שחלוף הגזים ונשיאת החמצן
DESCRIPTION
פיזיולוגיה של הנשימה לריפוי בעיסוק, שיעור 4TRANSCRIPT
1
שחלוף ה גזי ם בר יאותGas Diffusion in the Lung
היחידה ה רספירטורית The Respiratory Unit
אשר האוירהיחידה הרספירטורית כוללת את דרכי •.מתוכם יוצאות בועיות ומתאפשר בהן שחלוף גזים
, )כ" בד19דור ( הנשימתית הברונכיולהכוללת את •: המעברים בין הבועיות ואת הבועיות עצמן
• respiratory bronchioles, alveolar ducts, and alveolar sacs
היחידה ה רספירטורית The Respiratory Unit
2
היחידה ה רספירטורית The Respiratory Unit
-נולדים עם כ. ( מיליון בועיות300-לאדם מבוגר יש כ•). לערך8 מיליון ואלה משתכפלים עד גיל 20
. מיקרון0.2: הקוטר הממוצע של בועית•ר " מ70-120: שטח הפנים הכולל של הבועיות•
).כשטחו של מגרש טניס(דפנות הבועית דקות ביותר ודרכן מסתעפת רשת •
. צפופה של נימי דם
היחידה ה רספירטורית The Respiratory Unit
היחידה ה רספירטורית The Respiratory Unit
3
הממברנה הר ספירטורית The Respiratory Membrane
בבועית לב ין הדם הזורם האוירשחלוף הגזים בין •בריאה מתרחש דרך הקרומים של כל החלקים
ובצורה קולקטיבית נתייחס , הסופיים בעץ הסמפונות.אליהם כממברנה הרספירטורית
הממברנה הר ספירטורית The Respiratory Membrane
:שכבות הממברנה הרספירטורית•.סורפקטנטשכבת הנוזל המצפה את פנים הבועית הכוללת 1..הכוללת תאי אפיתל דקים, הבועישכבת האפיתל 2..שכבת קרום הבסיס של האפיתל3. שכבה דקה מ אד בין האפיתל – האינטרסטיציאליהמרווח 4.
. לבין קרום הניםהבועי. שכבת קרום הבסיס של הנים5.. של הניםהאנדותלשכבת קרום 6.
הממברנה הר ספירטורית The Respiratory Membrane
העוב י הכולל של –למרות מספר השכבות הרב • מיקרון 0.63הממברנה הרספירטורית בממוצע הוא
. מיקרון1.5 - מיקרון ל0.2כשהטווח נע בין דק ועוביהמכיוון ששטח הממברנה הנשימתית גדול •
.מאד מתאפשר מעבר מהיר של הגזים דרכה
4
הממברנה הר ספירטורית The Respiratory Membrane
עם קוטר ממוצע , הנים הראתי גם הוא צר במיוחד•כקוטרן של כדוריות הדם , מיקרון8 -של פחות מ
כך לא נותר נפח פנוי . האדומות שצריכות לעבור בהןשעלול לעקב גם כן את ) פלזמה(בנים לנוזל הדם
. מעבר הגזים
דיפוזיה של גזים דרך הממברנה הרספירטורית
הגורמים המשפיעים על מהירות מעבר הגזים דרך •:הממברנה הרספירטורית
.עובי הממברנה1.
.שטח פני הממברנה2.
.קבוע הדיפוזיה של הגז 3.
. הפרש הלחצים4.
דיפוזיה של גזים דרך הממברנה הרספירטורית
הגורמים המשפיעים על מהירות מעבר הגזים דרך •:הממברנה הרספירטורית
: עובי הממברנה1.קצב הדיפוזיה של גז דרך ממברנה הוא ביחס הפוך
. לעובי הכמו (כגון נוזלים , כל גורם שיגדיל את העובי
האינטרסטיציום של פיברוזיסאו ) בבצקת ריאות. יעכב את מעבר הגזים–) מחלות ריאה(
5
דיפוזיה של גזים דרך הממברנה הרספירטורית
הגורמים המשפיעים על מהירות מעבר הגזים דרך •:הממברנה הרספירטורית
: שטח פני הממברנה2.. קצב מעבר הגז הוא ביחס ישר לשטח פני הממברנה
כגון , מצבים הגורמים להפחתת שטח פני הממברנהאו מחלה כגון נפחת , כריתת ריאה או חלקה
. יגרמו לירידת קצב הדיפוזיה, )אמפיזמה(
דיפוזיה של גזים דרך הממברנה הרספירטורית
הגורמים המשפיעים על מהירות מעבר הגזים דרך •:הממברנה הרספירטורית
: קבוע הדיפוזיה של הגז 3.לכל גז יש . diffusion coefficient: באנגלית
קבוע דיפוזיה שתלוי במסיסותו בתווך שדרכו צריך על ] MW[ובמשקל המולקולרי של הגז ] S[לעבור
S / √MW: פי הנוסחה
דיפוזיה של גזים דרך הממברנה הרספירטורית
הגורמים המשפיעים על מהירות מעבר הגזים דרך •:הממברנה הרספירטורית
)המשך (:קבוע הדיפוזיה של הגז 3.S = SOLUBILITY.
MW = MOLECULAR WEIGHT. קצב הדיפוזיה של הגזים דרך הממברנה הנשימתית
בתנאים . תווך מימיקרובה מאד לקצב הדיפוזיה דרך מקצב 20פי גבוה CO2קצב הדיפוזיה של , אלו
.הדיפוזיה של חמצן
6
דיפוזיה של גזים דרך הממברנה הרספירטורית
הגורמים המשפיעים על מהירות מעבר הגזים דרך •:הממברנה הרספירטורית
:הפרש הלחצים4.מדובר בהפרש הלחצים החלקיים של כל גז משני צידי
כלומר בהפרש בין הלחץ החלקי של הגז בבועית , הממברנהמכיוון שהלחץ . לעומת הלחץ החלקי של אותו גז בדם
תהיה -החלקי של החמצן בבועית גדול מלחצו החלקי בדם , תנועה נטו של מולקולות החמצן מהבועית לתוך הדם
.CO2ולהיפך לגבי
הממברנה הר ספירטורית
7
כושר הדיפוזיה של הממברנה הרספירטורית
כושר הדיפוזיה מתאר במונחים כמותיים את יכולתה •של הממברנה הרספירטורית לבצע שחלוף גזים בין
. הדם לבין הבועיתכושר הדיפוזיה לגז נתון מוגדר כנפח הגז העובר •
בלחץ כ"ממ 1דיפוזיה בדקה אחת עבור הפרש של . החלקי של אותו גז
כושר הדיפוזיה של הממברנה הרספירטורית
כושר הדיפוזיה בתנאי מנוחה באדם בריא : לגבי חמצן•כ הפרש בלחץ " ממ1ל חמצן עבור כל " מ21-הוא ככ בין הלחץ " ממ11כאשר ההפרש הוא . החלקי
לבין הלחץ החלקי הבועיהחלקי בדם המגיע לנים ל וזו גם תצרוכת החמצן " מ230 ביאבבועית המכפלה . בדקה על ידי הגוף
כושר הדיפוזיה של הממברנה הרספירטורית
: בזמן מאמץ גופני•כושר הדיפוזיה של החמצן בזמן מאמץ או במצבים אחרים •
עולה הראתייםהמגדילים את זרימת הדם דרך כלי הדם הדבר מתאפשר הודות . מערכו במנוחה3עד פי , בצורה ניכרת היתה נוספים שדרכם במצב המנוחה לא ראתייםלגיוס נימים
וגם על ידי התרחבות נוספת של הנימים שכבר היו , זרימה הדם במאמץ גם חימצוןכך עולה יכולת . פתוחים במנוחה
בכושר העליההודות לעליה באוורור הראתי וגם בעזרת . הדיפוזיה של החמצן
8
כושר הדיפוזיה של הממברנה הרספירטורית
: CO2דיפוזיה של • למעשה לא ניתן למדידה CO2כושר הדיפוזיה של •
מכיוון שעובר דיפוזיה כל כך מהירה שהבדלי הלחצים החלקיים בין הדם לבועית משתווים כמעט וההפרש
. איננו ניתן למדידה באופן מעשי 20 שהוא פי CO2 -ס ידיעת מקדם הדיפוזיה של ה"ע•
גדול מזה של החמצן ניתן לחשב שכושר הדיפוזיה . כ"ל לדקה לכל ממ" מ450 עד 400-שלו כ
כושר הדיפוזיה של הממברנה הרספירטורית
: CO2דיפוזיה של •המשמעות היא שבמחלות ריאה שונות המלוות בנזק
מתקדם לממברנה הרספירטורית עם ירידת כושר עדיין קיימת , הדיפוזיה לחמצן עד כדי סכנת מוות
אך במידה שהחולה יקבל . CO2דיפוזיה מספקת של , תוספת של חמצן בריכוז גבוה אשר תאפשר את קיומו
CO2 -עדיין יתכן מצב שיעלה הלחץ הח לקי של ההרי טיפול בחמצן לא ישפר (בדם לערכים מסוכנים
). CO2את הדיפוזיה של
9
בדםCO2 -והנשיאת החמצן
בדםCO2 -וה נשיאת ה חמצ ן
הוא ברובו , לאחר שהחמצן עבר דיפוזיה לתוך הדם•הגדול נקשר להמוגלובין שבתוך כדורית הדם האדומה
ועימו נישא בזרם הדם עד לנימי הרקמות שם הוא . משוחרר לשימוש על ידי התאים
קושר חמצן ביעילות )(HEMOGLOBIN המוגלובין• יותר חמצן 100 עד פי 30רבה ומאפשר נשיאת פי
. בדם מאשר מתאפשר במצב מומס בפלזמה בלבד
בדםCO2 -וה נשיאת ה חמצ ן בתאי הרקמות מגיב החמצן עם מרכיבי מזונות שונים •
. CO2והתוצאה היא יצירה של כמויות גדולות של אולם אחרי שיצא מתאי , נישא בדםCO2 -גם ה•
הרקמות לזרם הדם בצורת גז מומס הוא עובר מיידית :תגובות כימיות אשר הופכות את רובו לצורות אחרות
HCO3 - נישא כ70%•-.
).המוגלובין-קרבאמינו (Hb•CO2 - נישא כ23%• . CO2 - נישא כ7%•
10
נשיאת ה חמצ ן בדם השמאלית של הלב דרך ורידי העליההדם שחזר אל •
דרך נימי הבועית ) 98%(הריאה עבר ברובו הגדול ממנו למעשה הגיע ממחזור הדם 2%כאשר , והתחמצן
הסיסטמי ישירות לרקמות העמוקות של הריאה ומבלי מסלול זה . לעבור דרך נימי הבועית חזר לורידי הריאה
והוא מהווה זרימת , הברונכיאלינקרא מחזור הדם שעוקף את נימי הריאה וגורם לכך שמתקיים " שאנט"
- בל ב השמאלי לPaO2 - ורידי שמוריד את העירבוב). 100במקום (כ " ממ95
11
נשיאת ה חמצ ן בדם מהחמצן המובל מהריאות אל 97%, בתנאים רגילים•
הרקמות נישא בתרכובת כימית עם המוגלובין בתוך שלושת האחוזים הנותרים נישאים . תאי הדם האדומים
ניתן לומר . במצב מומס בפאזה המימית של הפלזמה כמעט כל החמצן המובל לרקמות שבתנאים רגילים
. נישא על ידי המוגלובין
נשיאת ה חמצ ן בדם מולקולת החמצן מתחברת בקשר לא חזק עם מרכיב •
. של מולקולת ההמוגלוב יןHEME -הכפי שקיימים , בתנאים של לחץ חלקי גבוה של חמצן•
.החמצן נקשר להמוגלובין, בנימים בבועית, כגון בנימים ברקמות הפריפריות, נמוךPO2כאשר ה•
.משוחררת מולקולת החמצן מההמוגלובין. לרקמותמהריאתזהו הבסיס לנשיאת החמצן •
12
נשיאת ה חמצ ן בדם האאורטהדרך , הדם העורקי היוצא מהחדר השמאלי•
למחזור הדם הגדול ועד לרקמות בפריפריה מכיל .כ" ממ95-חמצן עם לחץ חלקי של כ
כ " ממ40-ברקמות קיים לחץ חלקי של חמצן של כ•דבר שיוצר מפל לחצים גדול בהגיע הדם , בל בד
המחומצן לרקמות וכתוצאה עוזב מרבית החמצן את .הדם ועובר דיפוזיה מהירה לרקמות
בהגיע הדם אל הורידים הסיסטמיים כבר ירד הלחץ •. כ" ממ40-החלקי של החמצן בו ל
נשיאת ה חמצ ן בדם יש לציין כי בתוך תאי הרקמות יכול להיות לחץ חלקי •
האינטרסטיציוםשל חמצן נמוך יותר מאשר באזור ).כ" ממ40 - הוא כאמור כPaO2-שם ה(סביב הנימים
כ " ממ40- ל5 התוך תאי הנורמלי נע בין PaO2 -ה•. כ" ממ23והממוצע סביב
PaO2נמצא שלצורך תהליכים ביול וגיים ב תא מספיק •תאי ממוצע של - תוךPaO2כ בלבד ולכן " ממ3של . כ עונה בהחלט על הדרישה" ממ23
13
נשיאת ה חמצ ן בדם : של ה חמצן מההמוגלוביןהדיסוסיאציהעקומת • ניתן לראות כיצד עולה אחוז PO2ככל שעולה ה•
רווי החמצן באחוזים "זהו . ההמוגלובין שקשור לחמצן". של ההמוגלובין
נשיאת ה חמצ ן בדם : של החמצן מההמוגלוביןהדיסוסיאציהעקומת • ניתן לראות כיצד עולה אחוז PO2ככל שעולה ה•
רווי החמצן באחוזים "זהו . ההמוגלובין שקשור לחמצן". של ההמוגלובין
פ העקומה "כ וע" ממ95כ " בדPO2-ה, בדם העורקי•.97%-רווי ההמוגלובין כ
14
נשיאת ה חמצ ן בדם : של ה חמצן מההמוגלוביןהדיסוסיאציהעקומת • ניתן לראות כיצד עולה אחוז PO2ככל שעולה ה•
רווי החמצן באחוזים "זהו . ההמוגלובין שקשור לחמצן". של ההמוגלובין
-כ ורווי ההמוגלובין כ" ממ40- כPO2בדם ורידי ה•75% .
15
נשיאת ה חמצ ן בדם גרם של המוגלובין בכל 15-בדם של אדם בריא יש כ•
. ל דם" מ100ל של " מ1.34 -כל גרם של המוגלובין יכול לשאת כ•
.חמצןל " מ20-ל דם קשור כ" מ100להמוגלובי ן של , לפיכך•
. חמצןאז כמות , 97%אם רווי החמצן של ההמוגלובין הוא •
. ל" מ19.4ל דם יהיה " מ100-החמצן ב
נשיאת ה חמצ ן בדם כאשר הדם עובר דרך הנימים ברקמות יורד רווי •
כלומר כמות החמצן ) כ" ממ40 (75%-ההמוגלובין ל Xל "מ19.4= ל דם " מ100הקשור להמוגלובי ן של
ל של דם " מ100כל כלומר , ל"מ14.4 = 75%. ל חמצן לרקמות" מ5שיחרר
בדםCO2נשיאת
ולעלית הריכוז CO2ניצול החמצן בתא גורם ליצירת •. תחמוצת הפחמן-התוך תאי של דו
בדיפוזיה החוצה מהתא אל CO2 -עובר ה, לפיכך•שם , הנימים ודרך הורידים אל מחזור הדם הראתי
. לבועיותהראתיים מהנימים CO2 -עובר הבכל נקודה בשרשרת שחלוף הגזים מתקיים דיפוזיה •
. רק בכיוונים הפוכים , CO2של חמצן ושל
16
בדםCO2נשיאת
20 גדולה פי CO2 -מכיוון שמהירות הדיפוזיה של ה•דרושים הפרשי לחצים , ממהירות הדיפוזיה של חמצן
לעומת CO2קטנים בהרבה כדי לאפשר דיפוזיה של :חמצן
.כ" ממ46תאי הוא - התוךPCO2 -ה•, כ" ממ45 מחוץ לתא וליד הנימים הוא PCO2 -ה•
.כ בלבד" ממ1כלומר קיים מפל לחצים של כ " ממ40 בדם העורקי המגיע לרקמה הוא PCO2 -ה•
45בעוד שבדם היוצא מהנימים אל הורידים הוא . כ"ממ