اجزای تنفس و عضلات دم و بازدم
هدف اصلی تنفس، رساندن اکسیژن به بافتها و دفع دیاکسیدکربن است. این فرایند از چهار جزء تشکیل میشود: تهویه ریوی، انتشار گازها بین آلوئول و خون، انتقال گازها در خون و مایعات بدن، و تنظیم تنفس. فصل ۳۸ بر نخستین جزء، یعنی ورود و خروج هوا میان جو و آلوئولها، تمرکز دارد.
دو راه اصلی تغییر حجم قفسه سینه
۱) حرکت پایین و بالای دیافراگم و تغییر طول حفره قفسه سینه؛ ۲) بالا و پایین رفتن دندهها و تغییر قطر قدامی ـ خلفی قفسه سینه.
تنفس آرام
دم تقریباً بهطور کامل با انقباض دیافراگم انجام میشود. بازدم عمدتاً غیرفعال و حاصل شلشدن دیافراگم و بازگشت ارتجاعی ریه، قفسه سینه و احشاء شکمی است.
تنفس شدید
برای دم، عضلات کمکی قفسه سینه فعال میشوند و برای بازدم فعال، عضلات شکم و بیندندهای داخلی فشار داخل قفسه سینه را افزایش میدهند.
| عمل | عضلات اصلی | اثر مکانیکی |
|---|---|---|
| دم آرام | دیافراگم | پایینرفتن کف قفسه سینه و افزایش حجم طولی |
| دم عمیق | بیندندهای خارجی، جناغیچنبریپستانی، اسکالن و دندانهای قدامی | بالابردن دندهها و افزایش قطر قدامی ـ خلفی |
| بازدم آرام | عضله فعال عمده ندارد | بازگشت ارتجاعی ریه و قفسه سینه |
| بازدم فعال | عضلات شکم و بیندندهای داخلی | فشار احشاء به دیافراگم و پایینکشیدن دندهها |
نکته امتحانی
در فرد سالم و در حالت استراحت، دم فعال و بازدم غیرفعال است. فعالشدن عضلات بازدمی نشانه افزایش نیاز تهویهای یا افزایش مقاومت راه هوایی است.
اثر بالا رفتن دندهها
در دم عمیق، جناغ به جلو حرکت میکند و قطر قدامی ـ خلفی قفسه سینه میتواند نسبت به بازدم حداکثر حدود ۲۰ درصد افزایش یابد.
فشار پلور، فشار آلوئولی و فشار ترانسپولمونری
ریه ساختاری ارتجاعی است که در صورت نبود نیروی بازکننده تمایل به جمعشدن دارد. لایه نازک مایع پلور، اصطکاک را کاهش میدهد و فشار منفی فضای پلور، ریه را به دیواره قفسه سینه متصل نگه میدارد.
فشار پلور
فشار مایع میان پلور جداری و احشایی است و بهطور طبیعی منفی است. منفیترشدن آن در دم، ریه را باز میکند.
فشار آلوئولی
هنگام نبود جریان، با فشار جو برابر و صفر در نظر گرفته میشود. افت مختصر آن هوا را وارد و افزایش مختصر آن هوا را خارج میکند.
اصل جهت جریان
هوا فقط در حضور اختلاف فشار حرکت میکند: در دم، فشار آلوئولی اندکی کمتر از جو و در بازدم اندکی بیشتر از جو است.
کامپلاینس ریه
کامپلاینس مقدار افزایش حجم ریه بهازای هر واحد افزایش فشار ترانسپولمونری است. کامپلاینس مجموع دو ریه در بالغ سالم حدود ۲۰۰ میلیلیتر بهازای هر cmH₂O است.
دو منبع بازگشت ارتجاعی ریه
حدود یکسوم نیروی ارتجاعی از الیاف الاستین و کلاژن بافت ریه و حدود دوسوم از کشش سطحی لایه مایع آلوئولی ناشی میشود.
کشش سطحی، سورفکتانت و کار تنفس
در سطح تماس هوا و مایع آلوئولی، مولکولهای آب یکدیگر را جذب میکنند و تمایل به کاهش سطح دارند. این کشش سطحی نیرویی رو به داخل ایجاد میکند که تمایل به تخلیه و کلاپس آلوئول دارد.
نتیجه آزمایش ریه پر از سرم
در ریه پر از سرم، سطح تماس هوا ـ مایع وجود ندارد و فقط نیروهای ارتجاعی بافت باقی میمانند. فشار لازم برای بازکردن ریه پر از هوا تقریباً سه برابر است.
بنابراین کشش سطحی سهم اصلی بازگشت ارتجاعی ریه را تشکیل میدهد.
سورفکتانت
سورفکتانت توسط پنوموسیتهای نوع II ترشح میشود و مخلوطی از فسفولیپیدها، پروتئینها و یونهاست. مهمترین جزء آن دیپالمیتوئیلفسفاتیدیلکولین است. سورفکتانت کشش سطحی را کاهش و کامپلاینس را افزایش میدهد.
آلوئول کوچکتر
اگر کشش سطحی ثابت بماند، کاهش شعاع موجب افزایش فشار کلاپس میشود. سورفکتانت با کاهش بیشتر کشش سطحی در آلوئول کوچک، از تخلیه آن به آلوئول بزرگ جلوگیری میکند.
نارس زودرس
ترشح کافی سورفکتانت معمولاً در هفتههای پایانی بارداری تکامل مییابد. کمبود آن در نوزاد نارس باعث افزایش کار تنفس و سندرم دیسترس تنفسی نوزاد میشود.
کامپلاینس ریه و قفسه سینه
کامپلاینس دستگاه تنفسی کامل تقریباً نصف کامپلاینس ریه منفرد است؛ زیرا برای اتساع هم ریه و هم دیواره قفسه سینه باید نیرو مصرف شود. مقدار تقریبی آن در بالغ سالم حدود ۱۱۰ میلیلیتر بهازای cmH₂O است.
| جزء کار دم | نیروی مقابل | در چه شرایطی افزایش مییابد؟ |
|---|---|---|
| کار کامپلاینس یا ارتجاعی | الاستیسیته ریه و قفسه سینه | فیبروز، ادم، کمبود سورفکتانت |
| کار مقاومت بافتی | ویسکوزیته بافت ریه و قفسه سینه | کاهش انعطاف بافت |
| کار مقاومت راه هوایی | مقاومت در برابر جریان هوا | آسم، COPD، ترشحات و تنگی برونشیول |
انرژی تنفس
تهویه آرام حدود ۳ تا ۵ درصد مصرف انرژی بدن را تشکیل میدهد؛ در ورزش شدید یا بیماری انسدادی و محدودکننده، مصرف انرژی عضلات تنفسی میتواند تا حدود ۵۰ برابر افزایش یابد.
حجمها و ظرفیتهای ریوی
اسپیرومتری تغییرات حجم هوای ورودی و خروجی ریه را ثبت میکند. چهار حجم مستقل و چهار ظرفیت حاصل جمع حجمها، توصیف استاندارد عملکرد حجمی ریه را فراهم میکنند.
| حجم ریوی | نماد | تعریف | مقدار متوسط مرد جوان |
|---|---|---|---|
| حجم جاری | VT | هوای دم یا بازدم در یک تنفس آرام | ۵۰۰ mL |
| حجم ذخیره دمی | IRV | هوای اضافی قابلدم پس از دم معمولی | ۳۰۰۰ mL |
| حجم ذخیره بازدمی | ERV | هوای اضافی قابلبازدم پس از بازدم معمولی | ۱۱۰۰ mL |
| حجم باقیمانده | RV | هوای باقیمانده پس از بازدم حداکثر | ۱۲۰۰ mL |
| ظرفیت ریوی | فرمول | مقدار متوسط | معنا |
|---|---|---|---|
| ظرفیت دمی IC | VT + IRV | ۳۵۰۰ mL | حداکثر هوای قابلدم از پایان بازدم آرام |
| ظرفیت باقیمانده عملکردی FRC | ERV + RV | ۲۳۰۰ mL | حجم باقیمانده در پایان بازدم آرام |
| ظرفیت حیاتی VC | IRV + VT + ERV | ۴۶۰۰ mL | حداکثر هوای قابلبازدم پس از دم حداکثر |
| ظرفیت کل ریه TLC | VC + RV | ۵۸۰۰ mL | بیشترین حجم ممکن ریه |
کدام حجمها با اسپیرومتر ساده سنجیده نمیشوند؟
هر شاخصی که شامل RV باشد، یعنی RV، FRC و TLC، با بازدم به دستگاه منتقل نمیشود و به روش غیرمستقیم نیاز دارد.
عوامل تغییر حجمهای ریوی
سن، قد، جنس، جثه، وضعیت بدنی، آمادگی ورزشی و ارتفاع محل زندگی بر حجمها اثر دارند. مقادیر زنان بهطور متوسط ۲۰ تا ۳۰ درصد کمتر از مردان است.
روش رقیقسازی هلیوم
فرد در پایان بازدم آرام به اسپیرومتری با حجم و غلظت معلوم هلیوم متصل میشود. هلیوم میان دستگاه و FRC توزیع میشود و کاهش غلظت آن برای محاسبه FRC بهکار میرود.
تهویه دقیقهای، تهویه آلوئولی و فضای مرده
تهویه دقیقهای حجم کل هوایی است که در هر دقیقه وارد راههای تنفسی میشود، اما فقط بخشی که به نواحی تبادل گاز میرسد در اکسیژنرسانی و دفع CO₂ مؤثر است.
تهویه دقیقهای یکسان، تهویه آلوئولی متفاوت
تنفس سریع و سطحی، سهم بیشتری از هر دم را صرف فضای مرده میکند؛ بنابراین با وجود تهویه دقیقهای مشابه، تهویه آلوئولی آن از تنفس آهسته و عمیق کمتر است.
فضای مرده آناتومیک
حجم راههای هدایتی بدون تبادل گاز، مانند بینی، حلق، نای و برونشهاست. مقدار طبیعی آن در مرد جوان حدود ۱۵۰ میلیلیتر است.
فضای مرده فیزیولوژیک
مجموع فضای مرده آناتومیک و حجم آلوئولهایی است که تهویه دارند اما خونرسانی کافی ندارند.
فرد سالم
تقریباً همه آلوئولها پرفیوژن مناسب دارند؛ بنابراین فضای مرده فیزیولوژیک تقریباً برابر فضای مرده آناتومیک است.
| الگوی تنفس | RR | VT | V̇E | V̇A با VD=150 |
|---|---|---|---|---|
| طبیعی | ۱۲ | ۵۰۰ mL | ۶ L/min | ۴٫۲ L/min |
| سریع و سطحی | ۲۴ | ۲۵۰ mL | ۶ L/min | ۲٫۴ L/min |
| آهسته و عمیق | ۶ | ۱۰۰۰ mL | ۶ L/min | ۵٫۱ L/min |
مهمترین شاخص برای ترکیب گاز آلوئولی
غلظت O₂ و CO₂ آلوئولی عمدتاً با تهویه آلوئولی تعیین میشود، نه صرفاً تهویه دقیقهای.
روش تکدم اکسیژن برای فضای مرده
اکسیژن خالص، فضای مرده را پر میکند. در بازدم، ابتدا گاز بدون نیتروژن و سپس مخلوط انتقالی و در نهایت گاز آلوئولی با غلظت ثابت نیتروژن خارج میشود.
ساختمان و کنترل راههای هوایی
نای با حلقههای غضروفی و برونشها با صفحات غضروفی باز نگه داشته میشوند. غضروف در برونشیولها وجود ندارد و بازماندن آنها بیشتر به کشش شعاعی بافت ریه و فشار ترانسپولمونری وابسته است.
عضله صاف
بخشهای بدون غضروف نای و برونش و تقریباً تمام دیواره برونشیولها دارای عضله صافاند. انقباض این عضلات در آسم و بیماریهای انسدادی قطر راه هوایی را کاهش میدهد.
بیشترین مقاومت طبیعی کجاست؟
برخلاف انتظار، در راههای بسیار کوچک انتهایی نیست؛ بیشترین مقاومت در برونشها و برونشیولهای بزرگتر نزدیک نای است، زیرا حدود ۶۵ هزار برونشیول انتهایی بهصورت موازی قرار دارند و مقاومت مجموع آنها کم است.
| عامل تنظیمی | واسطه یا گیرنده | اثر بر راه هوایی |
|---|---|---|
| اپینفرین گردش خون | گیرنده β آدرنرژیک | اتساع برونشیول |
| پاراسمپاتیک واگ | استیلکولین | تنگی خفیف تا متوسط |
| هیستامین | آزادشده از ماستسل | برونکواسپاسم آلرژیک |
| لوکوترینها | ماده کندواکنش آنافیلاکسی | تنگی قوی و پایدار در آسم |
| دود، گردوغبار و گاز محرک | رفلکس واگی و اثر موضعی | انقباض راه هوایی |
چرا برونشیول کوچک در بیماری مهم میشود؟
قطر اندک آن را در برابر سه عامل بسیار حساس میکند: انقباض عضله صاف، ادم دیواره و تجمع موکوس در لومن.
کنترل سمپاتیک
عصبگیری مستقیم سمپاتیک راههای هوایی نسبتاً کم است؛ اثر گشادکننده عمدتاً از اپینفرین و نوراپینفرین گردش خون، بهویژه تحریک گیرنده β₂، ناشی میشود.
آتروپین و آسم
مهار اثر استیلکولین میتواند جزء پاراسمپاتیک تنگی راه هوایی را کاهش دهد؛ اما در آسم آلرژیک، میانجیهای موضعی مانند هیستامین و لوکوترینها نیز نقش عمده دارند.
موکوس، مژکها، سرفه، عطسه و عملکرد بینی
از بینی تا برونشیولهای انتهایی، سطح راه هوایی با موکوس پوشیده میشود. موکوس ذرات را به دام میاندازد و مژکها آن را به سمت حلق حرکت میدهند تا بلعیده یا خارج شود.
پلهبرقی موکوسی ـ مژکی
مژکها در راههای تحتانی به سمت حلق و در بینی به سمت خلف حرکت میکنند. این حرکت مداوم، موکوس و ذرات گرفتار را پاک میکند.
اثر دود سیگار
دود و مواد محرک مژکها را آسیب میزنند و ترشح موکوس را افزایش میدهند؛ در نتیجه پاکسازی کاهش و خطر عفونت و انسداد افزایش مییابد.
| رفلکس | ناحیه تحریک | راه آوران اصلی | مسیر خروج هوا |
|---|---|---|---|
| سرفه | حنجره، کارینا، نای و برونش | عصب واگ | عمدتاً دهان |
| عطسه | مخاط بینی | عصب سهقلو | عمدتاً بینی |
مراحل سرفه
دم سریع تا حدود ۲٫۵ لیتر، بستهشدن گلوت، انقباض شدید عضلات بازدمی و افزایش فشار داخل ریه تا حدود ۱۰۰ میلیمتر جیوه، سپس بازشدن ناگهانی گلوت و خروج هوا با سرعت بالا.
سه عملکرد تنفسی بینی
گرمکردن، مرطوبکردن تقریباً کامل و پالایش نسبی هوا؛ مجموعه این اعمال «تهویه مطبوع راههای هوایی فوقانی» نام دارد.
رسوب ذرات
ذرات بزرگ با برخورد توربولانسی در بینی، ذرات متوسط با رسوب گرانشی در برونشیولها و ذرات بسیار کوچک با انتشار براونی به دیواره آلوئول میرسند.
تنفس مستقیم از تراکئوستومی
حذف عملکرد گرمکننده و مرطوبکننده بینی میتواند خشکی، دلمهبستن ترشحات و عفونت راههای تحتانی را افزایش دهد.
تولید صدا، تشدید و مرور عمیق امتحانی
گفتار حاصل همکاری مراکز عصبی قشر، مراکز تنفسی، حنجره و ساختمانهای دهان و بینی است. دو جزء مکانیکی آن آواسازی در حنجره و مفصلبندی در دهان هستند.
طناب صوتی
در تنفس باز و در آواسازی به هم نزدیک میشوند. جریان بازدمی آنها را به ارتعاش درمیآورد.
تعیین زیر و بمی
کشش طنابها، نزدیکی آنها و جرم لبه طناب صوتی فرکانس ارتعاش را تعیین میکند. کشش بیشتر و جرم کمتر، صدای زیرتر ایجاد میکند.
مفصلبندی و تشدید
لبها، زبان و کام نرم اندامهای اصلی مفصلبندیاند. دهان، بینی، سینوسها، حلق و حتی قفسه سینه حفرههای تشدیدکنندهاند؛ انسداد بینی در سرماخوردگی کیفیت صدا را تغییر میدهد.
| کلیدواژه سؤال | پاسخ | منطق |
|---|---|---|
| اختلاف فشار آلوئول و پلور | فشار ترانسپولمونری | نیروی بازکننده ریه را نشان میدهد. |
| کاهش کشش سطحی | سورفکتانت | کامپلاینس را افزایش و کلاپس را کاهش میدهد. |
| حجم غیرقابلاندازهگیری با اسپیرومتر | RV | با بازدم حداکثر نیز از ریه خارج نمیشود. |
| هوای پایان بازدم آرام | FRC | مجموع ERV و RV است. |
| تهویه مؤثر تبادل گاز | تهویه آلوئولی | فضای مرده را از حجم جاری کم میکند. |
| مهمترین عامل انسداد آلرژیک | هیستامین و لوکوترین | از ماستسل آزاد و موجب برونکواسپاسم میشوند. |
| رفلکس تحریک بینی | عطسه | آوران از عصب پنجم به بصلالنخاع میرود. |
| تعیین زیر و بمی صدا | کشش و جرم طناب صوتی | فرکانس ارتعاش را تغییر میدهد. |
دام ۱: فشار پلور و آلوئول
فشار پلور در تمام تنفس آرام منفی باقی میماند؛ فشار آلوئولی حول صفر نوسان میکند و جهت جریان هوا را تعیین میکند.
دام ۲: مقاومت راههای کوچک
مقاومت هر برونشیول کوچک زیاد است، اما بهدلیل قرارگرفتن هزاران برونشیول بهصورت موازی، مقاومت مجموع آنها در ریه سالم پایین است.
دام ۳: تهویه دقیقهای
تهویه دقیقهای طبیعی تضمینکننده تهویه آلوئولی طبیعی نیست؛ تاکیپنه سطحی میتواند با وجود V̇E طبیعی، V̇A را بهشدت کاهش دهد.
جمعبندی یکخطی فصل
تهویه ریوی حاصل تبدیل انقباض عضلات تنفسی به تغییر فشار و جریان هواست؛ کارایی آن به کامپلاینس، سورفکتانت، مقاومت راههای هوایی و نسبت حجم جاری به فضای مرده وابسته است.