تهویه مکانیکی و تنفس: گزارشی از کارآموزی مهندسی پزشکی
مقدمه
تهویه و تنفس مکانیکی بخش مهمی از مراقبتهای پزشکی در بخشهای مراقبت ویژه (ICU) و جراحی است. این سیستمها به بیمارانی که قادر به تنفس خود نیستند یا به دلیل بیماری و شرایطی خاص نیاز به حمایت تنفسی دارند، کمک میکنند. در این مقاله به بررسی فرآیندهای تنفسی، اهمیت و نحوه عملکرد تهویه مکانیکی و تطابق آن با نیازهای بالینی خواهیم پرداخت.
۱. تنفس و اصول آن
۱.۱ تعریف تنفس
تنفس فرآیند مبادله گازها است که به دو بخش تقسیم میشود:
- تنفس خارجی: شامل تبادل اکسیژن و دیاکسید کربن بین آلوئولها و مویرگهای ریه است.
- تنفس داخلی: شامل انتقال اکسیژن از خون به سلولها و دیاکسید کربن از سلولها به خون است.
۱.۲ مکانیزم تنفس
تنفس خودبخودی (یا تهویه خودبخودی) بطور ساده حرکت هوا به داخل و خارج ریهها است. این فرآیند با انقباض عضلات دیافراگم و عضلات بین دندهای صورت میگیرد. در طول دم آرام، دیافراگم به سمت پایین حرکت میکند و حجم حفره توراسیک افزایش مییابد. انقباض عضلات بین دندهای نیز به بالا بردن قفسه سینه کمک میکند.
۱.۲.۱ دم
دم طبیعی از طریق انقباض عضلات دیافراگم و عضلات بین دندهای انجام میشود. زمانی که دیافراگم پایین میآید و قفسه سینه گسترش مییابد، فشار داخل آلوئولها کمتر از فشار اتمسفر میشود و هوا به داخل ریهها جریان مییابد.
۱.۲.۲ بازدم
بازدم آرام یک فرآیند غیرفعال است که نیازی به کار عضلات ندارد. در این مرحله، عضلات دیافراگم و بین دندهای شل میشوند، دیافراگم به سمت بالا حرکت میکند و قفسه سینه به حالت استراحت برمیگردد. این باعث کاهش حجم حفره توراسیک و خروج هوا از ریهها میشود.
۱.۳ عضلات تنفسی
عضلات تنفسی به دو دسته اصلی تقسیم میشوند:
- عضلات اصلی: شامل دیافراگم و عضلات بین دندهای.
- عضلات فرعی: شامل عضلات سینهای و شکمی که در مواقع نیاز به تنفس عمیقتر یا سریعتر فعال میشوند.
۱.۴ فشار و جریان هوا
برای جریان هوا از طریق یک لوله یا راه هوایی، باید یک اختلاف فشار وجود داشته باشد. در حین دم، فشار داخل آلوئولها کمتر از فشار اتمسفر است و هوا به داخل ریهها جریان مییابد. در حین بازدم، وضعیت به حالت معکوس تغییر میکند و هوا به خارج از ریهها رانده میشود.
۱.۵ واحدهای فشار
فشارهای تهویهای معمولاً برحسب سانتیمتر آب (cmH2O) اندازهگیری میشوند. این فشارها با فشار اتمسفریک مقایسه میشوند و در فشار اتمسفریک، مقدار پایه صفر در نظر گرفته میشود. برای مثال، فشار اتمسفریک در سطح دریا حدود 760 میلیمتر جیوه (mmHg) است.
۲. تهویه مکانیکی
۲.۱ تعریف تهویه مکانیکی
تهویه مکانیکی عبارت است از استفاده از دستگاههایی که به منظور کمک به تنفس بیماران استفاده میشوند. این سیستمها عمدتاً برای بیمارانی که توانایی تنفس خود را از دست دادهاند، مانند افرادی که دچار نارسایی تنفسی شدید هستند، کاربرد دارند.
۲.۲ انواع تهویه مکانیکی
۲.۲.۱ تهویه کنترلشده
در این نوع تهویه، دستگاه به طور کامل وظیفه تنفس را بر عهده میگیرد و میتواند به صورت تنظیمشده عمل کند. این روش معمولاً برای بیماران بیهوش و در شرایط بحرانی استفاده میشود.
۲.۲.۲ تهویه کمککننده
این نوع تهویه به بیماران این امکان را میدهد که خود نیز عمل تنفس را انجام دهند، در حالی که دستگاه در صورت نیاز کمکهای لازم را ارائه میدهد. این روش برای بیماران با نارسایی تنفسی که هنوز توانایی مقداری تنفس خود را دارند، مناسب است.
۲.۳ اجزای دستگاه تهویه
۲.۳.۱ مدار تنفسی
مدار تنفسی بخشی است که شامل لولهها و ماسکهای تنفسی است و هوا را از دستگاه به ریههای بیمار منتقل میکند. طراحی این مدار باید به گونهای باشد که جریان هوا را به شیوهای مؤثر فراهم کند.
۲.۳.۲ سیستم مانیتورینگ
دستگاههای تهویه مدرن معمولاً دارای سیستم مانیتورینگ هستند که پارامترهای مهمی نظیر فشار، حجم و غلظت اکسیژن را پیگیری میکند. این دادهها برای ارزیابی وضعیت بیمار و تنظیمات دستگاه بسیار
۱. فشارها در سیستم تنفسی
۱.۱ فشار بازکننده راه هوایی (Pawo)
فشار بازکننده راه هوایی (Pawo) به فشار دهانی (Pm) یا فشار راه هوایی (Paw) اطلاق میشود. این فشار معمولاً برای توصیف نیرویی که بر راه هوایی وارد میشود، استفاده میشود. اصطلاحات دیگری که برای اشاره به Pawo به کار میروند، شامل فشار راه هوایی فوقانی، فشار ماسک، و فشار ابتدایی راه هوایی هستند.
در شرایط نرمال، Pawo در آغاز راه هوایی صفر و برابر با فشار اتمسفریک است. برای اندازهگیری دقیقتر فشار در یک بیمار، از فشار مروى (Pes) استفاده میشود که با قرار دادن یک بالون طراحیشده در مری به دست میآید. این فشار باعث تخمین فشار و تغییرات فشار در فضای پلورال میشود.
۱.۲ فشار آلوئولی (PA یا Palv)
فشار آلوئولی، که به عنوان فشار داخل ریهها نیز شناخته میشود، به فشار در آلوئولها اشاره دارد. این فشار به طور طبیعی زمانی که فشار پلورال تغییر میکند، تغییر مییابد. در حالت خودبخودی، فشار آلوئولی حدود -1 cmH2O و در طول بازدم حدود +1 cmH2O است.
۱.۳ فشارهای دیگر
برای توصیف تهویه خودبخودی، چهار نوع فشار مختلف وجود دارد:
- فشار ترانس راه هوایی (Transairway pressure): اختلاف فشار بین فشار داخل راه هوایی و فشار آلوئولی.
- فشار دوسویه قفسه سینه (Transthoracic pressure): اختلاف فشار بین فشار داخل قفسه سینه و فشار اطراف.
- فشار دوسویه ریوی (Transpulmonary pressure): اختلاف فشار بین فضای آلوئولی و فضای پلورال.
- فشار تنفسی (Transrespiratory pressure): اختلاف فشار بین فشار هوایی و فشار آلوئولی.
۲. خصوصیات ریوی
۲.۱ نیروهای مؤثر در تنفس
در فرآیند تنفس، دو نوع نیروی اصلی وجود دارد که در برابر نفوذ هوا به ریهها مقاومت میکند:
- نیروهای الاستیک: این نیروها ناشی از خصوصیات ریوی و قفسه سینه هستند و به تلاش برای بازگشت به شکل اولیه پس از کشش اشاره دارند.
- نیروهای مالشی: این نیروها ناشی از مقاومت بافتها و موانع جریان هوا در سراسر راههای هوایی هستند.
۲.۲ کمالیانس و مقاومت
برای توصیف خصوصیات مکانیکی سیستم تنفسی، دو پارامتر اساسی وجود دارد:
- کمالیانس (Compliance): این پارامتر نشانهای از راحتی تعدیل و باد شدن ریهها است. در واقع، کمالیانس معکوس الاستیسیته است، یعنی تمایل ریهها برای بازگشت به شکل اولیه بعد از کشش به وسیله نیروی خارجی.
در اینجا VV حجم و PP فشار میباشد.
- مقاومت (Resistance): این پارامتر نشاندهنده مقاومت جریان هوا در طی عبور از راههای هوایی است. هر چه مقاومت بالاتر باشد، نیاز به نیروی بیشتری برای جریان هوا وجود دارد.
۲.۳ رابطه بین کمالیانس و مقاومت
تعیین تعادل بین کمالیانس و مقاومت برای ارزیابی کارآیی تنفسی بیماران بسیار حیاتی است. اگر کمالیانس کاهش یابد یا مقاومت افزایش یابد، بیمار ممکن است دچار نارسایی تنفسی شود و نیاز به تهویه مکانیکی داشته باشد.
.۱ تعریف و فرمول
کمالیانس (C) به میزان تغییر حجم (ΔV) در پاسخ به یک تغییر فشار (ΔP) اشاره دارد و به صورت زیر تعریف میشود:
در اینجا:
- ΔV: تغییر حجم، معمولاً بر حسب میلیلیتر یا لیتر اندازهگیری میشود.
- ΔP: تغییر فشار، معمولاً بر حسب سانتیمتر آب (cmH2O) ارزیابی میشود.
۱.۲ واحدهای اندازهگیری
کمالیانس معمولاً برحسب میلیلیتر بر سانتیمتر آب (ml/cmH2O) ثبت میشود. مقادیر کمالیانس میتواند در شرایط مختلف بیمار متغیر باشد و بر اساس ویژگیهای فردی و وضعیت تنفسی متفاوت است.
۲. مقادیر طبیعی و تغییرات کمالیانس
۲.۱ مقادیر طبیعی
در یک فرد که بهطور طبیعی تنفس میکند، کمالیانس کل سیستم تنفسی به طور میانگین حدود 100 ml/cmH2O (0.1 L/cmH2O) است. با این حال، این مقدار میتواند در شرایط خاص تغییر کند.
۲.۲ عوامل مؤثر بر کمالیانس
مقدار کمالیانس میتواند بهطور قابل توجهی بسته به عوامل زیر متفاوت باشد:
- وضعیت ریهها: بیماریهای ریوی یا مشکلات ساختاری میتوانند کمالیانس را کاهش دهند.
- پوزیشن بیمار: وضعیت قرارگیری بیمار (درازکش، نشسته و …) تأثیر زیادی بر کمالیانس دارد.
- جنس بیمار: معمولاً کمالیانس در مردان و زنان تفاوت دارد.
- فعالیت تنفسی: تنفس در حالت دم یا بازدم فعال میتواند بر مقادیر کمالیانس تأثیر بگذارد.
۲.۳ کمالیانس در بیماران تحت تهویه مکانیکی
برای بیماران انتوبه شده و تحت تهویه مکانیکی با ریۀ طبیعی و قفسه سینه طبیعی، مقادیر کمالیانس بهطور کلی بین 40-50 میلیلیتر بر سانتیمتر آب برای مردان و 35-45 میلیلیتر بر سانتیمتر آب برای زنان گزارش میشود. در بعضی از شرایط، این مقدار میتواند به 100 میلیلیتر بر سانتیمتر آب نیز برس
نتیجهگیری
فهم دقیق فشارهای مرتبط با سیستم تنفس و خصوصیات ریوی برای دستیابی به نتایج بهتر در تهویه مکانیکی اهمیت دارد. این اطلاعات به متخصصان پزشکی کمک میکند تا با تعریف درست نیازهای تنفسی بیماران، روشهای مناسب درمان را انتخاب کنند و از تجهیزات بهترین بهره را ببرند. با پیشرفتهای مداوم در تحقیق و تکنولوژی، آگاهی از این مفاهیم بهبود مستمر در روشهای مراقبتی را به همراه خواهد داشت.