Gāzu apmaiņa elpošanas sistēmā: kā tā notiek

Barjeras uzbūve izskaidro, kāpēc tās bojājums tik strauji ietekmē visu organismu. Alveolu iekšējo virsmu klāj divu veidu šūnas. Pirmā tipa alveolocīti ir ārkārtīgi plakani un aizņem lielāko daļu virsmas; tieši caur tiem notiek difūzija. Otrā tipa alveolocīti ir kubveida un ražo virsmaktīvo vielu jeb surfaktantu.

Surfaktants samazina virsmas spraigumu alveolas iekšpusē. Bez tā mazās alveolas izelpas beigās salīptu kopā, un katra nākamā ieelpa prasītu daudz lielāku piepūli. Tieši surfaktanta trūkums ir iemesls elpošanas grūtībām priekšlaicīgi dzimušiem bērniem.

Starp alveolu un kapilāru atrodas arī plāns intersticiāla audu slānis. Parasti tas ir gandrīz nemanāms, bet, ja tajā uzkrājas šķidrums, kā tas notiek plaušu tūskas gadījumā, attālums, kas gāzei jāveic, palielinās, un difūzija strauji pasliktinās.

Difūzijas ātrumu nosaka trīs lietas: cik liela ir spiedienu starpība, cik plaša ir virsma un cik bieza ir barjera. Visas trīs var mainīties slimības gadījumā.

1. Ieelpā alveolās nonāk svaigs gaiss ar augstu skābekļa un zemu oglekļa dioksīda daļējo spiedienu.
2. Ar plaušu artēriju alveolām pieplūst venozās asinis, kurās skābekļa spiediens ir zems, bet oglekļa dioksīda augsts.
3. Skābeklis difundē no alveolas asinīs, izšķīst plazmā un gandrīz uzreiz tiek saistīts pie hemoglobīna eritrocītā.
4. Oglekļa dioksīds difundē pretējā virzienā, galvenokārt atbrīvojoties no bikarbonāta ar karboanhidrāzes palīdzību.
5. Asinis, kas tagad ir arteriālas, ar plaušu vēnām atgriežas sirds kreisajā pusē un tiek izsūknētas uz audiem.
6. Audos process atkārtojas pretējā virzienā: skābeklis pāriet šūnās, bet oglekļa dioksīds asinīs.
7. Izelpā oglekļa dioksīdu saturošais gaiss tiek izvadīts, un cikls sākas no jauna.

Abas gāzes šķērso vienu un to pašu barjeru, bet to ceļš asinīs un to reakcija uz traucējumiem ir pavisam atšķirīga. Šī atšķirība ir viens no svarīgākajiem plaušu fizioloģijas principiem.

Ja skābeklis asinīs būtu tikai izšķīdis, tā daudzums ne tuvu nebūtu pietiekams. Tāpēc gandrīz viss skābeklis tiek saistīts pie hemoglobīna eritrocītos.

Hemoglobīna saistīšanās ar skābekli nav lineāra, bet gan S veida: pie augsta skābekļa spiediena plaušās tas piesātinās gandrīz pilnībā, bet audos, kur spiediens ir zems, tas skābekli atdod strauji. Atdošanu vēl pastiprina audu apstākļi: paaugstināta temperatūra, skābāka vide un augstāks oglekļa dioksīda līmenis. Tieši tāpēc strādājošs muskulis saņem vairāk skābekļa nekā mierā esošs.

Oglekļa dioksīds tiek pārnests trīs veidos. Lielākā daļa eritrocītā ar karboanhidrāzes palīdzību tiek pārvērsta bikarbonātā, kas iziet plazmā; daļa tiek saistīta pie hemoglobīna olbaltumvielas daļas; neliela daļa vienkārši izšķīst. Tā kā bikarbonāts ir arī organisma galvenais skābju un bāzu līdzsvara buferis, elpošana tiešā veidā ietekmē asins pH.

• Skābeklis: nedaudz izšķīdis plazmā, lielākā daļa saistīta pie hemoglobīna.
• Oglekļa dioksīds: galvenokārt bikarbonāta veidā, mazāk saistīts pie hemoglobīna un izšķīdis.
• Pulsa oksimetrs mēra hemoglobīna piesātinājumu, nevis skābekļa daudzumu asinīs kopumā.
• Anēmijas gadījumā piesātinājums var būt normāls, bet pārnestā skābekļa daudzums tomēr samazināts.
• Oglekļa monoksīda saindēšanās gadījumā pulsa oksimetra rādījums var būt maldinoši normāls.

Lai apmaiņa notiktu, katrai alveolai jāsaņem gan gaiss, gan asinis, un tiem jābūt savstarpēji samērīgiem. Plaušas šo samērību regulē pašas: ja kāds plaušu apgabals tiek slikti ventilēts, tā asinsvadi sašaurinās un asinis tiek novirzītas uz labāk ventilētiem apgabaliem.

Nesamērība rodas divos veidos. Ja alveola tiek apasiņota, bet nesaņem gaisu, piemēram, pneimonijas vai plaušu sabrukuma gadījumā, asinis to iziet cauri neuzņemot skābekli. Ja alveola saņem gaisu, bet netiek apasiņota, piemēram, plaušu artērijas trombembolijas gadījumā, gaiss šajā daļā tiek izelpots neizmantots.

Arī veselās plaušās apmaiņa nav vienmērīga. Stāvus stāvoklī gan ventilācija, gan asinsplūsma ir lielāka plaušu apakšdaļās, un to attiecība atšķiras no augšdaļām. Turklāt daļa katras ieelpas nemaz nesasniedz alveolas, bet paliek elpceļos, un šo daļu sauc par anatomisko mirušo telpu. Tieši tāpēc ātra virspusēja elpošana gāzu apmaiņu nodrošina sliktāk nekā retāka, bet dziļāka elpošana.

Augļa plaušas gāzu apmaiņā nepiedalās; to veic placenta. Alveolas veidojas grūtniecības pēdējos mēnešos un turpina vairoties arī pēc dzimšanas, agrīnajos bērnības gados.

Surfaktanta ražošana sākas grūtniecības otrajā pusē un pieaug tuvāk dzemdībām. Tāpēc priekšlaicīgi dzimušiem bērniem var attīstīties elpošanas distresa sindroms, un draudošu priekšlaicīgu dzemdību gadījumā mātei var ievadīt zāles, kas paātrina augļa plaušu nobriešanu.

Ar gadiem plaušu audi zaudē daļu elastības, krūšu kurvja kustīgums samazinās un gāzu apmaiņas rezerves sarūk. Veselam cilvēkam tas ikdienā nav jūtams, bet tas izskaidro, kāpēc vecākiem cilvēkiem pneimonija vai gripa biežāk izraisa skābekļa trūkumu. Smēķēšana šīs pārmaiņas ievērojami paātrina, jo tā iznīcina alveolu starpsienas un samazina apmaiņas laukumu.

Traucējumus var sagrupēt pēc tā, kurš apmaiņas priekšnoteikums ir zudis: gaiss, asinis, barjera vai apmaiņas laukums.

Pneimonija piepilda alveolas ar iekaisuma šķidrumu, plaušu tūska sabiezina barjeru, plaušu fibroze to padara stingru un biezu, emfizēma samazina laukumu, bet plaušu artērijas trombembolija pārtrauc asinsplūsmu. Smagos gadījumos attīstās akūts elpošanas mazspējas sindroms, kad barjera kļūst caurlaidīga visā plaušu apjomā.

Ar šiem stāvokļiem strādā pneimonologs, kardiologs, intensīvās terapijas ārsts un ģimenes ārsts. Nekavējoties jāmeklē neatliekamā palīdzība, ja parādās pēkšņs elpas trūkums miera stāvoklī, sāpes krūtīs, zilgana lūpu vai pirkstu krāsa, apjukums vai nespēja izrunāt pilnu teikumu vienā elpas vilcienā.

Izmeklēšana atbild uz diviem atsevišķiem jautājumiem: cik labi gāzes pāriet caur barjeru un kāpēc tieši tas ir traucēts.

• Pulsa oksimetrija: ātrs, nesāpīgs hemoglobīna piesātinājuma novērtējums.
• Arteriālo asiņu gāzu analīze: parāda gan skābekļa, gan oglekļa dioksīda spiedienu un skābju un bāzu līdzsvaru.
• Spirometrija: novērtē ventilāciju un elpceļu caurlaidību, nevis pašu apmaiņu.
• Difūzijas spējas noteikšana: īpaši elpošanas tests, kas tieši mēra gāzes pāreju caur barjeru.
• Krūškurvja rentgenogramma un datortomogrāfija: parāda plaušu audu izmaiņas.
• Plaušu ventilācijas un perfūzijas izmeklējums vai datortomogrāfijas angiogrāfija: izmanto trombembolijas diagnostikā.

Vārds „elpošana“ ikdienā apzīmē vairākas dažādas lietas, un tieši tāpēc rodas pārpratumi par to, ko nozīmē slikts skābekļa rādījums.

• Ventilācija ir gaisa kustība, bet gāzu apmaiņa ir gāzu pāreja caur barjeru; cilvēks var elpot spēcīgi un tomēr apmaiņa būt traucēta.
• Šūnu elpošana ir skābekļa izmantošana mitohondrijos; tā ir bioķīmiska norise, nevis plaušu funkcija.
• Hipoksēmija ir zems skābekļa līmenis asinīs, bet hipoksija ir skābekļa trūkums audos; tie ne vienmēr sakrīt.
• Elpas trūkuma sajūta ne vienmēr nozīmē zemu skābekļa līmeni, un normāls oksimetra rādījums neizslēdz nopietnu slimību.
• Skābekļa piesātinājums nav tas pats, kas skābekļa daudzums: anēmijas gadījumā piesātinājums var būt normāls, bet pārnesums nepietiekams.

Praksē bieži novēro situāciju, kas sākumā šķiet neloģiska: cilvēkam ar plaušu slimību skābekļa līmenis ir pazemināts, bet oglekļa dioksīda līmenis normāls vai pat pazemināts. Iemesls slēpjas abu gāzu atšķirīgajās īpašībās.

Oglekļa dioksīds šķīst labāk un difundē vieglāk, tāpēc bojāta barjera to aiztur mazāk. Turklāt tā izvadīšanu var pastiprināt, elpojot biežāk un dziļāk, un tieši to organisms dara, kad kļūst grūti elpot. Skābekļa gadījumā šis kompensācijas mehānisms gandrīz nedarbojas, jo veselajās plaušu daļās hemoglobīns jau ir gandrīz pilnībā piesātināts un vairāk skābekļa tas vienkārši nespēj paņemt.

No tā izriet svarīgs praktisks secinājums. Normāls oglekļa dioksīda līmenis smagas elpas trūkuma epizodes laikā nav nomierinoša pazīme, bet gan brīdinājums, ka kompensācija ir izsmelta. Ja šādā situācijā oglekļa dioksīds sāk pieaugt, tas parasti nozīmē, ka elpošanas muskulatūra nogurst, un tas ir viens no steidzamākajiem signāliem elpošanas atbalsta uzsākšanai.