سعة الانتشار

تقيس سعة انتشار الرئة (DL ₎ (المعروفة أيضًا بعامل النقل ) انتقال الغاز من الهواء في الرئة إلى خلايا الدم الحمراء في الأوعية الدموية الرئوية. وهي جزء من سلسلة شاملة من اختبارات وظائف الرئة لتحديد قدرة الرئة الإجمالية على نقل الغاز من وإلى الدم. تنخفض سعة انتشار الرئة (DL ₎ ، وخاصة سعة انتشار أول أكسيد الكربون ( _DLCO) ، في بعض أمراض الرئة والقلب. وقد تم توحيد قياس سعة انتشار أول أكسيد الكربون ( _DLCO) وفقًا لورقة موقف ^{[ 1 ]} صادرة عن فريق عمل تابع للجمعيتين الأوروبية لأمراض الجهاز التنفسي والأمريكية لأمراض الصدر .

في علم وظائف الجهاز التنفسي ، تتمتع سعة الانتشار بتاريخ طويل من الفائدة الكبيرة، حيث تمثل توصيل الغاز عبر الغشاء السنخي الشعيري وتأخذ في الاعتبار أيضًا العوامل التي تؤثر على سلوك غاز معين مع الهيموجلوبين.

قد يُعتبر هذا المصطلح تسميةً غير دقيقة، إذ لا يُمثل الانتشار ولا السعة (كما هو الحال عند قياسه عادةً في ظروف دون القصوى) ولا السعة الكهربائية . إضافةً إلى ذلك، فإن نقل الغازات يكون محدودًا بالانتشار فقط في الحالات القصوى، مثل امتصاص الأكسجين في ظل انخفاض مستوى الأكسجين المحيط أو ارتفاع تدفق الدم الرئوي.

لا تقيس سعة الانتشار بشكل مباشر السبب الرئيسي لنقص الأكسجة ، أو انخفاض نسبة الأكسجين في الدم، وهو عدم تطابق التهوية مع التروية : ^{[ 2 ]}

• لا يصل كل الدم الشرياني الرئوي إلى مناطق الرئة التي يحدث فيها تبادل الغازات (التحويلات التشريحية أو الفيزيولوجية)، ويعود هذا الدم قليل الأكسجين ليلتقي بالدم غني الأكسجين القادم من الرئة السليمة في الوريد الرئوي. وبالتالي، يحتوي هذا المزيج على كمية أكسجين أقل من الدم القادم من الرئة السليمة وحدها، ولذا يُعاني من نقص الأكسجين.
• وبالمثل، لا يذهب كل الهواء المستنشق إلى مناطق الرئة حيث يمكن أن يحدث تبادل الغازات ( المساحات الميتة التشريحية والفسيولوجية )، وبالتالي يتم إهداره.

يُعد اختبار سعة الانتشار بتنفس واحد الطريقة الأكثر شيوعًا لتحديد${\displaystyle D_{L}}$[ ^{1 ]} يُجرى الاختبار بأن يقوم الشخص بإخراج كل الهواء المتاح لديه، تاركًا فقط حجم الغاز المتبقي في الرئتين ^. ثم يستنشق الشخص مزيجًا من غاز الاختبار بسرعة وبشكل كامل، ليصل إلى السعة الرئوية الكلية قدر الإمكان. يحتوي مزيج غاز الاختبار هذا على كمية صغيرة من أول أكسيد الكربون (عادةً 0.3%) وغاز مُتتبِّع ينتشر بحرية في جميع أنحاء الحويصلات الهوائية ولكنه لا يعبر الغشاء السنخي الشعيري. يُعد الهيليوم والميثان مثالين على هذه الغازات. يُحتفظ بغاز الاختبار في الرئة لمدة 10 ثوانٍ تقريبًا، ينتقل خلالها أول أكسيد الكربون ( وليس الغاز المُتتبِّع) باستمرار من الحويصلات الهوائية إلى الدم. ثم يزفر الشخص. 

بسبب تشريح المسالك الهوائية، يجب أن يمر الهواء المستنشق عبر الفم والقصبة الهوائية والشعب الهوائية والشعيبات الهوائية ( الحيز الميت التشريحي ) قبل وصوله إلى الحويصلات الهوائية حيث يحدث تبادل الغازات. عند الزفير، يجب أن يعود غاز الحويصلات الهوائية عبر المسار نفسه، وبالتالي لن تكون عينة الزفير حويصلية خالصة إلا بعد  إخراج ما بين 500 و1000 مل من الغاز. على الرغم من إمكانية تقريب تأثيرات التشريح جبريًا ( طريقة المعادلات الثلاث ^{[ 3 ]} )، إلا أن الحالات المرضية تُدخل قدرًا كبيرًا من عدم اليقين على هذه الطريقة. بدلًا من ذلك، يتم تجاهل أول 500 إلى 1000 مل من غاز الزفير، ويتم تحليل الجزء التالي الذي يحتوي على الغاز الموجود في الحويصلات الهوائية. ^{[ 1 ]} من خلال تحليل تركيزات أول أكسيد الكربون والغاز الخامل في الغاز المستنشق والغاز الزفير، يمكن حساب${\displaystyle (D_{L_{CO}})}$وفقًا للمعادلة 2. أولًا، يتم حساب معدل امتصاص ثاني أكسيد الكربون بواسطة الرئة وفقًا لما يلي:

${\displaystyle {\dot {V}}_{CO}={\frac {\Delta {[CO]}*V_{A}}{\Delta {t}}}}$.

4

يراقب جهاز وظائف الرئة التغير في تركيز ثاني أكسيد الكربون الذي حدث أثناء حبس النفس،${\displaystyle \Delta {[CO]}}$ويسجل الوقت أيضاً${\displaystyle \Delta {t}}$.

حجم الحويصلات الهوائية،${\displaystyle V_{A}}$يتم تحديد ذلك من خلال درجة تخفيف غاز التتبع عن طريق استنشاقه في الرئة.

بصورة مماثلة،

${\displaystyle P_{A_{CO}}=V_{B}*F_{A_{CO_{O}}}}$.

5

أين

${\displaystyle F_{A_{CO_{O}}}}$يمثل تركيز ثاني أكسيد الكربون الجزئي السنخي الأولي، كما تم حسابه عن طريق تخفيف غاز التتبع.

${\displaystyle V_{B}}$هو الضغط الجوي

توجد طرق أخرى، غير شائعة الاستخدام حالياً، لقياس سعة الانتشار. وتشمل هذه الطرق سعة الانتشار في حالة الاستقرار، والتي تُجرى أثناء التنفس الطبيعي، أو طريقة إعادة التنفس التي تتطلب إعادة التنفس من خزان لخليط الغازات.

قدرة انتشار الأكسجين${\displaystyle (D_{L_{O_{2}}})}$يمثل عامل التناسب الذي يربط معدل امتصاص الأكسجين في الرئة بتدرج الأكسجين بين الدم الشعيري والحويصلات الهوائية (وفقًا لقوانين فيك للانتشار ). في علم وظائف الجهاز التنفسي ، من الملائم التعبير عن نقل جزيئات الغاز كتغيرات في الحجم، لأن${\displaystyle {V_{O_{2}}}\propto {n_{O_{2}}}}$(أي أن حجم الغاز يتناسب طرديًا مع عدد جزيئاته). علاوة على ذلك، يُعتبر تركيز الأكسجين ( الضغط الجزئي ) في الشريان الرئوي مؤشرًا على تركيزه في الدم الشعيري. وبالتالي،${\displaystyle (D_{L_{O_{2}}})}$يمكن حسابها على أنها معدل امتصاص الأكسجين بواسطة الرئة${\displaystyle ({\dot {V}}_{O_{2}})}$مقسومًا على تدرج الأكسجين بين الحويصلات الهوائية ("A") والشريان الرئوي ("a").

${\displaystyle D_{L_{O_{2}}}={\frac {{\dot {V}}_{O_{2}}}{P_{A_{O_{2}}}-P_{a_{O_{2}}}}}\simeq {\frac {{\dot {V}}_{O_{2}}}{P_{A_{O_{2}}}-P_{v_{O_{2}}}}}}$

1

(ل${\displaystyle {\dot {V}}}$، قل "V dot". هذه هي طريقة إسحاق نيوتن للمشتقة الأولى (أو المعدل) وتستخدم بشكل شائع في علم وظائف الجهاز التنفسي لهذا الغرض.

${\displaystyle {\dot {V}}_{O_{2}}}$هو معدل امتصاص الأكسجين بواسطة الرئة (مل/دقيقة).

${\displaystyle P_{A_{O_{2}}}}$هو الضغط الجزئي للأكسجين في الحويصلات الهوائية.

${\displaystyle P_{a_{O_{2}}}}$هو الضغط الجزئي للأكسجين في الشريان الرئوي.

${\displaystyle P_{v_{O_{2}}}}$هو الضغط الجزئي للأكسجين في الأوردة الجهازية (حيث يمكن قياسه فعلياً).

وبالتالي، كلما زادت قدرة الانتشار${\displaystyle D_{L}}$كلما زاد تدرج الضغط الجزئي (أو تركيز) الغاز، زادت كمية الغاز المنتقلة إلى الرئة في وحدة الزمن. ولأنه من الممكن معرفة تركيز الأكسجين في الحويصلات الهوائية ومعدل امتصاص الأكسجين - ولكن ليس تركيز الأكسجين في الشريان الرئوي - فإن تركيز الأكسجين في الدم الوريدي هو الذي يُستخدم عادةً كتقريب مفيد في الممارسة السريرية.

يُعدّ قياس تركيز الأكسجين في الشريان الرئوي إجراءً جراحيًا بالغ التوغل، ولكن لحسن الحظ، يمكن استخدام غاز مشابه بديلًا عنه ( DLCO ) يُغني عن هذه الحاجة. يرتبط أول أكسيد الكربون (CO) بقوة وسرعة بالهيموجلوبين في الدم، لذا فإن الضغط الجزئي لـ CO في الشعيرات الدموية ضئيل للغاية، ويمكن تجاهل الحد الثاني في المقام. لهذا السبب، يُستخدم CO عمومًا كغاز اختبار لقياس سعة الانتشار.${\displaystyle D_{L}}$تُبسط المعادلة إلى:

${\displaystyle D_{L_{CO}}={\frac {{\dot {V}}_{CO}}{P_{A_{CO}}}}}$.

2

بشكل عام، يتمتع الفرد السليم بقيمة${\displaystyle D_{L_{CO}}}$تتراوح النسبة بين 75% و125% من المتوسط. ^{[ 4 ]} ومع ذلك، يختلف الأفراد باختلاف العمر والجنس والطول ومجموعة متنوعة من العوامل الأخرى. لهذا السبب، نُشرت قيم مرجعية، استنادًا إلى مجموعات من الأفراد الأصحاء ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} بالإضافة إلى القياسات التي أُجريت على ارتفاعات عالية، ^{[ 8 ]} للأطفال ^{[ 9 ]} وبعض الفئات السكانية المحددة. ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

قد لا تكون مستويات أول أكسيد الكربون في الدم ضئيلة

لدى المدخنين الشرهين، يكون مستوى أول أكسيد الكربون في الدم مرتفعاً بما يكفي للتأثير على قياس${\displaystyle D_{L_{CO}}}$ويتطلب ذلك تعديل الحساب عندما يكون مستوى COHb أكبر من 2% من الإجمالي.

المكونان لـ${\displaystyle D_{L_{CO}}}$

بينما${\displaystyle (D_{L})}$يُعدّ قياس ثاني أكسيد الكربون ذا أهمية عملية كبيرة، كونه المقياس الشامل لنقل الغازات. إلا أن تفسير هذا القياس معقدٌ لكونه لا يقيس أي جزء منفرد من عملية متعددة المراحل. لذا، وكأداة مفاهيمية مساعدة في تفسير نتائج هذا الاختبار، يمكن تقسيم الوقت اللازم لانتقال ثاني أكسيد الكربون من الهواء إلى الدم إلى جزأين. أولًا، يعبر ثاني أكسيد الكربون غشاء الشعيرات الدموية السنخية (المُمثَّل بـ${\displaystyle D_{M}}$ثم يتحد أول أكسيد الكربون مع الهيموجلوبين في خلايا الدم الحمراء الشعرية بمعدل${\displaystyle \theta }$مضروبًا في حجم الدم الشعيري الموجود (${\displaystyle V_{c}}$[ ^{13 ] بما أن الخطوات متسلسلة، فإن} الموصلية تتجمع كمجموع مقلوباتها:

${\displaystyle {\frac {1}{D_{L_{CO}}}}={\frac {1}{D_{M}}}+{\frac {1}{\theta *V_{c}}}}$.

3

أي تغيير في${\displaystyle V_{c}}$التغييرات${\displaystyle D_{L_{CO}}}$

حجم الدم في الشعيرات الدموية الرئوية،${\displaystyle V_{c}}$تتغير وظائف الرئة بشكل ملحوظ أثناء الأنشطة الاعتيادية كالتمرين . فمجرد الشهيق يُدخل كمية إضافية من الدم إلى الرئتين نتيجةً للضغط السلبي داخل الصدر اللازم للشهيق. وفي أقصى الحالات، عند الشهيق مع إغلاق المزمار، تُعرف هذه العملية بمناورة مولر ، التي تسحب الدم إلى الصدر. وينطبق العكس أيضاً، إذ يزيد الزفير الضغط داخل الصدر، وبالتالي يميل إلى دفع الدم إلى الخارج؛ ومناورة فالسالفا هي زفير في مواجهة مجرى هوائي مغلق، ما قد يُخرج الدم من الرئتين. لذا، فإن التنفس العميق أثناء التمرين يُدخل كمية إضافية من الدم إلى الرئتين أثناء الشهيق، ويدفع الدم إلى الخارج أثناء الزفير. ولكن أثناء التمرين (أو في حالات نادرة عند وجود خلل بنيوي في القلب يسمح بتحويل الدم من الدورة الدموية الجهازية ذات الضغط العالي إلى الدورة الدموية الرئوية ذات الضغط المنخفض)، يزداد تدفق الدم في جميع أنحاء الجسم، وتتكيف الرئتان عن طريق تجنيد شعيرات دموية إضافية لنقل نتاج القلب المتزايد، ما يزيد من كمية الدم في الرئتين.${\displaystyle D_{L_{CO}}}$سيظهر أنه يزداد عندما لا يكون الشخص في حالة راحة، وخاصة أثناء الشهيق.

في حالة المرض، يؤدي النزيف في الرئة إلى زيادة عدد جزيئات الهيموجلوبين الملامسة للهواء، وبالتالي قياسها${\displaystyle D_{L_{CO}}}$سيزداد. في هذه الحالة، سيرتبط أول أكسيد الكربون المستخدم في الاختبار بالهيموجلوبين الذي تسرب إلى الرئة. وهذا لا يعكس زيادة في قدرة الرئة على نقل الأكسجين إلى الدورة الدموية الجهازية.

أخيراً،${\displaystyle V_{c}}$يزداد هذا في حالات السمنة وعندما يستلقي الشخص، وكلاهما يزيد من تدفق الدم في الرئتين بفعل الضغط والجاذبية، وبالتالي يزداد كلاهما${\displaystyle D_{L_{CO}}}$.

أسباب ذلك${\displaystyle \theta }$يختلف

معدل امتصاص أول أكسيد الكربون في الدم،${\displaystyle \theta }$يعتمد ذلك على تركيز الهيموجلوبين في الدم، والذي يُختصر بـ Hb في تعداد الدم الكامل (CBC ). يوجد المزيد من الهيموجلوبين في حالة كثرة الحمر ، وبالتالي${\displaystyle D_{L_{CO}}}$يكون مرتفعًا. في فقر الدم ، يكون العكس صحيحًا. في البيئات التي تحتوي على مستويات عالية من أول أكسيد الكربون في الهواء المستنشق (مثل التدخين )، يصبح جزء من هيموجلوبين الدم غير فعال بسبب ارتباطه القوي بأول أكسيد الكربون، وهذا مشابه لفقر الدم. يُنصح بـ${\displaystyle D_{L_{CO}}}$يجب تعديلها عندما يكون مستوى ثاني أكسيد الكربون في الدم مرتفعًا. ^{[ 1 ]}

كما ينخفض ​​حجم الدم في الرئة عندما ينقطع تدفق الدم بسبب جلطات الدم ( الانسداد الرئوي ) أو ينخفض ​​بسبب تشوهات العظام في الصدر، على سبيل المثال الجنف والحداب .

يؤدي تغيير تركيز الأكسجين المحيط أيضًا إلى تغيير${\displaystyle \theta }$في المرتفعات العالية، يكون الأكسجين المستنشق منخفضًا، ويكون المزيد من الهيموجلوبين في الدم حرًا ليرتبط بثاني أكسيد الكربون؛ وبالتالي${\displaystyle \theta }$يزداد و${\displaystyle D_{L_{CO}}}$يبدو أنه يزداد. وعلى العكس من ذلك، فإن الأكسجين الإضافي يزيد من تشبع الهيموجلوبين، مما يقلل من${\displaystyle \theta }$و${\displaystyle D_{L_{CO}}}$.

أمراض الرئة التي تقلل${\displaystyle D_{M}}$و${\displaystyle \theta *V_{c}}$

الأمراض التي تُغير أنسجة الرئة تُقلل من كليهما${\displaystyle D_{M}}$و${\displaystyle \theta *V_{c}}$وبدرجة متفاوتة، وبالتالي تنخفض${\displaystyle D_{L_{CO}}}$.

1. فقدان نسيج الرئة في أمراض مثل انتفاخ الرئة .
2. الأمراض التي تُسبب تندب الرئة ( مرض الرئة الخلالي )، مثل التليف الرئوي مجهول السبب ، أو الساركويد
3. تورم أنسجة الرئة ( الوذمة الرئوية ) بسبب قصور القلب ، أو بسبب استجابة التهابية حادة لمسببات الحساسية ( التهاب الرئة الخلالي الحاد ).
4. أمراض الأوعية الدموية في الرئة، سواء كانت التهابية ( التهاب الأوعية الدموية الرئوية ) أو تضخمية ( ارتفاع ضغط الدم الرئوي ).

حالات الرئة التي تزيد${\displaystyle D_{L_{CO}}}$.

1. نزيف الحويصلات الهوائية، متلازمة جودباستشر ، ^{[ 14 ]} كثرة الحمر ، ^{[ 15 ]} التحويلات القلبية من اليسار إلى اليمين ، ^{[ 16 ]} بسبب زيادة حجم الدم المعرض للغاز المستنشق.
2. الربو الناتج عن تحسن تروية قمم الرئتين. ويعود ذلك إلى زيادة ضغط الشريان الرئوي و/أو إلى زيادة الضغط السلبي في غشاء الجنب المتولد أثناء الشهيق نتيجة تضيق القصبات الهوائية. ^{[ 17 ]}

من اللافت للنظر، من وجهة نظر معينة، أن تقنية قياس سعة انتشار أول أكسيد الكربون (DLCO ₎ لا تزال تحتفظ بمثل هذه الفائدة السريرية. فقد طُوّرت هذه التقنية قبل قرن من الزمان لحسم إحدى أكبر الخلافات في علم وظائف الرئة، ألا وهي مسألة ما إذا كان الأكسجين والغازات الأخرى تُنقل بنشاط من وإلى الدم عبر الرئتين، أم أن جزيئات الغاز تنتشر بشكل سلبي. ^{[ 18 ]} ومن اللافت أيضاً أن كلا الجانبين استخدم هذه التقنية للحصول على أدلة تدعم فرضياتهما. ففي البداية، ابتكر كريستيان بور هذه التقنية، مستخدماً بروتوكولاً مشابهاً لسعة الانتشار في حالة الاستقرار لأول أكسيد الكربون، وخلص إلى أن الأكسجين يُنقل بنشاط إلى الرئتين. قام تلميذه، أوغست كروغ، بتطوير تقنية قياس سعة الانتشار في نفس واحد بالتعاون مع زوجته ماري ، وأثبتا بشكل مقنع أن الغازات تنتشر بشكل سلبي، ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} وهو اكتشاف أدى إلى إثبات أن الشعيرات الدموية في الدم يتم استخدامها حسب الحاجة - وهي فكرة حائزة على جائزة نوبل. ^{[ 26 ]}

• DLCO

• ماسون آر جيه، برودوس في سي، مارتن تي، كينغ تي جونيور، شراوفناجل د، موراي جي إف، نادل جا. (2010) كتاب طب الجهاز التنفسي. 5ه. رقم ISBN 978-1-4160-4710-0.
• روبيل، جي إل (2008) دليل اختبار وظائف الرئة. الطبعة التاسعة. رقم ISBN 978-0-323-05212-2.
• ويست، ج. (2011) فسيولوجيا الجهاز التنفسي: الأساسيات. الطبعة التاسعة. ISBN 978-1-60913-640-6.
• ويست، ج. (2012) علم وظائف الأعضاء المرضية الرئوية: الأساسيات. الطبعة الثامنة. ISBN 978-1-4511-0713-5.

• السعة الرئوية + الانتشارية + في رؤوس الموضوعات الطبية (MeSH) التابعة للمكتبة الوطنية الأمريكية للطب
• موسوعة ميدلاين بلس : 003854
• المبادئ التوجيهية للممارسة السريرية للجمعية الأمريكية للعناية التنفسية
• الصفحة الرئيسية للجمعية الأمريكية لعلم وظائف الأعضاء
• الصفحة الرئيسية للجمعية الأمريكية لأمراض الصدر
• الصفحة الرئيسية للجمعية الأوروبية لأمراض الجهاز التنفسي