Sau khi hệ thống cơ học hô hấp đã thực hiện sự thông khí phế nang, bước thứ hai của hô hấp là khuếch tán oxy từ phế nang vào mao. mạch phổi và khí cacbonic theo chiều ngước lại .
Đây là giai đoạn quan trọng nhất và cũng là mục đích của sự thông khí tại phổi .
1.Thành phần phân áp khí hai bên màng phế nang mao mạch
Trong khí hít vào gồm nhiều loại, ba loại khí phình là oxy (02), khí cạcbonic (CO2) và nitrogen (N2), còn các loại khí khác rất ít .
Phấp áp của mỗi loại khí của hỗn hợp này sẽ bằng tổng; áp suất nhân với số phần trăm thể tích chiếm bởi khí (luật Dalton). Trong khí khô, ta có 02 chiếm 20,93% thể tích; CO2chiếm 0,04%; N2và các khí khác chiếm 79,03% .
Với áp suất khí quyển bằng 760mmHg thì: phân áp 02(p02)= 159mmHg, pCO2 –
3mmHg, pN2 = 600,6mmHg .
Khi đến khí quản, khí đã được làm ẩm nhờ vùng mũi và hầu. Áp suất của hơi nước ở nhiệt độ cơ thể 37°c là 47mmHg. Cho nên, chỉ còn 760 – 47 = 713mmHg dành cho O2, CO2vàN2 .
Như vậy p02 bằng 20,93% của 713 thay vì 760. Tính ra ta có: p02= 149mmHg, pCO2 = 0,3mmHg, pN2 = 564mmHg, pH20 = 47mmHg .
Khi khí mới vào đến phế nang thì: p02 = l00mmHg, pCO2 = 40mmHg, pN2 = 573mmHg, pH20 = 47mmHg .
Sở dĩ có những thay đổi lớn như trên là do: Dung tích cặn cơ năng còn lại trong phổi là 2,21 mà mỗi lần hít vào, sau khi lấp khoảng chết, lượng thông khí phế nang mới chỉ khoảng 280mL. Do đó mà khí mới vào phải hòa lẫn với khí còn lại trong phế nang; và sau 17 nhịp chỉ có Vĩ khí trong phế nang được đổi mới .
Hơn nữa vì khí phế nang trao đổi liên tục nên oxy luôn được hấp thu từ phế nang và CO2 luôn luôn được thải từ máu ra.
Trong khi đó, máu tĩnh mạch trộn ở phần đầu mao mạch phổi (chưa qua phế nang) có các phân áp sau:
PO2 = 40 mmHg
PCO2 = 46mmHg
pN2 = 573 mmHg
pH20 = 47 mmHg
Do có sự chênh lệch về phân áp của các loại khí ở hai bên màng phế nang – mao mạch mà sự khuếch tán sẽ xảy ra qua màng để đạt được sự cân bằng .Ta sẽ khảo sát màng phế nang- mao mạch và hiện tượng khuếch tán qua nó.
2.Màng phế nang- mao mạch
- Lớp dịch lót phế nang có chất hoạt điện
- Lớp biểu bì phế nang
- Màng đáy biểu bì
- Khoang kẽ
- Màng đáy mao mạch
- Lớp nội mạc mao mạch
- Lớp huyết tương
- Màng tế bào hồng cầu .
Và còn phải kể đến lớp tế bào chất trong hồng cầu mà oxy phải vượt qua dể gặp được phân tử hemoglobin .
Các lớp kể trên có hai điểm đáng chú ý : Hệ thống mao mạch và bạch huyết của phổi gây một áp suất âm trong khoang kẽ, nên lớp gian dịch không đáng kể .
Đường kính của mao mạch phế nang rất nhỏ, chỉ bằng 5pm nên hồng cầu phải bị ép lại khi băng qua, nhờ vậy mà lớp huyết tương xem như không đáng kể .
Chiều dày trung bình của lớp màng phế nang mao mạch này là 0,6pm, nơi mỏng nhất là 0,2pm. Có các nơi dày hơn như nơi có nhân các tế bào. Nhưng nói chung bề dày của lớp màng phế nang mao mạch không đáng kể, vì vậy các khí trong tình trang bình thường, khuếch tán và cân bằng rất nhanh .
3.Sự trao đổi khí tại phổi
Chỉ xẩy ra nơi màng phế nang có không khí, tiếp xúc với mao mạch có máu chảy qua .Diện tích này khoảng 70 – 90 m2 .
3.1. Cơ chế trao đổi qua màng phế nang – mao mạch là hiện tượng khuếch tán khi hoàn toàn thụ động. Khí đi từ nơi có áp suất cao đến hơi có áp suất thấp theo khuynh áp .
Các yếu tố ảnh hưởng lên vận tốc khuếch tán (VKT) của một loại khí được diễn tả bằng công thức sau:
AP là khuynh áp ở hai bên màng phế nang mao mạch. Trị số này càng lớn thì vận tốc khuếch tán càng nhanh .
deltaP là diện tích tiếp xúc, A càng lớn thì vận tốc khuếch tán càng nhanh .
S là chỉ số hòa tan của khí trong nước .
Các khí hô hấp rất dễ tan trong mỡ, nên qua các lớp màng rất dễ. Nhưng màng trao đổi còn có các lớp dịch, nên chất khí nào hòa tan trong nước càng dễ thì vận tốc khuếch tán càng lớn (định luật Henry) & là đoạn đường khuếch tán, d càng xa thì vận tốc khuếch tán càng giảm .
MW là trọng lượng phân tử, trị số này càng lớn thì khí khuếch tán càn chậm. Do đó, với một khuynh áp bằng 1 mmHg thì độ khuếch tán của một loại khí qua phổi sẽ tùy vào tỷ lệ S/MW mà ta gọi là chỉ số khuếch tán.
Tính ra ta thấy CO2 dễ khuếch tán hơn oxy đến 20,7 lần. Do vậy mà vân đề khuếch tán thường chỉ đặt ra với oxy mà thôi .
Những trường hợp ảnh hưởng lên các yếu tố vừa nêu là: AP thay đổi tùy tình trang thông khí phế nang, tùy sự hoạt động của cơ thể .
A giảm nếu bị cắt phổi hoặc trong bệnh khí thũng thường làm vỡ các vách ngăn phế nang .
d tăng khi thành phế nang-mao mạch bị dày lên do mô sợi khi lớp gian dịch hay phế nang bị phù nề .
3.2.Sự trao đổi khí ở phối xảy ra qua một lớp màng phế nang mao mạch rất mỏng (0,6mm) lại có một diện tích rất lớn (70 – 90m2); do khuếch tán hoàn toàn thụ động; nhưng sự cân bằng bình thường xảy ra rất nhanh và gần 100% .
Thời gian máu chảy trong mao mạch là 0,75 giây nhưng lúc bình thường chỉ cần 0,25 giây là sự trao đổi khí đã xảy ra gần hoàn toàn. Điều này nêu được khả năng thích ứng
của sự trao đổi khí khi thời gian máu chảy qua phổi bị rút ngắn như khi vận động. Phân áp khí trong phế nang là pơ2 = 100mmHg, pCO2 = 40mmHg, pN2 = 573mmHg và pH20 = 47mmHg. Nên ở cuối mao mạch phổi, p02 máu đã thay đổi từ 40mmHg lên đến 99,9mmHg; pCO2 từ 46mmHg hạ xuống còn 40mmHg; pN2 vẫn giữ nguyên 573 mHg và pH20 cũng giữ nguyên 47mmHg .
Tuy nhiên máu đổ vào tĩnh mạch phổi lại bị một phần máu đến từ động mạch phế quản sau khi nuôi nhu mô phổi đổ vào (2%); lại thêm một phần máu từ động mạch vành sau khi nuôi cơ tim đổ thẳng vào ngăn tim trái qua tĩnh mạch Thébésian nhỏ, nên ở trong máu động mạch đến các mô, pơ2 chỉ còn 95mmHg, pCO2 không đổi nhờ sự hòa! tan cao. Đến mô, sự trao đổi khí xảy ra cũng do khuếch tán, nhưng theo chiều ngược lại và máu đen nhiều CO2 theo các tĩnh mạch về tim phải, để được bơm lên động mạch phổi.
3.3.Đánh giá khả năng khuếch tán của khí qua màng phế nang-mao mạch
Quan trọng nhất là với 02; CO2 không thành vấn đề. Nhưng lại khó đo 02 vì muốn biết p02 trong máu ở phổi phải làm tích phân từng lúc một, suốt đoạn mao mạch phổi. Do đó phải tìm chất nào để khỏi tính áp suất phần khí đó trong mao mạch phổi .
Giản dị nhất là dùng co vì co kết hợp Hb rất mạnh, nên có thể coi pco trong mao mạch bằng không .
Ta sẽ tính được khả năng khuếch tán của CO qua màng phế nang mao mạch (Dj CO) bằng công thức: Lượng CO từ phế nang vào máu
Lượng CO từ phế nang vào máu/phút đo từ các mẫu khí phế nang trước và sau thời gian đó .
Trong đó, pco mao mạch bằng OmmHg, pCO phế nang đo từ mẫu khí phế nang .
Người ta tính được: DLCO = 17 mL/phút/mmHg D, 02 = 1,23 DLCO vì hệ số khuếch tán của Ó2 cao hơn co 1,23 lần. Do đó: I\02 = 21mL/phút/mmHg .
Đo khả năng khuếch tán cho phép ta: Xác định nơi gây tắc nghẽn, thường là ở màng phế nang – mao mạch do hóa sợi mô kẽ hay hóa sợi phế nang .
Khám phá sớm bệnh lý ở màng phế nang – mao mạch trước khi Pa02 động mạch giảm, vì Pa02 thường được các cơ chế trao đổi 02 bù. Khi DLCO còn 50 – 75% thì Pa02 vẫn bính thường xứng hợp giữa thông khí và tưởi máu Để đảm bảo sự trao đổi khí tốt phải có sự xứng hợp giữa thông khí và tưới máu. Cơ thể có hai phản xạ để bảo vệ sự xứng hợp tốt giữa thông khí và tưới máu: Nơi nào có P02 phế nang thấp, mao mạch phế nang sẽ co lại: máu không đến những nơi thông khí kém .
Nơi nào mà PCO2 phế nang thấp, các tiểu phế quản co lại: khí không đến những nơi tưới máu kém .
Tỉ lệ xứng hợp tốt nhất là 1. Tỉ lệ chung là:
Trong cơ thể bình thường, VA và Q cao nhất ở vùng có VA/Q = 1 Tuy nhiên trong thực tế vẫn có những trường hợp không xứng hợp do xẹp hay tắc nghẽn đường thô hay mạch máu, gây giảm 02 và tăng CO2 .
3.4.1.Bất xứng giữa thông khí và tưới máu trong tình trang bình thường .
3.4.1.1.Khi một người đứng, lưu lượng máu và thông khí phế nang ở đỉnh phổi đều giảm, nhưng lưu lượng máu giảm hơn nhiều so với thông khí, do đó vùng này có khoảng chết sinh lý .
Va/Q = 2,4 Ngược lại ở đáy phổi, thông khí ít hơn tưới máu gây nên shunt sinh lý .
Va/Q = 0,5
3.4.1.2.2% cung lượng tim từ động mạch cuống phổi sau khi nuôi mô phổi lại đổ vào tĩnh mạch phổi cũng là một lượng shunt sinh lý- Các bất thường này đã làm giảm kết quả trao đổi khí của phổi .
3.4.1.3.Nhưng trong vận động, lưu lượng máu đến phổi tăng rất cao, nên tỉ tệ VA/Q đạt được mức tối hảo.máu trong bênh lý
3.4.2.Bất xứng giữa thông số khí và tưới máu trong bệnh lí
Hút thuốc lâu dài sẽ gây nghẽn tắc phế quản, khí bị nhốt lại làm giãn phế nang và hủy thành phế nang, đưa đến hai hậu quả:
3.4.2.1.Các tiểu phế quản bị tắc, nên các phế nang không được thông khí, gây shunt sinh lý
3.4.2.2.Giãn phế nang làm tăng khoảng chết sinh lý, vì thành phế nang bị hủy hoại
nên không đủ máu đến. Do đó trong bệnh nghẽn tắc đường hô hấp kinh niên, vừa có khoảng chết sinh lý vừa có sinh lý, nên khả năng trao đổi khí của phổi giảm có thể chỉ còn 1/10 .
Đây là nguyên nhân gây suy hô hấp cao nhất ở các nước phát triển .
3.4.3.Phương pháp khảo sát sự xứng hợp giữa thông khí và tươi máu tốt nhất là dùng đồng vị phóng xa,, cho hít vào và tiêm tĩnh mạch, để khám phá vùng có sự bất xứng trên màn ảnh.
4.Kết quả trao đổi khí
Khuynh áp chung của 02 là tích phân khuynh áp đầu nọ đến đầu kia của mao mạch phổi: 11 mmHg (không phải là 100 – 40 mmHg và 100-99,9 mmHg) Khả năng khuếch tán 02 ở phổi là 21 mL/phút/mmHg nên có khoảng 200 – 250 mL 02 vào máu/phút .
Khả năng khuếch tán của CO2 Cũng tính như 02, khuynh áp của CO2 qua màng phế nang mao mạch là lmmHg. Nhưng CO2 khuếch tán dễ hơn 02 đến 20 lần. Do đó khả năng thải CO2 là 4001/phút, vượt xa nhu cầu thải CO2 của cơ thể, chỉ có 200 mL/phút .
