فیزیولوژی و مکانیک ریه – درس 1 قسمت اول

بيماری های تنفسی از علل اصلی مرگ و مير در دوره نوزادی و علت اصلی بستری در بخش های مراقبت ویژه به خصوص در نوزادان نارس است. برقراری حمایت تنفسی مناسب در بهبود پيش آگهی موثر واقع می شود.

افزایش شناخت از مکانيک و پاتوفيزيولوژی ريه ها و اصول تبادل گازها در ريه به درک درست روش های حمایت تنفسی کمک کرده، مانع از بروز صدمات شديد به ريه ها می گردد. اصل اول در درمان هر بيماری آن است که ضرر نرسانيم. در درمان بيماری های تنفسی نوزادان در عمل با اين مشکل روبرو هستيم که برای تأمين ميزان کافی تبادل گازی در يک سيستم تنفسی نارس چگونه رفتار کنيم تا دستگاه های پر قدرت ما روند رشد ريه های نوزاد را مختل نکند و بر روی شکل و کارکرد ريه تأثير نامطلوب باقی نگذارد. با اين ديدگاه است که روش های نوين حمایت تنفسی به بخش های نوزادان وارد می شوند و روز به روز به اقدامات درمانی غیرتهاجمی افزوده شده، روش های تهاجمی تهویه کمتر مورد استفاده قرار می گیرند.

تکامل و رشد ریه

برای مراقبت از نوزاد نارس، درک مراحل رشد و تکامل ریه اهمیت بسزایی دارد زیرا کارکرد درست ریه در حفظ بقای نوزاد و افزایش میزان زنده ماندن او حیاتی بوده، صدماتی که به ریه نارس در هنگام تهویه مکانیکی تحمیل می گردد، سبب بروز مشکلات بعدی نوزاد می شود.

ریه ها در زندگی جنینی از 5 مرحله تکاملی عبور می کنند ( 1،2،3 )که عبارتند از: مرحله رویانی، شبه غده ای، کانالیکولار، ساکولار و آلوئولار شکل (1-1).

در هنگام تولد حدود 100 میلیون آلوئول – معادل یک سوم آلوئول های بالغین – تشکیل شده است (4). بیشترین سرعت آلوئول سازی از هفته 32 بارداری تا اولین ماه های پس از تولد ترم رخ می دهد، گرچه در 6 ماه اول پس از تولد و حتی تا 1/5 تا 2 سالگی، تولید آلوئول های جدید ادامه می یابد و قطر آنها بیشتر می شود تا سطح تبادل گازها بیشتر شود (5). برخی عوامل در  تولید آلوئول ها نقش دارند که در ضمیمه 1-2 مشاهده خواهند شد.

مكانيك ريه

تعامل بين ونتيالتور و شيرخوار به ميزان بسيار زيادي به خصوصيات مكانيكي سيستم تنفسی ارتباط دارد. تفاوت زیادی بین تنفس های خودبخودی و تنفس های داده شده توسط ونتیلاتور وجود دارد. مهمترین تفاوت آن است که تنفس های خودبخودی با کاهش فشار داخل قفسه و ایجاد فشار منفی رخ می دهد، در حالی که اغلب ونتیلاتورها با دادن فشار مثبت تنفس می دهند. با توجه به شکل 1-2 ،که منحنی فشار، فلو (جریان) و حجم تنفس خودبخودی را نشان می دهد. با کاهش فشار (منحنی پایین رونده)، جریانی از هوا وارد ریه ها شده، حجم مشخصی را در ریه تثبیت می کند.

حجم ریه

حجم کلی گازهای موجود در ریه و راه های هوایی می تواند اندازه گیری شود. این حجم به اجزای مختلف تقسیم می گردد (شکل 1-3).

حجم جاری ( Volume Tidal ): مقداری از گاز که با هر نفس وارد ریه می شود.

فضای مرده ( Space Dead ): مقداری از حجم جاری که در تبادل گازی دخالت نمی کند.

تهویه دقیقه ای ( Ventilation Minute): معادل تفاوت حجم جاری با فضای مرده ضرب در تعداد تنفس است که مقدار گازی است که در یک دقیقه در ریه ها تبادل می شود. در یک نوزاد ترم سالم، حجم جاری حدود kg/mL 5-7 و تعداد تنفس حدود 40 بار در دقیقه و لذا حجم تهویه دقیقه ای معادل kg/mL 200-240 می باشد (جدول 1-1).

بیشتر بخوانید: حجم‌ها و ظرفیت‌های ریوی

فشار

برای به جريان افتادن گازها در طی دم و بازدم نياز به اختلاف فشاری بين مجاری هوايی و آلوئول ها است. اين اختلاف فشار که

برای باز کردن ريه ها لازم است به كمپليانس، مقاومت و اينرسی ريه ها مرتبط است و از فرمول زیر قابل محاسبه می باشد:

Pressure=(Volume/Compliance)+Resistance x Flow

كمپليانس

كمپليانس معرف اتساع پذيری سيستم تنفسی (ريه ها و قفسه سينه) است و توسط فرمول زير محاسبه می شود:

Compliance=Volume/Pressure

بنابراين هرچه كمپليانس بيشتر باشد به ازای هر واحد تغيير در فشار، حجم بيشتری به ريه انتقال می يابد( ریه قابلیت باز شدن بهتری دارد). به طور طبيعی، ديواره قفسه سينه نوزادان در برابر اتساع پذيری ريه ها مقاومتی ايجاد نمی كند. كمپليانس كل سيستم تنفسی ( ريه ها + ديواره قفسه سينه ) در نوزادانی كه ريه طبیعی دارند، در حدود 6-3 mL/cm H2O است، در حالی كه در نوزادان مبتلا به RDS اين مقدار به  H2 cm/mL 1-2 كاهش مي‌يابد (6). میزان کمپلیانس را می توان از لوپ حجمی- فشاری در ونتیلاتور مشاهده نمود. هرگاه کمپلیانس ریه کم شود این لوپ تغییر شکل می یابد (شکل 1-4).

مقاومت

مقاومت عبارت است از نيرويی كه سيستم هدايت‌كننده هوا (مجاری هوايی، نای) در مقابل عبور جريان هوا از خود نشان می دهند و از فرمول زير محاسبه می شود.

Resistance=Pressure/Flow

مقاومت مجاری هوايی به چهار عامل وابسته است:

•  شعاع مجاری هوايی
• طول مجاری
• ميزان جريای
• تراكم و چگالی گاز تنفس شده

مجاری هوايی انتهايی در حالت طبيعی مقاومت كمتری در مقابل جريان هوا ايجاد می كنند كه علت آن بزرگتر بودن سطح مقطع عرضی آنها است. در مواردی چون برونكواسپاسم، ادم مخاطی و ادم بينابينی كه موجب كاهش سطح مقطع مجاری می شود، افزايش مقاومت راه های هوايی سبب بروز مشکلاتی براي بيمار خواهد شد. جاگذاری لوله تراشه باريك نيز در ايجاد مقاومت در مقابل جريان هوا موثر است، بويژه اگر ميزان جريان زياد باشد سبب توربالنس هوا می شود. مقاومت كل سيستم تنفسی (مجاری هوايی + بافت ها) در نوزادان سالم در  cm H2O/L/s 20-40 و در نوزاد دارای لوله تراشه در حد cm H2O/L/s 50-150 است. مقاومت در نوزادان مبتال به سندرم آسپيراسيون مکونيوم افزايش چشمگيری نشان می دهد که به علت تنگ شدن راه های هوايی توسط مکونيوم می باشد (7).

ثابت زمانی

ثابت زمانی در سيستم تنفسی عبارت است از مقدار زمانی كه لازم است تا فشار داخل آلوئولی، به 63 % تغيير فشار مجاری هوايی دست يابد (شکل 1-5 ). به عبارت ديگر زمان لازم برای تغییر فشار مجاری هوایی است تا در کل ریه به تعادل برسد. ثابت زمانی از فرمول زير به دست می آيد:

مقاومت*کمپلیانس = ثابت زمانی

بنابراين ثابت زمانی سيستم تنفسی نسبت مستقيم با مقاومت و كمپليانس ريه دارد. در صورتی كه زمان بيشتری برای به تعادل رسيدن داده شود، درصد بالاتری از فشار مجاری هوايی در سراسر ريه به تعادل می رسد. به عنوان مثال، ريه های يك نوزاد سالم با كمپليانس 0.004 cmH2O/L و مقاومت 30 cm H2O/L/S ثابت زمانی برابر 0.12 ثانيه خواهد داشت. هرچه زمان دم يا بازدم طولانی تری برای به تعادل رسيدن داده شود، درصد تعادل بالاتر خواهد بود. در عمل، 3 تا 5 ثابت زمانی در هنگام دم یا بازدم لازم است تا در دم یا بازدم تحويل فشار و حجم مناسب ( 95 تا 99 درصد ) به ريه ها كامل شود. برعكس در RDS كه كمپليانس ريه كاهش يافته است، ثابت زمانی كوتاه تر خواهد بود. ريه هايی كه ثابت زمانی كوتاه تری دارند زودتر از ريه های سالم از هوا پر و خالی می شوند (8).

مفهوم و كاربرد بالینی ثابت زمانی اين است كه زمان های بسيار كوتاه دمی (کمتر از 3 ثابت زماني دمی) سبب می شوند فشارهای ونتيلاتور در سراسر ريه يکنواخت به تعادل نرسند و در نتيجه ممكن است موجب كاهش حجم جاری شده بنابراين PIP و MAP را كم كرده، موجب هيپركاپنه و هيپوكسمی شوند.

در تعيين زمانی که لازم است تا دم و بازدم کامل شوند، باید مشخصات مکانيکی ونتيلاتور و ريه های نوزاد را در نظر گرفت.

مثال نوزادان مبتال به RDS، ثابت زمانی کوتاهی دارند و قادر به تحمل زمان های کوتاه دمی و بازدمی در هنگام اوج بيماری هستند، اما با بهبود کمپليانس ريه آنها (با تجویز سورفاکتانت یا به شکل خودبخودی پس از چند روز اول تولد)، ثابت زمانی افزايش يافته بايد از زمان های طولانی تری در تهويه استفاده کرد (10،9). از آنجا كه مقادير كمپليانس و مقاومت در طي بازدم متفاوت است، يك ثابت زمانی منفرد را برای دم و بازدم نميتوان در نظر داشت. به طور خلاصه زمان لازم براي پر يا خالی شدن ريه ها به خصوصيات مكانيكی آن به ويژه مقاومت و كمپليانس بستگی دارد.

تبادل گازي

هدف كلی تهويه مکانيکی، تأمين گازهای خونی طبيعی است و تنظيم ونتيلاتورها با ارزيابی گازهای خونی و اعمال تغييرات بر اساس نتيجه اين ارزيابی می باشد. تنظيم ونتيالتور به عوامل ديگري از جمله مكانيك ريه، مكانيسم تبادل گازی، كنترل  تنفس و آسيب های ريوی نيز بستگی دارد. درك كامل و درست از مجموعه عوامل پیشگفت در انتخاب بهترين روش تهويه كمك زيادی می نمايد.

نارسایی تنفسی به معنی هیپرکاپنه و/یا هیپوکسی می باشد. گرچه هردو این مشکلات به شکل شایع با هم رخ می دهند، اما در  برخی بیماری ها ممکن است فقط یک اختلال مشاهده شود.

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