Sinh lý học Hô hấp ứng dụng của Nunn & Lumb, ấn bản thứ 9. CHƯƠNG 7. PHÂN BỐ THÔNG KHÍ VÀ TƯỚI MÁU PHỔI

Sinh lý học Hô hấp ứng dụng của Nunn & Lumb, ấn bản thứ 9. Nunn and Lumb’s Applied Respiratory Physiology 9th Edition.
Chủ biên: Andrew Lumb, Caroline Thomas. Nhà xuất bản ELSEVIER. Biên dịch: Ts.Bs. Lê Nhật Huy, Ths.Bs. Lê Đình Sáng. ISBN-13: 978-0702079085. 
Ấn bản tiếng Việt của cuốn sách này được dịch & chia sẻ vì mục đích lan toả tri thức, hoàn toàn phi lợi nhuận, duy nhất trên các website sachyhoc.com & yhoclamsang.net của THƯ VIỆN MEDIPHARM. NGHIÊM CẤM THƯƠNG MẠI HOÁ bản dịch tiếng Việt của cuốn sách này dưới bất cứ hình thức nào.

CHƯƠNG 7. PHÂN BỐ THÔNG KHÍ VÀ TƯỚI MÁU PHỔI

Distribution of pulmonary ventilation and perfusion
Andrew Lumb, MB BS FRCA; Caroline Thomas, BSc MBChB MRCS(Ed) FRCA
Nunn and Lumb’s Applied Respiratory Physiology, 7, 88-110.e3

Có thể xem phổi như một bộ trao đổi đơn giản với một dòng khí đi vào và đi ra, cùng một dòng máu đi vào và đi ra. Tồn tại một trạng thái gần như cân bằng hoàn toàn về phân áp oxy và carbon dioxide giữa hai dòng chảy ra từ chính bộ trao đổi này. Mô hình lý thuyết này giả định rằng dòng khí đi vào và đi ra khỏi phế nang cũng như dòng máu chảy qua mao mạch phổi đều diễn ra liên tục. Giả định này có thể đúng bên trong một số phế nang ở người khi ở thể tích khí lưu thông bình thường, sự di chuyển của khí diễn ra thông qua quá trình khuếch tán, nhưng dòng máu mao mạch phổi lại có tính chất đập theo nhịp (pulsatile). Mô hình này đã được cố ý vẽ mà không có dòng chảy ngược chiều (countercurrent flow), một hệ thống vốn sẽ hiệu quả hơn rất nhiều. Hệ thống chảy ngược chiều như vậy hoạt động ở mang cá và phổi chim, giúp đưa phân áp oxy (PO2) của máu động mạch tiến gần đến PO2 của môi trường sống của chúng.

Trao đổi khí rõ ràng sẽ đạt mức tối ưu nếu thông khí và tưới máu phân bố theo cùng một tỷ lệ với nhau trên toàn bộ phổi. Ngược lại, để lấy một ví dụ cực đoan, nếu thông khí hoàn toàn phân bố cho một bên phổi và tưới máu cho bên phổi còn lại, quá trình trao đổi khí sẽ không thể diễn ra, mặc dù tổng lượng thông khí và tưới máu riêng lẻ có thể vẫn bình thường. Chương này bắt đầu bằng việc xem xét sự phân bố không gian và thời gian của thông khí, tiếp theo là cách tiếp cận tương tự đối với tuần hoàn phổi. Sau đó, sự phân bố của thông khí và tưới máu được xem xét trong mối tương quan lẫn nhau. Cuối cùng, các khái niệm về khoảng chết (dead space) và luồng thông (shunt) sẽ được trình bày.

Phân Bố Thông Khí

Phân Bố Không Gian Và Giải Phẫu Của Khí Hít Vào

Tư thế và phương thức thông khí ảnh hưởng đến sự phân bố khí giữa hai lá phổi ở người bình thường. Nhờ kích thước lớn hơn, phổi phải thường nhận được lượng thông khí lớn hơn một chút so với phổi trái ở cả tư thế đứng thẳng và nằm ngửa (Bảng 7.1). Ở một bệnh nhân tỉnh táo nằm nghiêng, phổi nằm dưới luôn thông khí tốt hơn, bất kể bệnh nhân nằm nghiêng sang bên nào, mặc dù vẫn có một chút ưu thế nghiêng về bên phải. May mắn thay, sự thông khí ưu tiên ở phổi nằm dưới phù hợp với sự gia tăng tưới máu ở cùng bên phổi đó, do vậy tỷ lệ thông khí/tưới máu của hai lá phổi không thay đổi quá nhiều khi chuyển sang tư thế nằm nghiêng. Tuy nhiên, phổi nằm trên lại có xu hướng thông khí tốt hơn ở bệnh nhân đã được gây mê trong tư thế nằm nghiêng, bất kể phương thức thông khí là gì và đặc biệt là khi mở lồng ngực (open chest) (Bảng 7.1).

Hình 7.1 Trong biểu diễn chức năng này về quá trình trao đổi khí ở phổi, dòng chảy của khí và máu được coi là một quá trình liên tục di chuyển từ trái sang phải. Trong hầu hết các hoàn cảnh, sự cân bằng đạt được giữa khí phế nang và máu cuối mao mạch phổi, và phân áp khí ở hai pha này gần như giống hệt nhau. Tuy nhiên, khí phế nang trộn lẫn với khí khoảng chết để tạo thành khí thở ra, và máu cuối mao mạch phổi trộn lẫn với máu tĩnh mạch đi qua luồng thông để tạo thành máu động mạch. Do đó, cả khí thở ra và máu động mạch đều có phân áp khí khác với phân áp khí trong khí phế nang và máu cuối mao mạch phổi.

Bảng 7.1 Phân Bố Thể Tích Phổi Lúc Nghỉ (Dung Tích Cặn Chức Năng) Và Thông Khí Giữa Hai Lá Phổi Ở Người

Ghi chú: Nằm nghiêng phải (nghĩa là Phổi trái hướng lên trên) và Nằm nghiêng trái (nghĩa là Phổi phải hướng lên trên). Con số đầu tiên là dung tích cặn chức năng một bên (tính bằng lít), và con số thứ hai trong ngoặc là tỷ lệ phần trăm phân chia thông khí. Mỗi nghiên cứu đề cập đến các đối tượng hoặc bệnh nhân khác nhau.

Ngoài việc gây ra những khác biệt theo tư thế giữa thông khí ở phổi trái và phổi phải, trọng lực còn tác động đến sự phân bố thông khí bên trong mỗi lá phổi. Mô phổi có thể được xem như một chất bán lỏng hoặc giống như gel giới hạn bên trong khoang lồng ngực, và trọng lượng của phần mô phía trên đè ép lên phần mô phía dưới sao cho mật độ của phổi tăng lên khi chiều cao thẳng đứng giảm xuống (Hình 7.5). Do vậy, ở những vùng phụ thuộc trọng lực (vùng thấp), mô phổi ít giãn nở hơn so với những vùng không phụ thuộc trọng lực (vùng cao), từ đó có độ giãn nở (compliance) tốt hơn và nhận được nhiều thông khí hơn.

Sự phân bố thông khí vào các lát cắt ngang của phổi đã được nghiên cứu trong nhiều năm thông qua việc hít các đồng vị phóng xạ, và gần đây hơn là bằng các kỹ thuật chụp cắt lớp vi tính tiên tiến. Ở tư thế đứng thẳng, với những nhịp hít vào chậm đạt dung tích sống (vital capacity), các lát cắt trên cùng của phổi có mức thông khí chỉ bằng khoảng một phần ba so với các lát cắt ở vùng đáy phổi. Một nhịp hít vào chậm bắt đầu từ dung tích cặn chức năng (functional residual capacity – FRC), như diễn ra trong quá trình thông khí lúc nghỉ ngơi bình thường, tạo ra một dốc chênh lệch theo chiều dọc nhỏ hơn đi xuống dọc theo phổi, với tỷ lệ thông khí vùng đáy so với vùng đỉnh xấp xỉ 1,5:1.

Ở bất kỳ tư thế nằm ngang nào, chiều cao thẳng đứng của phổi đều giảm đi khoảng 30%, và do đó lực hấp dẫn tạo ra sự phân bố không đồng đều sẽ yếu hơn nhiều. Một loạt các kỹ thuật quét hình ảnh đã được mô tả nhằm định lượng sự thông khí vùng ở tư thế nằm ngửa, và đã xác nhận những phát hiện trước đây rằng nhịp thở lưu thông bình thường dẫn đến một mức độ thông khí ưu tiên nhỏ cho các lát cắt phía sau của phổi so với các lát cắt phía trước.

Trọng lực không phải là yếu tố duy nhất tác động đến thông khí vùng; cấu trúc phổi cũng góp phần vào quá trình này. Một nghiên cứu trên phổi người bình thường, được đông lạnh nhanh ở một áp lực xuyên phổi (transpulmonary pressure) không đổi và đánh giá bằng hình ảnh chụp cắt lớp vi tính độ phân giải vi mô (microcomputed tomographic imaging), đã phát hiện ra rằng mật độ phế nang hiện diện trong nhu mô thay đổi theo chiều cao và thể tích phổi. Ở mức tổng dung lượng phổi (total lung capacity – TLC) trong tư thế đứng thẳng, nghiên cứu ghi nhận 32 phế nang trên mỗi mm3 ở đỉnh phổi và 21 phế nang ở đáy phổi. Sự khác biệt về mật độ phế nang này có xu hướng làm giảm bớt tác động của áp lực xuyên phổi khác nhau giữa vùng đỉnh và vùng đáy, với số lượng phế nang ít hơn ở đáy phổi nhưng mỗi phế nang lại nhận được nhiều thông khí hơn. Điều này lý giải tại sao lại có sự khác biệt rất nhỏ về thông khí vùng ở mức dung tích cặn chức năng (FRC). Tuy nhiên, khi các kết quả giải phẫu này thu nhỏ xuống tương ứng với thể tích phổi ở mức FRC, các tác giả ước tính mật độ phế nang tương tự nhau ở đỉnh và đáy (khoảng 47 phế nang trên mỗi mm3), điều này mâu thuẫn với nhiều nghiên cứu trước đây (được mô tả dưới đây) cho thấy mật độ phế nang cao hơn ở các vùng thấp. Các kỹ thuật quét với khả năng đo thông khí ở các vùng phổi chỉ có kích thước vài milimet khối cũng đã chứng minh sự gia tăng thông khí ở vùng trung tâm so với vùng ngoại vi của phổi. Hiện tượng này có khả năng là kết quả của các mô hình phân nhánh không đồng đều của đường thở theo một cách tương tự như quan sát thấy ở các mạch máu phổi (xem phần sau).