श्वसन कार्य

श्वसन कार्य वह ऊर्जा है जो श्वसन मांसपेशियां श्वसन प्रणाली के लोचदार और प्रतिरोधी भार के विरुद्ध फेफड़ों में और बाहर हवा को स्थानांतरित करने के लिए खर्च करती हैं। यांत्रिक रूप से यह विस्थापित आयतन पर दबाव का समाकल (integral) है; शारीरिक रूप से यह उस ऑक्सीजन में परिलक्षित होता है जिसे श्वसन मांसपेशियां वेंटिलेशन बनाए रखने के लिए उपभोग करती हैं।

Definition

श्वसन कार्य वह यांत्रिक कार्य है जो श्वसन मांसपेशियों द्वारा वेंटिलेशन के दौरान श्वसन प्रणाली पर किया जाता है, जिसकी गणना आयतन परिवर्तन के संबंध में लगाए गए दबाव के समाकल के रूप में की जाती है, और इसे लोचदार प्रत्यावर्तन (elastic recoil) पर काबू पाने के लिए आवश्यक कार्य और वायु प्रवाह और ऊतक विरूपण के प्रतिरोध पर काबू पाने के लिए आवश्यक कार्य में विभाजित किया जाता है।

Scope

यह विषय बताता है कि श्वसन कार्य को कैसे परिभाषित और मापा जाता है, इसका लोचदार और प्रतिरोधी (और प्रतिरोधी के भीतर, वायुमार्ग और ऊतक) घटकों में विभाजन, कार्य को कम करने के लिए श्वास पैटर्न का अनुकूलन, और श्वास की ऑक्सीजन लागत। यह एक यांत्रिक और ऊर्जावान मात्रा का एक संदर्भ विवरण है और कोई नैदानिक प्रबंधन सलाह प्रदान नहीं करता है।

Core questions

• दबाव-आयतन लूप के अंतर्गत क्षेत्र के रूप में श्वसन कार्य की गणना कैसे की जाती है?
• कुल कार्य को लोचदार और प्रतिरोधी घटकों में कैसे विभाजित किया जाता है?
• शरीर कुल कार्य को कम करने वाली श्वास आवृत्ति का चयन क्यों करता है?
• श्वास की ऑक्सीजन लागत क्या है, और यह कब महत्वपूर्ण हो जाती है?

Key concepts

• दबाव-आयतन कार्य लूप
• लोचदार कार्य
• प्रतिरोधी कार्य
• श्वास की ऑक्सीजन लागत
• इष्टतम श्वास आवृत्ति
• श्वसन मांसपेशी ऊर्जा विज्ञान

Key theories

श्वास पैटर्न का न्यूनतम-कार्य अनुकूलन

आवश्यक एल्वियोलर वेंटिलेशन के लिए, धीमी गहरी साँसें लोचदार कार्य को बढ़ाती हैं जबकि तेज उथली साँसें प्रतिरोधी कार्य को बढ़ाती हैं; श्वसन नियंत्रक एक आवृत्ति और ज्वारीय आयतन पर स्थिर होने की प्रवृत्ति रखता है जो योग, यानी श्वास के कुल यांत्रिक कार्य को कम करता है।

Mechanisms

यांत्रिक कार्य दबाव को उसके द्वारा विस्थापित आयतन से गुणा करने के बराबर होता है; श्वास के लिए यह प्रेरित आयतन पर ट्रांसपल्मोनरी या ट्रांसरेस्पिरेटरी दबाव को एकीकृत करके पाया जाता है, जो श्वास के दबाव-आयतन लूप द्वारा घेरे गए क्षेत्र से मेल खाता है। इस कार्य के दो भाग होते हैं: लोचदार कार्य, जो फेफड़े और छाती की दीवार को खींचने में संग्रहीत होता है और समाप्ति के दौरान प्रत्यावर्तन के रूप में काफी हद तक वापस मिल जाता है, और प्रतिरोधी कार्य, जो वायुमार्गों के माध्यम से हवा को चलाने और ऊतक को विकृत करने में गर्मी के रूप में नष्ट हो जाता है। क्योंकि लोचदार कार्य बड़े ज्वारीय आयतन (tidal volumes) के साथ बढ़ता है जबकि प्रतिरोधी कार्य तेज प्रवाह के साथ बढ़ता है, किसी भी आवश्यक वेंटिलेशन के लिए, एक श्वास आवृत्ति होती है जिस पर कुल कार्य सबसे कम होता है, और शांत श्वास उसी की ओर प्रवृत्त होती है। श्वसन मांसपेशियों द्वारा आपूर्ति की गई ऊर्जा उनके ऑक्सीजन उपभोग में परिलक्षित होती है — श्वास की ऑक्सीजन लागत — जो आराम की स्थिति में कम होती है लेकिन जब लोचदार या प्रतिरोधी भार अधिक होते हैं तो तेजी से बढ़ सकती है।

Clinical relevance

श्वसन कार्य में वृद्धि — कठोर फेफड़ों, संकीर्ण वायुमार्गों, या उच्च वेंटिलेटरी मांग से — श्वास की चयापचय लागत को बढ़ाती है और श्वसन मांसपेशी थकान में योगदान कर सकती है, और इस भार को कम करना सहायक वेंटिलेशन के शारीरिक औचित्य का एक हिस्सा है। यह अवधारणा इस चिंता को भी जन्म देती है कि यांत्रिक वेंटिलेशन स्वयं हानिकारक दबाव और आयतन थोप सकता है। यह प्रविष्टि शरीर विज्ञान का वर्णन करती है और व्यक्तिगत निदान या उपचार का आधार नहीं है।

Evidence & guidelines

श्वसन कार्य का यांत्रिक विभाजन और श्वास पैटर्न का अनुकूलन शास्त्रीय शारीरिक अध्ययनों से प्राप्त होते हैं और मानक ग्रंथों में संक्षेपित हैं; फेफड़े पर यांत्रिक भार का नैदानिक महत्व, जिसमें इएटोजेनिक चोट भी शामिल है, गहन देखभाल साहित्य में वर्णित है।

History

श्वास की ऊर्जा विज्ञान को बीसवीं सदी के मध्य में परिमाणित किया गया था, जब ओटिस, फेन और रान ने श्वास के यांत्रिक कार्य का विश्लेषण किया और दिखाया कि श्वास पैटर्न इसे कम करने की प्रवृत्ति रखता है, जबकि डुबोइस और अन्य ने अंतर्निहित प्रतिरोधों और अनुपालनों (compliances) को मापने के तरीके विकसित किए। बाद में यह पहचान कि अत्यधिक यांत्रिक लोडिंग फेफड़े को चोट पहुंचा सकती है, ने इन यांत्रिकी की प्रासंगिकता को गहन देखभाल तक बढ़ा दिया।

Key figures

• Arthur B. DuBois
• Arthur Otis
• Wallace Fenn
• Hermann Rahn

Seminal works

• dubois-1956
• otis-1954

Frequently asked questions

श्वसन कार्य के दो मुख्य घटक क्या हैं?

लोचदार कार्य, जो फेफड़े और छाती की दीवार को खींचने के लिए किया जाता है और समाप्ति के दौरान प्रत्यावर्तन के रूप में काफी हद तक वापस मिल जाता है, और प्रतिरोधी कार्य, जो वायुमार्गों के माध्यम से हवा को चलाने और ऊतक को विकृत करने में गर्मी के रूप में नष्ट हो जाता है।

इष्टतम श्वास आवृत्ति क्यों होती है?

किसी दिए गए आवश्यक वेंटिलेशन के लिए, धीरे और गहराई से साँस लेने से लोचदार कार्य बढ़ता है जबकि तेजी से और उथले साँस लेने से प्रतिरोधी कार्य बढ़ता है; एक मध्यवर्ती आवृत्ति योग को कम करती है, इसलिए शांत श्वास उस न्यूनतम-कार्य पैटर्न के करीब स्थिर होने की प्रवृत्ति रखती है।