Ảnh hưởng của gradients áp lực thủy tĩnh trong phổi lên khu vực lưu thông máu phổi

Phổi có hai lưu thông, một áp suất cao, lưu lượng lưu thông thấp và một áp suất thấp, lưu lượng lưu thông cao. Áp suất cao, lưu lượng tuần hoàn thấp cung cấp hệ tuần hoàn máu động mạch đến khí quản, cây phế quản (bao gồm tiểu phế quản tận), các mô nâng đỡ của phổi và lớp áo ngoài (ngoại mạc) của động mạch và tĩnh mạch phổi. Động mạch phế quản là nhánh của động mạch chủ ngực, cung cấp máu cho hầu hết các hệ thống động mạch này với áp suất chỉ hơi thấp hơn so với áp suất động mạch chủ. Áp suất thấp, lưu lượng tuần hoàn cao cung cấp máu tĩnh mạch từ tất cả các bộ phận của cơ thể đến mao mạch phế nang nơi mà oxy (O2) được thêm vào và carbon dioxide (CO2) được lấy ra. Động mạch phổi (nhận máu từ tâm thất phải) và nhánh động mạch của nó vận chuyển máu đến các mao mạch phế nang cho khí trao đổi, và tĩnh mạch phổi rồi máu trở về tâm nhĩ trái để được bơm bởi tâm thất trái thông qua tuần hoàn toàn thân.

Huyết áp ở chân của một người đứng có thể lớn hơn đến 90 mmHg so với áp lực cùng mức của tim. Sự khác biệt này là do áp lực thủy tĩnh chính là trọng lượng máu của chính nó trong các mạch máu. Các tác dụng tương tự nhưng ở mức độ thấp hơn, xảy ra trong phổi. Khi người lớn đứng thẳng, điểm thấp nhất trong phổi bình thường khoảng 30 cm ở dưới điểm cao nhất, tương ứng với khác biệt 23 mmHg, trong đó khoảng 15 mmHg là ở trên trái tim và 8 mmHg ở dưới. Ngoài ra, áp lực động mạch phổi ở phần trên cũng của phổi của một người đứng là khoảng 15 mmHg thấp hơn áp lực động mạch phổi cùng mức ở tim và áp lực ở phần thấp nhất của phổi là khoảng hơn 8 mmHg.

Áp lực khác nhau như vậy có ảnh hưởng sâu sắc lên lưu lượng máu chảy qua các khu vực khác nhay của phổi. Ảnh hưởng này được chứng minh bởi các đường cong thấp hơn trong hình, trong đó mô tả lưu lượng máu trên mỗi đơn vị của nhu mô phổi ở các mức độ khác nhau của phổi ở người đứng thẳng. Lưu ý rằng trong tư thế đứng lúc nghỉ, có rất ít lưu lượng chảy trong phẩn đỉnh phổi nhưng nhiều khoảng gấp 5 lần so với dòng chảy ở đáy. Để giúp giải thích những sự khác biệt này thì phổi thường được mô tả như đang được chia thành ba khu vực như hình. Trong mỗi vùng, kiểu máu chảy là khá khác nhau.

Lưu thông máu ở khu vực 1,2,3 của phổi

Các mao mạch trong thành phế nang đang bị căng phồng do áp lực máu bên trong chúng nhưng đồng thời được nén bởi áp suất không khí phế nang từ bên ngoài vào. Vì vậy, bất cứ lúc nào áp suất không khí phế nang phổi trở nên lớn hơn áp lực mao mạch máu, các mao mạch đóng và không có máu lưu thông. Trong hoàn cảnh bình thường khác và bệnh lý của phổi, có thể tìm thấy bất kì một trong ba khu vực lưu thông máu phổi, như sau:

Khu vực 1: không có máu trong tất cả các phần của chu trình tim vì áp lực mao mạch phể nang tại chỗ trong vùng này của phổi không tăng cao hơn áp suất không khí phế nang trong bất kì phần nào của chu trình tim.

Khu vực 2: vùng chỉ lưu thông máu gián đoạn trong các đỉnh do huyết áp tâm thu ở đây lớn hơn áp suất không khí phế nang nhưng áp lực tâm trương thấp hơn áp suất không khí phế nang.

Khu vực 3: máu chảy liên tục vì các áp lực mao mạch phế nang vẫn lớn hơn so với áp lực không khí phế nang trong suốt chu trình tim.

Hình. Lưu lượng máu trong phổi của người đứng thẳng khi nghỉ ngơi và khi tập thể dục. Lưu ý rằng khi người bệnh nghỉ ngơi, lưu lượng máu ở đỉnh phổi rất thấp; phần lớn dòng chảy qua đáy phổi.

Hình. Cơ chế của dòng máu trong ba vùng lưu lượng máu của phổi: vùng 1, không chảy - áp suất khí phế nang (PALV) lớn hơn áp suất động mạch; vùng 2, dòng chảy không liên tục - áp suất động mạch tâm thu tăng cao hơn áp suất khí phế nang, nhưng áp suất động mạch tâm trương giảm xuống dưới áp suất khí phế nang; và vùng 3, dòng chảy liên tục - áp suất động mạch và áp suất mao mạch phổi (Ppc) luôn lớn hơn áp suất khí phế nang.

Bình thường, phổi chỉ có lưu thông máu ở vùng 2 và 3. Vùng 2 (lưu thông gián đoạn) trong đỉnh và khu vực 3 (lưu thông liên tục) trong tất cả các khu vực thấp hơn. Ví dụ, khi một người đang ở đứng thẳng, áp lực động mạch phổi tại đỉnh phổi khoảng 15 mmHg so với cùng mức ở tim. Do đó, đỉnh huyết áp tâm thu chỉ khoảng 10 mmHg (25 mmHg tại mức tim trừ 15 mmHg áp lực thủy tĩnh khác nhau). 10 mmHg áp lực máu đỉnh phổi lớn hơn so với áp lực không khi phế phế nang là 0, vì vậy máu lưu thông qua mao mạch đỉnh phổi trong suốt chu trình tim là không đủ để đẩy máu lên 15 mmHg gradient áp suất thủy tĩnh tâm trương cần phải có để gây ra dòng chảy mao mạch tâm trương. Do đó, máu chảy qua phần đỉnh của phổi là không liên tục. Lưu thông máu khu vực 2 bắt đầu ở phổi bình thường khoảng 10 cm phía trên so với mức giữa của tim và kéo dài từ đó đến đỉnh phổi.

Ở vùng dưới của phổi, từ khoảng 10 cm phía trên mức tim đến đáy phổi, áp lực động mạch phổi trong suốt cả tâm thu và tâm trương vẫn lớn hơn các áp lực không khí phế nang là 0. Do đó, lưu thông liên tục xảy ra qua mao mạch phế nang hoặc lưu thông máu khu vực 3. Ngoài ra khi một người nằm xuống, không có phần nào của phổi là hơn một vài cm trên mức tim. Trong trường hợp này, lưu thông máu ở một con người bình thường là hoàn toàn theo khu vực 3, bao gồm cả đỉnh phổi.

Khu vực 1 lưu thông máu xảy ra chỉ dưới điều kiện không bình thường. Lưu thông máu khu vực 1 có nghĩa là không có máu tại bất kì thời gian nào trong chu trình tim, xảy ra khi hoặc áp suất tâm thu động mạch phổi là quá thấp hoặc áp suất phế nang là quá cao để cho phép lưu thông. Ví dụ, nếu một người đã đứng thẳng thở một áp suất không khí dương vì vậy áp suất không khí nội phế nang lớn hơn ít nhất 10 mmHg so với bình thường nhưng áp lực tâm thu phổi là bình thường, người ta sẽ mong đợi khu vực 1 lưu thông máu – không lưu thông máu – trong đỉnh phổi. Một ví dụ khác, trong đó khu vực 1 lưu thông máu xảy ra ở một người đứng thẳng mà có áp lực tâm thu động mạch phổi là cực thấp, như là có thể xảy ra sau khi mất máu nghiêm trọng.

Tập thể dục tăng lưu lượng máu qua tất cả các bộ phận của phổi. Nhắc lại hình, người ta thấy rằng lưu thông máu chảy trong tất cả các bộ phận của phổi tăng trong lúc luyện tập. Một lý do chính cho việc tăng lưu thông máu là áp lực mạch máu phổi tăng đủ trong lúc luyện tập để chuyển đổi đỉnh phổi từ kiểu khu vực 2 thành khu vực 3.

Tăng cung lượng tim trong bài tập nặng thường được điều hòa bởi tuần hoàn phổi mà không có áp lực động mạch phổi tăng lớn

Trong suốt bài tập nặng, lưu thông máu qua phổi có thể tăng từ 4 đến 7 lần. Lưu lượng thêm này điều hòa trong phổi theo ba cách: (1) bằng cách tăng số lượng mao mạch nở, đôi khi gấp 3 lần.; (2) bằng cách căng tất cả các mao mạch và tăng tốc độ dòng chảy qua mỗi mao mạch hơn gấp hai lần; và (3) bằng cách tăng áp lực động mạch phổi. Bình thường, hai sự thay đổi đầu tiên làm giảm sức cản mạch phổi nhiều mà áp suất động mạch phổi tăng rất ít, thậm chí trong suốt giai đoạn đỉnh tập thể dục. Ảnh hưởng này được thể hiện trong hình.

Khả năng của phổi là điều tiết tăng lưu thông máu trong suốt bài tập mà không tăng áp lực động mạch phổi tiết kiệm năng lượng của tim phải. Khả năng này của phổi cũng ngăn ngừa sự gia tăng đáng kể áp lực mao mạch phổi và sự phát triển của phù phổi.

Hình. Ảnh hưởng đến áp lực động mạch phổi trung bình do tăng cung lượng tim khi vận động.

Chức năng của tuần hoàn phổi khi áp lực tâm nhĩ trái tăng là kết quả của suy tim trái

Áp lực tâm nhĩ trái ở một người khỏe mạnh gần như không bao giờ tăng trên +6 mmHg, ngay cả trong những bài  tập thể dục khó khăn nhất. Những thay đổi nhỏ trong áp lực nhĩ trái hầu như không ảnh hưởng chức năng tuần hoàn phổi bởi vì đây chỉ đơn thuần là mở rộng các tiểu tĩnh mạch phổi và mở ra nhiều mao mạch để máu tiếp tục chảy một cách dễ dàng gần như bằng nhau từ động mạch phổi.

Dù tim trái suy, máu bắt đầu ứ lại trong nhĩ trái. Kết quả là, áp lực nhĩ trái có thể tăng lên ngẫu nhiên từ giá trị bình thường của nó trong 1-5 mmHg lên đến 40-50 mmHg. Sự gia tăng ban đầu trong áp lực nhĩ lên đến khoảng 7 mmhg, ít có ảnh hưởng lên chức năng tuần hoàn phổi. Tuy nhiên khi áp lực nhĩ trái tăng lớn hơn 7 hoặc 8 mmHg, áp lực tâm nhĩ trái tăng hơn nữa dẫn đến tăng đều áp lực động mạch phổi, do đó làm tăng đồng thời gánh nặng lên tim phải. Việc tăng áp lực nhĩ trái ở trên 7 hoặc 8 mmHg tăng áp lực mao mạch gần như bằng nhau càng nhiều. Khi áp lực nhĩ trái tăng trên 30 mmHg, gây tăng tương tự trong áp lực mao mạch, phù phổi có thể phát triển, cũng trong chương này chúng ta thảo luận sau.