Hjem » Pulmonal patofysiologi » Oversigt over lungernes ventilation

Oversigt over ventilationen

af Anders Kaack, d. 3. juni 2024. Senest opdateret d. 6. september 2024

Et par hundrede år efter den moderne lægevidenskabs fødsel skulle det gerne stå klart, at vi har 2 lunger, og deres helt grundlæggende funktion er at suge ilt ind og blæse kuldioxid ud. Der er en grund til, at en ABCDE-gennemgang starter med A og B, og det er fordi, man meget hurtigt går til, hvis der ikke er passage til og funktion af lungerne.

Det følgende er en kort oversigt over fire grundlæggende emner indenfor respirationsfysiologi, som jeg på et eller andet tidspunkt vil udfolde, men som indtil videre må stå i kortform:

  1. Luftvejenes anatomiske organisation
  2. Lufttryk under respirationen
  3. Inspiration
  4. Ekspiration

.

Jeg har læst lidt i Boron & Boulpaeps sektion fem om respirationssystemet for at skrive nedenstående, og Petersson & Glenny er også en fortrinlig kilde.

Luftvejenes anatomiske organisation

Luftvejene består af to elementer:

  1. De konduktive luftveje
  2. De respiratoriske luftveje

.

Man burde måske kalde de respiratoriske luftveje for de diffunderende luftveje for at afspejle de to fysiologiske grundmekanismer, der er på spil.

De konduktive luftveje består af næse, mund, gane, øvre dele af pharynx, larynx, trachea, hovedbronkier og efterfølgende dele af bronkietræet ned til den terminale bronkie. Det er de konduktive luftveje, fordi den primære fysiske metode, hvorpå ilt og kuldioxid flyttes i de konduktive luftveje er via konduktion. Trachea har et tværsnitsareal i omegnen af 3 cm2, og overfladearealet af alveolerne er i omegnen af 1.400.000 cm2 (140 m2). Det er lidt at sammenligne pærer (arealet af en cirkel) og bananer (arealet af en kugle), men man får et indtryk af de massive størrelsesforskelle.

De respiratoriske luftveje består af omtrent 300 millioner små kantede alveoler (bogstavelig talt en lille hulning), der for 85-95 %’s vedkommende er i kontakt med en lungekapillær og adskilt fra sådan en af en 1 μm tynd membran. Den fysiske metode, luftens gasser flyttes på, er via diffusion, det vil sige en automatisk, passiv proces drevet af partialtrykgradienter og uden involveret aktiv transport.

Omkring luftvejene udadtil og opadtil er et beskyttende skelet, mens luftvejene er adskilt fra de abdominale organer af en muskel, diaphragma (græsk for skillevæg) der kan bevæge sig op og ned horisontalt.

Lufttryk i respirationen

Luft i atmosfæren har et tryk på 1 atmosfære, hvilket kan trykke en kviksølvsøjle 760 mm op i vejret. Vejret kommer med både højtryk og lavtryk, så den faktisk værdi af det barometriske tryk varierer. For alle praktiske, teoretiske og principielle formål vælger man at ignorere vejret og betragter der som en konstant. Luft i atmosfæren har en varierende temperatur og vandmætning. Des højere temperatur, des mere vand på dampform kan luften indeholde, og des højere et tryk vil denne vanddamp levere. En dejlig, men fugtig sommerdag, hvor der er 21 grader og luften er totalt mættet med vanddamp, er vanddamptrykket 18,7 mmHg. Næsen og de øvre luftveje er beregnet til at lave turbulens, og det bremser luftens bevægelse igennem de øvre luftveje og tillader den at blive varmet godt op og blive fugtet godt. Samtidig bliver den typisk tidalvolumen på omtrent 500 mL, hvoraf kun 350 mL når alveolerne på grund af det anatomiske dead space, blandet op i i forvejen fugtet og opvarmet luft (den funktionelle residualvolumen, eller FRC). Når luften er varm og fugtet, yder vanddamp et tryk på 47,1 mmHg. Atmosfærisk luft består helt grundlæggende af det fysiologisk ligegyldige nitrogen (78 %), det fysiologisk livsvigtige oxygen (21 % af 760 mmHg = 159,6 mmHg) og argon (1 %). For alle kortsigtede fysiologiske formål kan man se bort fra den i atmosfæren fysiologisk neglicible koncentration af kuldixoid. Kigger man på homo sapiens langsigtede fysiologiske potentiale, er kuldioxid sværere at neglicere. Dead space er ikke involveret i ventilationen, så den alveolære ventilation er tidalvolumen gange  Fordi vanddamp så at sige udkonkurrerer de andre gasser, når trykket stiger, falder også fraktionen af ilt, sådan at ilttrykket er 149 mmHg, når det når alveolerne. I alveolerne sker der en udskiftning med CO2, som kroppens almindelige metabolisme har produceret. Afhængigt af kosten er bytteforholdet mellem kuldioxid og ilt omtrentligt 0,8; sådan at der går 8 iltmolekyler til hver 10 kuldioxidmolekyler. Et almindeligt kuldioxidtryk i alveolerne er 40 mmHg. På grund af den konstante leverance af venøst blod med (typisk) 46 mmHg kuldioxid og (typisk) 40 mmHg ilt til lungerne, og på grund af den konstante levering af atmosfærisk luft med kuldioxidtryk på 0 mmHg og et ilttryk på 149 mmHg, oscillerer ilt- og kuldioixidtrykkene i alveolerne omkring henholdsvis 100 mmHg og 40 mmHg. Lang historie kort i en tabel:
Variabel Tryk (mmHg) Tryk (kPa)
PBO2 159,6 21,3
PIO2 149 19,9
PAO2 100 13,3
PaO2 100 13,3
PaCO2 40 5,3
PEO2 (slutexpiratorisk) 100 13,3
PBCO2 0 0,0
PACO2 40 5,3
PACO2 (slutexpiratorisk) 40 5,3
PvO2 40 5,3
PvCO2 46 6,1

Inspirationens trykforhold og mekanik

Det atmosfærisk tryk er 760 mmHg, og vejrtrækningen er afhængig af, der i den omgivne luft er overtryk relativt til alveolerne. Det kan man opnå ved enten at presse luft ned (som man gør det i overtryksventilation), eller ved at udvide alveolerne, så deres volumen stiger og deres tryk falder. Kroppen har – af gode grunde – valgt den sidste løsning, og det er også den løsning, man ser i denne video af en af de sidste polio-ramte, der indtil for nylig levede i en jernlunge.

Alveolerne har ikke selv kapacitet til at udvide sig, så de er afhængige af, at der i det omgivende væv skabes et undertryk, der trækker dem udad og derved skaber det undertryk relativt til atmosfærisk tryk, der driver luften ind i alveolerne. Det undertryk skabes ved en rolig respiration af diafragma og interkostalmuskulaturen. Kæmper man for luften, kan man aktivere tilbehørsmuskulatur, den accessoriske vejrtrækningsmuskulatur, skalenerne, sternocleiden, nakke- og rygmuskulatur.

Ekspirationens mekanik

Fordi lungerne er elastiske, er der et elastisk recoil i dem. Det betyder, at efter en inspiration, er alveolerne (i virkeligheden drevet af overfladespændingen af vand i alveolerne) spændt ud som en elastik. Den potentielle energi kan udløses og omdannes til kinetisk energi, der virker på luften inde i lungerne, sådan at lufttrykket i alveolerne pludselig overstiger det atmosfæriske tryk – når glottis er åben betyder det, at luften ledes ud igen via de konduktive luftveje.

Ved anstrengt vejrtrækning er situationen en anden, her kan man udnytte sin abdominalmuskulatur til at skabe et overtryk nedefra og op på diafragma, interkostalmuskulaturen kan trækkes sammen og nakke-ryg-muskulaturen kan også hjælpe til.

Regulering af ventilation

Ventilationen reguleres principielt på to måder: Globalt og lokalt. 

Den globale ventilationsregulering (som det ikke skal handle om her) foregår med ilttryk, CO2-tryk og blodets surhedsgrad som intermediære, sådan at ventilationen via centrale mekanismer stiger, når ilttrykket falder, når CO2-trykket stiger og pH falder.

Den lokale ventilation er reguleret sådan, at dårligt perfunderet lungevævs ventilation falder. Ved dårlig perfusion, men vedvarende ventilation (et stigende V/Q-forhold) øges udluftningen af CO2 i alveolerne, sådan at PACO2 falder. Det giver alkalose i det omgivende væv og giver (via en i 2016 ukendt mekanisme) bronkiekonstriktion.

Samtidig bliver alveolerne surfaktantproducerende cellers blodforsyning hæmmet og surfaktantproduktionen falder: Surfaktant nedsætter overfladespændingen i vand. Alveolerne er normalt dækket af et lille lag væske, der med overfladespændingen virker til at trække alveolerne sammen. Når overfladespændingen falder, stiger alveolernes compliance – de har nemmere ved at udvide sig i lyset af stigende alveolært tryk (som fx under en inspiration). Når overfladespændingen stiger, falder den alveolære compliance og den potentielle ventilation af alveolerne også.

Kilder

Boron & Boulpaeps Medical Physiology 3. udgave, Elsevier 2016, særligt kapitel 26 og 27, pp.: 590-627; om respiratoriske systems organisering og ventilationens mekanik.

Petersson J, Glenny RW. Gas exchange and ventilation-perfusion relationships in the lung. Eur Respir J. 2014 Oct;44(4):1023-41. doi: 10.1183/09031936.00037014. Epub 2014 Jul 25. PMID: 25063240.

Har du kommentarer, er du meget velkommen til at sende dem ind her: