換気-血流(V/Q)比
換気-血流(V/Q)比とは、肺胞に到達する空気量(肺胞換気量、V、単位はml/min)と肺に送られる血液量(心拍出量、Q、単位はml/min)との比であり、まさに想像通りのものです。 V/Q比の計算は非常に簡単です –
V/Q = 肺胞換気量/心拍出量
V/Q = (4 l/min)/(5 l/min)
(ここでは、各パラメータの「平均的な」安静時の値を使用しています)
V/Q = 0.8
残念ながら、この数値は私たちにとってそれほど有益なものではありません(なぜか、簡単に計算できるものはほとんど何も教えてくれないのです????)。 私たちにとってより有用なのは、肺のさまざまな部分に存在するV/Q比の違いがもたらす結果です。 ですから、私たちは通常、V/Q比が高いとか低いとか言っても、数値を割り当てることはありません。
最初に考えなければならないことがあります。 なぜV/Q比が重要なのか？
上で見たように、V/Q比は、換気（肺胞に酸素を取り込み、肺胞からCO2を取り除く）と灌流（肺胞からO2を取り除き、CO2を加える）のバランスを表しています。 V/Q比が重要なのは、換気と灌流の比率が、肺胞レベル（したがって動脈レベル）の酸素と二酸化炭素のレベルに影響を与える主要な要因の1つだからです。
正常な状態では、毎分4リットルの換気が気道に入り、5リットルの血液が肺の毛細血管を通ります。 この比率（上で計算した0.8）により、正常な血液ガスが得られるのです。
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変数
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正常値
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PAO2
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～100 mm Hg
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PACO2
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40 mm Hg
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PaO2
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95 ～。 100 mm Hg
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PaCO2
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40 mm Hg
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ここでは、肺が正常であると仮定していることに注意してください。
ここでは、肺が正常なので拡散が正常に行われていると仮定していることに注意してください（動脈と肺胞の値が同じか近いという事実がそれを示しています）。 V/Q比の話をするときにそのような仮定をする必要はありませんが、この通常の計算ではそのようにしました。
V/Q比を変えるには2つの方法があります（ショックに備えてください）。 換気および/または灌流を変更することができます(皆さんはショックを受けていると思います)。 生理学的には、ホメオスタシスを維持するための代償的な変化が見られますが、それについては後ほど説明します。
まずできることは、V/Q比を下げることです。 V/Q比の低下は、換気量を減少させるか、血流を増加させることで生じます（他の変数は変更しません）。 これらはどちらも同じ効果をもたらします。すなわち、肺胞（したがって動脈）の酸素濃度が低下し、CO2が増加します。 それぞれの変化の理由は簡単です。
- 換気量の減少（灌流の代償となる変化なし）は、酸素の代謝ニーズ（酸素消費量）を満たすのに十分な酸素を取り込まないだけでなく、生成されたCO2を取り除くのに十分なCO2を吹き出さないことを意味します。 換気量の減少に伴い、肺胞および動脈血ガスがなぜこのように変化するのか、私たちには簡単に理解できます。
- 灌流の増加は血液ガスに同じ影響を与えます。なぜなら、灌流の増加（換気の代償的変化なし）は、肺胞から酸素を除去するために、吐き出されるよりも多くのCO2を供給するために、より多くの血球がやってくることを意味するからです。
V/Q比の低下を考えるとき、覚えておくべきことは以下の通りです。
- 換気が灌流に追いついていない
- 肺胞の酸素レベルが低下し、動脈の酸素レベル（PaO2）の低下につながる
- 肺胞のCO2レベルが上昇し（CO2を早く排出できていない）、動脈のCO2も上昇する。
また、換気と輸液の比率を高めることもできます。 良いニュースは、私たちの目的のために、V/Q比を増加させることは、減少とはまったく逆の効果があるということです…。
換気-輸液比を増加させるには、次の 2 つの方法があります。
- 換気を増やす（肺胞に酸素を多く取り込み、肺からCO2を多く排出する）
- 灌流を減らす（血液が酸素を取り去る量を少なくし、CO2を送り出す量を少なくする）。
- これにより、PAO2の増加（したがってPaO2の増加）
- そしてPACO2とPaCO2の減少
まとめると、V/Q比の増加は、換気が灌流によって満たされる代謝の必要性を超えていることを意味し、CO2を吹き飛ばし（PACO2を低下させ）、PAO2（およびPaO2）を増加させるということになります。
V/Q比を生理的に変化させる
立ち上がるたびに、肺のさまざまな部分（肺尖部と肺底部）への血流が重力により変化します。 肺の基部に流れる血液量が、肺尖部に流れる血液量よりも多くなります。 これにより、V/Qの不一致（または不平等）が生じ、肺の各部位から出る動脈血の血液ガス値が変化します。 V/Q不一致または不等式とは何か、これまでその用語を書き出していなかったにもかかわらず、すでにお分かりのことと思います。それは、2つの変数のうちの1つが変化し、それに見合う他の変数の変化がある場合です（まさに今話していたことです！）。
立ち上がった場合、より多くの血液が肺の底部に行きますが、一方で空気は相対的に少なくなります。 つまり、V/Q比が低く、PAO2とPaO2が低くなります。 また、PCO2も高くなります。 肺底部から出る血液は、PaO2が89mmHg、PaCO2が42mmHgと推定されます。
肺尖部では、血液の量が比較的少なく（重力で上ではなく下に引っ張られる）、換気量が比較的多いため、V/Q比が高くなります。 衝撃的なことに、これにより肺胞と動脈の酸素濃度が上昇し、一方で二酸化炭素が減少します。 立っている人の各肺の頂点を出る血液は、PaO2が130mmHg、PaCO2が28mmHgと推定されます。
肺の中央部では、血液と換気の相性がよく、この部分から出る動脈血は、一般的に標準的な血液ガス値を持つと考えられています。 PaO2=100mmHg、PaCO2=40mmHgです。
末梢で測定される動脈血ガスは、肺の3つの領域からの血液が混ざり合ってできたものです。 肺尖部からの酸素濃度の高い血液は、体積が比較的小さいので影響が少ない（それは低灌流となる）。 一方、肺底部にはたくさんの血液が流れ込むので、混合に大きな影響を与えます。
病理学的にV/Q比を変化させる
普通の人が立っているだけでV/Q比が変化するように、さまざまな病理学的疾患では血液供給や換気が変化してV/Q比が変化します。 これは、病態によって直接生じる血液ガスの変化に加えて、重要な意味を持ちます。 ここでは、2つの極端な例から始めて、より微妙な変化に移っていきます。
V/Q比を無限大にする。 数学的には、ゼロで割ると無限大という答えが出ます。つまり、灌流がゼロになると、V/Qが無限大に増加します。 患者の場合、血流がゼロになる領域は、血流を遮断する肺塞栓症によって生じる。 議論のために、ごくわずかな血液が通過できると仮定してみましょう。 この血液は、酸素濃度が非常に高く（換気が多く、灌流が少ない）、CO2濃度も非常に低いものになります。 実際、この状況での動脈血ガスは、大気圧に近づきます（なりません）（PaO2〜140mmHg；PaCO2〜0mmHg）。
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この肺胞にはあまり血液が通っていないので、この状態での血液量は非常に少なくなります。 しかし、毎分5リットルの血液が肺に送られています。塞栓症の影響を受けた肺の領域に到達できない血液は、肺の他の部分にシャントされます（肺の他の部分ではV/Q比が低くなります）。
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この部分に換気を行うことでエネルギーを無駄にしていました-実際、これは肺胞のデッドスペースです。
V/Q比のより微妙な変化。 多くの肺疾患では、V/Q比の変化は肺全体で一貫していません。 イメージしやすい例としては、COPD/肺気腫があります。 授業で説明したように、この病気では肺胞が破壊され、肺の中に大きな空洞ができ、毛細血管が失われていきます。 肺胞が大きくなると、吸った空気の一部が血球に届かなくなります。また、毛細血管がなくなると、肺のある部分には血液があまり届かず、別の部分には血液が届きすぎてしまいます。 つまり、肺のある部分はV/Q比が高く（良いニュース：動脈血ガスが比較的良い、悪いニュース：そこに行く血液が少なすぎて実際の違いがない）、他の部分はV/Q比が低い（そこに行く血液は多いが、動脈血は酸素が少なく、CO2が多い）。 これらのV/Qミスマッチは、低酸素症や高過呼吸症の原因として重要です。
V/Q比を正常化するために体がとる措置。 体は、ミスマッチが肺の限られた領域に限定されている限り、V/Q比を正常化する傾向にあるいくつかのメカニズムを持っています。 これには次のようなものがあります。
- 低酸素性の血管収縮。 V/Q比が低い場合（血液が多い、または換気が少なすぎる）、低酸素性血管収縮が起こり、その部分に入ってきた血液が肺の他の部分に向かってしまうことがあります。 低酸素領域の灌流を減少させると、V/Q比が上昇し、動脈血ガスが期待通りの値に近づきます。
- 気管支収縮。 V/Q比が高い場合には、気管支がわずかに収縮して抵抗を増加させ、十分に灌流されていない領域に入ってくる換気量を減少させます（ただし、完全にシャットダウンするわけではありません）。 これにより、発生する肺胞のデッドスペースの量が制限され、肺胞のデッドスペースで発生する「無駄な」作業が最小限に抑えられます。
低酸素の形態を継続する