Chức Năng Vận Chuyển Khí Của Máu – Sinh Lý Hô Hấp

Bài 10.3

SINH LÝ HÔ HẤP: CHỨC NĂNG VẬN CHUYỂN KHÍ CỦA MÁU

MỤC TIÊU Sau khi học xong bài này, sinh viên có khả năng: Trình bày được quá trình vận chuyển khí của máu.

Cơ thể sống luôn luôn đòi hỏi được cung cấp oxy để sử dụng trong quá trình chuyển hóa chất và chuyển hóa năng lượng, đồng thời đào thải CO₂ (sản phẩm của quá trình chuyển hóa) ra ngoài cơ thể nhằm duy trì một sự hằng định tương đối nồng độ oxy và CO₂ trong nội môi. Cơ thể đơn bào có thể trao đổi trực tiếp với môi trường, nhận oxy từ môi trường và thải CO₂ trực tiếp ra ngoài môi trường. Cơ thể đa bào, đặc biệt với cấu trúc phức tạp như cơ thể con người thì các tế bào không thể trao đổi trực tiếp oxy và CO₂ với môi trường bên ngoài, mà chúng phải thông qua một bộ máy chuyên biệt để cung cấp oxy và đào thải CO₂ đó là bộ máy hô hấp. Bộ máy hô hấp của người và động vật có vú bao gồm đường dẫn khí, phổi, lồng ngực và các cơ hô hấp. Chức năng hô hấp bao gồm chức năng thông khí, vận chuyển khí và hô hấp tế bào. Nội dung bài này chỉ đề cập đến chức năng thông khí, vận chuyển khí và điều hoà hô hấp. Rối loạn chức năng của một bộ phận nào của bộ máy hô hấp đều có thể dẫn đến những quá trình bệnh lý khác nhau.

3. CHỨC NĂNG VẬN CHUYỂN KHÍ CỦA MÁU

Chức năng vận chuyển khí của máu được thực hiện nhờ ba quá trình sau đây:

– Quá trình máu vận chuyển O₂ từ phổi đến mô.

– Quá trình máu vận chuyển CO₂ từ mô đến phổi.

– Quá trình trao đổi khí ở phổi.

3.1. Máu vận chuyển O₂ từ phổi đến mô

3.1.1. Các dạng oxy trong máu

Oxy được vận chuyển trong máu dưới hai dạng là dạng hoà tan và dạng kết hợp.

– Dạng hoà tan: oxy ở dạng hoà tan trong máu chiếm một tỷ lệ rất ít, chỉ khoảng 3% tổng lượng oxy vận chuyển trong máu nhưng nó đóng một vai trò quan trọng vì từ phổi vào máu, từ máu vào trong các mô và vào tế bào đều phải qua dạng oxy hoà tan. Nếu với phân áp oxy là 100 mmHg, thể tích oxy hoà tan trong huyết tương rất nhỏ, chỉ vào khoảng 0,3 ml O₂/100 ml máu. Đây là dạng trao đổi trực tiếp bằng khuếch tán vật lý với không khí phế nang và với dịch kế tế bào.

– Dạng kết hợp: trong máu oxy ở dạng kết hợp với hemoglobin (Hb) của hồng cầu tạo thành oxyhemoglobin (HbO₂). Oxy được gắn vào phần hem của Hb tạo thành một liên kết lỏng lẻo, có thể phân ly dễ dàng tạo thành oxy và Hb. Phản ứng kết hợp và phân ly này là phản ứng thuận nghịch hai chiều tuỳ theo sự chênh lệch phân áp oxy giữa phổi với máu và giữa máu với mô.

Dạng kết hợp là dạng vận chuyển oxy chủ yếu vì nó chiếm 97% tổng lượng oxy vận chuyển trong máu. Oxy được gắn với Hb chủ yếu xảy ra ở phổi còn oxy phân ly tách ra khỏi hemoglobin chủ yếu ở mô.

Phản ứng gắn và phân ly oxy được viết dưới dạng phương trình sau đây:

O₂ + Hb <=>  HbO₂

Oxy ở dạng kết hợp nhiều hơn gấp 70 lần so với oxy ở dạng hoà tan, mỗi gam Hb có khả năng gắn 1,34 ml oxy, 100 ml máu có khoảng 15g Hb, do đó thể tích oxy ở dạng kết hợp sẽ là: 1,34 x 15 ~ 20 ml O₂/100ml máu.

3.1.2. Phản ứng gắn oxy và đồ thị Barcroft

3.1.2.1. Phản ứng gắn oxy

Ở phổi phân áp oxy ở các phế nang thường xuyên cao hơn phân áp oxy ở trong máu nên oxy được khuếch tán từ phế nang vào máu dưới dạng hoà tan tạo nên sự chênh lệch về phân áp oxy hoà tan trong huyết tương và trong hồng cầu. Vì vậy, oxy khuếch tán vào hồng cầu và gắn với phần hem của hemoglobin tạo nên oxyhemoglobin. Phản ứng này được gọi là phản ứng gắn oxy (oxygenation).

Mỗi phân tử hemoglobin có bốn hem . Mỗi hem có một nguyên tử sắt hóa trị 2 (Fe²⁺) có thể gắn với một phân tử oxy do đó một phân tử Hb có thể gắn được 4 phân tử oxy. Khi gắn oxy sắt vẫn ở dạng Fe²⁺ nên đây là phản ứng gắn oxy chứ không phải là phản ứng oxy hóa (oxidation). Phản ứng gắn oxy là một phản ứng liên kết lỏng lẻo, nó dễ dàng được phân ly thành oxy và hemoglobin, được viết tổng quát dưới dạng:

Hb + O₂  <=>  HbO₂

Phản ứng gắn oxy cũng như phản ứng tách oxy đều xảy ra rất nhanh, hoàn thành trong khoảng 0,01 giây.

3.1.2.2. Đồ thị Barcroft – Đồ thị phân ly oxyhemoglobin

Barcroft đã nghiên cứu sự vận chuyển các chất khí bằng nhiều thí nghiệm khác nhau:

Máu toàn phần chống đông được đựng trong những bình có phân áp oxy khác nhau. Vẽ đường biến thiên của tỷ lệ % oxy hemoglobin so với tổng lượng hemoglobin theo phận áp oxy chúng ta thu được đồ thị gắn oxy vào hemoglobin. Đô thị này được gọi là đồ thị Barcroft hay đồ thị vận chuyển oxy. Nó chính là đồ thị biểu thị tỷ lệ % hemoglobin được gắn oxy so với tổng lượng hemoglobin trong máu, tỷ lệ này biến động theo phân áp oxy.

Đồ thị vận chuyển oxy trong thí nghiệm của Barcroft cho thấy:

Khi phân áp oxy tăng, tỷ lệ HbO₂ tăng, đồ thị là đường đi lên. Đồ thị có hình chữ S vì mỗi hem khi kết hợp với một phân tử oxy thì lại làm tăng thêm ái lực đối với oxy của hem còn lại. Ý nghĩa sinh lý của hình chữ S trong đồ thị là: đoạn nằm ngang ứng với phân áp oxy từ 80 đến 100 mmHg, kết quả thí nghiệm này có ý nghĩa quan trọng ở chỗ khi phân áp oxy trong phế nang giảm từ 100 mmHg xuống còn 80 mmHg, tương đương với phân áp oxy ở độ cao 2.000m hoặc tỷ lệ oxy trong không khí khoảng 17% thì tỷ lệ phần trăm oxyhemoglobin chỉ giảm từ 98% xuống 96% tức là dung tích oxy máu thay đổi không đáng kể. Đoạn dốc tương ứng với phân áp oxy ở mô là 40 mmHg trong trạng thái nghỉ và 20 mmHg khi lao động nặng, khi đó HbO₂ phân ly nhanh, nhường nhiều oxy cho mô.

3.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân ly oxyhemoglobin

Phổi nói riêng và cơ quan hô hấp nói chung có chức năng quan trọng là cung cấp oxy cho mọi tế bào của cơ thể hoạt động. Oxy sau khi được khuếch tán qua phế nang vào máu và gắn với hemoglobin tạo thành oxyhemoglobin. Oxy được vận chuyển dưới dạng HbO₂ đến tất cả các mô của cơ thể, tại đây, oxyhemoglobin được phân ly thành oxy và hemoglobin. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự phân ly oxyhemoglobin.

– Phân áp O₂: thí nghiệm về sự phân ly oxyhemoglobin cho thấy phân áp oxy là yếu tố quyết định sự phân ly oxy. Ở nơi phân áp oxy thấp phản ứng xảy ra theo chiều phân ly cho oxy và Hb (mô). Ở nơi có phân áp oxy cao, phản ứng xảy ra theo chiều kết hợp (phổi).

– Phân áp CO₂: ở thí nghiệm nghiên cứu với phân áp O₂thay đổi, nếu đồng thời thay đổi phân áp CO,, chúng ta sẽ có những đường đồ thị vận chuyển O₂ tương ứng với những phân áp CO₂ nhất định. Khi phân áp CO₂ tăng, làm tăng phân ly HbO₂ đó là hiệu ứng Bohr hay còn gọi là tác dụng Bohr, đồ thị chuyển sang phải. Nồng độ CO₂ trong máu tăng thì pH giảm do đó khi nói hiệu ứng Bohr ta hiểu là sự tăng phân ly HbO₂ do giảm pH hoặc do tăng nồng độ CO₂, điều này phù hợp với sự tăng nhu cầu O₂ của cơ thể trong các điều kiện đó.

– Nhiệt độ máu: nhiệt độ máu tăng làm tăng sự phân ly HbO₂, đồ thị chuyển phải.

– Nồng độ 2,3 – DPG (2-3 diphosphoglycerate) cao cũng làm tăng phân ly HbO₂.

Trong điều kiện sinh lý, các yếu tố pH. Pco₂, nhiệt độ, lượng 2,3 – DPG trở thành tác nhân sinh lý, các khâu trung gian của quá trình tự điều khiển phản ứng cơ thể cho thích nghi với điều kiện sống. Thí dụ ở cơ đang vận động, Pco₂ tăng, pH giảm, nhiệt độ tăng, 2,3 – DPG tăng, tất cả đều làm tăng phân ly HbO₂  nhờ đó làm tăng cường đúng lúc lượng oxy mà máu nhường cho mô đáp ứng nhu cầu hoạt động của các cơ.

3.1.4. Máu vận chuyển oxy từ phổi đến mô

Khi máu tĩnh mạch đi qua phổi, do chênh lệch phân áp, oxy từ phế nang khuếch tán vào huyết tương dưới dạng hoà tan, phân áp oxy trong huyết tương nhanh chóng tăng lên bằng phân áp oxy trong phế nang. Cũng do sự chênh lệch về phân áp, oxy lại từ huyết tương khuếch tán vào hồng cầu dưới dạng hoà tan, làm cho phân áp oxy ở hồng cầu cũng nhanh chóng tăng lên xấp xỉ mức trong phế nang. Với phân áp 100mmHg, tỷ lệ HbO₂ tăng tới 95% mức bão hoà, chứa khoảng 20 ml O₂/100ml máu và máu trở thành máu động mạch.

Khi máu động mạch tới các mô, oxy hoà tan trong huyết tương khuếch tán ra dịch kẽ tế bào, làm cho phân áp oxy nhanh chóng hạ thấp xuống xấp xỉ trong dịch kẽ, oxy từ hồng cầu khuếch tán vào trong huyết tương, phân áp oxy trong hồng cầu giảm xuống. Tương ứng với phận áp oxy thấp (20 – 40 mmHg), mức độ phân ly HbO₂ tăng lên, đồng thời phân áp CO₂ ở mô cao, HbO₂ càng bị phân ly (hiệu ứng Bohr). Máu chỉ còn khoảng 15ml O₂/100ml máu. Như vậy, khi tới mô, 100 ml máu mang 20 ml O₂ đã chuyển cho mô 5ml oxy, hiệu suất sử dụng oxy là 5/20 = 25%. Ở những cơ đang vận động, CO₂ sinh ra nhiều hơn lúc nghỉ làm pH của máu ngả về acid; 2,3 – DPG cao, nhiệt độ tại chỗ tăng lên làm cho mức độ phân ly HbO₂ càng cao hơn nữa, hiệu suất sử dụng oxy tăng cao có thể đạt tới 100% tức là máu ở tĩnh mạch gần như không còn oxy nữa. Ngoài ra khi cơ đang vận động còn có hiện tượng giãn mạch, tăng lưu lượng máu đến cơ làm lượng oxy cung cấp cho cơ tăng rất cao, phù hợp với nhu cầu cao về oxy của cơ đang vận động.

3.2. Máu vận chuyển CO₂ từ mô đến phổi

Sản phẩm cuối cùng của các quá trình chuyển hóa chất và chuyển hóa năng lượng là CO₂ và H₂O. CO₂ từ các tế bào được giải phóng ra và được khuếch tán vào dịch kẽ làm cho nồng độ CO₂ ở mô tăng cao hơn ở trong huyết tương. CO₂ được khuếch tán vào máu và được vận chuyển từ mô đến phổi để thải ra ngoài cơ thể, đảm bảo giữ ổn định nồng độ bình thường của CO₂ trong máu.

3.2.1. Các dạng CO₂ trong máu

Trong máu CO₂ được vận chuyển dưới hai dạng là dạng hoà tan và dạng kết hợp.

3.2.1.1. Dạng hoà tan

Với phân áp CO₂ trong máu tĩnh mạch khoảng 46 mmHg, thể tích CO₂ hoà tan trong máu chỉ vào khoảng 0,3 ml CO₂ trong 100 ml máu. Dạng hoà tan tuy chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ nhưng lại rất quan trọng vì nó là dạng trao đổi trực tiếp giữa máu với phổi và giữa máu với các mô.

3.2.1.2. Dạng kết hợp

Dạng kết hợp của CO₂ trong máu gồm ba dạng là dạng kết hợp với hemoglobin trong hồng cầu, dạng kết hợp với protein và các muối kiềm trong huyết tương.

– Dạng kết hợp với hemoglobin trong hồng cầu: CO₂ được gắn lỏng lẻo vào các nhóm NH₂ của phần globin của hemoglobin theo phản ứng carbamit tạo thành carbaminohemoglobin. Phản ứng được viết tổng quát như sau:

HbNH₂ + CO₂  <=> HbNH-COOH

Hoặc viết gọn dưới dạng:

Hb+ CO₂ <=> HbCO₂

Đây là phản ứng thuận nghịch, CO₂ rất dễ dàng tách ra khỏi hemoglobin để khuếch tán vào các phế nang. CO₂ có hệ số khuếch tán nhanh gấp 20 lần so với oxy do đó dù chỉ chênh lệch phân áp rất thấp cũng dễ dàng được khuếch tán vào phổi để thải ra ngoài.

Hợp chất carbaminohemoglobin còn được gọi là carbohemoglobin nhưng cần lưu ý để tránh nhầm lẫn với tên gọi là carboxyhemoglobin là hợp chất gắn CO với hemoglobin tạo thành HbCO là sản phẩm của sự nhiễm độc carbon monoxid (CO), liên kết này bền vững và rất khó tách, nó khác với liên kết lỏng lẻo của HbCO₂.

– Dạng kết hợp với protein huyết tương: cũng như ở trong hồng cầu, CO₂ gắn với protein của huyết tương theo phản ứng carbamit. Dạng này chiếm một tỷ lệ rất ít.

– Dạng kết hợp với muối kiềm: CO₂ tác dụng với nước trong hồng cầu cho H₂CO₃ theo phản ứng:

CO₂ + H₂O <=> H₂CO₃

Phản ứng này được thực hiện theo cả hai chiều nhờ enzym carbonic anhydrase (CA) chứa trong hồng cầu. Phản ứng này cũng xảy ra trong huyết tương nhưng tốc độ chậm hơn khoảng 5.000 lần vì ở đó có rất ít enzym CA. H₂CO₃ được tạo thành sẽ phân ly cho HCO₃^– và H⁺ . Ion HCO₃^– khuếch tán ra huyết tương và kết hợp với ion Na⁺ để tạo thành NaHCO₃. Đây là dạng vận chuyển CO₂ chủ yếu (chiếm 80% nồng độ CO₂ của máu).

3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự vận chuyển CO₂ của máu

3.2.2.1. Phân áp CO₂

Máu vận chuyển CO₂ xuôi dòng bậc thang nồng độ, từ nơi có phân áp CO₂ cao tức là từ các mô, các cơ quan, đến nơi có phân áp CO₂ thấp là ở các phế nang. Phân áp CO₂ tăng sẽ làm tăng nồng độ CO₂ trong máu, tăng mức độ vận chuyển CO₂.

3.2.2.2. Phân áp oxy

Phân áp oxy cũng ảnh hưởng đến sự vận chuyển CO₂ của máu. Khi phân áp oxy trong máu tăng, oxy sẽ gắn với hemoglobin. Sự gắn oxy với hemoglobin sẽ làm giảm ái lực của hemoglobin với CO₂ do đó làm giảm sự vận chuyển CO₂. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Haldane.

3.2.2.3. Hiện tượng di chuyển ion clorua (hiện tượng Hamburger)

Khi máu tới mô, CO₂ khuếch tán từ mô vào huyết tương rồi vào hồng cầu. Trong hồng cầu, nhờ enzym carbonic anhydrase xúc tác, CO₂ gắn nước tạo thành H₂CO₃, acid này phân ly cho HCO₃^– và H⁺. Ion H⁺ kết hợp với Hb vì Hb cũng là một hệ đệm rất mạnh. Ion HCO₃^– tặng lên trong hồng cầu và di chuyển ra huyết tương. Như vậy khi CO₂ vào máu thì HCO₃^–trong hồng cầu tăng lên, HCO₃^– sẽ khuếch tán thuận hóa ra huyết tương đối chỗ cho ion Cl^– từ huyết tương đi vào hồng cầu nhờ một protein mang bicarbonat – clorua trên màng hồng cầu, lập lại thăng bằng điện tích. Khi máu tới phổi, có những hiện tượng ngược lại. Kết quả cuối cùng là khi CO₂ vào huyết tương thì Cl^– vào hồng cầu và ngược lại khi Cl^– ra ngoài huyết tương thì CO₂ vào hồng cầu. Sự di chuyển ion HCO₃^– và Cl^– đó chính là hiện tượng Hamburger hay là hiện tượng trao đổi ion giữa hồng cầu và huyết tương. .

Hiện tượng Hamburger có ý nghĩa sinh lý: khi CO₂ vào huyết tương dưới dạng HCO₃^– thì Cl^– . vào hồng cầu đổi chỗ cho HCO₃^– ra huyết tương làm tăng NaHCO₃ huyết tương, do đó làm tăng nồng độ CO₂ của máu, làm tăng cường chức năng vận chuyển CO₂ của máu (hình 10.5).

3.2.2.4. Sự thay đổi của pH

Trong máu, CO₂ tồn tại dưới dạng H₂CO₃ và BHCO₃ (bicarbonat). Bình thường tỷ lệ BHCO₃/ H₂CO₃ không thay đổi nên pH ổn định. Khi H2CO3 một acid mạnh vào máu, nó phản ứng với các bicarbonat để tạo thành một acid yếu là H₂CO₃  dễ phân ly thành H₂O và CO₂, CO₂ được đưa ra ngoài qua phổi. Khi một kiềm mạnh vào máu nó phản ứng với H₂CO₃  để tạo thành một kiềm yếu hơn, lượng CO₂ thở ra sẽ giảm đi. Như vậy để ổn định pH, cơ thể điều chỉnh cường độ hô hấp làm thay đổi nồng độ CO₂ trong máu.

3.2.3. Máu vận chuyển CO₂ từ mô đến phổi

Khi máu động mạch đi tới các mô, do chênh lệch phân áp, CO₂ từ dịch kẽ khuếch tán vào huyết tương dưới dạng hoà tan, làm nồng độ CO₂ huyết tương tăng, CO₂ sẽ vào hồng cầu. Trong hồng cầu một phần CO₂ kết hợp với Hb dưới dạng HbCO₂ còn phần lớn CO₂ kết hợp với nước dưới tác dụng của enzym carbonic anhydrase cho H₂CO₃. H₂CO₃  sẽ ion hóa thành H⁺ và HCO₃^–, HCO₃^– sẽ khuếch tán từ hồng cầu ra huyết tương kết hợp với protein và các muối kiềm cho các bicarbonat. Nồng độ CO₂ của máu tăng, máu vận chuyển CO₂ theo đường tĩnh mạch về tim phải rồi lên phổi. Như vậy máu tĩnh mạch có nồng độ oxy thấp và nồng độ CO₂ cao.

Khi máu tĩnh mạch qua phổi, các quá trình xảy ra theo chiều ngược lại, CO₂ ở dạng hoà tan trong huyết tương khuếch tán sang phế nang. Trong hồng cầu HbCO₂ phân ly, CO₂ từ hồng cầu khuếch tán ra huyết tương rồi lại khuếch tán sang phế nang trong khi đó tại huyết tương các bicarbonat phân ly, HCO₃^– vào hồng cầu cùng với H⁺ tạo thành H₂CO₃, nhờ enzym carbonic anhydrase lại khử nước cho CO₂ khuếch tán ra huyết tương để rồi CO₂ từ huyết tương lại khuếch tán sang phế nang. CO₂ khuếch tán từ huyết tương sang phế nang làm cho nồng độ CO₂ trong máu giảm, máu trở thành máu động mạch có nồng độ CO₂ thấp và nồng độ oxy cao .

3.3. Quá trình trao đổi khí ở phổi và các yếu tố ảnh hưởng

3.3.1. Quá trình khuếch tán của các chất khi qua màng hô hấp

Quá trình trao đổi khí ở phổi về bản chất là quá trình khuếch tán của các chất khí qua màng hô hấp. Như đã trình bày trong phần đặc điểm hình thái và chức năng của bộ máy hô hấp, màng hô hấp là đơn vị nhỏ nhất và là đơn vị chức năng trực tiếp tham gia vào quá trình trao đổi khí ở các phế nang thông qua quá trình khuếch tán của các chất khí qua màng hô hấp.

Các phân tử khí bao gồm cả khí hô hấp (oxy và carbon dioxid) đều là những phân tử ở dạng tự do và luôn luôn vận động, dù trong môi trường khí hay ở dạng hoà tan trong dịch cơ thể hoặc trong bào tương của tế bào chúng cũng đều vận động theo kiểu khuếch tán và đều tuân theo những định luật vật lý của sự khuếch tán, đó là sự vận động của các phân tử tự do.

Mọi phân tử khí ở mọi nơi dù trong không khí hay trong các dịch cơ thể đều khuếch tán từ nơi có nồng độ chất khí cao đến nơi có nồng độ chất khí thấp cho đến khi đạt được nồng độ bằng nhau giữa hai điểm. Bản chất của hiện tượng này có thể được giải thích như sau: giả thiết tại điểm A có nồng độ chất khí cao hơn ở điểm B trong một phòng nào đó, mọi phân tử khí ở mọi nơi trong phòng đó đều khuếch tán nhưng so sánh thì số phân tử chất khí từ A khuếch tán sang B nhiều hơn số phân tử chất khí từ B sang A trong một đơn vị thời gian nhất định. Người ta nói có khuếch tán thực từ A sang B. Cường độ khuếch tán thực bằng cường độ khuếch tán từ A sang B trừ đi cường độ khuếch tán từ B sang A. Đây là hiện tượng vật lý đơn thuần.

Trong sinh lý học hô hấp chúng ta nói đơn giản hiện tượng nêu trên là các chất khí hô hấp khuếch tán từ nơi có nồng độ cao sang nơi có nồng độ thấp hơn.

Cường độ khuếch tán của một chất khí trong một chất dịch được tính theo công thức:

Trong đó:

D là cường độ khuếch tán

ΔP là chênh lệch phân áp của chất khí

A là diện tích qua đó các phân tử khí khuếch tán

S là độ tan của khí trong dịch

d là khoảng cách giữa hai nơi khuếch tán

PTL là phân tử lượng của chất khí (trọng lượng phân tử của chất khí)

Trong điều kiện nhiệt độ cơ thể hằng định ở 37^oC, với 5 tham số để tính cường độ khuếch tán, chúng ta thấy hại tham số đặc trưng là độ tan (S) và phân tử lượng của chất khí. Hai yếu tố trên hợp lại tạo nên hệ số khuếch tán. Nếu quy ước hệ số khuếch tán của oxy là 1,0 thì hệ số khuếch tán của một số chất khí hô hấp trong dịch cơ thể như sau:

Oxy (O2): 1,0

Nito (N): 0,55

Carbon dioxid (CO2): 20,3

Heli (He): 0,95

Carbon monoxid (CO): 0,81

Công thức tính cường độ khuếch tán khí trong dịch như ở phần trên cũng được áp dụng cho sự khuếch tán khí qua màng hô hấp. Chính vì vậy sự khuếch tán khí qua màng hô hấp phụ thuộc vào bề dày màng hô hấp (d), diện tích màng hô hấp (A), hệ số khuếch tán bao gồm độ tan (S) của chất khí trong môi trường và trọng lượng phân tử (PTL) của chất khí đó. Hệ số khuếch tán qua màng hô hấp cũng giống như khuếch tán trong môi trường dịch, do đó CO₂ khuếch tán nhanh gấp 20 lần oxy. Sự khuếch tán khí qua màng hô hấp cũng phụ thuộc vào sự chênh lệch phân áp (AP) tạo lực đẩy khí qua màng hô hấp từ bên có phân áp cao sang bên có phân áp thấp. Cụ thể ở phổi oxy sẽ khuếch tán từ phế nang sang mao mạch còn CO₂ sẽ khuếch tán từ mao mạch vào phế nang.

Khả năng khuếch tán của màng hô hấp là số mililit khí đi qua màng trong một phút, dưới tác dụng chênh lệch phân áp 1 mmHg. Khả năng khuếch tán oxy lúc nghỉ ngơi ở nam giới trẻ tuổi vào quãng 20 ml/phút/mmHg. Như vậy trong nhịp thở bình thường, nhẹ nhàng lúc nghỉ ngơi với chênh lệch phân áp hai bên màng hô hấp xấp xỉ 11mmHg thì khả năng khuếch tán oxy qua màng hô hấp sẽ là 20 x 11 = 220 ml oxy qua màng hô hấp mỗi phút, đó chính là nhu cầu oxy lúc nghỉ ngơi.

Khi vận cơ mạnh, cả lưu lượng thông khí phế nang và lưu lượng máu qua phổi đều tăng làm cho khả năng khuếch tán oxy qua màng hô hấp tăng lên nhiều gấp hai, ba lần lúc nghỉ ngơi. Ở người nam giới trẻ tuổi khả năng khuếch tán oxy qua màng hô hấp có thể tăng đến mức tối đa khoảng 60 – 65 ml/phút/mmHg. Chúng ta có thể đo được khả năng khuếch tán khí qua màng hô hấp nhờ các kỹ thuật và công nghệ hiện đại.

3.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ khuếch tán

Ứng dụng công thức tính cường độ khuếch tán khí trong một chất dịch cho sự khuếch tán khí qua màng hô hấp chúng ta có thể thấy được những yếu tố tác động đến cường độ khuếch tán khí qua màng hô hấp hay tốc độ khuếch tán khí khi xem xét trên một đơn vị thời gian nhất định.

Trong điều kiện nhiệt độ cơ thể ổn định ở 37°C, tốc độ khuếch tán khí qua màng hô hấp tỷ lệ thuận với diện tích màng hô hấp, sự chênh lệch về phân áp khí (ΔP) và hệ số hoà tan của chất khí đó, tỷ lệ nghịch với bề dày màng hô hấp (khoảng cách d) và với căn bậc hai của trọng lượng phân tử chất khí. Tỷ lệ giữa hệ số hoà tan (S) với căn bậc hai trọng lượng phân tử của chất khí chính là hệ số khuếch tán do đó có thể nói là sự khuếch tán qua màng hô hấp phụ thuộc vào hệ số khuếch tán.

– Sự chênh lệch phân áp khí khuếch tán (ΔP): sự chênh lệch phân áp khí đóng vai trò quan trọng trong khuếch tán khí qua màng hô hấp, nó quyết định hướng khuếch tán chủ yếu. Ở phổi, oxy ở các phế nang có phân áp cao hơn ở mao mạch, hướng khuếch tán của oxy sẽ chủ yếu là từ phế nang sang mao mạch. Ngược lại CO₂ lại có phân áp trong mao mạch phổi cao hơn ở trong phế nang do đó hướng khuếch tán chủ yếu sẽ là từ mao mạch vào phế nang.

Nói hướng khuếch tán chủ yếu vì trong chất dịch các phân tử khí luôn luôn vận động nhưng do chênh lệch phân áp nên số phân tử oxy đi từ phế nang sang mao mạch sẽ nhiều hơn số phân tử oxy đi từ mao mạch vào phế nang, cũng tương tự như vậy số phân tử CO₂ đi từ mao mạch vào phế nang sẽ nhiều hơn số phân tử CO₂ từ phế nang vào mao mạch.

– Bề dày màng hô hấp (khoảng cách d): khi khuếch tán qua màng hô hấp, các phân tử khí phải khuếch tán qua bề dày của màng hô hấp chính là khoảng cách d mà các phân tử khí phải khuếch tán qua. Trong một số trường hợp bệnh lý làm tăng bề dày của màng hô hấp như một số bệnh phổi gây xơ phổi, làm ứ dịch ở các khoảng kẽ của màng hô hấp… sẽ làm ảnh hưởng đến tốc độ khuếch tán, làm giảm tốc độ khuếch tán qua màng hô hấp.

– Diện tích màng hô hấp (A): tổng diện tích màng hô hấp khoảng từ 50 đến 100m² ở người trưởng thành và tuỳ thuộc vào thì thở ra hay hít vào. Với diện tích lớn như vậy của màng hô hấp, các chất khí sẽ dễ dàng khuếch tán qua màng. Tốc độ khuếch tán tăng khi diện tích của màng hô hấp tăng và tốc độ khuếch tán sẽ giảm khi diện tích của màng hô hấp giảm xuống.

Trong một số trường hợp bệnh lý làm giảm diện tích màng hô hấp như trong phẫu thuật cắt thuỳ phổi hoặc cắt một bên phổi, trong giãn phế nang khi các vách phế nang bị phá huỷ, hoặc vì lưu thông máu kém máu không đến được các phế nang… sẽ làm giảm cường độ khuếch tán qua màng hô hấp. Nếu giảm diện tích màng hô hấp xuống chỉ còn 1/3 hoặc 1/4 diện tích bình thường thì có thể dẫn đến tình trạng thiếu oxy cung cấp cho cơ thể.

– Hệ số khuếch tán bao gồm hai tham số là hệ số hoà tan (S) và phân tử lượng (PTL) của chất khí: nếu hệ số khuếch tán của oxy là 1 thì hệ số khuếch tán của CO₂ lớn gấp 20 lần so với hệ số của oxy. Nhờ vậy nên mặc dù phân áp CO₂ ở mao mạch phổi cao hơn so với phân áp CO₂ ở phế nang không nhiều nhưng CO₂ dễ dàng khuếch tán từ mao mạch vào phế nang để đào thải ra ngoài, tạo nên sự ổn định nồng độ CO₂ của máu động mạch đi đến các mô của cơ thể.

Cập nhật thông tin mới nhất về kiến thức y học và test y học tại facebook TEST Y HỌC

Tham gia nhóm zalo: Tài Liệu Y Học Tổng Hợp

Ôn thi nội trú, sau đại học Giải Phẫu TẠI ĐÂY