Công hô hấp

Công hô hấp là năng lượng mà các cơ hô hấp tiêu hao để di chuyển không khí vào và ra khỏi phổi, chống lại các tải trọng đàn hồi và sức cản của hệ hô hấp. Về mặt cơ học, đó là tích phân của áp suất theo thể tích di chuyển; về mặt sinh lý, nó được phản ánh qua lượng oxy mà các cơ hô hấp tiêu thụ để duy trì thông khí.

Definition

Công hô hấp là công cơ học được thực hiện bởi các cơ hô hấp trên hệ hô hấp trong quá trình thông khí, được tính bằng tích phân của áp suất tác dụng theo sự thay đổi thể tích, và được phân chia thành công cần thiết để vượt qua lực đàn hồi và công cần thiết để vượt qua sức cản đối với luồng khí và biến dạng mô.

Scope

Chủ đề này bao gồm cách công hô hấp được định nghĩa và đo lường, sự phân chia của nó thành các thành phần đàn hồi và sức cản (và trong sức cản, thành phần đường thở và mô), sự tối ưu hóa kiểu thở để giảm thiểu công, và chi phí oxy của hô hấp. Đây là một tài liệu tham khảo về một đại lượng cơ học và năng lượng và không đưa ra lời khuyên quản lý lâm sàng.

Core questions

• Công hô hấp được tính toán như thế nào dưới dạng diện tích dưới vòng lặp áp suất-thể tích?
• Tổng công được phân chia thành các thành phần đàn hồi và sức cản như thế nào?
• Tại sao cơ thể chọn một tần số thở giúp giảm thiểu tổng công?
• Chi phí oxy của hô hấp là gì, và khi nào nó trở nên đáng kể?

Key concepts

• Vòng lặp công áp suất-thể tích
• Công đàn hồi
• Công sức cản
• Chi phí oxy của hô hấp
• Tần số thở tối ưu
• Năng lượng cơ hô hấp

Key theories

Tối ưu hóa kiểu thở bằng công tối thiểu

Đối với một thông khí phế nang cần thiết, thở chậm và sâu làm tăng công đàn hồi trong khi thở nhanh và nông làm tăng công sức cản; bộ điều khiển hô hấp có xu hướng ổn định ở một tần số và thể tích khí lưu thông giúp giảm thiểu tổng công cơ học của hô hấp.

Mechanisms

Công cơ học bằng áp suất nhân với thể tích mà nó di chuyển; đối với hô hấp, nó được tìm thấy bằng cách tích phân áp suất xuyên phổi hoặc xuyên hô hấp trên thể tích hít vào, tương ứng với diện tích được bao quanh bởi vòng lặp áp suất-thể tích của một nhịp thở. Công này có hai phần: công đàn hồi, được tích trữ khi kéo căng phổi và thành ngực và phần lớn được phục hồi dưới dạng lực đàn hồi trong thì thở ra, và công sức cản, bị tiêu tán dưới dạng nhiệt khi đẩy không khí qua đường thở và làm biến dạng mô. Bởi vì công đàn hồi tăng lên với thể tích khí lưu thông lớn hơn trong khi công sức cản tăng lên với lưu lượng nhanh hơn, nên đối với bất kỳ thông khí cần thiết nào, có một tần số thở mà tại đó tổng công là nhỏ nhất, và hô hấp yên tĩnh có xu hướng đạt đến tần số đó. Năng lượng được cung cấp bởi các cơ hô hấp được phản ánh trong mức tiêu thụ oxy của chúng — chi phí oxy của hô hấp — vốn nhỏ khi nghỉ ngơi nhưng có thể tăng mạnh khi tải trọng đàn hồi hoặc sức cản cao.

Clinical relevance

Tăng công hô hấp — do phổi cứng, đường thở bị thu hẹp hoặc nhu cầu thông khí cao — làm tăng chi phí trao đổi chất của hô hấp và có thể góp phần gây mệt mỏi cơ hô hấp, và việc giảm tải trọng này là một phần lý do sinh lý cho thông khí hỗ trợ. Khái niệm này cũng đặt ra mối lo ngại rằng bản thân thông khí cơ học có thể gây ra áp lực và thể tích có hại. Mục này mô tả sinh lý học và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

Evidence & guidelines

Sự phân chia cơ học của công hô hấp và sự tối ưu hóa kiểu thở bắt nguồn từ các nghiên cứu sinh lý học kinh điển và được tóm tắt trong các sách giáo khoa tiêu chuẩn; tầm quan trọng lâm sàng của tải trọng cơ học lên phổi, bao gồm cả tổn thương do thầy thuốc gây ra, được đề cập trong các tài liệu chăm sóc đặc biệt.

History

Năng lượng của hô hấp đã được định lượng vào giữa thế kỷ XX, khi Otis, Fenn và Rahn phân tích công cơ học của hô hấp và chỉ ra rằng kiểu thở có xu hướng giảm thiểu nó, trong khi DuBois và những người khác đã phát triển các phương pháp để đo lường các sức cản và độ giãn nở cơ bản. Việc nhận ra sau này rằng tải trọng cơ học quá mức có thể làm tổn thương phổi đã mở rộng sự liên quan của các cơ chế này đến chăm sóc đặc biệt.

Key figures

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

Seminal works

• dubois-1956
• otis-1954

Frequently asked questions

Hai thành phần chính của công hô hấp là gì?

Công đàn hồi, được thực hiện để kéo căng phổi và thành ngực và phần lớn được phục hồi dưới dạng lực đàn hồi trong thì thở ra, và công sức cản, bị tiêu tán dưới dạng nhiệt khi đẩy không khí qua đường thở và làm biến dạng mô.

Tại sao có một tần số thở tối ưu?

Đối với một thông khí cần thiết nhất định, thở chậm và sâu làm tăng công đàn hồi trong khi thở nhanh và nông làm tăng công sức cản; một tần số trung gian giúp giảm thiểu tổng công, vì vậy hô hấp yên tĩnh có xu hướng ổn định gần kiểu thở ít công nhất đó.