การระบายอากาศและการไหลของอากาศ

การระบายอากาศคือการเคลื่อนที่ของอากาศจำนวนมากระหว่างชั้นบรรยากาศและถุงลมปอด และการไหลของอากาศคืออัตราที่การเคลื่อนที่นั้นเกิดขึ้นเพื่อตอบสนองต่อแรงดันขับเคลื่อน ทั้งสองอย่างนี้ร่วมกันกำหนดปริมาณก๊าซบริสุทธิ์ที่ไปถึงพื้นผิวแลกเปลี่ยนก๊าซของถุงลมปอดในแต่ละนาที และปริมาตรนั้นถูกแบ่งออกเป็นการระบายอากาศในถุงลมปอดที่เป็นประโยชน์และการระบายอากาศในช่องว่างเปล่าที่สูญเปล่าอย่างไร

Definition

การระบายอากาศในปอดคือการไหลเวียนของอากาศเข้าและออกจากปอดเป็นวัฏจักร ซึ่งวัดเป็นปริมาตรที่เคลื่อนที่ต่อการหายใจและต่อนาที การระบายอากาศในถุงลมปอดคือส่วนหนึ่งของปริมาตรนั้นที่ไปถึงถุงลมปอดที่แลกเปลี่ยนก๊าซ ในขณะที่การไหลของอากาศคืออัตราปริมาตรทันทีที่เกิดจากความแตกต่างของความดันตามทางเดินหายใจ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมปริมาตรและอัตราที่อธิบายการหายใจ ได้แก่ ปริมาตรหายใจเข้าออก (tidal volume), อัตราการหายใจ (respiratory rate), การระบายอากาศต่อนาที (minute ventilation) และการระบายอากาศในถุงลมปอด (alveolar ventilation) รวมถึงช่องว่างเปล่า (dead space) และความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันขับเคลื่อนกับการไหลของอากาศ รวมถึงข้อจำกัดของการไหลสูงสุดระหว่างการหายใจออกแรง หัวข้อนี้ถือว่าการระบายอากาศเป็นปริมาณทางสรีรวิทยาที่สามารถวัดได้ และไม่ได้ให้คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• ปริมาตรหายใจเข้าออกและอัตราการหายใจรวมกันเป็นการระบายอากาศต่อนาทีและการระบายอากาศในถุงลมปอดได้อย่างไร?
• การหายใจแต่ละครั้งสูญเปล่าไปกับช่องว่างเปล่าทางกายวิภาคและทางสรีรวิทยาเท่าใด?
• การไหลของอากาศขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความดันตามทางเดินหายใจอย่างไร?
• เหตุใดการไหลของอากาศหายใจออกสูงสุดจึงไม่ขึ้นกับความพยายามเมื่อถึงจุดหนึ่ง?

Key concepts

• ปริมาตรหายใจเข้าออก
• อัตราการหายใจ
• การระบายอากาศต่อนาที
• การระบายอากาศในถุงลมปอด
• ช่องว่างเปล่าทางกายวิภาคและทางสรีรวิทยา
• การไหลของอากาศหายใจออกสูงสุด
• ความเป็นอิสระจากความพยายาม

Key theories

ข้อจำกัดของการไหลและความเป็นอิสระจากความพยายาม

ในระหว่างการหายใจออกแรง เมื่อเกินเกณฑ์ความพยายาม การไหลของอากาศหายใจออกสูงสุดที่ปริมาตรปอดที่กำหนดจะถูกกำหนดโดยการหดตัวของปอดและความต้านทานของทางเดินหายใจที่อยู่ต้นน้ำของส่วนที่จำกัดการไหล ดังนั้นความพยายามของกล้ามเนื้อที่เพิ่มขึ้นจึงไม่สามารถเพิ่มการไหลได้

Mechanisms

การหายใจแต่ละครั้งจะเคลื่อนที่ปริมาตรหายใจเข้าออก เมื่อคูณด้วยอัตราการหายใจจะได้การระบายอากาศต่อนาที ส่วนหนึ่งของการหายใจเข้าออกแต่ละครั้งจะเติมเต็มทางเดินหายใจที่เป็นท่อส่งซึ่งไม่มีการแลกเปลี่ยนก๊าซ (ช่องว่างเปล่าทางกายวิภาค) และถุงลมปอดใดๆ ที่มีการระบายอากาศแต่ไม่มีการไหลเวียนเลือด (ช่องว่างเปล่าในถุงลมปอด) ดังนั้นการระบายอากาศในถุงลมปอดจึงเป็นการระบายอากาศต่อนาทีลบด้วยการระบายอากาศในช่องว่างเปล่า การไหลของอากาศเองเกิดจากความแตกต่างของความดันที่กล้ามเนื้อทางเดินหายใจสร้างขึ้นตามทางเดินหายใจ และถูกต้านทานโดยความต้านทานของทางเดินหายใจ ในระหว่างการหายใจออกแรงสูงสุด การบีบอัดทางเดินหายใจแบบไดนามิกจะสร้างส่วนที่จำกัดการไหล ดังนั้นเมื่อเกินความพยายามในระดับปานกลาง การไหลที่ทำได้ที่ปริมาตรปอดแต่ละครั้งจะถูกกำหนดโดยการหดตัวของปอดและความต้านทานต้นน้ำ มากกว่าการที่ผู้ป่วยพยายามมากแค่ไหน

Clinical relevance

การระบายอากาศและการไหลของอากาศเป็นปริมาณที่วัดโดยการตรวจสไปโรเมตรีย์ เช่น ปริมาตรหายใจออกแรงในหนึ่งวินาที (forced expiratory volume) และความจุชีพที่ถูกบังคับ (forced vital capacity) และรูปแบบของปริมาณเหล่านี้สามารถแยกแยะประเภทกว้างๆ ของความผิดปกติทางกลไกของปอดได้ การทำความเข้าใจข้อจำกัดของการไหลช่วยอธิบายว่าเหตุใดการวัดการหายใจออกแรงจึงสามารถทำซ้ำได้ รายการนี้อธิบายสรีรวิทยาและการวัด และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

วิธีการมาตรฐานสำหรับการวัดการระบายอากาศและการไหลของอากาศได้ถูกกำหนดไว้ในแถลงการณ์ทางเทคนิคระหว่างประเทศเกี่ยวกับการตรวจสไปโรเมตรีย์และการตีความผลการทดสอบการทำงานของปอด ซึ่งกำหนดวิธีการที่ควรได้มาและรายงานการไหลและปริมาตรของการหายใจออกแรง

History

สรีรวิทยาของการไหลของอากาศหายใจออกแรงได้รับการชี้แจงในปี 1960 เมื่อ Mead, Macklem และเพื่อนร่วมงานแสดงให้เห็นว่าการไหลสูงสุดไม่ขึ้นกับความพยายามเนื่องจากการบีบอัดทางเดินหายใจแบบไดนามิก ซึ่งเป็นเหตุผลสำหรับการตรวจสไปโรเมตรีย์แบบบังคับ การกำหนดมาตรฐานของการวัดเหล่านี้ได้รับการประมวลผลในแถลงการณ์ต่อเนื่องของ American Thoracic Society และ European Respiratory Society

Key figures

• Jere Mead
• Peter Macklem
• John B. West

Seminal works

• mead-1967
• graham-2019

Frequently asked questions

การระบายอากาศต่อนาทีและการระบายอากาศในถุงลมปอดแตกต่างกันอย่างไร?

การระบายอากาศต่อนาทีคือปริมาณอากาศทั้งหมดที่เคลื่อนที่ต่อนาที (ปริมาตรหายใจเข้าออกคูณด้วยอัตราการหายใจ) ในขณะที่การระบายอากาศในถุงลมปอดเป็นเพียงส่วนหนึ่งของอากาศนั้นที่ไปถึงถุงลมปอดที่แลกเปลี่ยนก๊าซ หลังจากหักปริมาตรที่สูญเปล่าในช่องว่างเปล่าออกไปแล้ว

เหตุใดบุคคลจึงไม่สามารถเพิ่มการไหลของอากาศหายใจออกแรงได้ด้วยการพยายามมากขึ้น?

เมื่อเกินระดับความพยายามปานกลาง ทางเดินหายใจจะถูกบีบอัดแบบไดนามิกและเกิดส่วนที่จำกัดการไหลขึ้น จากจุดนั้นการไหลสูงสุดจะถูกกำหนดโดยการหดตัวของปอดและความต้านทานของทางเดินหายใจต้นน้ำ ดังนั้นความพยายามที่เพิ่มขึ้นจึงไม่เพิ่มการไหล