rozwiązać, aby dowiedzieć się, co dzieje się w płucach. W końcu zdjęcia rentgenowskie i tomografia komputerowa mówią mi wiele o strukturze płuc, ale możemy jedynie wnioskować, co dzieje się w nich funkcjonalnie. Wychodząc od tego równania (i wykorzystując łatwo dostępne liczby, które stosunkowo łatwo można uzyskać nawet od bardzo chorego pacjenta), można zacząć wnioskować na temat funkcji płuc. Poniższa animacja omawia ten sam materiał, co tekst.

Po pierwsze, muszę zrobić coś, aby uczynić równanie rozwiązywalnym – w końcu zacząłem ten akapit mówiąc, że jest to równanie nierozwiązywalne!

Pęcherzykowe O2 (PAO2) = natchniony tlen – zużyty tlen

Zacznijmy od natchnionych poziomów tlenu – pierwszą rzeczą, którą wam powiem, jest „właściwe” określenie dla tej zmiennej jest „natchnione ciśnienie parcjalne tlenu” i skrótowo nazywamy to PiO2:

PAO2 = PIO2 – zużyty tlen

Jak obliczyć PiO2? Ponieważ pobieramy powietrze z atmostrefy, musimy użyć liczby atmosferycznej – więc zaczynamy od ciśnienia atmosferycznego (które wynosi 760 mm Hg na poziomie morza). Jednakże, podczas wdychania powietrza, woda jest dodawana do powietrza zanim dotrze ono do pęcherzyków płucnych – dlatego musimy uwzględnić parę wodną, która została dodana przez drogi oddechowe. Uwzględniamy to odejmując ciśnienie pary wodnej (ciśnienie parcjalne wody, która została dodana) od całkowitego ciśnienia atmosferycznego. Na szczęście wystarczy znać tylko jedną liczbę: w temperaturze ciała ciśnienie pary wodnej wynosi 47 mm Hg, więc nasze obliczenia (które nie są jeszcze kompletne) stają się następujące

P(atm) – PH20

(760 mm Hg – 47 mmHg)

713 mm Hg

Teraz – tlen nie stanowi całego powietrza poza ciśnieniem pary wodnej – to tylko 21% powietrza, którym oddychamy, więc mamy więcej kroku do zrobienia w tym momencie – musimy dowiedzieć się, ile jest tam tlenu:

PiO2= (Patm – 47 mm Hg)x FiO2
(tłumaczenie: FiO2 to ułamek natchnionego tlenu (który wynosi 21% lub 0,21, jeśli oddychamy powietrzem w pomieszczeniu)
PiO2= (Patm – 47 mm Hg)0,21
= 713 x 0,21
= 149,7 mm Hg

Zidentyfikowaliśmy więc, ile tlenu jest natchnione – druga połowa równania prosi nas o zidentyfikowanie, ile tlenu jest zabierane, ale robi to w sposób pośredni. W rzeczywistości, jest to tak pośrednie, że zamierzamy użyć łatwo mierzonego CO2 (to nie jest literówka!!!!) do oszacowania zużycia tlenu. Jeśli pamiętacie z wykładu o wymianie gazowej, mówiłem wam, że wymiana tlenu i dwutlenku węgla w płucach jest niezależna od siebie. Jest jednak miejsce, gdzie są one ze sobą powiązane – w tkance, gdzie tlen jest zużywany, a dwutlenek węgla produkowany w procesie metabolizmu. W rzeczywistości są one tak powiązane ze sobą w tkance, że istnieje bardzo ładna matematyczna zależność pomiędzy tlenem i dwutlenkiem węgla. Ta matematyczna zależność nazywana jest ilorazem oddechowym (RQ) i jest definiowana jako ilość produkowanego CO2 podzielona przez zużycie tlenu:

RQ = V(dot)CO2/V(dot)O2

Miłą rzeczą w tym matematycznym związku jest to, że właściwie nie trzeba wykonywać żadnych działań matematycznych, aby go rozwiązać (najlepszy rodzaj równania matematycznego!). Dzieje się tak dlatego, że jako człowiek mamy tylko trzy możliwości odpowiedzi, ponieważ istnieje tylko kilka różnych źródeł paliwa, z których będziemy korzystać (a zatem tylko trzy możliwe odpowiedzi, które można łatwo zapamiętać). Nasze dwie opcje paliwa to glukoza i kwasy tłuszczowe. Jeśli nasze komórki używają wyłącznie glukozy do produkcji energii, na każdy spalony tlen przypada 1 cząsteczka dwutlenku węgla, więc RQ wynosi 1. W rzeczywistości jesteśmy bardziej wydajni przy używaniu wolnych kwasów tłuszczowych do produkcji energii – na każde 10 zużytych oksygenów wytwarzamy tylko 7 dwutlenków węgla, co prowadzi do RQ równego 0,7.

Teraz, bardzo szybcy spośród was zauważą, że dałem wam tylko dwie możliwe odpowiedzi. Trzecia możliwa odpowiedź wynika z faktu, że z wyjątkiem bardzo specyficznych okoliczności (o których musiałbym wam opowiedzieć), nasze komórki używają w tym czasie mieszanki gluozy i wolnych kwasów tłuszczowych. Kiedy tak się dzieje, RQ zostało określone na 0,8 (8 wyprodukowanych dwutlenków węgla na każdy zużyty tlen).

Podsumowując dwa ostatnie akapity:

Gdybyśmy spalali głównie glukozę, RQ wynosiłoby 1,0
a gdybyśmy spalali tłuszcze, RQ wynosiłoby 0,7
Ponieważ zazwyczaj spalamy mieszankę paliw, zmierzone RQ jest zazwyczaj bliskie 0.8

Dla tych z was, którzy zastanawiają się, jak wskazałbym wam, jakiego RQ użyć, mogę to łatwo podsumować:

Wracając do naszego równania: Możemy w rzeczywistości zmierzyć zużycie O2 (V(dot)O2), ale u krytycznie chorego pacjenta nie jest to pożądane. Zamiast tego, użyjemy ilorazu oddechowego, trochę prostej matematyki i jeden główny szczegół o dwutlenku węgla, aby pomóc nam to rozgryźć. Najważniejszym szczegółem dotyczącym dwutlenku węgla, który jest dla nas ważny w tym momencie, jest fakt, że cały CO2 rozpuszczony w naszej krwi jest wynikiem metabolizmu komórkowego – nie wdychamy go w ogóle (lub wystarczająco dużo, abyśmy się nim przejmowali w tym przypadku). Dlatego możemy zmierzyć PaCO2 (tętnicze stężenie dwutlenku węgla) i wstawić je do równania dla RQ jako oszacowanie produkcji dwutlenku węgla. Następnie przekształcamy równanie, aby dowiedzieć się, jakie musi być nasze zużycie tlenu, aby wyprodukować taką ilość dwutlenku węgla:

RQ = /

Krok 1: Zamienimy PaCO2 na V(dot)CO2:
RQ = PaCO2/

Krok 2: Przekształć równanie tak, aby uzyskać V(dot)O2 tam, gdzie chcemy:
V(dot)O2 (zużyty tlen) = PaCO2/RQ

Krok 3: Podstaw to do równania gazów pęcherzykowych:
PAO2 = PIO2 – Tlen zużyty
PAO2 = PIO2 –

Używając następujących wartości:
PaCO2 = 40 mm Hg (wartość normalna)
RQ = 0,8 (przy założeniu, że korzystamy z mieszanki paliw metabolicznych)

To staje się:

PAO2 = PIO2 –

= PIO2 –

Wcześniej odkryliśmy, że PIO2 wynosi 149,7 mm Hg, więc równanie staje się teraz:

PAO2 = 149,7-

PAO2 = 99,7 mm Hg

Pęcherzykowo-tętniczy gradient O2 (A-a O2 gradient)

Teraz, jeśli jesteś rozsądny, zastanawiasz się, dlaczego przeciągnąłem cię przez to wielkie długie obliczenie… przecież, chociaż miło jest wiedzieć, jakie jest pęcherzykowe ciśnienie parcjalne tlenu, prawdopodobnie nie wydaje się to teraz zbyt użyteczne. To dlatego, że mamy jeszcze jeden (na szczęście prosty) krok do przejścia.

Jak mówiliśmy na wykładzie o wymianie gazowej, celem pęcherzyka płucnego jest połączenie krwi i powietrza w taki sposób, aby tlen pęcherzykowy i tlen tętniczy znajdowały się w równowadze. Innymi słowy, w idealnym świecie, PAO2 powinno być takie samo jak PaO2. Jeśli istnieje duża różnica między PAO2 a PaO2, istnieje problem z wymianą gazową.

Więc teraz trochę prostej matematyki:

A-a gradient O2 = PAO2 – PaO2

Krok 1: Uzyskaj PAO2 z równania gazów pęcherzykowych:
A-a gradient O2 = 99.7 mm Hg – PaO2

Krok 2: Uzyskaj PaO2 z gazów krwi tętniczej:
A-a O2 gradient = 99.7 mm Hg- 96 mmHg
= 3.7 mm Hg

Istnieje wiele sposobów na uzyskanie normalnej wartości dla A-a O2 gradientu. Dla fizjologa normalna wartość A-a to 0 mm Hg, ale musimy robić rzeczy, które są NAPRAWDĘ inwazyjne, aby uzyskać tę wartość, więc klinicznie NIE jest to wartość normalna. Jeden wspólny normalny zakres to 8 + (20% wieku pacjenta). Inni klinicyści uważają <12 mm Hg za wartość normalną. W każdym razie liczba, którą właśnie obliczyliśmy, wskazuje, że wymiana gazowa zachodzi normalnie.

Gdyby liczba ta była wysoka, wskazywałoby to, że proces wymiany gazowej został zaburzony przez jakiś proces chorobowy. Ten zestaw obliczeń jest bardzo przydatny do odróżnienia hipoksji spowodowanej procesem pęcherzykowym od hipoksji wywołanej hipowentylacją (nieodpowiednim wysiłkiem oddechowym) – w tym drugim przypadku gradient mieści się w normalnym zakresie. Ponieważ prawidłowa wartość fizjologiczna wynosi 0, nie ma żadnej jednostki klinicznej związanej z niską wartością A-a O2.