فیزیولوژی و مکانیک ریه – درس ۱ قسمت دوم

هیپرکاپنه یا افزایش PCO2

هیپرکاپنه معمولا به دنبال کم بودن تهویه یا عدم تناسب تهویه و خون رسانی و/ یا افزایش فضای مرده فیزیولوژیکی به وجود می آید. دی اکسید کربن به طور طبیعی به راحتی از خون به آلوئول ها انتشار می یابد. حذف CO2 از آلوئول ها به طور مستقیم به تهویه دقیقه ای آلوئولی وابسته است. تهویه دقیقه ای آلوئولی حاصل ضرب تعداد تنفس و حجم جاری ( منهای فضای مرده ) می باشد. هر گاه حجم فضای مرده را از حجم جاری کم کنیم و حاصل را در تعداد تنفس ضرب نماییم، تهویه دقیقه ای آلوئولی به دست می آید.

Alveolar Minute Ventilation =(Tidal volume –  Dead space ) * Frequency

حجم جاری حجمی از گاز است که در هر دم وارد ریه و در هر بازدم خارج می شود. تعداد تنفس عبارت از تعداد تنفس در دقیقه است. فضای مرده قسمتی از حجم جاری است که در تبادل گازی شرکت نمی کند، مانند حجم گازی که راه های هوایی را پر می کند. از آنجا که فضای مرده تقریبا ثابت است، افزایش در حجم جاری یا تعداد تنفس، تهویه دقیقه ای را زیاد می کند و سبب کاهش  PaCO2 می شود شکل (۶-۱).

علل شایع کاهش تهویه دقیقه ای که منجر به هیپرکاپنه و اسیدوز تنفسی می گردد عبارتند از:

•  گرفتگی و جابجایی لوله تراشه
• فضای مرده افزایش یافته (مانند لوله تراشه بلند یا با قطر کوچک، رابط بلند)
• باز شدن مجرای شریانی (PDA)

• ادم ریه
•  تهویه دقیقه ای
•  سندرم های نشت هوا
•  کالپس و آتلکتازی

اکسیژن رسانی

هوای دمی به طور عمده از اکسیژن و نیتروژن تشکیل شده و مقدار دی اکسید کربن و آب آن کم است. فشار اتمسفری هوای دمی در سطح دریا حدود mmHg 760 است و بسته به ارتفاع تغییر می کند. وقتی هوای دمی به سطح آلوئول میرسد، ۱۰۰% مرطوب می شود (در رطوبت ۱۰۰ % و دمای C°۳۷ فشار بخار آب mmHg 47 است). از آن جا که کسر اکسیژن دمی هوای اطراف ما حدود ۲۱ % است، بنابراین فشار اکسیژن دمی در راه های هوایی مرکزی معادل اختلاف فشار اتمسفری و فشار بخار آب خواهد بود که از معادله زیر به دست می آید:

PIO2=(PB – PH2O)(FiO2)

(PB: Barometric Pressure; PH2O:Water Vapour pressure)

(۷۶۰-۴۷)*%۲۱=۱۵۰ mmHg

بنابراین در شرایط طبیعی، فشار اکسیژن دمی در راه های هوایی مرکزی معادل ۱۵۰mmHg است. وقتی هوای اتمسفری وارد ریه ها می شود، از آن جا که مقدار زیادی دی اکسید کربن از خون وارد آلوئول ها شده است، اکسیژن هوای ورودی در داخل آلوئول ها رقیق شده و فشار آن به حدود mmHg 100 کاهش می یابد (معادل ۱۴%) که این فشار را فشار اکسیژن آلوئولی می خوانند برای اندازه گیری PAO2 از معادله زیر استفاده می شود:

PAO2=(PB-PH2O)*(FiO2)-(PaCo2-RQ)

ضریب تنفسی (RQ) ضریب ثابت معادله تنفسی است زیرا در شرایط فیزیولوژیک مقدار بیشتری اکسیژن مصرف می شود تا دی اکسید کربن تولید شود. نسبت این دو معادل ۰/۸ است. بنابراین با توجه به معادله بالا در شرایط طبیعی:

PAO2=(760-47)*21-(40÷۰.۸)=۱۰۰ mmHg

گرادیان آلوئلی – شریانی اکسیژن یا اختلاف فشار اکسیژن در آلوئول ها با خون شریانی (A-aDO2): در شرایط طبیعی، فشار اکسیژن آلوئولی حدود mmHg 100 است. این فشار معمولا با فشار اکسیژن خون شریانی (PaO2 )مقایسه می شود و به خوبی با شدت ناهماهنگی تهویه و خونرسانی( V/Q mismatch ) ارتباط دارد. در یک فرد بالغ طبیعی که در هوای اتاق تنفس می کند A-aO2 کمتر از mmHg 10 است. در نوزادان با توجه به فضای مرده فیزیولوژیک زیادی که دارند، مقادیر طبیعی ممکن است حدود mmHg 40-50 باشد و حتی در مقادیری معادل mmHg 20-40 تا چندین روز باقی بماند (۱۱،۱۲،۱۳). اما وقتی اکسیژن تجویز می گردد به شدت، گرادیان افزایش خواهد یافت و از معادله زیر به دست می آید:

به مسئله زیر توجه کنید:

اگر نوزاد در هوای اتاق تنفس می کند و در این حالت PaO2 او معادل mmHg 50 و PaCO2 او نیز mmHg 50 است  A-aDO2 معادل چه مقداری است؟

PaO2=150-(50÷۸%)-۵۰=۳۸

اکنون به نوزاد اکسیژن ۵۰ %داده می شود دوباره PaO2 معادل ۵۰ mmHg و PaCO2 معادل ۵۰ mmHg را نشان می دهد.در این شرایط با توجه به معادلات زیر:

PIO2=(760-47)*%50=356

PAO2=356-(50÷%۸)=۲۹۴

A-aO2=294-50=244

در حالت اول گرچه نوزاد هیپوکسی خفیف داشت (PaO2 معادل ۵۰ mmHg) اما A-aO2 او تقریبا طبیعی بود، اما با تجویز اکسیژن، با هیپوکسی خفیف بشدت گرادیان بالایی معادل ۲۴۴ را نشان داد که نشانه شدت هیپوکسی او می باشد. این اطلاع فقط با دانستن  PaO2 در ارزیابی گازهای خون شریانی به دست نمی آید. گرادیان های بالا در بیماری های قلبی سیانوزدهنده بدو تولد با شنت بیش از ۵۰%، سندرم آسپیراسیون مکونیوم و هیپرتانسیون ریوی مشاهده می شود. در برخی مراکز مقادیر گرادیان بیش از ۶۲۰ در حالی که نوزاد اکسیژن ۱۰۰ % دریافت می کند، اندیکاسیون شروع ECMO تلقی می شود زیرا با مرگ و میر بیش از ۸۰ % همراه است (۱۴).

یکی دیگر از شاخص های اکسیژن رسانی، نسبت یا کسر فشار اکسیژن شریانی به آلوئلی (a/ApO2) است که از معادله زیر به دست می آید و واحد ندارد:

P(a/A)O2=PaO2 / PAO2 – (PaCO2/R)

هنگامی که به رغم مصرف کسر اکسیژن دمی (FiO2) بالا هنوز نمی توان PaO2 خوبی را حفظ کرد، درحقیقت نسبت فشار اکسیژن شریانی به آلوئلی کم می شود و وضعیت وخیم نوزاد را نشان می دهد. در جریان RDS کسر، اغلب بسیار پایین (بین ۱% تا ۲% ) بوده در سیر بهبودی به مقادیر طبیعی (۷% تا ۹%) افزایش می یابد. در برخی موارد کسر کمتر از ۲۲ % را نشانه نیاز به تجویز سورفاکتانت می دانند. برعکس با بهبود وضعیت نوزاد این کسر افزایش می یابد. در بزرگسالان سالم کسر فشار اکسیژن شریانی به آلوئلی بیش از ۸% است.

هنگام برقراری تهویه مکانیکی، اکسیژن رسانی نوزاد با کسر اکسیژن دمی (FiO2) و فشار متوسط مجاری هوایی (MAP) ارتباط دارد. (شکل ۱-۷). MAP متوسط فشار مجاری هوایی در طی یک دوره تنفسی است و از تقسیم سطح زیر منحنی فشار مجاری هوایی به مدت دوره تنفسی و با استفاده از معادله زیر به دست می آید:

MAP=k(PIP – PEEP) * (TI/TI+TE)+PEEP

K مقدار ثابتی است که از میزان جریان و میزان افزایش منحنی فشار مجرای هوایی محاسبه می شود. PIP، حداکثر فشار دمی؛ PEEP، فشار مثبت انتهای بازدمی؛ TI، زمان دم و TE، زمان بازدم است.

چگونه می توان MAP را تغییر داد؟

از تساوی بالا می توان فهمید که با تغییر در مقدار PEEP ،PIP، نسبت I/E و تغییر تعداد تنفس و جریان اکسیژن/هوا (جریان دمی با افزایش K )، می توان MAP را تغییر داد. به نظر می رسد مکانیسمی که افزایش MAP سبب بهبود اکسیژن رسانی می شود عبارت است از افزایش حجم ریه، پیشگیری از آتلکتازی و بهبود نسبت V/Q .

اگر چه بین MAP و اکسیژن رسانی ارتباط مستقیمی برقرار است، استثناهایی هم وجود دارد. به ازای یک تغییر واحد در MAP، افزایش PIP و PEEP در مقایسه با افزایش نسبت I/E ،موجب افزایش اکسیژن رسانی بیشتری خواهد شد. افزایش در PEEP ـا هنگامی که به سطوح بالاتر از cmH2O 6-5 نرسد چندان مؤثر نیست و ممکن است بهبود چندانی در اکسیژن رسانی ایجاد نکند. MAP بسیار بالا ممکن است راه های هوایی و آلوئول ها را به مقدار زیادی متسع کند که موجب افزایش فضای مرده و ایجاد شنت راست به چپ در ریه ها می گردد. اگر یک MAP بسیار بالا به ساختمان های داخل قفسه سینه منتقل شود، ممکن است برون ده قلبی کاهش پیدا کند و بنابراین حتی به رغم اکسیژن رسانی کافی خون، ممکن است انتقال عمومی اکسیژن کاهش یابد.

شاخص های اکسیژن رسانی

برای درک تأثیر فشار متوسط مجاری هوایی بر اکسیژن رسانی نوزاد از شاخص اکسیژن رسانی (OI1) استفاده می شود که طبق معادله زیر محاسبه و در شکل ۱-۸ مشاهده می گردد:

OI=[(MAP*FiO2) ÷ PaO2] * 100

این شاخص به معنی آن است که اگر در هنگام تهویه مکانیکی، برای نگهداری میزان میزان اکسیژن رسانی خون شریانی، نیاز  به فشار تهویه یا کسر اکسیژن بالاتری وجود داشته باشد، وضعیت نوزاد وخیم تر شده است.

در دو معادله زیر مشخص است که اگر حتی FiO2 ثابت بماند و فقط MAP دستگاه را افزایش دهیم تا بتوان PaO2 را حفظ کنیم، باز OI دو برابر خواهد شد.

OI=(5*50%)/50*100=5 :نوزاد در ساعت اول تهویه مکانیکی

OI=(10*50%)/50*100=10 :نوزاد در ساعت دهم تهویه مکانیکی

مشاهده شده در صورت OI حدود ۴۰، احتمال مرگ بیش از ۸۰ تا ۹۰ درصد و با OI معادل ۲۵ تا ۴۰، احتمال مرگ حدود ۵۰ تا ۶۰ درصد است. شاخص اکسیژن رسانی بیش از ۴۰، اندیکاسیون آغاز ECMO است.

محتوای اکسیژن خون به مقدار زیادی به اشباع اکسیژن و میزان هموگلوبین وابسته است. تجویز خون به نوزاد دچار اختالال اکسیژن رسانی، امری شایع است. در موارد آنمی شدید ( %۳۰-۲۵>Hct ) تجویز خون بیشترین تأثیر را دارد. اکسیژن رسانی بافتی همچنین به آزادسازی اکسیژن در بافت ها مرتبط است که این خود به منحنی انفکاک اکسیژن وابسته است. اسیدوز و افزایش ۲,۳DPG در دوران پس از تولد و وجود هموگلوبین بزرگسالان سبب کاهش میل ترکیبی اکسیژن به هموگلوبین و آزادسازی اکسیژن بیشتر در بافت ها می شود (شکل ۱-۹).

بر اساس درک درست اصول فیزیولوژیک تهویه مکانیکی، ما می آموزیم که استراتژی های تهویه باید با نیازهای هر بیمار منطبق شود. همچنین انتخاب استراتژی های مناسب برای تأمین حمایت تنفسی از نوع وسیله ای که تهویه مصنوعی را به بیمار می دهد مهم تر است. برقراری مقادیر کافی ظرفیت باقیمانده عملی، تجویز سورفاکتانت، استفاده از سطوح مناسب PEEP ،استفاده زودهنگام از CPAP، پرهیز از پرهوایی ریه ها با دادن مقادیر مناسب حجم جاری و پرهیز از مصرف اکسیژن بیش از نیاز نوزاد همگی راه هایی هستند که بهترین نتیجه درمانی را در کوتاه مدت تأمین کرده از عوارض دراز مدت درمان می کاهند (۱۶).

منبع: فصل اول کتاب درسنامه مراقبت تنفسی نوزادان (نویسندگان: دکتر پریسا محققی با همکاری پزشکان و پرستاران نوزادان)