Ventilation-perfusion coupling
वेंटिलेशन-परफ्यूजन कपलिंग वेंटिलेशन और परफ्यूजन प्रक्रियाओं के बीच का संबंध है, जो श्वसन और हृदय प्रणाली में होता है। वेंटिलेशन सांस लेने के दौरान गैस की गति है, और परफ्यूजन फुफ्फुसीय रक्त परिसंचरण की प्रक्रिया है, जो शरीर के ऊतकों को ऑक्सीजन पहुंचाती है। शारीरिक रूप से, फेफड़ों की संरचना, वायुकोशीय संगठन और वायुकोशीय केशिकाएं वेंटिलेशन और परफ्यूजन के शारीरिक तंत्र में योगदान करती हैं। वेंटिलेशन-परफ्यूजन कपलिंग औसतन 0.8 के पास एक स्थिर अनुपात बनाए रखता है, जबकि गुरुत्वाकर्षण के कारण फेफड़ों के भीतर क्षेत्रीय भिन्नता मौजूद होती है। जब अनुपात 0.8 से ऊपर या नीचे हो जाता है, तो इसे असामान्य वेंटिलेशन-परफ्यूजन युग्मन माना जाता है, जिसे वेंटिलेशन-परफ्यूजन बेमेल के रूप में भी जाना जाता है। फेफड़ों की बीमारियाँ, कार्डियक शंट और धूम्रपान एक वेंटिलेशन-परफ्यूजन बेमेल पैदा कर सकते हैं जिसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण लक्षण और बीमारियाँ होती हैं, जिनका इलाज ब्रोंकोडायलेटर और ऑक्सीजन थेरेपी जैसे उपचारों के माध्यम से किया जा सकता है। एनाटॉमी रेस्पिरेटरी सिस्टम और कार्डियोवैस्कुलर सिस्टम वेंटिलेशन-परफ्यूजन कपलिंग में श्वसन प्रणाली और कार्डियोवैस्कुलर प्रणाली के अंग शामिल होते हैं। वेंटिलेशन में भाग लेने वाली श्वसन प्रणाली और प्रमुख वायुमार्गों में नासिका, नाक गुहा, मुंह, ग्रसनी, स्वरयंत्र, श्वासनली, ब्रोंकस और फेफड़े शामिल हैं। फेफड़ों के भीतर, वेंटिलेशन प्रक्रिया में विशेष रूप से श्वसन ब्रोंकियोल, वायुकोशीय नलिका, वायुकोशीय थैली और वायुकोशीय जैसे अंग शामिल होते हैं। परफ्यूजन प्रक्रिया के लिए, हृदय प्रणाली के परिसंचरण अंग जैसे हृदय, फुफ्फुसीय धमनियाँ, फुफ्फुसीय नसें और वायुकोशीय केशिकाएँ शामिल हैं। वायुकोशीय केशिका विशेष रूप से शरीर के ऊतकों में गैस विनिमय और ऑक्सीजन वितरण के लिए वायुकोशीय के संपर्क में आने के लिए परफ्यूजन में भाग लेती है। फेफड़ों की संरचना वेंटिलेशन-परफ्यूजन युग्मन के तंत्र के लिए फेफड़ों की संरचना महत्वपूर्ण है। प्ल्युरा (बहुवचनः प्ल्युरा) फेफड़े के चारों ओर एक एकल झिल्ली है। यह दो परतें बनाने के लिए वापस मुड़ता है, और प्रत्येक परत को पैरिटल प्लूरा और विसरल प्लूरा कहा जाता है। फुफ्फुसीय गुहा पार्श्विका और आंतों के फुफ्फुस के बीच के क्षेत्र को संदर्भित करता है, और फुफ्फुसीय द्रव फुफ्फुसीय सतह को चिकनाई करने और सतह तनाव प्रदान करने के लिए फुफ्फुसीय गुहा को भरता है। ये कार्य फेफड़ों की सुरक्षा और उचित प्रेरणा सुनिश्चित करते हैं। डायाफ्राम और इंटरकोस्टल थोरैसिक मांसपेशियाँ फेफड़ों के दबाव प्रवणता को बदल देती हैं, जो वेंटिलेशन ड्राइविंग बल उत्पन्न करती हैं। डायाफ्राम के पास के निचले क्षेत्र को फेफड़े के 'आधार' के रूप में जाना जाता है, और ऊपरी लोब के पास फेफड़े के शीर्ष को फेफड़े के 'शीर्ष' के रूप में जाना जाता है। शरीर विज्ञान वेंटिलेशन वेंटिलेशन (या श्वास) फेफड़ों और वायुमंडलीय हवा के बीच हवा की गति है, जो गैस के आदान-प्रदान की सुविधा प्रदान करता है। हवा साँस लेने (प्रेरणा) के माध्यम से फेफड़ों में प्रवेश करती है और साँस छोड़ने (समाप्ति) के माध्यम से बाहर धकेल दी जाती है। वेंटिलेशन के दौरान, छाती की मांसपेशियों और डायाफ्राम संकुचन द्वारा उत्पादित वायुमंडल और फेफड़ों के बीच वायु दबाव प्रवणता द्वारा हवा की गति उत्पन्न होती है। हवा को फेफड़ों के अंदर और बाहर धकेल दिया जाता है क्योंकि हवा उच्च दबाव वाले क्षेत्र से निचले दबाव वाले क्षेत्र में बहती है। इनहेलेशन के दौरान, डायाफ्राम संकुचन वक्ष गुहा की मात्रा में वृद्धि का कारण बनता है। इससे फेफड़ों के अंदर का दबाव कम हो जाता है, जिससे हवा फेफड़ों में बहने के लिए मजबूर हो जाती है। साँस छोड़ने के दौरान, डायाफ्राम विश्राम वक्ष गुहा की मात्रा में कमी का कारण बनता है। फेफड़ों का बढ़ा हुआ दबाव हवा को फेफड़ों से बाहर धकेलता है। वेंटिलेशन का प्राथमिक कार्य रक्त के ऑक्सीकरण के लिए कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने के माध्यम से ऑक्सीजन युक्त हवा के साथ फेफड़ों में बासी गैसों का प्रतिस्थापन है। इसके बाद परिसंचरण तंत्र के माध्यम से पूरे शरीर में ऑक्सीजन की आपूर्ति की जाती है। परफ्यूजन परफ्यूजन लसीका प्रणाली या परिसंचरण प्रणाली के माध्यम से शरीर के ऊतकों में ऑक्सीजन युक्त रक्त का वितरण है। परफ्यूजन का प्राथमिक कार्य गैस विनिमय के दौरान सेलुलर अपशिष्ट और पोषण आपूर्ति को कुशलता से निकालना है। परफ्यूजन हृदय संकुचन के दौरान होता है जब ऑक्सीजन युक्त रक्त को धमनियों में पंप किया जाता है। धमनियाँ रक्त को ऊतकों के केशिका तल तक पहुँचाती हैं, जहाँ ऑक्सीजन को प्रसार द्वारा हटा दिया जाता है। वायुकोश में ऑक्सीजन को सांद्रता प्रवणता के नीचे फैलाया जाता है और फुफ्फुसीय केशिकाओं के माध्यम से रक्त में ले जाया जाता है। एक बार जब ऑक्सीजन रक्तप्रवाह में प्रवेश करती है, तो यह लाल रक्त कोशिकाओं के हीमोग्लोबिन (एच. बी.) से जुड़कर प्लाज्मा में घुल जाती है और शरीर के ऊतकों में पहुँच जाती है। फिर डीऑक्सीजेनेटेड रक्त नसों के माध्यम से हृदय में लौटता है, और वेंटिलेशन प्रक्रिया के माध्यम से रक्त को फिर से ऑक्सीजन देने के बाद परफ्यूजन फिर से शुरू होता है। वेंटिलेशन-परफ्यूजन अनुपात (वी/क्यू अनुपात) वेंटिलेशन-परफ्यूजन कपलिंग वेंटिलेशन और परफ्यूजन के बीच का संबंध है, जिसे वेंटिलेशन-परफ्यूजन अनुपात (वी/क्यू) द्वारा दर्शाया जाता है। वेंटिलेशन दर (वी) कुल गैस की मात्रा है जो एक निश्चित समय में एल्वियोली में प्रवेश करती है और छोड़ती है, जिसे आमतौर पर प्रति मिनट मापा जाता है। वेंटिलेशन दर की गणना करने के लिए, ज्वारीय मात्रा (सामान्य सांस के दौरान साँस लेने या छोड़ने वाली गैस की मात्रा) को सांसों की आवृत्ति प्रति मिनट से गुणा किया जाता है, जिसे सूत्र द्वारा दर्शाया जाता हैः वेंटिलेशन दर = ज्वारीय मात्रा (एल) x सांस प्रति मिनट (सांस/मिनट) = एल/मिनट। परफ्यूजन दर (क्यू) कुल रक्त की मात्रा है जो गैस विनिमय के दौरान प्रति इकाई समय (1 मिनट) में वायुकोशीय केशिकाओं में प्रवेश करती है। इसलिए, वेंटिलेशन-परफ्यूजन अनुपात प्रति मिनट एल्वियोली में प्रवेश करने वाले रक्त की मात्रा की तुलना में एल्वियोली में प्रवेश करने वाली गैस की मात्रा का प्रतिनिधित्व करता है। आदर्श वी/क्यू अनुपात 1 है, फुफ्फुसीय कार्य की सबसे कुशल स्थिति जब फेफड़ों में प्रवेश करने वाली ऑक्सीजन की मात्रा शरीर में वितरित ऑक्सीजन की मात्रा के बराबर होती है। इसके अलावा, वेंटिलेशन और परफ्यूजन मिलान की पर्याप्त उपलब्धि आवश्यक है क्योंकि यह ऑक्सीजन की निरंतर आपूर्ति और शरीर से अपशिष्ट उत्पादों की निकासी सुनिश्चित करता है। इस प्रकार, कुशल गैस विनिमय के लिए वेंटिलेशन और परफ्यूजन के सख्त विनियमन की आवश्यकता है। औसतन, 4 लीटर ऑक्सीजन (वी) और 5 लीटर रक्त (क्यू) एक मिनट में वायुकोश में प्रवेश करते हैं, इस प्रकार सामान्य वी/क्यू अनुपात 0.8 है। इसे असामान्य माना जाता है जब अनुपात 0.8 से अधिक या छोटा होता है और इसे वेंटिलेशन-परफ्यूजन मिसमैच (वी/क्यू मिसमैच) के रूप में जाना जाता है। वी/क्यू बेमेल के बारे में अधिक जानकारी नीचे दिए गए नैदानिक महत्व खंड में पाई जा सकती है। क्षेत्रीय भिन्नताएँ जबकि आदर्श वी/क्यू अनुपात 1 है, स्वस्थ व्यक्ति के सामान्य फेफड़ों में अनुपात लगभग 0.8 है, जिसका अर्थ है कि वेंटिलेशन और परफ्यूजन पूरी तरह से बराबर नहीं हैं। गुरुत्वाकर्षण के कारण, निचले फेफड़ों में रक्त की मात्रा अपेक्षाकृत अधिक होती है, और ऊपरी फेफड़ों (शीर्ष) में हवा की मात्रा अपेक्षाकृत अधिक होती है। इस प्रकार, निचले फेफड़ों (आधार) में रक्त पूरी तरह से ऑक्सीजनयुक्त नहीं होता है, और ऊपरी हिस्से में हवा का ऑक्सीजन पूरी तरह से नहीं निकाला जाता है, जिससे वी/क्यू अनुपात कम हो जाता है। फेफड़ों के शीर्ष की तुलना में, वेंटिलेशन दर आधार पर 50 प्रतिशत अधिक होती है। शीर्ष में वी/क्यू अनुपात आधार में लगभग 3.3 और 0.63 है, जो इंगित करता है कि परफ्यूजन आधार की ओर वेंटिलेशन से अधिक है, और वेंटिलेशन दर शीर्ष की ओर परफ्यूजन से अधिक है। फेफड़ों के आधार की ओर, गुरुत्वाकर्षण के कारण फुफ्फुसीय गुहा में तरल पदार्थ की मात्रा बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप इंट्राप्ल्यूरल दबाव बढ़ जाता है। नतीजतन, एल्वियोली कम फैलती है और आधार पर अधिक अनुरूप हो जाती है, जिससे वेंटिलेशन में सुधार होता है। परफ्यूजन भी बढ़ जाता है क्योंकि गुरुत्वाकर्षण रक्त को आधार की ओर नीचे खींचता है। कुल मिलाकर, वेंटिलेशन और परफ्यूजन दोनों की दर फेफड़ों के आधार की ओर बढ़ जाती है। हालांकि, परफ्यूजन दर अधिक बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप वी/क्यू अनुपात में कमी आती है। फेफड़ों के शीर्ष की ओर, गुरुत्वाकर्षण के कारण जलस्थैतिक दबाव कम हो जाता है, जो रक्त प्रवाह को कम करता है, इस प्रकार परफ्यूजन कम हो जाता है। चूँकि वेंटिलेशन परफ्यूजन से अधिक हो जाता है, इसलिए फेफड़ों के शीर्ष पर वी/क्यू अनुपात बढ़ जाता है। नैदानिक महत्व जब वेंटिलेशन-परफ्यूजन अनुपात असामान्य रूप से सामान्य सीमा (0.8) से अधिक या कम होता है, तो इसे वेंटिलेशन-परफ्यूजन बेमेल कहा जाता है, जो स्वास्थ्य पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकता है। वेंटिलेशन-परफ्यूजन मिसमैच (वी/क्यू मिसमैच) दो प्रकार के वी/क्यू मिसमैच हैं। सबसे पहले, डेड स्पेस तब होता है जब कम परफ्यूजन के कारण वेंटिलेशन परफ्यूजन से अधिक हो जाता है। डेड स्पेस उस आयतन को संदर्भित करता है जो गैस विनिमय में भाग नहीं लेता है। वायुकोशीय मृत स्थान और अपर्याप्त परफ्यूजन के परिणामस्वरूप वायुकोशीय में ताजा ऑक्सीजन में कमी के साथ 0.8 से ऊपर वी/क्यू अनुपात होता है। यह रक्त के थक्के बनने, हृदय की विफलता, फुफ्फुसीय वातस्फीति, या वायुकोशीय केशिकाओं में क्षति के कारण हो सकता है। दूसरा, फुफ्फुसीय शंट अपर्याप्त वेंटिलेशन और अतिरिक्त परफ्यूजन के कारण शून्य या कम वी/क्यू अनुपात के कारण होता है। अनुचित वेंटिलेशन शरीर के ऊतकों को रक्त ऑक्सीजन और ऑक्सीजन की आपूर्ति को कम करता है। हालांकि 100% ऑक्सीजन प्रेरित है, एक फुफ्फुसीय शंट ऑक्सीजन को एल्वियोली और रक्त केशिकाओं तक पहुँचने से रोकता है। इसके परिणामस्वरूप संभवतः हाइपोक्सीमिया (कम ऑक्सीजन स्तर) होता है, और वेंटिलेशन-परफ्यूजन बेमेल के सामान्य लक्षणों में चक्कर आना, सिरदर्द और थकान शामिल हैं। घरघराहट, तेजी से सांस लेना और सांस की तकलीफ जैसे श्वसन संबंधी लक्षण सांस लेने में कठिनाई पैदा कर सकते हैं। इसके अलावा, रोगी नीली या भूरे रंग की त्वचा, कम ऊर्जा स्तर, स्थानिक भटकाव या भ्रम का अनुभव कर सकता है। कम वी/क्यू अनुपात निमोनिया, फुफ्फुसीय शोफ, अस्थमा या ब्रोंकस की रुकावट के कारण हो सकता है। कारण कई कारक वी/क्यू असंतुलन पैदा करने में योगदान करते हैं। हालांकि, सबसे आम कारणों को फेफड़ों की बीमारी, कार्डियक शंट और अन्य में विभाजित किया जा सकता है। फेफड़े की बीमारियाँ सी. ओ. पी. डी. (क्रोनिक ऑब्सट्रक्टिव पल्मोनरी डिजीज) एक पुरानी फेफड़ों की स्थिति है जो अवरोधक वायु प्रवाह के कारण सांस लेने की समस्याओं को समूहित करती है। साँस लेने में कठिनाई के परिणामस्वरूप वायुकोशीय स्तर पर कम वेंटिलेशन (कम वी/क्यू अनुपात) होता है, और इसके लक्षणों में साँस लेने में कठिनाई, पुरानी खाँसी और घरघराहट शामिल हैं। धूम्रपान (रासायनिक उत्तेजक के लंबे समय तक संपर्क में रहने से) सी. ओ. पी. डी. का कारण बन सकता है, जिससे फेफड़ों के कैंसर और हृदय रोग का खतरा बढ़ जाता है। अस्थमा एक आम सूजन वाली बीमारी है जिससे वायुमार्ग सूज जाता है और सांस लेने और वेंटिलेशन (कम वी/ए अनुपात) में बाधा आती है। कारण का खुलासा नहीं किया गया है, लेकिन पराग, मोल्ड, श्वसन संक्रमण और वायु प्रदूषक (सिगरेट का धुआं) जैसे एलर्जी कारक संभावित उत्तेजक हैं। सांस की तकलीफ, सीने में जकड़न, खाँसी और घरघराहट इसके लक्षण हैं। पल्मोनरी एम्बोलिज्म फेफड़ों में होने वाले रक्त के थक्के हैं। फुफ्फुसीय परिसंचरण में प्रतिबंधित रक्त प्रवाह के परिणामस्वरूप एल्वियोली हवादार होती है लेकिन सुगंधित नहीं होती है, इस प्रकार, वी/क्यू अनुपात में वृद्धि होती है और गैस विनिमय में कमी आती है। यह हाइपोक्सीमिया (कम ऑक्सीजन स्तर) का कारण बन सकता है और फेफड़े के हिस्से को नुकसान पहुंचा सकता है, जिसका इलाज एंटीकोआगुलंट्स से किया जा सकता है। आम लक्षणों में सांस की तकलीफ, सीने में दर्द, चिंता, अनियमित दिल की धड़कन, दिल की दौड़, सिरदर्द, स्मृति हानि और मस्तिष्क में भ्रम शामिल हैं। ए. आर. डी. एस., निमोनिया, क्रोनिक ब्रोंकाइटिस, पल्मोनरी एडिमा और वायुमार्ग बाधा फेफड़ों की बीमारियाँ हैं जो आमतौर पर वेंटिलेशन-परफ्यूजन बेमेल का कारण बनती हैं। फेफड़े की बीमारियाँ असामान्य रूप से वेंटिलेशन या परफ्यूजन को बदल देती हैं और सामान्य वी/क्यू अनुपात के रखरखाव को बाधित करती हैं। कार्डियक राइट-टू-लेफ्ट शंट डीऑक्सीजेनेटेड रक्त आमतौर पर ऑक्सीजनकरण (ताजा ऑक्सीजन आपूर्ति) के लिए फेफड़ों में जाता है। दाएँ से बाएँ शंट एक असामान्य रक्त परिसंचरण है जो डीऑक्सीजेनेटेड रक्त को हृदय की दाएँ तरफ से बाएँ तरफ जाने में सक्षम बनाता है और फेफड़ों को छोड़ देता है। इस प्रकार, कोई ऑक्सीजनकरण नहीं होता है, और कम गैस विनिमय के परिणामस्वरूप हाइपोक्सीमिया होता है क्योंकि ताजा ऑक्सीजन विक्षिप्त रक्त तक नहीं पहुंच सकती है। इसके परिणामस्वरूप बिना परफ्यूजन के वेंटिलेशन और उच्च वी/क्यू अनुपात होता है। अन्य सिगरेट के धुएँ के लंबे समय तक संपर्क में रहने से वायुमार्ग में सूजन और वृद्धि होती है, जो अंततः वायु प्रवाह को प्रतिबंधित करती है और वी/क्यू बेमेल होने के उच्च जोखिम को जोड़ती है। इसके अलावा, अवरोधक स्लीप एपनिया एक नींद से संबंधित श्वास विकार है जो ऊपरी वायुमार्ग की बाधा के कारण सोते समय सांस लेने में कमी का अनुभव करता है। आमतौर पर मोटापे से पीड़ित लोगों में इसका खतरा अधिक होता है। तेज खर्राटे लेना, दम घुटना, सांस लेने में रुकावट, सिरदर्द और जागते समय उनींदापन इसके लक्षण हैं। उपचार वी/क्यू बेमेल के इलाज के लिए कई चिकित्सीय मार्ग विकसित किए गए हैं। सबसे आम उपचार ब्रोंकोडायलेटर और ऑक्सीजन थेरेपी हैं। ब्रोंकोडायलेटर फेफड़ों की मांसपेशियों को आराम देकर या वायुमार्ग को चौड़ा करके सांस लेने में सुधार करते हैं। यह आमतौर पर इनहेलर के माध्यम से लगाया जाता है और ज्यादातर अस्थमा और पुरानी अवरोधक फुफ्फुसीय बीमारी के इलाज के लिए उपयोग किया जाता है। ऑक्सीजन चिकित्सा श्वसन को आसान बनाने के लिए निम्न रक्त ऑक्सीजन स्तर में सुधार करने के लिए पूरक शुद्ध ऑक्सीजन प्रदान करती है। यह स्लीप एपनिया, निमोनिया और अस्थमा से पीड़ित रोगियों के लिए उपयोगी है। कॉर्टिकोस्टेरॉइड्स, एंटीबायोटिक्स, फुफ्फुसीय पुनर्वास चिकित्सा, एंटीकोआगुलंट्स और सर्जरी भी वेंटिलेशन-परफ्यूजन बेमेल से संबंधित लक्षणों और बीमारियों के लिए एक चिकित्सा उपचार के रूप में काम कर सकते हैं। उपचार अल्पकालिक या दीर्घकालिक हो सकता है। एक फुफ्फुसीय वेंटिलेशन-परफ्यूजन स्कैन (फेफड़े वी/क्यू स्कैन) का उपयोग वी/क्यू बेमेल का निदान करने के लिए किया जा सकता है। वेंटिलेशन स्कैन का उपयोग वायु प्रवाह के प्रसार को मापने और फेफड़ों में रक्त प्रवाह वितरण के लिए एक परफ्यूजन स्कैन के लिए किया जाता है। एक रेडियोएक्टिव ट्रेसर का उपयोग पूरे फेफड़े और वेंटिलेशन और परफ्यूजन फ़ंक्शन को स्कैन करने के लिए किया जाता है। संदर्भ श्वसन श्वसन शरीर विज्ञान