ガス交換
呼吸とは
酸素の取り入れと炭酸ガスの排出
外呼吸 ⇒ 肺におけるガス交換
内呼吸 ⇒ 組織におけるガス交換
ガス交換に関与する３因子
| ① | 環境(大気圧と酸素濃度) |
| ② | 肺胞換気量(一回換気量、呼吸数、死腔量) |
| ③ | 肺胞レベルのガス交換(換気／血流比、拡散能力、シャント) |
酸素分圧の変化
| 吸入気酸素分圧(PIO2) | 気道内の酸素分圧。 気道内の空気は飽和水蒸気圧で満たされている。 |
| 肺胞気酸素分圧(PAO2) | 肺胞内の酸素分圧。 組織から産生された二酸化炭素の影響を受ける。 |
| 肺胞気動脈血酸素分圧較差 (AaDO2) | 肺胞気と動脈血の酸素分圧の差 換気血流比、シャント、拡散障害の影響を受ける。 |
| 動脈血酸素分圧(PaO2) | 動脈血内の酸素分圧。 |
| 静脈血酸素分圧(PvO2) | 混合静脈血内の酸素分圧。 |
環境
≪吸入気酸素分圧(PIO2)≫
吸入した空気の酸素分圧を吸入気酸素分圧(PIO2)と呼び、次式で表される。
大気圧が760mmHgなら、空気中の酸素濃度は21％であるため吸入気酸素分圧(PIO2)は、約150mmHgとなる。
しかし、上記の式で示されるように大気圧(PB)と吸入気酸素濃度(FIO2)によって気道に吸入される酸素分圧が規定されるため、環境(高地、高気圧治療装置、酸素ボンベの使用)によって吸入気酸素分圧(PIO2)は変化する。
肺胞換気量
≪肺胞換気≫
呼吸器の死腔を差し引いた肺胞に届いたガス交換に役立つ換気を肺胞換気と呼ぶ。
≪死腔≫
ガス交換に関係のない無駄なスペースを死腔と呼ぶ。
| 解剖学的死腔 | ： | 肺に至るまでの気道内容積(鼻腔～終末気管支)。約150ml |
| 肺胞死腔 | ： | 肺血流から肺胞への炭酸ガス移行が障害されてガス交換が行われない部分 |
| 生理的死腔 | ： | 解剖学的死腔＋肺胞死腔 |
| 機械的死腔 | ： | 人工呼吸器の回路や挿管チューブなど |
| 死腔換気率 | ： | 死腔の１回換気量に対する割合(VD/VT)。 生理学的死腔率の正常値は、30～40％ |
≪肺胞換気量≫
肺胞換気量は、CO2産生量とPaCO2によって表される。
上記の式からわかるように炭酸ガス産生量が一定であるならば、肺胞換気量が増えればPaCO2は低下し、逆に肺胞換気量を少なければ、PaCO2は上昇する関係が存在する。
| PaCO2低下 (PaCO2≦35mmHg) | 肺胞換気量の増加 ⇒肺胞過換気 |
| PaCO2上昇 (PaCO2≧45mmHg) | 肺胞換気量の低下 ⇒肺胞低換気 |
≪肺胞気酸素分圧(PAO2)≫
肺胞内は、組織で生じた二酸化炭素が存在するため、吸入気酸素分圧(PIO2)に二酸化炭素の影響分を除く必要がある。
二酸化炭素の影響は、動脈血CO2分圧を呼吸商の0.8で割ることで得られる。
吸入気酸素分圧が150mmHg、PaCO2が40mmHgとすると、肺胞気酸素分圧PAO2は、100mmHg(∵ 150－40/0.8)となる。
肺胞レベルのガス交換
≪肺胞気・動脈血酸素分圧較差(AaDO2又はP(A-a)O2)≫
肺胞気と動脈血の酸素分圧の差を肺胞気・動脈血酸素分圧較差(AaDO2又はP(A-a)O2)と呼ぶ。
健常人でも、肺胞気・動脈血酸素分圧較差(AaDO2又はP(A-a)O2)が約数mmHg存在するためPaO2は95mmHgぐらいとなる。
AaDO2は、肺胞レベルのガス交換の指標として最も重要で肺自体の状態をよく表す。
≪AaDO2をもたらす要因≫
| ① | 換気・血流比の不均等分布 |
| ② | ガス拡散能力 |
| ③ | 静脈性短絡(シャント)の存在 |
