Введение
Измерение переноса газа из легких в эритроциты. Диффузионная способность легких (DL) (также известная как трансфер-фактор) измеряет перенос газа из воздуха в легких в эритроциты в легочных кровеносных сосудах. Это часть комплексной серии функциональных тестов легких, предназначенных для определения общей способности легких транспортировать газ в кровь и из нее. DL, особенно DLCO, снижается при определенных заболеваниях легких и сердца. Измерение DLCO было стандартизировано в соответствии с позиционным документом рабочей группы Европейского респираторного и Американского торакального обществ. В респираторной физиологии диффузионная способность имеет давнюю историю практической пользы, отражая проводимость газа через альвеолярно-капиллярную мембрану и учитывая факторы, влияющие на поведение конкретного газа с гемоглобином. Сам термин может быть не совсем точным, поскольку он не отражает ни диффузию, ни емкость (так как обычно измеряется в субмаксимальных условиях), ни вместимость. Кроме того, транспорт газа ограничивается диффузией лишь в крайних случаях, например, при поглощении кислорода при очень низком парциальном давлении кислорода в окружающей среде или при очень высоком легочном кровотоке. Диффузионная способность не измеряет напрямую основную причину гипоксиемии, или низкого содержания кислорода в крови, а именно несоответствие вентиляции и перфузии: не вся артериальная кровь, поступающая в легкие, достигает областей, где может происходить газообмен (анатомические или физиологические шунты), и эта недостаточно насыщенная кислородом кровь смешивается с хорошо насыщенной кислородом кровью из здоровых участков легкого в легочной вене. В результате смесь содержит меньше кислорода, чем кровь только из здоровых участков легкого, и поэтому является гипоксической. Аналогично, не весь вдохновленный воздух достигает областей легких, где может происходить газообмен (анатомические и физиологические мертвые пространства), и таким образом теряется.
Diffusing capacity of the lung (DL) (also known as Transfer factor) measures the transfer of gas from air in the lung, to the red blood cells in lung blood vessels. It is part of a comprehensive series of pulmonary function tests to determine the overall ability of the lung to transport gas into and out of the blood. DL, especially DLCO, is reduced in certain diseases of the lung and heart. DLCO measurement has been standardized according to a position paper by a task force of the European Respiratory and American Thoracic Societies. In respiratory physiology, the diffusing capacity has a long history of great utility, representing conductance of gas across the alveolar capillary membrane and also takes into account factors affecting the behaviour of a given gas with hemoglobin. The term may be considered a misnomer as it represents neither diffusion nor a capacity (as it is typically measured under submaximal conditions) nor capacitance. In addition, gas transport is only diffusion limited in extreme cases, such as for oxygen uptake at very low ambient oxygen or very high pulmonary blood flow. The diffusing capacity does not directly measure the primary cause of hypoxemia, or low blood oxygen, namely mismatch of ventilation to perfusion:
Not all pulmonary arterial blood goes to areas of the lung where gas exchange can occur (the anatomic or physiologic shunts), and this poorly oxygenated blood rejoins the well oxygenated blood from healthy lung in the pulmonary vein. Together, the mixture has less oxygen than that blood from the healthy lung alone, and so is hypoxemic. Similarly, not all inspired air goes to areas of the lung where gas exchange can occur (the anatomic and the physiological dead spaces), and so is wasted.
Испытания
Обычно для определения диффузионной способности легких используется тест с одним вдохом. Однако, различные заболевания вносят значительную неопределенность в этот подход. Вместо этого первые 500–1000 мл выдыхаемого газа отбрасываются, а анализируется следующая порция, содержащая газ из альвеол. Тем не менее, показатели варьируются в зависимости от возраста, пола, роста и множества других параметров. По этой причине были опубликованы референсные значения, основанные на данных здоровых людей, а также измерения, проведенные на высоте, для детей и некоторых специфических групп населения.
Уровень СО в крови может быть не незначительным
У курильщиков с большим стажем содержание CO в крови достаточно велико, чтобы влиять на измерение , и требует корректировки расчёта при COHb более 2% от общего объёма. Хотя это измерение имеет большое практическое значение, поскольку является обобщённой оценкой транспорта газов, интерпретация осложняется тем, что оно не отражает ни один этап многоступенчатого процесса. Поэтому, для облегчения интерпретации результатов этого теста, время, необходимое для переноса CO из воздуха в кровь, можно разделить на две фазы. Сначала CO проходит через альвеолярно-капиллярную мембрану (обозначается ) и затем соединяется с гемоглобином в капиллярных эритроцитах со скоростью, в раз превышающей объём капиллярной крови. Поскольку этапы последовательны, проводимости суммируются как сумма обратных величин:
The volume of blood in the lung capillaries, , changes appreciably during ordinary activities such as exercise. Simply breathing in brings some additional blood into the lung because of the negative intrathoracic pressure required for inspiration. At the extreme, inspiring against a closed glottis, the Müller's maneuver, pulls blood into the chest. The opposite is also true, as exhaling increases the pressure within the thorax and so tends to push blood out; the Valsalva maneuver is an exhalation against a closed airway which can move blood out of the lung. So breathing hard during exercise will bring extra blood into the lung during inspiration and push blood out during expiration. But during exercise (or more rarely when there is a structural defect in the heart that allows blood to be shunted from the high pressure, systemic circulation to the low pressure, pulmonary circulation) there is also increased blood flow throughout the body, and the lung adapts by recruiting extra capillaries to carry the increased output of the heart, further increasing the quantity of blood in the lung. Thus will appear to increase when the subject is not at rest, particularly during inspiration. In disease, hemorrhage into the lung will increase the number of haemoglobin molecules in contact with air, and so measured will increase. In this case, the carbon monoxide used in the test will bind to haemoglobin that has bled into the lung. This does not reflect an increase in diffusing capacity of the lung to transfer oxygen to the systemic circulation. Finally, is increased in obesity and when the subject lies down, both of which increase the blood in the lung by compression and by gravity and thus both increase
The rate of CO uptake into the blood, , depends on the concentration of hemoglobin in that blood, abbreviated Hb in the CBC (Complete Blood Count). More hemoglobin is present in polycythemia, and so is elevated. In anemia, the opposite is true. In environments with high levels of CO in the inhaled air (such as smoking), a fraction of the blood's hemoglobin is rendered ineffective by its tight binding to CO, and so is analogous to anemia. It is recommended that be adjusted when blood CO is high. polycythemia, left to right intracardiac shunts, due increase in volume of blood exposed to inspired gas. Asthma due to better perfusion of apices of lung. This is caused by increase in pulmonary arterial pressure and/or due to more negative pleural pressure generated during inspiration due to bronchial narrowing.
Объём крови в лёгочных капиллярах, , существенно меняется во время обычной активности, например, при физической нагрузке. Даже простое дыхание увеличивает приток крови к лёгким из-за отрицательного внутригрудного давления, необходимого для вдохновения. В крайнем случае, вдох против закрытой гортани (маневр Мюллера) затягивает кровь в грудную клетку. Обратное также верно: выдох повышает давление в грудной клетке, что способствует оттоку крови; маневр Вальсальвы – это выдох против закрытых дыхательных путей, который может вывести кровь из лёгких. Таким образом, частое дыхание во время физической нагрузки увеличивает приток крови к лёгким при вдохе и отток при выдохе. Но во время физической нагрузки (или реже, при структурном дефекте сердца, позволяющем шунтировать кровь из системы высокого давления в систему низкого давления – лёгочную циркуляцию) также увеличивается кровоток по всему организму, и лёгкие адаптируются, рекрутируя дополнительные капилляры для обеспечения возросшей потребности сердца, что ещё больше увеличивает объём крови в лёгких. Следовательно, будет казаться увеличенным у субъекта в состоянии, отличном от покоя, особенно во время вдоха. При заболеваниях кровоизлияние в лёгкие увеличивает количество молекул гемоглобина, контактирующих с воздухом, и, следовательно, измеренное значение увеличивается. В этом случае монооксид углерода, используемый в тесте, связывается с гемоглобином, попавшим в лёгкие в результате кровоизлияния. Это не отражает увеличение диффузионной способности лёгких к переносу кислорода в системный кровоток. Наконец, увеличивается при ожирении и в положении лёжа, что в обоих случаях увеличивает объём крови в лёгких за счёт компрессии и гравитации, и, следовательно, увеличивает
The volume of blood in the lung capillaries, , changes appreciably during ordinary activities such as exercise. Simply breathing in brings some additional blood into the lung because of the negative intrathoracic pressure required for inspiration. At the extreme, inspiring against a closed glottis, the Müller's maneuver, pulls blood into the chest. The opposite is also true, as exhaling increases the pressure within the thorax and so tends to push blood out; the Valsalva maneuver is an exhalation against a closed airway which can move blood out of the lung. So breathing hard during exercise will bring extra blood into the lung during inspiration and push blood out during expiration. But during exercise (or more rarely when there is a structural defect in the heart that allows blood to be shunted from the high pressure, systemic circulation to the low pressure, pulmonary circulation) there is also increased blood flow throughout the body, and the lung adapts by recruiting extra capillaries to carry the increased output of the heart, further increasing the quantity of blood in the lung. Thus will appear to increase when the subject is not at rest, particularly during inspiration. In disease, hemorrhage into the lung will increase the number of haemoglobin molecules in contact with air, and so measured will increase. In this case, the carbon monoxide used in the test will bind to haemoglobin that has bled into the lung. This does not reflect an increase in diffusing capacity of the lung to transfer oxygen to the systemic circulation. Finally, is increased in obesity and when the subject lies down, both of which increase the blood in the lung by compression and by gravity and thus both increase
The rate of CO uptake into the blood, , depends on the concentration of hemoglobin in that blood, abbreviated Hb in the CBC (Complete Blood Count). More hemoglobin is present in polycythemia, and so is elevated. In anemia, the opposite is true. In environments with high levels of CO in the inhaled air (such as smoking), a fraction of the blood's hemoglobin is rendered ineffective by its tight binding to CO, and so is analogous to anemia. It is recommended that be adjusted when blood CO is high. polycythemia, left to right intracardiac shunts, due increase in volume of blood exposed to inspired gas. Asthma due to better perfusion of apices of lung. This is caused by increase in pulmonary arterial pressure and/or due to more negative pleural pressure generated during inspiration due to bronchial narrowing.
Скорость поглощения CO кровью, , зависит от концентрации гемоглобина в этой крови, обозначаемой Hb в общем анализе крови (CBC). При полицитемии гемоглобина больше, и, следовательно, он повышен. При анемии наблюдается обратная картина. В условиях высокой концентрации CO во вдыхаемом воздухе (например, при курении) часть гемоглобина крови становится неэффективной из-за его прочного связывания с CO, что аналогично анемии. Рекомендуется корректировать при высоком содержании CO в крови. Полицитемия, внутрисердечные шунты слева направо, увеличение объёма крови, контактирующей с вдыхаемым газом, являются причинами этого. Астма – из-за лучшей перфузии верхушек лёгких. Это вызвано повышением лёгочного артериального давления и/или более отрицательным плевральным давлением, возникающим при вдохе из-за сужения бронхов.
The volume of blood in the lung capillaries, , changes appreciably during ordinary activities such as exercise. Simply breathing in brings some additional blood into the lung because of the negative intrathoracic pressure required for inspiration. At the extreme, inspiring against a closed glottis, the Müller's maneuver, pulls blood into the chest. The opposite is also true, as exhaling increases the pressure within the thorax and so tends to push blood out; the Valsalva maneuver is an exhalation against a closed airway which can move blood out of the lung. So breathing hard during exercise will bring extra blood into the lung during inspiration and push blood out during expiration. But during exercise (or more rarely when there is a structural defect in the heart that allows blood to be shunted from the high pressure, systemic circulation to the low pressure, pulmonary circulation) there is also increased blood flow throughout the body, and the lung adapts by recruiting extra capillaries to carry the increased output of the heart, further increasing the quantity of blood in the lung. Thus will appear to increase when the subject is not at rest, particularly during inspiration. In disease, hemorrhage into the lung will increase the number of haemoglobin molecules in contact with air, and so measured will increase. In this case, the carbon monoxide used in the test will bind to haemoglobin that has bled into the lung. This does not reflect an increase in diffusing capacity of the lung to transfer oxygen to the systemic circulation. Finally, is increased in obesity and when the subject lies down, both of which increase the blood in the lung by compression and by gravity and thus both increase
The rate of CO uptake into the blood, , depends on the concentration of hemoglobin in that blood, abbreviated Hb in the CBC (Complete Blood Count). More hemoglobin is present in polycythemia, and so is elevated. In anemia, the opposite is true. In environments with high levels of CO in the inhaled air (such as smoking), a fraction of the blood's hemoglobin is rendered ineffective by its tight binding to CO, and so is analogous to anemia. It is recommended that be adjusted when blood CO is high. polycythemia, left to right intracardiac shunts, due increase in volume of blood exposed to inspired gas. Asthma due to better perfusion of apices of lung. This is caused by increase in pulmonary arterial pressure and/or due to more negative pleural pressure generated during inspiration due to bronchial narrowing.
История
В каком-то смысле, удивительно, что DLCO сохранила такую клиническую значимость. Эта методика была разработана для разрешения одного из главных споров в пульмонологии сто лет назад, а именно вопроса о том, активно ли кислород и другие газы транспортируются в кровь и из нее легкими, или же молекулы газов диффундируют пассивно. Примечательно и то, что обе стороны использовали эту методику для получения доказательств в поддержку своих гипотез. Первым технику изобрел Кристиан Бор, используя протокол, аналогичный стационарной диффузионной способности легких к монооксиду углерода, и пришел к выводу, что кислород активно транспортируется в легкие. Его ученик, Август Крог, совместно со своей женой Мари разработал методику определения диффузионной способности легких по одному выдоху и убедительно доказал, что газы диффундируют пассивно, что позволило установить, что капилляры в крови подключаются к кровотоку по мере необходимости – идея, удостоенная Нобелевской премии.