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Ch.22 Respiratory physiology: THE EFFECTS OF ANESTHESIA

Ch.22 Respiratory physiology: THE EFFECTS OF ANESTHESIA. 이송이. 폐의 주요 기능은 blood 와 inspired air 사이에 gas exchange 를 하는 것으로 , O2 을 얻고 CO2 를 제거를 위한 것 1. Aerobic Metabolism O2 를 사용하여 , energy 를 얻는다 .

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Ch.22 Respiratory physiology: THE EFFECTS OF ANESTHESIA

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  1. Ch.22 Respiratory physiology:THE EFFECTS OF ANESTHESIA 이송이

  2. 폐의 주요 기능은 blood 와 inspired air사이에 gas exchange를 하는 것으로, O2을 얻고 CO2를 제거를 위한 것 1. Aerobic Metabolism O2를 사용하여, energy를 얻는다. carbohydrates, proteins는 two-carbon fragments (acetyl CoA) 로 대사된다. CO2로 대사되며 이때 얻어진 energy를 NAD, FAD, GTP로 저장된다. 최종적으로 Oxidative phosphorylation 를 통해adenosine triphosphate(ATP) 로 전달 glucose : C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energy energy + ADP + P → 38 ATP 발생 여러 대사를 위해 : ATP → ADP + P + energy Cell은 ATP : ADP = 10 : 1 로 유지한다. ATP는 저장되는 것이 아니라 계속 이용되며, metabolic substrate와 산소 공급으로 계속적으로 생성되는 것 Cellular Respiration

  3. Respiratory quotient (RQ)  total CO2 production(VCO2)과 oxygen consumption(VO2)과의 비율 RQ of carbohydrates, lipid, protein : 1.0, 0.7, 0.8 정상 성인의 경우 VCO2 : 200mL/minVO2 : 250mL/min NL RQ : 0.8 (일반적으로 protein은 primary fuel source로 사용되지 않으며, fats과 carbohydate combination사용을 반영한다.) VO2 = 10(weight) 2. Anaerobic Metabolism 02를 사용하지 않고 energy를 얻음 glucose가 pyruvate, latic acid로 전환에 의해 제한된 양의 ATP생산(2ATP) 3.Effects of Anesthesia on Cell Metabolism 전신마취는 VO2와 VCO2를 둘 다 15%정도 감소시킴 특히 뇌와 심장의 산소 소비를 감소시킴 Cellular Respiration 3/4

  4. Functional respiratory anatomy 1. Rib Cage & Muscles of Respiration contraction of the diaphragm : the base of the thoracic cavity 가 1.5 -7cm 하강 chest volume 변화의 75% accessory respiration muscle은 늑골을 움직여 가슴을 확장시킴. 호흡 노력을 증가시키려고 할 땐, SCM, scalene, pectoralis muscle 사용. SCM : rib cage들어올리는데 도움을 준다. scalene : 흡기시 upper rib의 inward movement를 방지한다. pectoralis muscle : chest expansion를 돕는다.

  5. Functional respiratory anatomy Expiration은 supine position 시 passive하게 이루어지지만 upright positoin 시 active하게 이루어짐 Exhalation은 abdominal muscles (rectus abdominis, external and internal oblique, transversus) 그리고 internal intercostalis 을 포함하는 근육에 의해 촉진된다. some pharyngeal muscle : airway patency 유지에 중요 genioglossus, levator palati, tensor palati, palatopharyngeus, palatoglossus

  6. Functional respiratory anatomy 2. Tracheobronchial Tree 이 구조를 통해 alveoli로 gas가 유입 두 갈래로 나누어 지며 trachea부터 alveolar sacs까지 23 division을 한다. alveolar sac에 17 alveoli가 있고 총 3억개의 alveoli가 50-100m2크기의 membrane 을 형성. Mucosa는 처음엔 ciliated columnar를 이루다가 점차 cuboidal해지며 최종적으로 alveolar epithelium이 된다. gas exchange : flat epithelium 연골이 없는 smaller airways의 patency는 주위 조직의 elastic recoil의 radial traction에 의존하게 된다. 1.Rib & musles 2.Trachea 3.Circulation 4.innervation

  7. Functional respiratory anatomy Alveoli Alveolus 평균 직경 : 0.05-0.33 mm in supine, largest alveolar : apex ,smallest : base inspiration시 alveolar size는 비슷해진다. Respiratory epithelium two cell type type Ⅰpneumocyte : flat 하고 tight junction 을 형성하여 albumin 같은 oncoticallyactive molecules 의 통과를 방지하는 역할을 한다. type Ⅱ pneumocyte : round cell이며 cytoplasmic inclusion(lamellar bodies)을 포함하여 surfactant라는 물질을 저장한다. 또한 cell division 을 하여 typeⅠpneumocyte, alveolar macrophages, mast cells, lymphocytes, and APUD cell, Neutrophils를 생성한다.

  8. Functional respiratory anatomy 각각의 alveolus의 wall은 비대칭적 배열 thin side (<0.4㎛ ) : :gas exchange를 하며, alveolar epithelium + capillary endothelium thick side (interstitial space) fluid and solute exchange 기능 pulmonary interstitial space 는 주로 elastin, collagen, 그리고 nerve fibers를 포함한다. 두께는 1-2㎛로 alveolus에 structural support 를 제공한다.

  9. Functional respriatory anatomy 3. Pulmonary Circulation & Lymphatics : 폐는 two circulations을 형성한다 Bronchial circulation Lt heart에서 발생 Trachea에서부터 pumonary bornchioles 까지 support 함. Pulmonary circulation Rt heart 에서 pulmonary artery로 나와 bronchus와 같이 주행. 폐를 통과하면서 CO2를 제거하고 O2를 받아 four main pulmonary veins를 통해 left heart 로 돌아간다. Two circulation 사이에 direct connection이 있다 : 평상시는 의미 없지만 질병 상태에선 중요한 의미를 가지게 됨.

  10. Functional respiratory anatomy Pulmonary Capillaries 상대적으로 낮은 압력 때문에 pulmonary circulation에서 capillary network로 가는 혈류는 중력과 alveolar size 에 의해 영향 받는다. pulmonary capillary endothelium은 5nm 폭의 상대적으로 큰 구멍을 가지고 있어 albumin같은 큰 molecules 의 통과를 허용한다 alveoli와 간질 사이 공간에 Macrophages가 있어 bacterial infection를 막아주고 foreign particles를 소화시킨다.

  11. Functional respiratory anatomy Pulmonary Lymphatics Interstitial spaces에서 기원하여 Lymph nodes 의 tracheobronchial chain을 형성하며 airways를 타고 윗쪽으로 이동한다. →양 폐와 연결된 drainage channels이 trachea와 교통하여 left lung에서 나온 fluid는 주로 thoracic duct 로 빠져나가고 반면 right lung 에서 나온 것은 right lymphatic duct 로 들어간다.

  12. 4.Innervation Diaphragm은 phrenic nerves (C3-C5 nerve roots) 에 의해 unilateral phrenic nere block시 약 25%가량 pulmonary function감소 accessory muscle activity intercostal muscle 은 그들 각각의thoracic nerve roots에 의해 vagus nerves 는 tracheobronchial tree에 감각신경을 제공 bronchial smooth muscle 과 secretory gland는 자율신경에 의해 조절 vagal activity : bronchoconstriction , bronchial secretion 증가 sympathetic activity (T1-T4) : bronchodilation,secretion 감소 nonadrenergic, nonchoinergic bronchodilator system도 존재함 α- and β- adrenergic receptors가 pulmonary vasculature 에 존재하지만 pulmonary vascular tone에 대한 effect 는 미미함 Functional respiratory anatomy

  13. Basic Mechanism of Breathing Reoxygenates desaturated blood & eliminate CO2 Exchange of alveolar gas : 이러한 교환은 small cyclic pr. gradient 에 의해 발생한다.

  14. Basic Mechanism of Breathing Spontaneous Ventilation spontaneous breathing시에 normal pressure variation가 존재한다. Pressure : alveoli 안 쪽 > surrounding (intrathoracic) pressure pleural pressure 는 intrathoracic pressure 측정 시 사용한다. P transpulmonary = Palveolar - Pintrapleural Inspiration시 chest 가 확장하고 intrapleural pressure가 -5cmH2O 에서 -8 or 9cmH2O로 감소  결과적으로 alveolar pr.감소, 따라서 alveolar-upper airway gradient 성립 expiration시, returns intrapleural pressure to -5cmH2O elastic recoil of lung : reversal of alveolar-upper airway gradient 을 성립한다.

  15. Basic Mechanism of Breathing Mechanical Ventilation Positive airway pressure를 적용한다. Inspiration시,upper airway의 압력과 같아질 때까지 alveoli로 gas flow 보냄 Expiratory phase of the ventilator시 : positive pressure는 감소되어 없어짐gas는 alveoli 밖으로 나간다. Respiratory Pattern에 대한 Anesthesia 의 효과 Position과 anesthetic agents 에 따라 변한다. supine position시, abdominal breathing predominate 마취약제의 종류에 관계없이 light anesthesia는 irregular breathing patterns을 초래한다. inhalation agent : rapid & shallow nitrous-narcotic : slow & deep Induction은 expiratory muscles을 활성화시켜 Inhalation agent는 RR은 증가 시키고 tidal volume은 감소시킴

  16. 폐의 운동은수동적으로 이루어지며, respiratory system의 저항에 의해 결정된다. Respiratory system은 elastic resistance 와 gas-liquid 경계면, 그리고 nonelastic resistance로 나뉜다. Elastic resistance of tissue 와 gas-liquid 경계면 : gas flow 가 없는 static condition 하에서의 lung volume과pressure 결정. elastic resistance를 극복하는 일(work)은 energy를 필요로 하고 이때 소비된 energy는 잠정적으로 저장됨 Nonelastic resistance to gas flow :air flow 와 tissue deformation에 대한 마찰 저항과 관련된다. nonelastic resistance를 극복하는데 필요한 energy는 열로 소실된다. Mechanics of Ventilation

  17. 1.Elastic Resistance Lung과 chest 는 elastic properties를 가진다. chest는 expand outward 경향을 ,반면 lung은 collapse하려는 경향을 가짐 recoil properties of the chest : deformation에 대해 저항하려는 구조적 요소에 의함 recoil properties of the lung : elastin fiber가 많고 더 중요한 것은 alveoli내에 있는 air-fluid 경계면의 표면장력이다. Surface Tension Forces (표면장력) alveoli를 싸고 있는 gas-fluid 경계면이 그들을 bubbles처럼 만듦 surface tension forces는 interface의 면적을 줄이고 alveolar collapse를 일으킨다. pressure = 2* surface tension radius alveolar내의 alveolar collapse 하려는 pressure 는 surface tension에 비례하고 alveolarsize에 반비례한다. (즉 surface tension이 크거나, alveolar size가 작으면 발생) pulmonary surfactant 가 있어 surface tension를 감소시킴 (농도에 비례하여) lung의 collapse 방지 Mechanics of Ventilation  Surfactant와 반 비례함.

  18. Compliance elastic recoil 측정하는 용어 (change in volume divided by change in distending pressure) supine position : chest wall compliance 감소 lung compliance is defined as CL =change in lung volume change in transpulmonary pressure normal : 150-200mL/cm H2O lung volume, pulmonary blood volume, extravascular lung water, inflammation and fibrosis같은 병적 과정에 의해 영향을 받는다. Chest wall compliance =change in chest volume change in transthoracic pressure normal : 200mL/cm H2O total compliance (lung and chest wall together) : 100mL/cm H2O 1 =1 +1 Ctotal CW CL Mechanics of Ventilation

  19. 2.Lung Volumes 호흡생리와 임상에서 important parameter lung capacities는 임상적으로 유용한 측정지수로 2개나 그 이상의 volume의 조합으로 나타낸다. Mechanics of Ventilation

  20. Functional Residual Capacity 정상 호기 마지막의 lung volume 이때 lung의 inward elastic recoil 과 chest의 outward elastic recoil와 비슷해진다. nitrogen wash-out or helium wash ,body plethysmography로 측정 FRC 를 변화시키는 요인 Body habitus : height에 비례, obesity는 반비례 sex : 여성에서 10% 감소 posture : supine or prone position시 감소 lung disease : lung, chest의 compliance가 감소하는 질환, restrictive pulmonary disorder에서 감소 diaphragmatic tone Mechanics of Ventilation

  21. Closing Capacity small airway는 cartilaginous support가 없어, 주위 조직의 radial traction에 의해 airway를 열게 된다. lung의 basal area에서 patency(개방성)는 lung volume에 의존 closing capacity는 이들 airway가 닫기 시작할 때의 volume tracer gas(Xenon133)으로 측정 대개 FRC보다 작다 posture에 영향을 받지 않는다 age에 따라 증가 Vital Capacity 최대 흡입 후 배출할 수 있는 최대량 body habitus, respiratory muscle strength and chest lung compliance에 의존 normal : 60-70mL/Kg Mechanics of Ventilation

  22. 3. Nonelastic Resistances Airway Resistance to Gas Flow 폐에서의 gas flow는 laminar flow와 turbulent flow가 혼합된 양상을 보임 laminar flow : 각각 다른 속력을 갖는 여러 개의 gas flow가 뭉쳐 있는 것을 말함 Flow =Pressure gradient Raw(airway resistance) Raw =8 * Length * Gas viscosity π * (Radius)4 turbulent flow : 무작위로 움직이는 gas flow 를 말함 Pressure gradient = flow2 * Gas density Radius5 Resistance : gas flow와 gas density에 비례, Radius에 5제곱에 반비례(airway caliber에 민감) Mechanics of Ventilation

  23. Turbulent or laminar flow 여부는 Reynold number로 예측가능 Reynold number =linear velocity * diameter * gas density gas viscosity laminar flow <1000 : only distal to small bronchioles(<1mm) turbulent flow >1500 :larger airway total airway resistance : 0.5-2 Cm H2O/L/s medium sized bronchi (before 7th generation)가 가장 많이 기여함 airway resistance 증가의 원인 : bronchospam, secretion, & mucosal edema volume-related & flow-related airway collapse Mechanics of Ventilation

  24. Mechanics of Ventilation A. Volume-Related Airway Collapse • at low lung volume (loss of radial traction) small airway 의 resistance 증가 airway resistance의 증가는 lung volume에 반비례 B. Flow-Related Airway Collapse • forced exhalation동안, 정상적인 transmural airway pressure의 반전은 airway collapse를 야기할 수 있다 (dynamic airway compression) • two contributing factors • generation of a positive pleural pressure • a large pressure drop across intrathoracic airway • equal pressure point : dynamic compression이 발생하는 airway point를 말함 • 정상적으로 cartilagenous support가 없는 11th generation of bronchioles 이후 • Emphysema, asthma 에서도 발생

  25. C. Forced vital Capacity 호기시 가능한 한 빠르게 불어서 측정하는 것으로 기도 저항에 대한 중요한 정보를 제공한다. FEV1/FVC : airway obstruction의 정도에 비례 정상적으로 FEV1/FVC > 80% FEV1 & FVC : effort-dependent FEF25-75% : effort independent, 더 신뢰할 수 있는 obstruction measurement Mechanics of Ventilation 호기시 1초동안 배출된 volume 호기시 25%~75% 동안 배출된 volume

  26. 4.Work of Breathing (WOB) 호기는 수동적으로 이루어지므로, 흡기와 호기시 WOB는 inspiratory muscle(primarily diaphragm)에 의해 이루어 진다. Ventilation 동안 세가지 resistance를 극복해야 한다. 1. elastic recoil of the chest & lung 2. frictional resistance to gas flow 3. tissue frictional resistance Respiratory muscle은 전체 산소 소비량의 2~3%를 소비하며 이때 발생한 에너지의 10%를 사용하며, 나머지 90%는 열로 발산 due to elastic & airflow resistance Mechanics of Ventilation

  27. 5. Effects of Anesthesia on Pulmonary Mechanics Effects on Lung Volume & Compliance Induction : supine position 보다 additional 15-20% reduction in FRC (400mL in most patients) - loss of normal end-expiratory diaphragmatic tone Closing capacity 또한 마취시 비슷하게 감소된다 Effects on Airway Resistance FRC의 감소는 airway resistance를 증가시킬 것으로 예측되나 흡입마취제의 bronchodilating properties로 증가되지 않는다 Effects on the Work of Breathing 마취 시 work of breathing의 증가는 lung & chest wall compliance가 감소함에 따라 발생한다. Mechanics of Ventilation

  28. 1.Ventilation Minute ventilation(분당 환기량) = respirtory rate * tidal volume (VT) alveolar ventilation(VA) : respiratory rate * (VT - VD) Dead space ( VD) : tidal volume (VT) 중에서 gas exchange에 관여하지 않는 부분 physiologic : anatomic dead space + alveolar dead space (nonrespiratory airway) (not perfused alveolar) 정상적으로 150mL (대략 2mL/kg) 정상에서 tidal volume이 약 450mL 이므로 VD :PACO2 - PECO2 : 33% VT PACO2 ( PACO2 : alveolar CO2, PECO2 : mixed expired co tension) VENTILATION/PERFUSION Relationship

  29. Distribution of Ventilation Ventilation은 폐의 모든 곳에서 균등하게 이루어지지 않는다. right lung > left lung (53% : 47%) lower area (dependent) > upper area (transpulmonary pr.가 높다) Upper lung area의 alveoli는 대부분 팽창되어 있고, 비교적 non compliant 함 Lower lung area(Dependent area)의 smaller alveoli는 좀 더 compliant 하므로 expansion을 잘 함 기도 저항도 pulmonary ventilation에 영향을 미침 실제로는 흡기시간과 호기시간은 한정되어 있다. 그러나 흡기시간이 정상이라 해도 compliance나 resistance 둘 중 하나라도 비정상이면 alveolar filling이 정상적으로 이루어지지 않는다. VENTILATION/PERFUSION Relationship

  30. 2. Pulmonary Perfusion 폐를 통해 5L/min의 피가 들어오면, 한번에 70-100mL가 gas exchange에 관여하기 위해 pulmonary capillary로 간다. capillary volume이 비교적 일정하더라도 total pulmonary blood volume은 500-1000mL사이에서 변할 수 있다. supine position에서 erect 할때 27%정도까지 pul. blood volume 감소 VENTILATION/PERFUSION Relationship

  31. Pul. vascular tone에 대한 영향 : local factor가 autonomic sys. 보다 중요하다 Pul. arterial & alveolar hypoxia시 Pul. vasoconstriction : leukotrienes 생산, NO 생산억제로 생기며 Intrapulmonary shunting을 줄여 hypoxemia를 막아준다. hypercapnia & acidosis : vasocontstrictor effect (hypocapnia시는 vasodilate) VENTILATION/PERFUSION Relationship

  32. Distribution of Pulmonary Perfusion lower (dependent) portion > upper portion zone 1 : alveolar dead space  PA>Pa> Pv 의 압력차가 존재하여 pul.capill가 막히기 때문 zone 2 : arterial-alveolar pressure gradient에 따라 zone 3 : arterial-venous pressure gradient에 따라 Ventilation/Perfusion Ratios alveolar ventilation (VA) : 4L/min pulmonary capillary perfusion : 5L/min  V/Q rate : 0.8 (0 (no ventilation) - 무한대(no perfusion)) no ventilation : intrapulmonary shunt 0.3 < V/Q < 3.0 V/Q ratio의 중요성 : 폐가 정맥피의 O2를 resaturated 시키고. CO2를 제거하는 효율성과 관계 VENTILATION/PERFUSION Relationship

  33. Ventilation/Perfusion Ratios alveolar ventilation (VA) : 4L/min pulmonary capillary perfusion : 5L/min  V/Q ratio : 0.8 (0 (no ventilation) - 무한대(no perfusion)) normal :0.3 < V/Q < 3.0 V/Q ratio의 중요성 : 정맥피를 resaturated 시키고. CO2를 제거하는데 있어 폐의 효율성을 나타냄 VENTILATION/PERFUSION Relationship

  34. 3.Shunts Shunt : 산화되지 않은 mixed venous blood가 우심장에서 좌심장으로 되돌아가는 경우 발생 (right to left shunt) Absolute shunt : anatomic shunt & V/Q is zero Relative shunt : low but finite V/Q ratio VENTILATION/PERFUSION Relationship

  35. Venous Admixture pulmonary end-capillary blood와 artery간의 oxygen tension차이를 설명하기 위한 개념으로, pulmonary end-capillary blood와 섞였어야만 되는 mixed venous blood의 양을 나타냄 venous admixture (Qs)는 total cardiac output (QT)의 분율로 표현 QS :CcO2 - CaO2 QT CcO2 - CvO2 CcO2 : 이상적인 pulmonary end-capillary bl.의 oxygen content CaO2 : arterial oxygen content CvO2 : mixed venous content 정상 Qs/ QT는deep bronchial vein과 pulmonary vein, thebesian circulation, low V/Q ratio 값을 가진 lung area간의 communication에 의해 결정 정상적인 venous admixture는 5%미만으로 shunt 양이 많을 수록 증가한다. VENTILATION/PERFUSION Relationship

  36. 4.Effects of Anesthesia on Gas Exchange Dead space Hypoventilation Intrapulmonary shunt를 증가시킨다. 전신 마취 시 아랫쪽 폐에 atelectasis와 airway collapse가 잘 일어나게 되며 이로 인해 venous admixture는 5-10% 증가한다 . VENTILATION/PERFUSION Relationship

  37. NO를 포함한 inhalation agents는 high dose에서 hypoxic pulm.vasoconstriction을 억제하여 hypoxemia를 심화시킴  이때, O2 tension을 30~40% 걸면 hypoxemia 를 방지하고, PEEP은 venous admixture를 감소시킨다. 장기간 high inspired oxygen concentration(>50%)의 투여는 absolute shunt를 증가시킬 수 있다. VENTILATION/PERFUSION Relationship

  38. gas가 혼합된 경우 각각의 gas pressure는 농도에 비례한다. PIO2 = PB x FiO2 159.6mmHg = 760mmHg x 0.21 PB = barometric pr. FiO2 = inspirarted oxygen의 분율 대략 % x 7로 mmHg로 계산할 수 있다 kilopascal시 분압은 % 시와 비슷 Alveolar, Arterial & Venous Gas Tensions

  39. I. Oxygen Alveolar Oxygen Tension (PAO2) 숨쉴 때 흡기시 gas는 humidification 되기 때문에 산소의 inspired tension은 증기압만큼 감소 PIO2 = (PB -PH2O) * FiO2 alveoli에서 흡입된 gas는 폐에 남아있던 alveolar gas(O2, CO2)와 합쳐진다. 따라서 PAO2 = PIO2 -PaCO2/RQ PaCO2 : arterial CO2 tension, RQ = respiratory quotient Inspired oxygen concentration(%) x 6 = PAO2 mmHg Alveolar, Arterial & Venous Gas Tensions

  40. Pulmonary End-Capillary Oxygen Tension (Pc`O2) 실질적으로 Pc`O2 = PAO2 Pc`O2 (pul.end-capil.O2 tension) : alveolar-capillary membrane 사이의 oxygen diffusion rate와 pulmonary capillary blood volume & transit time에 의해 결정 capillary transit time = pulmonary capillary blood volume cardiac output = 70mL / 5000mL/min (0.8sec) alveolar gas로부터 blood로 산소 전달하는데 있어 rate-limiting factor  O2와 Hb 사이의 결합 Alveolar, Arterial & Venous Gas Tensions

  41. pulmonary diffusing capacity : alveolar-capillary membrane의 permeability pulmonary blood flow를 반영 alveolar-capillary membrane간의 산소 전달은 oxygen diffusing capacity(DLO2)로 표현 DLO2 =oxygen uptake PAO2 – Pc`O2 Pc`O2가 정확히 측정될 수 없어 DLCO가 대신 사용 DLCO =carbon monoxide uptake PACO -Pc`CO DLCO의 감소는 alveolar capillary memb.를 통한 gas transfer의 방해를 암시 due to abnormal V/Q ratio, destruction of alveolar-capillary membrane, short capillary transit time Alveolar, Arterial & Venous Gas Tensions

  42. Arterial Oxygen Tension (PaO2) alveolar-arterial oxygen partial gradient(A-a gradient)는 15mmHg이하이다 나이가 듦에 따라 20-30mmHg로 증가 PaO2 = 102 -age/3 noraml range : 60-110mmHg(8-13kPa) 감소는 FRC에 대한 상대적인 closing capacity의 점차적 증가에 기인 Alveolar, Arterial & Venous Gas Tensions

  43. Arterial Oxygen Tension (PaO2) hypoxemia에 대한 주된 기전은 alveolar-arterial gradient증가에 기인 A-a gradient 는 right to left shunt, V/Q scatter의 정도, mixed venous oxygen tension등에 따라 결정 A-a gradient는 shunt에 직접 비례하고 mixed venous tension에 반비례 oxygen 소비와 hemoglobin 농도도 또한 PaO2에 영향을 미친다 (high oxygen consumption & low hemoglobin concentration은 A-a gradient를 증가되고, PaO2를 감소된다) Alveolar, Arterial & Venous Gas Tensions

  44. Mixed Venous Oxygen Tension (PvO2) : SVC, IVC, heart로 들어오는 vein 속에 들어있는 산소 분압 normal : 40mmHg 의미 : oxygen consumption & oxygen delivery의 전체적 균형를 보여준다. pul. artery catheter를 통해 알 수 있다. Alveolar, Arterial & Venous Gas Tensions

  45. 2.Carbon Dioxide Mitochondria에서 aerobic metabolism을 한 부산물 Mixed Venous Carbon Dioxide Tension (PvCO2) normal : 46mmHg 다양한 대사력을 갖는 조직으로부터의 blood가 합쳐진 결과 Alveolar Carbon Dioxide Tension (PACO2) Total CO2생산과 alveolar ventilation(CO2제거)간의 balance를 나타낸다. PACO2 =VCO2 VA PACO2는 CO2생산보다 CO2제거에 더 관계됨 왜냐하면 대부분의 경우, CO2생산되는 양이 거의 변화하지 않고, 우리 몸은 CO2를 저장 및 완충작용을 할 수 있는 용량이 크기 때문에 PACO2는 alveolar ventilation에 더 의존하게 된다 Alveolar, Arterial & Venous Gas Tensions

  46. Pulmonary End-Capillary Carbon Dioxide Tension (Pc`CO2) Pc`CO2 = PACO2 alveolar-capillary membrane을 통한 CO2 diffusion rate는 산소의 2배이다 Arterial Carbon Dioxide Tension (PaCO2) normal PaCO2는 38 +/- 4mmmHg ( 5.1 + 0.5KPa) 의미있는 arterial to alveolar gradient는 현저한 V/Q abnormality 경우에 나타남 End-Tidal Carbon Dioxide Tension(PETCO2) end-tidal CO2 tension은 임상적으로 PaCO2의 예측 정도 사용 PACO2-PETCO2 gradient는 5mmHg 이하 Alveolar, Arterial & Venous Gas Tensions

  47. 1.Oxygen 2 form으로 운반 :solution에 녹아 있거나, hemoglobin과 가역적으로 association함 Dissolved Oxygen 피에 용해되어 있는 산소량을 말하며 Herney's law에 의해 구할 수 있다. Gas concentration = α * partial pressure α = 주어진 온도에 주어진 용액에서의 gas 용해 상수 정상 체온에서의 상수 : 0.003mL/dL/mmHg Hemoglobin 4개의 heme과 4개의 protein subunit으로 구성된 complex large molecule Heme : oxygen-binding site의 essential part인 iron porphyrin compound 정상 hemoglobin molecule (hemoglobin A1) 2개의 α- & 2개의 β-chain으로 구성 4개의 subunit가 amino acid residue간의 weak bond로 구성 hemoglobin 1g은 1.39mL의 산소를 나를 수 있다. Transport of Resp. Gases in Blood

  48. Hemoglobin Dissociation Curve 각 hemoglobin 에 4개의 산소분자가 붙는다 hemoglobin saturation은 Hb이 최대한 결합할 수 있는 O2 양 중에 실제로 Hb와 결합한 O2의 양을 percent로 구함 처음 3개의 산소 결합은 마지막 4번째 산소 결합을 촉진시킴 Saturation이 90% 이상시 산소와 결합 가능한 oxygen receptor가 감소되어 curve를 flatten 하게 한다. Transport of Resp. Gases in Blood

  49. Factors influencing the Hemoglobin Dissociation Curve Hydrogen ion concentration CO2 tension Temperature 2,3-diphosphoglyceride (2,3-DPG)concentration P50 : hemoglobin의 50%가 포화되는 oxygen tension shift to right (increasing P50) make more oxygen available to tissue shift to left (decreasing P50) oxygen affinity 증가, reducing availablity to tissue normal P50 : 26.6mmHg(3.4kPa) Transport of Resp. Gases in Blood Alkalosis Hypothermia 2,3-DPG감소 Acidosis Hyperthermia 2,3-DPG증가 P50 Affinity를 줄여 O2 release to tissue O2 uptake엔 영향 없다. 26.6mmHg

  50. Abnormal Ligands & Abnormal Forms of Hemoglobins carbon monoxide, cyanide, nitric acid, ammonia 등이 산소 대신 hemoglobin과 결합할 수 있다 (shift to left) →carbon monoxide : 200-300배 강력 →carboxyhemoglobin을 형성 methemoglobin : heme에 있는 iron이 trivalent form으로 산화(산소 결합 못함) methylene blue or ascorbic acid는 methemoglobin에서 Hb으로의 환원을 촉진한다. abnormal hemoglobin : protein subunit composition의 variation에 의해 발생 fetal hemoglobin, hemoglobin A2. sick hemoglobin Transport of Resp. Gases in Blood

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