کار تنفس
کار تنفس، انرژیای است که عضلات تنفسی برای جابجایی هوا به داخل و خارج از ریهها در برابر بارهای الاستیک و مقاومتی سیستم تنفسی صرف میکنند. از نظر مکانیکی، این کار انتگرال فشار بر حجم جابجا شده است؛ از نظر فیزیولوژیکی، در اکسیژنی که عضلات تنفسی برای حفظ تهویه مصرف میکنند، منعکس میشود.
Definition
کار تنفس، کار مکانیکی انجام شده توسط عضلات تنفسی بر سیستم تنفسی در طول تهویه است که به عنوان انتگرال فشار اعمال شده نسبت به تغییر حجم محاسبه میشود و به کار لازم برای غلبه بر بازگشت الاستیک و کار لازم برای غلبه بر مقاومت در برابر جریان هوا و تغییر شکل بافت تقسیم میشود.
Scope
این موضوع به تعریف و اندازهگیری کار تنفس، تقسیمبندی آن به اجزای الاستیک و مقاومتی (و در داخل مقاومتی، اجزای راه هوایی و بافتی)، بهینهسازی الگوی تنفس برای به حداقل رساندن کار، و هزینه اکسیژن تنفس میپردازد. این یک گزارش مرجع از یک کمیت مکانیکی و انرژیزا است و هیچ توصیه مدیریتی بالینی ارائه نمیدهد.
Core questions
- چگونه کار تنفس به عنوان مساحت زیر یک حلقه فشار-حجم محاسبه میشود؟
- چگونه کل کار به اجزای الاستیک و مقاومتی تقسیم میشود؟
- چرا بدن فرکانس تنفسی را انتخاب میکند که کل کار را به حداقل برساند؟
- هزینه اکسیژن تنفس چیست و چه زمانی اهمیت پیدا میکند؟
Key concepts
- حلقه کار فشار-حجم
- کار الاستیک
- کار مقاومتی
- هزینه اکسیژن تنفس
- فرکانس بهینه تنفس
- انرژیشناسی عضلات تنفسی
Key theories
- بهینهسازی الگوی تنفس با حداقل کار
- برای یک تهویه آلوئولی مورد نیاز، نفسهای آهسته و عمیق کار الاستیک را افزایش میدهند در حالی که نفسهای سریع و کمعمق کار مقاومتی را افزایش میدهند؛ کنترلکننده تنفسی تمایل دارد بر روی یک فرکانس و حجم جاری که مجموع، یعنی کل کار مکانیکی تنفس را به حداقل میرساند، مستقر شود.
Mechanisms
کار مکانیکی برابر است با فشار ضربدر حجمی که جابجا میکند؛ برای تنفس، با انتگرالگیری فشار ترانسپولمونری یا ترانستنفسی بر روی حجم دمی یافت میشود که متناظر با مساحت محصور شده توسط حلقه فشار-حجم یک نفس است. این کار دو بخش دارد: کار الاستیک، که در کشش ریه و دیواره قفسه سینه ذخیره میشود و عمدتاً به صورت بازگشت در طول بازدم بازیابی میگردد، و کار مقاومتی، که به صورت گرما در راندن هوا از طریق مجاری هوایی و تغییر شکل بافت تلف میشود. از آنجا که کار الاستیک با افزایش حجمهای جاری بزرگتر افزایش مییابد در حالی که کار مقاومتی با افزایش جریانهای سریعتر افزایش مییابد، برای هر تهویه مورد نیاز، یک فرکانس تنفسی وجود دارد که در آن کل کار حداقل است، و تنفس آرام تمایل به سمت آن دارد. انرژی تأمین شده توسط عضلات تنفسی در مصرف اکسیژن آنها منعکس میشود — هزینه اکسیژن تنفس — که در حالت استراحت کم است اما میتواند به شدت افزایش یابد زمانی که بارهای الاستیک یا مقاومتی بالا باشند.
Clinical relevance
افزایش کار تنفس — ناشی از ریههای سفت، مجاری هوایی باریک، یا نیاز تهویهای بالا — هزینه متابولیکی تنفس را افزایش میدهد و میتواند به خستگی عضلات تنفسی کمک کند، و کاهش این بار بخشی از توجیه فیزیولوژیکی برای تهویه کمکی است. این مفهوم همچنین نگرانی را در مورد اینکه خود تهویه مکانیکی میتواند فشارهای و حجمهای آسیبزا را تحمیل کند، چارچوببندی میکند. این مدخل فیزیولوژی را توصیف میکند و مبنایی برای تشخیص یا درمان فردی نیست.
Evidence & guidelines
تقسیمبندی مکانیکی کار تنفسی و بهینهسازی الگوی تنفس از مطالعات فیزیولوژیکی کلاسیک نشأت میگیرد و در متون استاندارد خلاصه شده است؛ اهمیت بالینی بارهای مکانیکی بر ریه، از جمله آسیبهای یاتروژنیک، در ادبیات مراقبتهای ویژه مورد بررسی قرار گرفته است.
History
انرژیشناسی تنفس در اواسط قرن بیستم کمیسازی شد، زمانی که اوتیس، فن و ران کار مکانیکی تنفس را تحلیل کردند و نشان دادند که الگوی تنفس تمایل به حداقل رساندن آن دارد، در حالی که دوبوآ و دیگران روشهایی را برای اندازهگیری مقاومتها و کمپلیانسهای زیربنایی توسعه دادند. تشخیص بعدی اینکه بارگذاری مکانیکی بیش از حد میتواند به ریه آسیب برساند، ارتباط این مکانیکها را با مراقبتهای ویژه گسترش داد.
Key figures
- Arthur B. DuBois
- Arthur Otis
- Wallace Fenn
- Hermann Rahn
Related topics
Seminal works
- dubois-1956
- otis-1954
Frequently asked questions
- دو جزء اصلی کار تنفس کدامند؟
- کار الاستیک، که برای کشش ریه و دیواره قفسه سینه انجام میشود و عمدتاً به صورت بازگشت در طول بازدم بازگردانده میشود، و کار مقاومتی، که به صورت گرما در راندن هوا از طریق مجاری هوایی و تغییر شکل بافت تلف میشود.
- چرا یک فرکانس بهینه تنفس وجود دارد؟
- برای یک تهویه مورد نیاز مشخص، تنفس آهسته و عمیق کار الاستیک را افزایش میدهد در حالی که تنفس سریع و کمعمق کار مقاومتی را افزایش میدهد؛ یک فرکانس میانی مجموع را به حداقل میرساند، بنابراین تنفس آرام تمایل دارد نزدیک به آن الگوی حداقل کار مستقر شود.