Альвеолярно-артериальный градиент

Респираторный параметр для дифференциальной диагностики гипоксемии

Альвеолярно -артериальный градиент (А- аО
₂, ^[1] или градиент A–a ), является мерой разницы между альвеолярной концентрацией ( A ) кислорода и артериальной ( a ) концентрацией кислорода. Это полезный параметр для сужения дифференциальной диагностики гипоксемии . ^[2]

Градиент А–а помогает оценить целостность альвеолярно-капиллярной единицы. Например, на большой высоте артериальный кислород PaO2низкий, но только потому, что альвеолярный кислород ( PAO
₂) также низок. Однако в состояниях несоответствия вентиляции и перфузии , таких как тромбоэмболия легочной артерии или шунт справа налево , кислород неэффективно переносится из альвеол в кровь, что приводит к повышению градиента Аа.

В идеальной системе градиент Аа не существовал бы: кислород диффундировал бы и выравнивался через капиллярную мембрану, а давления в артериальной системе и альвеолах были бы фактически равны (что привело бы к градиенту Аа, равному нулю). ^[2] Однако, даже несмотря на то, что парциальное давление кислорода примерно уравновешено между легочными капиллярами и альвеолярным газом, это равновесие не сохраняется, когда кровь движется дальше по легочному кровообращению. Как правило, PAO
₂всегда выше, чем P
_аО
₂по крайней мере на 5–10 мм рт. ст., даже у здорового человека с нормальной вентиляцией и перфузией. Этот градиент существует из-за как физиологического шунтирования справа налево , так и физиологического несоответствия V/Q, вызванного зависящими от гравитации различиями в перфузии в различных зонах легких . Бронхиальные сосуды доставляют питательные вещества и кислород в определенные ткани легких, и часть этой отработанной, дезоксигенированной венозной крови дренируется в высокооксигенированные легочные вены , вызывая шунт справа налево. Кроме того, эффекты гравитации изменяют поток как крови, так и воздуха через различные высоты легкого. В вертикальном легком и перфузия, и вентиляция наиболее сильны у основания, но градиент перфузии круче, чем у вентиляции, поэтому соотношение V/Q выше у верхушки, чем у основания. Это означает, что кровь, текущая через капилляры у основания легкого, не полностью оксигенируется. ^[3]

Уравнение

Уравнение для расчета градиента А–а имеет вид:

${\displaystyle {\text{A–a Gradient}}=P_{A}{\ce {O2}}-P_{a}{\ce {O2}}}$^[4]

Где:

• ПАО
  ₂= альвеолярное PO
  ₂(рассчитано по уравнению альвеолярного газа )

${\displaystyle P_{A}{\ce {O2}}=F_{i}{\ce {O2}}(P_{{\ce {atm}}}-P_{{\ce {H2O}}})-{\frac {P_{a}{\ce {CO2}}}{0.8}}}$

• П
  _аО
  ₂= артериальное PO
  ₂(измерено в артериальной крови)

В развернутом виде градиент А–а можно рассчитать следующим образом:

${\displaystyle {\text{A–a Gradient}}=\left(F_{i}{\ce {O2}}(P_{\text{atm}}-P_{{\ce {H2O}}})-{\frac {P_{a}{\ce {CO2}}}{0.8}}\right)-P_{a}{\ce {O2}}}$

На воздухе помещения ( F
_яО
₂= 0,21 или 21%) на уровне моря (P _атм = 760 мм рт. ст.), предполагая 100% влажность в альвеолах (P _{H 2 O} = 47 мм рт. ст.), упрощенная версия уравнения выглядит следующим образом:

${\displaystyle {\text{A–a Gradient}}={\begin{cases}\left(150{\text{ mm}}{\ce {Hg}}-{\frac {5}{4}}(P_{a}{\ce {CO2}})\right)-P_{a}{\ce {O2}}\quad {\text{or}}\\\left(20{\text{ kPa}}-{\frac {5}{4}}(P_{a}{\ce {CO2}})\right)-P_{a}{\ce {O2}}\end{cases}}}$

Ценности и клиническое значение

Градиент A–a полезен для определения источника гипоксемии . Измерение помогает изолировать место проблемы как внутрилегочное (в легких) или внелегочное (в другом месте тела).

Нормальный градиент A–a для молодого некурящего человека, вдыхающего воздух, составляет от 5 до 10 мм рт. ст. Обычно градиент A–a увеличивается с возрастом. За каждое десятилетие жизни человека его градиент A–a, как ожидается, увеличится на 1 мм рт. ст. Консервативная оценка нормального градиента A–a составляет [возраст в годах + 10]/4 . Таким образом, у 40-летнего человека градиент A–a должен быть около 12,5 мм рт. ст. ^[2] Значение, рассчитанное для градиента Aa пациента, может оценить, вызвана ли его гипоксия дисфункцией альвеолярно-капиллярного блока, из-за чего он повысится, или вызвано другой причиной, при которой градиент Aa будет равен или ниже расчетного значения с использованием приведенного выше уравнения. ^[2]

Аномально увеличенный градиент A–a предполагает дефект диффузии , несоответствие V/Q или шунт справа налево . ^[5]

Градиент Аа имеет клиническую пользу для пациентов с гипоксемией неопределенной этиологии. Градиент Аа можно разделить на повышенный и нормальный. Причины гипоксемии попадают в обе категории. Чтобы лучше понять, какие этиологии гипоксемии попадают в обе категории, мы можем использовать простую аналогию. Представьте себе путь кислорода через тело как реку. Дыхательная система будет служить первой частью реки. Затем представьте водопад из этой точки, ведущий ко второй части реки. Водопад представляет собой альвеолярные и капиллярные стенки, а вторая часть реки представляет собой артериальную систему. Река впадает в озеро, которое может представлять собой перфузию конечного органа. Градиент Аа помогает определить, где есть препятствие потоку. ^[2]

Например, рассмотрим гиповентиляцию. У пациентов может наблюдаться гиповентиляция по разным причинам; некоторые из них включают угнетение ЦНС, нервно-мышечные заболевания, такие как миастения, плохую эластичность грудной клетки, как при кифосколиозе или у пациентов с переломами позвонков, и многие другие. У пациентов с плохой вентиляцией отсутствует напряжение кислорода во всей артериальной системе в дополнение к дыхательной системе. Таким образом, река будет иметь сниженный поток через обе части. Поскольку и «A», и «a» уменьшаются согласованно, градиент между ними останется в пределах нормы (хотя оба значения уменьшатся). Таким образом, у пациентов с гипоксемией из-за гиповентиляции будет градиент Aa в пределах нормы. ^[2]

Теперь рассмотрим пневмонию. У пациентов с пневмонией есть физический барьер внутри альвеол, который ограничивает диффузию кислорода в капилляры. Однако эти пациенты могут вентилировать (в отличие от пациента с гиповентиляцией), что приведет к хорошо оксигенированным дыхательным путям (A) с плохой диффузией кислорода через альвеолярно-капиллярную единицу и, таким образом, к более низкому уровню кислорода в артериальной крови (a). В этом случае обструкция возникнет у водопада в нашем примере, ограничив поток воды только через вторую часть реки. Таким образом, у пациентов с гипоксемией из-за пневмонии будет ненадлежащим образом повышенный градиент Aa (из-за нормального "A" и низкого "a"). ^[2]

Применение этой аналогии к различным причинам гипоксемии должно помочь рассуждать о том, ожидать ли повышенный или нормальный градиент Аа. Как правило, любая патология альвеолярно-капиллярной единицы приведет к высокому градиенту Аа. В таблице ниже приведены различные состояния болезни, вызывающие гипоксемию. ^[2]

Поскольку градиент A–a аппроксимируется как: (150 − 5/4( PCO ₂ )) – PaO
₂на уровне моря и на комнатном воздухе (0,21x(760-47) = 149,7 мм рт. ст. для парциального давления альвеолярного кислорода после учета водяного пара) прямой математической причиной большого значения является то, что кровь имеет низкое PaO
₂, низкий PaCO ₂ или оба. CO ₂ очень легко обменивается в легких, а низкий PaCO ₂ напрямую коррелирует с высокой минутной вентиляцией ; поэтому низкий артериальный PaCO ₂ указывает на то, что для насыщения крови кислородом используются дополнительные дыхательные усилия. Низкий PaO
₂указывает на то, что текущая минутная вентиляция пациента (высокая или нормальная) недостаточна для адекватной диффузии кислорода в кровь. Таким образом, градиент A–a по сути демонстрирует высокое респираторное усилие (низкое артериальное PaCO ₂ ) относительно достигнутого уровня оксигенации (артериальное PaO
₂). Высокий градиент А–а может указывать на то, что пациенту тяжело дышать, чтобы достичь нормальной оксигенации, на то, что пациент дышит нормально и достигает низкой оксигенации, или на то, что пациенту тяжело дышать, но при этом не удается достичь нормальной оксигенации.

Если недостаток оксигенации пропорционален низкому дыхательному усилию, то градиент A–a не увеличивается; здоровый человек, который гиповентилятор, будет иметь гипоксию, но нормальный градиент A–a. В экстремальном случае высокие уровни CO2 _от гиповентиляции могут маскировать существующий высокий градиент A–a. Этот математический артефакт делает градиент A–a более клинически полезным в условиях гипервентиляции.

Смотрите также

• Давление газа в легких

Ссылки

1. Логан, Кэролин М.; Райс, М. Кэтрин (1987). Медицинские и научные сокращения Логана . Филадельфия: JB Lippincott Company . стр. 4. ISBN 0-397-54589-4.
2. Ханцидиамантис П.Дж., Амаро Э. (2020). Физиология, альвеолярно-артериальный градиент кислорода. StatPearls. PMID  31424737. NBK545153.
3. Киббл, Джонатан Д.; Хэлси, Колби Р. (2008). "5. Физиология легких § Оксигенация". Медицинская физиология: Общая картина. McGraw Hill Professional. стр. 199–. ISBN 978-0-07-164302-3.
4. "Альвеолярно-артериальный градиент" . Получено 14.11.2008 .
5. Костанцо, Линда (2006). BRS Physiology . Хейгерстаун: Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 0-7817-7311-3.

Внешние ссылки

• Онлайн-калькулятор градиента кислорода АА