Методы измерения диффузионной способности легких

Мы убедились в том, что перенос кислорода в кровь ле­гочных капилляров обычно ограничен скоростью легочного кровотока, хотя иногда в роли лимитирующего фактора мо­жет выступать и диффузия (рис. 3.2). И напротив, перенос окиси углерода ограничен исключительно диффузией, поэтому для измерения диффузионной способности легких лучше всего использовать именно этот газ. Когда-то с этой целью приме­няли О₂ в условиях гипоксии (рис. 3.3, Б), однако сейчас от этой методики отказались.

Согласно законам диффузии (рис. 3.1), количество газа, переходящего через слой ткани, пропорционально площади этого слоя, константе диффузии и разности парциального давления газа и обратно пропорционально толщине слоя:

V газ = S/d x D x (P₁ – P₂)

Сложное строение диффузионного барьера в легких не позволяет прижизненно измерить его толщину и площадь. В связи с этим применяют несколько измененное уравнение

Vгаз=D_L-(P₁-P₂),

где d_l (диффузионная способность легких)— параметр, учи­тывающий площадь, толщину барьера и константу диффузии данного газа в данной ткани. Следовательно, диффузионная способность для СО равна

DLсо

Pl-P2

где Pi и Pa — парциальные давления СО в альвеолярном воз­духе и капиллярной крови соответственно. Однако, как мы уже знаем (рис. 3.2), парциальное давление СО в крови на­столько мало, что им можно пренебречь. Следовательно,

V,

со

' асо

т. е. диффузионная способность легких для окиси углерода равна отношению объема СО (мл), переносимого за 1 мин, к парциальному давлению СО в альвеолах (мм. рт. ст.).

Существует несколько способов измерения этой величины. По методу одиночного вдоха обследуемый один раз вдыхает смесь газов с небольшим количеством СО и задерживает ды­хание на 10 с. Рассчитывают скорость вымывания СО из аль­веолярного воздуха за это время. Обычно концентрацию СО во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе определяют с помощью инфракрасного газоанализатора. В альвеолярном воздухе во время задержки дыхания она непостоянна, однако это можно учесть. Во вдыхаемую смесь добавляют гелий для из­мерения легочного объема методом разведения.

По равновесному методу обследуемый дышит газовой смесью с низкой концентрацией СО (около 0,1 %) до тех пор, пока не установится равновесие (примерно 0,5 мин). Далее в течение короткого интервала времени по концентрации СО в альвеолярном газе измеряют постоянную скорость вымыва­ния этого вещества ¹⁾. В покое диффузионная способность лег­ких для СО составляет около 25 мл/мин-мм рт. ст., а при нагрузке увеличивается в два-три раза.

Скорость реакции газов с гемоглобином

До сих пор мы рассматривали как препятствие для пере­носа О2 и СО в кровь только альвеолярно-капиллярный барьер. Однако из рис. 1.1 видно, что расстояние между стен­кой альвеолы и центром эритроцита больше толщины этой cтенки, а значит, некоторое диффузионное сопротивление со­здастся и в самих капиллярах. Кроме того, существует еще один фактор, препятствующий переходу газов в кровь,— определенная скорость реакции O₂ или СО с гемоглобином эритроцитов. Этот вопрос удобнее всего рассмотреть именно при изучении легочной диффузии.

¹⁾ Для определения поглощения СО, кроме концентрации этого ве­щества в альвеолярном газе, необходимо измерять его концентрацию во вдыхаемом воздухе и вентиляцию. — Прим. ред.

Рис. 3.4, Величина диффузионной способности легких (D_L) обусловлена двумя составляющими. Первая из них отражает сам процесс диффузии, а вторая—время реакции О₂ (или СО) с гемоглобином

Когда O₂ или СО поступают в кровь, они очень быстро соединяются с гемоглобином: за 0,2 с эта реакция почти закан­чивается. Однако оксигенация крови в легочных капиллярах происходит очень интенсивно (рис. 3.3), и даже такой ско­рости реакции недостаточно, чтобы эритроцит “успел” связать поступающий O₂. Таким образом, можно считать, что захват кровью О₂ (или СО) протекает в две стадии: диффузия через барьер между альвеолярным воздухом и кровью, в том числе через плазму и эритроцит (стадия 1), и реакция с гемогло­бином (стадия 2) (рис. 3.4). На каждой из этих стадий пе­ренос газов сталкивается с определенными препятствиями; сложив соответствующие величины, можно получить некое суммарное “диффузионное” сопротивление.

Мы уже знаем, что диффузионная способность легких рав­на расходу проходящего барьер газа, отнесенному к единице парциального давления (D_L = Vгаз/(Р₁ — Р₂). Величина, об­ратная Dl, т. е. разница парциальных давлении, деленная на расход газа, аналогична электрическому сопротивлению. На рис. 3.4 сопротивление барьера между альвеолярным возду­хом и кровью соответствует 1/Ом (М означает “мембрана”). Скорость реакции О₂ (или СО) с гемоглобином может быть выражена величиной 8, равной объему О₂ или СО (мл), свя­зываемому 1 мл крови за минуту, отнесенному к единице (1 мм рт. ст.) парциального давления соответствующего газа.

Такой показатель аналогичен “диффузионной способности” 1 мл крови. Если умножить его на общий объем капиллярной крови (V_c), можно получить эффективную “диффузионную способность” скорости реакции О₂ с гемоглобином. Обратная величина—l/(O-Vc)—соответствует сопротивлению данной реакции. Сложив сопротивления альвеолярно-капиллярной мембраны и крови, можно получить общее диффузионное со­противление:

1/D_L =1/D_M+1/(O x.V_c)

Практически диффузионные сопротивления мембраны и крови примерно одинаковы, поэтому снижение объема крови в легочных капиллярах (при заболеваниях) может уменьшить диффузионную способность легких.