فیزیولوژی و مکانیک ریه – درس 1 قسمت دوم

هيپركاپنه يا افزايش PCO2

هيپركاپنه معمولا به دنبال كم بودن تهويه يا عدم تناسب تهويه و خون رسانی و/ یا افزایش فضای مرده فیزیولوژیکی به وجود می آيد. دی اكسيد كربن به طور طبيعی به راحتی از خون به آلوئول ها انتشار می يابد. حذف CO2 از آلوئول ها به طور مستقيم به تهويه دقيقه ای آلوئولی وابسته است. تهويه دقيقه ای آلوئولی حاصل ضرب تعداد تنفس و حجم جاری ( منهای فضای مرده ) می باشد. هر گاه حجم فضای مرده را از حجم جاری كم كنيم و حاصل را در تعداد تنفس ضرب نماييم، تهويه دقيقه ای آلوئولی به دست می آيد.

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

حجم جاری حجمي از گاز است كه در هر دم وارد ريه و در هر بازدم خارج می شود. تعداد تنفس عبارت از تعداد تنفس در دقيقه است. فضاي مرده قسمتی از حجم جاري است كه در تبادل گازی شركت نمی كند، مانند حجم گازی كه راه های هوايی را پر می كند. از آنجا كه فضای مرده تقريبا ثابت است، افزايش در حجم جاری يا تعداد تنفس، تهويه دقيقه ای را زياد می کند و سبب کاهش  PaCO2 می شود شکل (6-1).

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 ميرسد، 100% مرطوب می شود (در رطوبت 100 % و دماي C°37 فشار بخار آب mmHg 47 است). از آن جا که کسر اکسیژن دمی هوای اطراف ما حدود 21 % 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)

(760-47)*%21=150 mmHg

بنابراین در شرایط طبیعی، فشار اکسیژن دمی در راه های هوایی مرکزی معادل 150mmHg 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 14%) 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 0/8 است. بنابراین با توجه به معادله بالا در شرایط طبیعی:

PAO2=(760-47)*21-(40÷0.8)=100 mmHg

گراديان آلوئلی – شريانی اكسيژن 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 )مقايسه 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 (11،12،13). 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÷8%)-50=38

اکنون به نوزاد اکسیژن 50 %داده می شود دوباره PaO2 معادل 50 mmHg و PaCO2 معادل 50 mmHg را نشان می دهد.در این شرایط با توجه به معادلات زیر:

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

PAO2=356-(50÷%8)=294

A-aO2=294-50=244

در حالت اول گرچه نوزاد هیپوکسی خفیف داشت (PaO2 معادل 50 mmHg) اما A-aO2 او تقریبا طبیعی بود، اما با تجویز اکسیژن، با هیپوکسی خفیف بشدت گرادیان بالایی معادل 244 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 50%، سندرم آسپیراسیون مکونیوم و هیپرتانسیون ریوی مشاهده می شود. در برخی مراکز مقادیر گرادیان بیش از 620 در حالی که نوزاد اکسیژن 100 % دریافت می کند، اندیکاسیون شروع ECMO تلقی می شود زیرا با مرگ و میر بیش از 80 % همراه است (14).

یکی دیگر از شاخص های اکسیژن رسانی، نسبت یا کسر فشار اكسيژن شرياني 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 اكسيژن شريانی به آلوئلی کم می شود و وضعیت وخیم نوزاد را نشان می دهد. در جریان RDS کسر، اغلب بسیار پایین (بین 1% تا 2% ) بوده در سیر بهبودی به مقادیر طبیعی (7% تا 9%) افزایش می یابد. در برخی موارد کسر کمتر از 22 % را نشانه نیاز به تجویز سورفاکتانت می دانند. برعکس با بهبود وضعیت نوزاد این کسر افزایش می یابد. در بزرگسالان سالم کسر فشار اكسيژن شريانی به آلوئلی بیش از 8% است.

هنگام برقراری تهويه مكانيكی، اكسيژن رسانی نوزاد با کسر اكسيژن دمی (FiO2) و فشار متوسط مجاری هوايی (MAP) ارتباط دارد. (شکل 1-7). MAP متوسط فشار مجاری هوايی در طي یک دوره تنفسي است و از تقسيم سطح زير منحنی فشار مجاری هوايی به مدت دوره تنفسی و با استفاده از معادله زير به دست می آيد:

MAP=k(PIP – PEEP) * (TI/TI+TE)+PEEP

K مقدار ثابتی است كه از ميزان جريان و ميزان افزايش منحنی فشار مجرای هوايی محاسبه می شود. PIP، حداكثر 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 فهميد كه با تغییر در مقدار PEEP ،PIP، نسبت I/E و تغییر تعداد تنفس و جريان اکسيژن/هوا (جریان دمی با افزايش K )، می توان MAP را تغییر داد. به نظر می رسد مكانيسمی كه افزايش MAP سبب بهبود اكسيژن رسانی می شود عبارت است از افزايش حجم ريه، پیشگیری از آتلکتازي و بهبود نسبت V/Q .

اگر چه بين MAP و اكسيژن رسانی ارتباط مستقيمی برقرار است، استثناهايی هم وجود دارد. به ازای يک تغيير واحد در MAP، افزايش PIP و PEEP در مقايسه با افزايش نسبت I/E ،موجب افزايش اكسيژن رسانی بيشتری خواهد شد. افزايش در PEEP ـا هنگامی که به سطوح بالاتر از cmH2O 6-5 نرسد چندان مؤثر نيست و ممكن است بهبود چندانی در اكسيژن رسانی ايجاد نكند. MAP بسيار بالا ممكن است راه هاي هوايي و آلوئول ها را به مقدار زيادی متسع كند كه موجب افزايش فضای مرده و ايجاد شنت راست به چپ در ريه ها می گردد. اگر يك MAP بسيار بالا به ساختمان های داخل قفسه سينه منتقل شود، ممكن است برون ده قلبی كاهش پيدا كند و بنابراين حتی به رغم اكسيژن رسانی كافی خون، ممكن است انتقال عمومی اكسيژن كاهش يابد.

شاخص های اکسیژن رسانی

برای درک تأثیر فشار متوسط مجاری هوايی بر اكسيژن رسانی نوزاد از شاخص اكسيژن رسانی (OI1) استفاده می شود که طبق معادله زیر محاسبه و در شکل 1-8 مشاهده می گردد:

OI=[(MAP*FiO2) ÷ PaO2] * 100

این شاخص به معنی آن است که اگر در هنگام تهویه مکانیکی، برای نگهداری میزان میزان اكسيژن 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 40، احتمال مرگ بیش از 80 تا 90 درصد و با OI معادل 25 تا 40، احتمال مرگ حدود 50 تا 60 درصد است. شاخص اکسیژن رسانی بیش از 40، اندیکاسیون آغاز ECMO است.

محتوای اكسيژن خون به مقدار زيادی به اشباع اكسيژن و ميزان هموگلوبين وابسته است. تجويز خون به نوزاد دچار اختالال اكسيژن رسانی، امری شايع است. در موارد آنمی شديد ( %30-25>Hct ) تجويز خون بيشترين تأثير را دارد. اكسيژن رسانی بافتی همچنين به آزادسازی اكسيژن در بافت ها مرتبط است كه اين خود به منحنی انفکاک اكسيژن وابسته است. اسيدوز و افزايش 2,3DPG در دوران پس از تولد و وجود هموگلوبين بزرگسالان سبب كاهش ميل تركيبی اكسيژن به هموگلوبين و آزادسازی اكسيژن بيشتر در بافت ها می شود (شکل 1-9).

بر اساس درک درست اصول فيزيولوژيک تهويه مکانيکی، ما مي آموزيم که استراتژی های تهويه بايد با نيازهای هر بيمار منطبق شود. همچنين انتخاب استراتژی های مناسب برای تأمين حمايت تنفسی از نوع وسيله ای که تهويه مصنوعی را به بيمار می دهد مهم تر است. برقراری مقادير کافی ظرفيت باقيمانده عملی، تجويز سورفاکتانت، استفاده از سطوح مناسب PEEP ،استفاده زودهنگام از CPAP، پرهیز از پرهوايی ريه ها با دادن مقادير مناسب حجم جاری و پرهیز از مصرف اکسيژن بيش از نياز نوزاد همگی راه هايی هستند که بهترين نتيجه درماني را در کوتاه مدت تأمين کرده از عوارض دراز مدت درمان مي کاهند (16).

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