مکانیک تنفس
مکانیک تنفس به نیروهای فیزیکی که هوا را به داخل و خارج ریهها حرکت میدهند، اشاره دارد: فشارهای عضلانی و الاستیک که بر سیستم تنفسی عمل میکنند، مقاومتی که هوا هنگام عبور از مجاری هوایی با آن روبرو میشود، و انرژی که این کار هزینه دارد. این حوزه، ریه و دیواره قفسه سینه را به عنوان یک سیستم مکانیکی در نظر میگیرد که رفتار آن را میتوان به صورت روابط بین فشار، حجم و جریان اندازهگیری کرد.
Definition
مکانیک تنفسی مطالعه فشارها، حجمها و جریانهای سیستم تنفسی و خواص الاستیک و مقاومتی است که آنها را به هم مرتبط میکند و نحوه حرکت هوا را در طول تهویه کنترل میکند.
Scope
این حوزه خواننده را با عوامل فیزیکی اصلی تهویه آشنا میکند — تولید جریان هوا، خواص الاستیک (انعطافپذیری) ریه و دیواره قفسه سینه، فشارهای پلورال که آنها را به هم متصل میکنند، افتهای مقاومتی در مجاری هوایی، و کار تنفسی حاصل. این یک چارچوب مرجع برای درک چگونگی تولید و اندازهگیری تنفس است، نه راهنمایی برای مدیریت بالینی هر بیماری.
Sub-topics
Core questions
- عضلات تنفسی برای غلبه بر بارهای الاستیک و مقاومتی تنفس چه فشارهایی باید تولید کنند؟
- خواص الاستیک ریه و دیواره قفسه سینه چگونه حجم ریه در حالت استراحت و تغییر حجم را برای یک فشار معین تعیین میکنند؟
- جریان هوا چگونه با فشار محرک و مقاومت مجاری هوایی مرتبط است؟
- تنفس چقدر انرژی هزینه دارد و این کار چگونه بین اجزای الاستیک و مقاومتی تقسیم میشود؟
Key concepts
- رابطه فشار-حجم
- انعطافپذیری و الاستیسیته
- مقاومت مجاری هوایی
- فشار ترانسپولمونری و پلورال
- کار الاستیک و مقاومتی تنفس
- کشش سطحی و سورفکتانت
- معادله حرکت
Key theories
- معادله حرکت سیستم تنفسی
- فشار اعمال شده به سیستم تنفسی در هر لحظه برابر است با مجموع یک جمله الاستیک (متناسب با حجم بالاتر از حجم استراحت)، یک جمله مقاومتی (متناسب با جریان)، و یک جمله اینرسی، به طوری که تنفس را میتوان به عنوان یک سیستم الاستیسیته-مقاومت تکحفرهای مدلسازی کرد.
- توزیع تنش استاتیک در ریه
- ریه به عنوان یک پیوستار الاستیک عمل میکند که فشار بازگشتی آن به حجمی که کشیده شده است بستگی دارد؛ مید، تاکیشیما و لیت مدلسازی کردند که چگونه تنشها و حجمهای موضعی در سراسر پارانشیم توزیع میشوند و تفاوتهای منطقهای در انبساط را توضیح دادند.
Mechanisms
در طول دم، عضلات تنفسی فشار پلورال را کاهش میدهند و فشار ترانسپولمونری را افزایش میدهند که ریه را متسع کرده و هوا را در برابر مقاومت مجاری هوایی به داخل میکشد؛ در طول بازدم آرام، بازگشت الاستیک ذخیره شده ریه و دیواره قفسه سینه هوا را به طور غیرفعال به بیرون میراند. فشاری که سیستم در هر لحظه نیاز دارد، به طور معمول به یک بار الاستیک (که توسط انعطافپذیری ترکیبی ریه و دیواره قفسه سینه تعیین میشود) و یک بار مقاومتی (که توسط مقاومت مجاری هوایی و جریان تعیین میشود) تقسیم میشود، همانطور که توسط معادله حرکت نشان داده شده است. حجم ریه در حالت استراحت (ظرفیت باقیمانده عملکردی) حجمی است که در آن بازگشت الاستیک به داخل ریه با بازگشت به بیرون دیواره قفسه سینه تعادل مییابد. انرژی مصرف شده در برابر این بارهای الاستیک و مقاومتی، کار تنفس را تشکیل میدهد.
Clinical relevance
مکانیک تنفسی اساس مفهومی برای آزمایش عملکرد ریوی و درک چگونگی تغییر تنفس توسط بیماری را فراهم میکند — برای مثال، ریههای سفت (با انعطافپذیری کم) بار الاستیک را افزایش میدهند در حالی که مجاری هوایی باریک شده بار مقاومتی را افزایش میدهند. همین اصول مکانیکی زیربنای منطق تهویه مکانیکی و تشخیص این است که فشارهای و حجمهای بیش از حد میتوانند به ریه آسیب برسانند. این مدخل مکانیسمها و اندازهگیری را توصیف میکند؛ منبعی برای مشاوره تشخیصی یا درمانی فردی نیست.
Evidence & guidelines
بخش عمدهای از چارچوب کمی از مطالعات فیزیولوژیکی اواسط قرن بیستم نشأت میگیرد که انعطافپذیری، مقاومت و رفتار فشار-حجم سیستم تنفسی را تعریف کردند و در متون استاندارد خلاصه شدهاند. مفاهیم مکانیکی به صورت بالینی از طریق اندازهگیریهای استاندارد عملکرد ریوی و مراقبتهای ویژه عملیاتی میشوند؛ سوءاستفاده از آنها، مانند آسیب ریوی ناشی از ونتیلاتور، خود به کانون شواهد تبدیل شده است.
History
مکانیک تنفسی کمی در دهههای ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ به بلوغ رسید، زمانی که محققانی مانند دوبوا (DuBois) روشهای پلتیسموگرافی بدنی و نوسان اجباری را برای اندازهگیری مقاومت مجاری هوایی و خواص فشار-حجم قفسه سینه معرفی کردند، و مید (Mead) و همکارانش رفتار الاستیک ریه را رسمی کردند. این پیشرفتها تنفس را به یک سیستم مکانیکی قابل اندازهگیری تبدیل کردند و زیربنای آزمایش عملکرد ریوی و فیزیولوژی بعدی تهویه مکانیکی را تشکیل دادند.
Key figures
- Jere Mead
- Arthur B. DuBois
- John B. West
- Arthur Slutsky
Related topics
Seminal works
- dubois-1956
- mead-1970
Frequently asked questions
- تفاوت بین بارهای الاستیک و مقاومتی تنفس چیست؟
- بار الاستیک فشاری است که برای کشش ریه و دیواره قفسه سینه به یک حجم معین لازم است و به انعطافپذیری آنها بستگی دارد؛ بار مقاومتی فشاری است که برای راندن هوا از طریق مجاری هوایی لازم است و به مقاومت مجاری هوایی و سرعت جریان بستگی دارد.
- چرا هوا در طول تنفس آرام بدون تلاش عضلانی از ریهها خارج میشود؟
- در پایان دم، ریه و دیواره قفسه سینه کشیده شده و انرژی بازگشت الاستیک را ذخیره میکنند؛ در طول بازدم آرام، این بازگشت به طور غیرفعال هوا را به بیرون میراند، بنابراین بازدم معمولاً نیازی به کار عضلانی فعال ندارد.