สรีรวิทยาปอดและการทดสอบสมรรถภาพปอด
สรีรวิทยาปอดและการทดสอบสมรรถภาพปอดเป็นสาขาหนึ่งของอายุรศาสตร์ระบบทางเดินหายใจที่เกี่ยวข้องกับวิธีการที่ปอดเคลื่อนย้ายอากาศ ถ่ายเทออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านเยื่อหุ้มถุงลม-เส้นเลือดฝอย และการจับคู่การระบายอากาศกับการไหลเวียนโลหิต รวมถึงการทดสอบมาตรฐานที่ใช้ในการวัดปริมาณการทำงานเหล่านี้ ซึ่งเชื่อมโยงสรีรวิทยาพื้นฐานของการหายใจเข้ากับการวัดค่าข้างเตียงผู้ป่วย เช่น การตรวจสมรรถภาพปอดด้วยเครื่องสไปโรมิเตอร์ ปริมาตรปอด ความสามารถในการแพร่กระจายของก๊าซ และการวิเคราะห์ก๊าซในหลอดเลือดแดง ซึ่งใช้ในการจำแนกลักษณะการทำงานของระบบทางเดินหายใจ
Definition
สรีรวิทยาปอดและการทดสอบสมรรถภาพปอดคือการศึกษาหน้าที่เชิงกล การแพร่กระจาย และการแลกเปลี่ยนก๊าซของปอด ควบคู่ไปกับการทดสอบสมรรถภาพปอดมาตรฐาน ได้แก่ การตรวจสมรรถภาพปอดด้วยเครื่องสไปโรมิเตอร์ การวัดปริมาตรปอด ความสามารถในการแพร่กระจายของก๊าซแบบหายใจครั้งเดียว และการวิเคราะห์ก๊าซในเลือดแดง ซึ่งใช้ในการวัดปริมาณหน้าที่เหล่านั้นและจำแนกความบกพร่องของระบบทางเดินหายใจว่าเป็นแบบอุดกั้น แบบจำกัด หรือแบบจำกัดการแลกเปลี่ยนก๊าซ
Scope
สาขานี้จะแนะนำผู้อ่านให้รู้จักกับหน้าที่ที่สามารถวัดได้ของระบบทางเดินหายใจและการทดสอบที่ใช้ประเมินหน้าที่เหล่านั้น โดยจะครอบคลุมสี่หัวข้อหลัก ได้แก่ การตรวจสมรรถภาพปอดด้วยเครื่องสไปโรมิเตอร์และปริมาตรปอด (การไหลเวียนของอากาศและปริมาตรคงที่) ความสามารถในการแพร่กระจายของก๊าซ (ประสิทธิภาพการถ่ายเทก๊าซ) การจับคู่การระบายอากาศกับการไหลเวียนโลหิตและการแลกเปลี่ยนก๊าซ (การจับคู่ก๊าซในถุงลมกับเลือดในปอด) และกลไกของการภาวะพร่องออกซิเจน (สาเหตุที่ออกซิเจนในหลอดเลือดแดงลดลง) นี่คือสาขาอ้างอิงทางระเบียบวิธีและสรีรวิทยา ไม่ใช่แนวทางปฏิบัติทางคลินิกสำหรับผู้ป่วยรายบุคคล
Sub-topics
Core questions
- การไหลเวียนของอากาศเกิดขึ้นได้อย่างไร และอะไรเป็นตัวจำกัดการไหลเวียนของอากาศในระหว่างการหายใจออกอย่างแรง?
- ก๊าซแพร่ผ่านเยื่อหุ้มถุงลม-เส้นเลือดฝอยได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด?
- การระบายอากาศมีการจับคู่กับการไหลเวียนโลหิตทั่วทั้งปอดได้ดีเพียงใด?
- กลไกทางสรีรวิทยาใดที่ทำให้เกิดภาวะพร่องออกซิเจนในหลอดเลือดแดง และจะแยกแยะได้อย่างไร?
Key concepts
- ความจุชีพบังคับและปริมาตรหายใจออกบังคับ
- ปริมาตรและปริมาตรความจุคงที่ของปอด
- ความสามารถในการแพร่กระจายของคาร์บอนมอนอกไซด์ (DLCO)
- อัตราส่วนการระบายอากาศต่อการไหลเวียนโลหิต (V/Q)
- สมการก๊าซในถุงลมและค่าความแตกต่างของออกซิเจนระหว่างถุงลมกับหลอดเลือดแดง
- รูปแบบการอุดกั้นเทียบกับรูปแบบการจำกัด
- สมการอ้างอิงและค่าขีดจำกัดล่างของค่าปกติ
Mechanisms
การหายใจเป็นการทำงานร่วมกันระหว่างปั๊มเชิงกล (ผนังทรวงอก กล้ามเนื้อหายใจ และปอดที่มีความยืดหยุ่น) กับพื้นผิวการแลกเปลี่ยนก๊าซ การตรวจสมรรถภาพปอดด้วยเครื่องสไปโรมิเตอร์จะบันทึกพฤติกรรมพลวัตของปั๊มในรูปของปริมาตรและอัตราการไหลของอากาศที่หายใจออกอย่างแรง ในขณะที่การวัดด้วยเครื่องบอดี้เพลทิสโมกราฟีหรือวิธีการเจือจางก๊าซจะวัดปริมาตรคงที่ที่ปั๊มทำงานอยู่ ที่เยื่อหุ้มถุงลม-เส้นเลือดฝอย ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์จะแพร่กระจายตามความแตกต่างของความดันย่อย วิธีการใช้คาร์บอนมอนอกไซด์แบบหายใจครั้งเดียวจะประมาณการถ่ายเทนี้เป็นความสามารถในการแพร่กระจายของก๊าซ การออกซิเจนที่มีประสิทธิภาพยังต้องการให้การระบายอากาศและการไหลเวียนโลหิตมีการจับคู่กันในแต่ละภูมิภาค เนื่องจากความไม่สมดุลและการไหลลัดจะทำให้การแลกเปลี่ยนก๊าซลดลง สมการก๊าซในถุงลมเชื่อมโยงออกซิเจนที่หายใจเข้า การระบายอากาศในถุงลม และคาร์บอนไดออกไซด์เข้ากับออกซิเจนในถุงลมที่คาดการณ์ไว้ และความแตกต่างระหว่างถุงลมกับหลอดเลือดแดงจะแสดงความผิดปกติของการแลกเปลี่ยนก๊าซ (Petersson 2014; West 2012)
Clinical relevance
การทดสอบสมรรถภาพปอดเป็นเครื่องมืออ้างอิงสำหรับการอธิบายและจำแนกการทำงานของระบบทางเดินหายใจ: รูปแบบการตรวจสมรรถภาพปอดด้วยเครื่องสไปโรมิเตอร์จะแยกความแตกต่างระหว่างภาวะอุดกั้นกับภาวะจำกัด ความสามารถในการแพร่กระจายของก๊าซจะบ่งชี้ถึงความบกพร่องในการถ่ายเทก๊าซ และการวิเคราะห์ก๊าซในเลือดจะจำแนกลักษณะของภาวะพร่องออกซิเจนและสถานะการระบายอากาศ การตีความผลการทดสอบเหล่านี้เทียบกับสมการอ้างอิงประชากรและค่าขีดจำกัดล่างของค่าปกติเป็นส่วนหนึ่งของการประเมินหลักฐานในอายุรศาสตร์ระบบทางเดินหายใจ ข้อมูลนี้อธิบายถึงวิธีการวัดและตีความการทำงานของปอดในภาพรวม และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล
Evidence & guidelines
ประสิทธิภาพและการตีความการทดสอบอยู่ภายใต้มาตรฐานทางเทคนิคของ American Thoracic Society และ European Respiratory Society รวมถึงการปรับปรุงมาตรฐานการตรวจสมรรถภาพปอดด้วยเครื่องสไปโรมิเตอร์ปี 2019 (Graham 2019) และมาตรฐานกลยุทธ์การตีความปี 2022 (Stanojevic 2022) สมการอ้างอิงหลายเชื้อชาติของ Global Lung Function Initiative (Quanjer 2012) ให้ค่าที่คาดการณ์ไว้และค่าขีดจำกัดล่างของค่าปกติที่ใช้ในการตัดสินผลการตรวจสมรรถภาพปอดด้วยเครื่องสไปโรมิเตอร์
History
การวัดปริมาณการทำงานของปอดพัฒนาจากการตรวจสมรรถภาพปอดด้วยเครื่องสไปโรมิเตอร์ในศตวรรษที่ 19 (ความจุชีพของ Hutchinson) ไปสู่สาขาวิชาที่เป็นมาตรฐานในช่วงศตวรรษที่ 20 เมื่อ Riley และ Cournand ได้กำหนดการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างการระบายอากาศกับการไหลเวียนโลหิตและก๊าซในถุงลม และมีการพัฒนาวิธีการวัดความสามารถในการแพร่กระจายของก๊าซแบบหายใจครั้งเดียว ตั้งแต่ทศวรรษ 1980 เป็นต้นมา แถลงการณ์มาตรฐานของ ATS และ ERS และล่าสุดคือสมการอ้างอิงของ Global Lung Function Initiative ทำให้การทดสอบสามารถทำซ้ำได้และเปรียบเทียบกันได้ในห้องปฏิบัติการต่างๆ
Debates
- ควรนิยามการทำงานของปอดปกติอย่างไร?
- การตัดสินผลการตรวจสมรรถภาพปอดด้วยเครื่องสไปโรมิเตอร์เทียบกับอัตราส่วนคงที่หรือเทียบกับค่าขีดจำกัดล่างของค่าปกติที่ได้จากการคำนวณทางสถิติจากสมการอ้างอิงหลายเชื้อชาติ และวิธีการจัดการกับเชื้อชาติและชาติพันธุ์ในค่าอ้างอิง ยังคงเป็นคำถามทางระเบียบวิธีที่กำลังมีการถกเถียงกันอยู่
Key figures
- John B. West
- Richard L. Riley
- Peter H. Quanjer
- Sanja Stanojevic
Related topics
Seminal works
- graham-2019
- stanojevic-2022
- quanjer-2012
- west-2012-textbook
Frequently asked questions
- การทดสอบสมรรถภาพปอดวัดอะไรบ้าง?
- การทดสอบเหล่านี้วัดปริมาณอากาศที่ปอดสามารถเคลื่อนย้ายได้และความเร็ว (การตรวจสมรรถภาพปอดด้วยเครื่องสไปโรมิเตอร์) ปริมาตรคงที่ของปอด ประสิทธิภาพในการแพร่ของก๊าซเข้าสู่กระแสเลือด (ความสามารถในการแพร่กระจายของก๊าซ) และระดับก๊าซในเลือดที่เกิดขึ้น ซึ่งรวมกันเพื่อจำแนกลักษณะการทำงานเชิงกลและการแลกเปลี่ยนก๊าซของระบบทางเดินหายใจ
- ความแตกต่างระหว่างรูปแบบการอุดกั้นและรูปแบบการจำกัดคืออะไร?
- รูปแบบการอุดกั้นแสดงให้เห็นการไหลเวียนของอากาศที่ลดลง (อัตราส่วน FEV1/FVC ต่ำ) เนื่องจากการจำกัดทางเดินหายใจ ในขณะที่รูปแบบการจำกัดแสดงให้เห็นปริมาตรปอดที่ลดลงโดยที่อัตราส่วนการไหลเวียนของอากาศยังคงปกติ การยืนยันภาวะจำกัดจำเป็นต้องวัดความจุรวมของปอด ไม่ใช่เพียงแค่การตรวจสมรรถภาพปอดด้วยเครื่องสไปโรมิเตอร์เท่านั้น