श्वसन की यांत्रिकी
श्वसन की यांत्रिकी उन भौतिक बलों का वर्णन करती है जो फेफड़ों में और बाहर हवा को गतिमान करती हैं: श्वसन प्रणाली पर कार्य करने वाले पेशीय और प्रत्यास्थ दबाव, हवा के वायुमार्गों से प्रवाहित होने पर मिलने वाला प्रतिरोध, और कार्य में लगने वाली ऊर्जा। यह क्षेत्र फेफड़े और छाती की दीवार को एक यांत्रिक प्रणाली के रूप में मानता है जिसका व्यवहार दबाव, आयतन और प्रवाह के बीच संबंधों के रूप में मापा जा सकता है।
Definition
श्वसन यांत्रिकी श्वसन प्रणाली के दबावों, आयतनों और प्रवाहों तथा उन्हें संबंधित करने वाले प्रत्यास्थ और प्रतिरोधी गुणों का अध्ययन है, जो वेंटिलेशन के दौरान हवा को कैसे गतिमान किया जाता है, इसे नियंत्रित करता है।
Scope
यह क्षेत्र पाठक को वेंटिलेशन के प्रमुख भौतिक निर्धारकों से परिचित कराता है — वायु प्रवाह का उत्पादन, फेफड़े और छाती की दीवार के प्रत्यास्थ (अनुपालन) गुण, उन्हें जोड़ने वाले फुफ्फुसीय दबाव, वायुमार्गों में प्रतिरोधी हानियाँ, और परिणामस्वरूप श्वसन कार्य। यह श्वसन कैसे उत्पन्न और मापा जाता है, इसे समझने के लिए एक संदर्भ ढाँचा है, न कि किसी भी स्थिति के नैदानिक प्रबंधन के लिए एक मार्गदर्शिका।
Sub-topics
Core questions
- श्वसन के प्रत्यास्थ और प्रतिरोधी भारों को दूर करने के लिए श्वसन मांसपेशियों को कौन से दबाव उत्पन्न करने चाहिए?
- फेफड़े और छाती की दीवार के प्रत्यास्थ गुण विश्राम फेफड़े के आयतन और दिए गए दबाव के लिए आयतन परिवर्तन को कैसे निर्धारित करते हैं?
- वायु प्रवाह ड्राइविंग दबाव और वायुमार्गों के प्रतिरोध से कैसे संबंधित है?
- श्वसन में कितनी ऊर्जा लगती है, और वह कार्य प्रत्यास्थ और प्रतिरोधी घटकों के बीच कैसे विभाजित होता है?
Key concepts
- दबाव-आयतन संबंध
- अनुपालन और प्रत्यास्थता
- वायुमार्ग प्रतिरोध
- ट्रांसपल्मोनरी और फुफ्फुसीय दबाव
- श्वसन का प्रत्यास्थ और प्रतिरोधी कार्य
- सतह तनाव और सर्फेक्टेंट
- गति का समीकरण
Key theories
- श्वसन प्रणाली की गति का समीकरण
- किसी भी क्षण श्वसन प्रणाली पर लगाया गया दबाव एक प्रत्यास्थ पद (विश्राम आयतन से ऊपर के आयतन के समानुपाती), एक प्रतिरोधी पद (प्रवाह के समानुपाती), और एक जड़त्वीय पद के योग के बराबर होता है, ताकि श्वसन को एक एकल-कम्पार्टमेंट प्रत्यास्थता-प्रतिरोध प्रणाली के रूप में प्रतिरूपित किया जा सके।
- फेफड़े में स्थैतिक तनाव वितरण
- फेफड़ा एक प्रत्यास्थ निरंतरता के रूप में व्यवहार करता है जिसका प्रतिक्षेप दबाव उस आयतन पर निर्भर करता है जिस पर उसे खींचा जाता है; मीड, ताकिशिमा और लीथ ने प्रतिरूपित किया कि स्थानीय तनाव और आयतन पैरेन्काइमा में कैसे वितरित होते हैं, जिससे विस्तार में क्षेत्रीय अंतरों की व्याख्या होती है।
Mechanisms
प्रेरणा के दौरान श्वसन मांसपेशियां फुफ्फुसीय दबाव को कम करती हैं, जिससे ट्रांसपल्मोनरी दबाव बढ़ता है जो फेफड़े को फैलाता है और वायुमार्ग प्रतिरोध के विरुद्ध हवा अंदर खींचता है; शांत श्वसन के दौरान फेफड़े और छाती की दीवार का संचित प्रत्यास्थ प्रतिक्षेप निष्क्रिय रूप से हवा को बाहर निकालता है। किसी भी क्षण प्रणाली को आवश्यक दबाव को पारंपरिक रूप से एक प्रत्यास्थ भार (फेफड़े और छाती की दीवार के संयुक्त अनुपालन द्वारा निर्धारित) और एक प्रतिरोधी भार (वायुमार्ग प्रतिरोध और प्रवाह द्वारा निर्धारित) में विभाजित किया जाता है, जैसा कि गति के समीकरण द्वारा दर्शाया गया है। विश्राम फेफड़े का आयतन (कार्यात्मक अवशिष्ट क्षमता) वह आयतन है जिस पर फेफड़े का अंदरूनी प्रत्यास्थ प्रतिक्षेप छाती की दीवार के बाहरी प्रतिक्षेप को संतुलित करता है। इन प्रत्यास्थ और प्रतिरोधी भारों के विरुद्ध खर्च की गई ऊर्जा श्वसन कार्य का गठन करती है।
Clinical relevance
श्वसन यांत्रिकी फुफ्फुसीय कार्य परीक्षण के लिए वैचारिक आधार प्रदान करती है और यह समझने में मदद करती है कि रोग श्वसन को कैसे बदलते हैं — उदाहरण के लिए, कठोर (कम-अनुपालन) फेफड़े प्रत्यास्थ भार को बढ़ाते हैं जबकि संकीर्ण वायुमार्ग प्रतिरोधी भार को बढ़ाते हैं। यही यांत्रिक सिद्धांत यांत्रिक वेंटिलेशन के पीछे के तर्क और इस बात की पहचान को रेखांकित करते हैं कि अत्यधिक दबाव और आयतन फेफड़े को चोट पहुँचा सकते हैं। यह प्रविष्टि तंत्र और माप का वर्णन करती है; यह व्यक्तिगत नैदानिक या उपचार सलाह का स्रोत नहीं है।
Evidence & guidelines
अधिकांश मात्रात्मक ढाँचा बीसवीं सदी के मध्य के शारीरिक अध्ययनों से प्राप्त होता है जिन्होंने अनुपालन, प्रतिरोध और श्वसन प्रणाली के दबाव-आयतन व्यवहार को परिभाषित किया, जिन्हें मानक ग्रंथों में संक्षेपित किया गया है। यांत्रिक अवधारणाओं को मानकीकृत फुफ्फुसीय कार्य और गहन देखभाल मापों के माध्यम से चिकित्सकीय रूप से संचालित किया जाता है; उनका दुरुपयोग, जैसे कि वेंटिलेटर-प्रेरित फेफड़े की चोट में, स्वयं साक्ष्य का केंद्र बन गया है।
History
मात्रात्मक श्वसन यांत्रिकी 1950 और 1960 के दशक में परिपक्व हुई, जब डुबोइस जैसे शोधकर्ताओं ने वायुमार्ग प्रतिरोध और छाती के दबाव-आयतन गुणों को मापने के लिए बॉडी-प्लेथिस्मोग्राफिक और बल-दोलन विधियों की शुरुआत की, और मीड और सहयोगियों ने फेफड़े के प्रत्यास्थ व्यवहार को औपचारिक रूप दिया। इन प्रगतियों ने श्वसन को एक मापने योग्य यांत्रिक प्रणाली में बदल दिया और फुफ्फुसीय कार्य परीक्षण और यांत्रिक वेंटिलेशन के बाद के शरीर विज्ञान दोनों को आधार प्रदान किया।
Key figures
- Jere Mead
- Arthur B. DuBois
- John B. West
- Arthur Slutsky
Related topics
Seminal works
- dubois-1956
- mead-1970
Frequently asked questions
- श्वसन के प्रत्यास्थ और प्रतिरोधी भारों में क्या अंतर है?
- प्रत्यास्थ भार वह दबाव है जिसकी आवश्यकता फेफड़े और छाती की दीवार को एक दिए गए आयतन तक खींचने के लिए होती है और यह उनके अनुपालन पर निर्भर करता है; प्रतिरोधी भार वह दबाव है जिसकी आवश्यकता वायुमार्गों के माध्यम से हवा को चलाने के लिए होती है और यह वायुमार्ग प्रतिरोध और प्रवाह दर पर निर्भर करता है।
- शांत श्वसन के दौरान बिना पेशीय प्रयास के फेफड़ों से हवा बाहर क्यों निकल जाती है?
- श्वसन के अंत में फेफड़े और छाती की दीवार खिंच जाती है और प्रत्यास्थ प्रतिक्षेप ऊर्जा को संचित करती है; शांत श्वसन के दौरान यह प्रतिक्षेप निष्क्रिय रूप से हवा को बाहर निकालता है, इसलिए सामान्यतः श्वसन के लिए किसी सक्रिय मांसपेशी कार्य की आवश्यकता नहीं होती है।