I. Các thể tích phổi
- Các thể tích tĩnh của phổi được đo bằng phế dung kế. Thông thường, đối tượng ngồi và hít vào và thở ra phế dung kế, dịch chuyển một cái chuông. Thể tích khí bị dịch chuyển sẽ được ghi lại trên giấy đã được hiệu chuẩn.
- Đầu tiên, đối tượng được yêu cầu thở êm. Bình thường, thở bình thường liên quan với hít vào và thở ra của một thể tích khí lưu thông. Bình thường, thể tích khí lưu thông xấp xỉ gần 500 ml (tidal volume - Vt) bao gồm thể tích khí lấp đầy vào phế nang cộng với thể tích khí lấp đầy đường dẫn khí.
Kế tiếp, đối tượng được yêu cầu hít vào tối đa, sau đó là thở ra tối đa. Với thao tác (maneuver - thao tác, động tác) này, thể tích bổ sung của phổi được bộc lộ, Thể tích bổ sung này có thể hít vào vượt trên thể tích khí lưu thông được gọi là thể tích dự trữ hít vào, thể tích này gần bằng 3000 ml. Thể tích bổ sung có thể thở ra dưới mức thể tích lưu thông được gọi là thể tích thở ra dự trữ, xấp xỉ 1200 ml
Thể tích khí vẫn còn lại trong các phổi sau một lực thở tối đa là thể tích khí cặn (residual volume - RV) nó xấp xỉ gần 1200 ml và không thể đo bằng phế dung kế.
II. Các dung tích phổi:
Ngoài những thể tích phổi này, có vài dung tích phối; mỗi dung tích bao gồm 2 hoặc nhiểu thể tích phổi. Dung tích hít vào - inspiratory capacity (IC) bao gồm thể tích khí lưu thông cộng với thể tích khí hít vào dự trữ xấp xỉ = 3500 ml (500 + 3000 ml).
The functional residual capacity (FRC) - dung tích cặn chức năng bao gồm: thể tích thở ra bảo tồn (ERV) + thể tích cặn RV gần xấp xỉ 2400 ml (1200 +1200). FRC là thể tích vẫn còn trong phổi sau một thể tích lưu thông bình thường được thở ra và có thể được coi là thể tích cân bằng của phổi.
Dung tích sống (Vital Capacity) bao gồm dung tích hít vào cộng với thể tích thở ra dự trữ xấp xỉ 4700 ml (3500 + 1200 ml). Vital capacity là thể tích có thể được thở ra sau khi hít vào tối đa. Giá tri của nó tăng theo kích thước cơ thể, giởi tính, và tình trạng thể chất và giảm theo tuổi.
Dung tích toàn bộ (TLC) bao gồm tất cả các thể tích phổi: VC + RV = 4700 +1200
Vì RV không thể được đo bằng phế dung kế, nên các dung tích phổi mà bao hàm cả RV thì không thể đo được bằng phế dung ký (chẳng hạn FRC và TLC). Trong số các dung tích không đo được bằng phế dung ký thì FRC (thể tích khí còn trong phổi sau khi thở ra một hơi thở bình thường) được quan tâm nhất bởi vì nó là thể tích của phổi lúc nghỉ hay cân bằng.
2 phương pháp được sử dụng để đo FRC:
- phương pháp pha loãng heli và phương pháp toàn thân bằng buồng đo thể tích
+ Trong phương pháp pha loãng heli, đối tượng hít một lượng helium biết trước đã được thêm vào phế dung kế. Bởi vì helium không hòa tan được trong máu (không xảy ra trao đổi ở phế nang), sau một vài hơi thở nồng độ heli trong phổi trở nên cân bằng trong phế dung kế, có thể đo được.
V phe dung kế.C1 = (Vphoi + V phế dung kế) x C2
Vphoi là thể tích của phổi tại thời điểm bắt đầu đo.
Vphe dung ké trước và sau là bằng nhau nha
Nếu phép đo này được thực hiện sau khi thở ra một thể tích khí lưu thông bình thường thì thể tích phổi được tính chính là FRC.
+ Phương pháp toàn thân bằng buồng đo thể tích sử dụng một biến thể của định luật Boyle, định luật này phát biểu rằng đối với khí ở nhiệt độ không đỏi, áp suất khí nhân với thể tích khí là hằng số (PxV = constant). Do đó nếu thể tích tăng thì áp suất phải giảm, và nếu thể tích giảm thì áp suất tăng. Để đo FRC đối tượng sẽ ngồi trong một hộp kín lớn gọi là plethýmograph, Sau khi thở ra một thể tích khí lưu thông bình thường, ồng ngậm nối ới đường thở của đối tượng sẽ đóng lại. Lúc này đoói tượng cố gắng hít thở. Khi đối tượng cố gắng hít vào, thể tích phổi của đối tượng tăng và áp lực trong phổi của đối tượng sẽ giảm. Đồng thời, thể tích trong hộp giảm xuống và áp lưc trong hộp lại tăng lên. Sự tăng áp lực trong hộp có thể được đo, từ đó thể tích FRC có thể được tính.
III. Khoảng chết
Khoảng chết là thể tích của đường dẫn khí và các phổi nó không tham gia vào trong trao đổi khí. Khoảng chết là một thuật ngữ chung đề cập đến cqr khoảng chết giải phẫu của đường dẫn khí và chức năng.
a. Khoảng chết giải phẫu:
Khoảng chết giải phẫu là thể tích đường dẫn khí bao gồm mũi, khí quản, phế quản, và các tiểu phế quản. Nó không bao gồm các tiểu phế quản hô hấp và phế nang. Thể tích của đường dẫn khí xấp xỉ 150 ml. Khi thể tích khí lưu thông 500 ml được hít vào, toàn bộ thể tích không chạm đến phế nang để trao đổi khí, trong đó có 150 ml lấp đầy trong đường dẫn khí và 350 ml được lấp đầy trong phế nang.
b. Khoảng chết sinh lý:
= Khoảng chết giải phẫu cộng với khoảng chết chức năng của phế nang
Ở người bình thường, khoảng chết sinh lý gần bằng với khoảng chết giải phẫu. Hay nói cách khác thông khí phế nang và tưới máu là phù hợp với nhau, và khoảng chết chức năng là nhỏ.
Tuy nhiên trong trường hợp bệnh, khoảng chết sinh lý có thể lớn hơn so với khoảng chết giải phẫu, gợi ý sự bất tương hợp giữa thông khí và tưới máu. Tỷ lệ của khoảng chết sinh lý với thể tích khí lưu thông gợi ý một dự đoán hiệu quả thông khí như thế nào.
Thể tích của khoảng chết sinh lý được dự đoán bằng cách sau, dựa vào các kết quả đo áp suất riêng phần của CO2 của khí thở ra được trộn (the partial pressure of CO2 of mixed expired air) và 3 giả định sau: (1) tất cả khí CO2 thở ra xuất phát từ khí đã được tưới máu trong phế nang (2) Không có CO2 trong khí hít vào và (3) khoảng chết sinh lý không trao đổi cũng không đóng góp bất kỳ CO2. Nếu khoảng chết sinh lý bằng 0, thì áp suất CO2 của khí trộn sẽ bằng với áp suất riêng phần của phế nang. Tuy nhiên, nếu khoảng chết sinh lý hiện diện, thì áp suất riêng phần CO2 của khí trộn sẽ được pha loãng bởi khí khoảng chết và áp suất riêng phần của Co2 trong khí trộn sẽ ít hơn áp suất riêng phần của CO2 trong phế nang. Vì vậy, bằng cách so sánh áp suất riêng phần của khí trộn với áp suất riêng phần của phế nang, yếu tố pha loãng (tức thể tích của khoảng chết sinh lý) cần được đo. Một vấn đề tiềm ẩn trong quá trình đo khoảng chết sinh lý là phế nang không thể được lấy mẫu trực tiếp. Vấn đề này nằm ngoài tầm với, tuy nhiên, bời vì khí phế nang bình thường cân bbằng với áp suất máu mao mạch phổi (chúng sẽ trở thành máu động mạch hệ thống). Bởi vì PCO2 của động mạch hệ thống bằng với PCO2 phế nang (PAco2). Sử dụng giả thuyết này, thể tích khoảng chết sinh lý được tính bằng phương trình sau:
Sự pha trộn: Khi bạn thở ra, lượng khí thoát ra (Vt) là sự kết hợp của:
Khí từ phế nang có trao đổi khí (chứa nhiều CO_2).
Khí từ khoảng chết (không chứa CO_2).
Hay nói cách khác ở trạng thái cân bằng thì thể tích khoàng chết sinh lý bằng với thể tích khí lưu thông nhân với một tỷ số. Tỷ số đại diện cho sự pha loãng của áp suất riêng phần Co2 bởi khoảng chết. (không có Co2 đóng góp)
Để đánh giá tốt hơn phương trình và ứng dụng của nó, xem xét 2 ví dụ. Ở ví dụ đầu tiên, giả sử răng khoảng chết sinh lý là bằng 0; ở ví dụ thúe 2, giả sử khoảng chết sinh lý bằng với toàn bộ khí lưu thông.
+ Ở ví dụ đầu, trong đó khoảng chết sinh lý bằng 0, PCO2 khí thở ra sẽ giống như PCO2 của khí phế nang và PaCO2 của máu động mạch bởi vì không có thông khí lãng phí: Tỷ suất trong phương trình là = 0. Ở ví dụ thứ 2, trong đó khoảng chết là bằng với toàn bộ khí lưu thông, không có khí trao đổi: Vì vậy PECO2 sẽ bằng 0, tỷ suất sẽ =1 và Vd=Vt
IV. Tốc độ thông khí:
Tốc độ thông khí là thể tích của khí duy chuyển trong và ngoài phổi mỗi đơn vị thời gian. Tốc độ thông khí có thể được trình bày hoặc như một thông khí phút, đó là tổng tốc độ của khí di chuyển trong và ngoài phổi, hay thông khí phế nang, hiệu chỉnh cho khoảng chết sinh lý. Để tính toán thông khí phế nang, khoảng chết sinh lý đầu tiên phải được đo, nó liên quan đến việc lấy mẫu máu động mạch hệ thống.
Thông khí phút được tính theo phương trình sau:
Thông khí phút = Vt x nhịp thở/phút
Thông khí phế nang là thông khí phút được hiệu chỉnh cho khoảng chết sinh lý và được tính theo phương trình sau:
Va=(Vt-Vd)xnhịp thở/phút
trong đó thì
Va = thông khí phế nang
Vt= thể tích khí lưu thông
Vd= khoảng chết sinh lý
Ví dụ mẫu: một người đàn ông có thể tích khí lưu thông là 550 ml thở với tốc độ là 14 nhịp thở/phút. Áp suất riêng phần của PCO2 trong khí thở ra là 30 mmHg, áp suất PCO2 trong máu động mạch là 40 mmHg. Thông khí phút là bao nhiêu? Thông khí phế nang là gì? Phần trăm của mỗi thể tích khí lưu thông chạm đến phế nang chức năng? Tỷ lệ phần trăm của mỗi thể tích khí lưu thông là thể tích khoảng chết là bao nhiêu?
Vấn đề: Thông khí phút= 550 x 14 = 7700 ml/Phút
Thông khí phế nang là thông khí phút được hiệu chỉnh cho khoảng chết sinh lý. Khoảng chết sinh lý không tham gia vào trao đổi khí CO2.
Vd = Vt x (40 - 30) /40 = 550 x (1/4) = 138 ml
Thồng khí phế nang = (550 -138)x14
Nếu thể tích lưu thông là 550 và khoảng chết sinh lý là 138 ml, thì thể tích làm mới của khí phế nang chức năng trong hơi thở là 412 chiếm 75%, khoảng chết chiếm 25%.
V. Phương trình thông khí phế nang
Phương trình thôg khí phế nang là mối quan hệ nền tảng của sinh lý hô hấp và được mô tả mối quan hệ ngược giữa thông khí phế nang và áp suất riêng phần của phế nang.
fundanmental: nền tảng
Phương trình thông khí phế nang được trình bày như sau:
VA= VCO2 x K/PACO2
Hằng số K, bằng 863 mmHg cho các điều kiện của BTPS và khi VA và VCO2 được trình bày trong cùng các đơn vị (ml/min). BTPS có nghĩa nhiệt độ cơ thể là 310 K, áp suất xung quanh (ambient) = 760 mmHg, và khí được bão hòa bởi hơi nước.
Bằng việc sắp xếp lại phương trình, PCO2 phế nang có thể được dưj đoán nếu 2 biến được biết: (1) tốc độ sản xuất CO2 từ chuyển hóa hiếu khí (aerobic) của mô và (2) thông khí phế nang, tiết CO2 này trong khí được thở ra.
Một điểm quan trọng được hiểu từ phương trình thông khí phế nang là nếu sản phẩm CO2 là hằng định thì PACO2 được quyết định bởi thông khí phế nang. Đối với một ồng độ sản phẩm CO2, có một mối quan hệ theo hình hyperbol giữa PACO2 và VA. Tăng thông khí phế nang gây ra một sự giảm PACO2 và ngược lại.
Một điểm quan trọng bổ sung, vốn không dễ nhận thấy ngay từ phương trình: vì CO2 luôn đạt trạng thái cân bằng giữa máu mao mạch phổi và khí phế nang. Nên áp suất riêng phần CO2 trong động mạch (PaCO2) luôn bằng với áp suất riêng phần CO2 trong khí phế nang (PACO2). Do đó, PaCO2 vốn có thể đo trực tiếp có thể sử dụng thay thế cho PACO2 trong phần thảo luận trước.
Cũng không có gì quá to tác ở đây, đọc kỹ lại là hiểu.
Câu hỏi đặt ra là tại sao PCO2 động mạch (và phế nang) lại tỷ lệ nghịch với thông khí phế nang.? Để hiểu mối quan hệ ngược này, đầu tiên đánh giá rằng thông khí phế nang, kéo theo CO2 đi ra ngoài khỏi mao mạch phổi. Với mỗi nhịp thở, khí tự do CO2 được mang vào trong phổi, điều này tạo nên một động lực đối với CO2 khuếch tán mao mạch phổi vào trong khí phế nang (cản lại); CO2 được kéo ra ngoài mao mạch phổi sẽ được thở ra. Thông khí phế nang càng cao thì có nhiều CO2 đươccj kéo ra khỏi máu và áp suất riêng phần máu động mạch càng thấp và áp lực riêng phần của PACO2 phế nang thấp theo (bởi vì áp lực riêng phần của phế nang luôn bằng với áp lực riêng phần của động mạch đối với CO2). Thồng khí càng thấp, có ít CO2 được kéo ra khỏi máu và PaCO2 và PACO2 càng cao.
Một cách khác để suy nghĩ về phương trình thông khí phế nang là xem xét mối quan hệ giữa PACO2 và VA sẽ thay đổi như thế nào khi sản xuất CO2 thay đổi. Ví dụ, nếu sản xuất CO2 (VCO2) tăng gấp đôi (chẳng hạn trong khi tập luyện gắng sức), đường cong hyperbol mô tả mối quan hệ giữa PACO2 và VA sẽ dịch chuyển sang phải. Trong những điều kiện này, cách duy nhất để duy trì PACO2 ở giá trị bình thường (tức là 40 mmHg) là thông khí phế nang cũng phải tăng gấp đôi. Biểu đồ cho thấy rằng nếu sản xuất CO2 tăng từ 200 ml/phút --> 400 ml/phút, PACO2 vẫn được duy trì ở mức 40 mmHg nếu đồng thời VA tăng từ 5L/phút lên 10 L/phút.
VI. Phương trình khí phế nang
Phương trình thông khí phế nang mô tả sự phụ thuộc của PCO2 phế nang và động mạch vào thông khí phế nang. Một phương trình thứ 2, phương trình khí phế nang được sử dụng để dự đoán PO2 phế nang, dựa trên PCO2 phế nang, và được minh họa bởi biểu đồ O2-CO2 như hình. Phương trình khí phế nang được trình bày như sau:
Yếu tố điều chỉnh thường nhỏ và thường được bỏ qua. Ở trạng thái cân bằng, R, tỷ lệ trao đổi hô hấp = thương số hô hấp. Theo phương trình thông khí trước đó, khi thông khí giảm một nửa, PACO2 gấp đôi (bởi vì ít CO2 được tống ra khỏi phế nang). Một hệ quả thứ 2 của giảm thông khí một nửa là PAO2 sẽ giảm (sự giảm trong thông khí phế nang có nghĩa rằng ít O2 được mang vào phế nang). Phương trình khí phế nang dự đoán sự thay đổi của PAO2 sẽ xảy ra khi PACO2 thay đổi. Vì giá trị bình thường của tỉ số trao đổi hô hấp là 0,8 nên khi thông khí phế nang giảm một nửa, mức giảm cua PAO2 sẽ hơi lớn hơn so với mức tăng của PACO2. Tóm lại. khi thông khí phế nang giảm một nửa, PACO2 sẽ tăng gấp đôi, và PAO2 sẽ giảm hơn một nửa một chút.
Phương trình khí phế nang tiết lộ rằng nếu đói với một vài lý do làm thay đổi tỷ lệ trao đổi hô hấp, mối quan hệ giữa PACO2 và PAO2 cũng thay đổi. Như đã biết, giá trị bình thường của trao đổi hô hấp là 0,8. Tuy nhiên, nếu tốc độ của CO2 tạo ra giảm liên quan đến tốc độ của tiêu thụ O2 (tức nếu thương số hô hấp và tỷ lệ trao đổi hô hấp là 0,6 ít hơn 0.8), thì PAO2 sẽ giảm tương đối so với PACO2.
Ví dụ:
Một người đàn ông, có tốc độ tạo CO2 là 80% so với mức tiêu thụ O2. Nếu máu động mạch có PCO2 là 40 mmHg và PO2 trong khí quản là 150 mmHg, vậy thì PO2 trong phế nang là bao nhiêu?
PAO2 = PO2 trong khí quản - PACO2/R = 150 - 40/0.8=100
VII. Các thể tích thở ra áp lực:
Dung tích sống là thể tích khí mà có thể được thở ra sau một hơi thở hít vào tối đa. Dung tích sống gắng sức (FVC) là tổng thể tích của khí mà có thể được thở ra một cách gắng sức sau một lần h ít vào tối đa, như minh họa trong hình 5.6. Thể tích khí có thể được thở ra gắng sức trong giây đầu tiên được gọi là FEV1. Tương tự, thể tích tích lũy thở ra trong 2 giây được gọi là FEV2 và thể tích tích lũy thở ra trong 3 giây được gọi la FEV3. Bình thường toàn bộ dung tích sống có thể được thở ra gắng sức trong vòng 3 giây, vì vậy không cần phải có FEV4.
FVC và FEV1 chỉ số hữu ích trong các bệnh phổi. Cụ thể, phân số của dung tích sống có thể được thở ra trong giây đầu tiên. Ví dụ, trong một người bình thường, FEV1/FVC là xấp xỉ gần bằng 0.8, có nghĩa rằng 80% dung tích sống gắng sức có thể được thở ra trong giây đầu tiên của thở gắng sức. Ở những bệnh nhân bệnh tắc nghẽn như hen và COPD, cả FVC và FEV1 đều giảm, nhung FEV1 là giảm nhiều hơn FVC. Vì vậy FEV1/FVC giảm, điều này là điển hình cho sự tắc nghẽn đường thở với việc tăng kháng lực đối với dòng khí thở ra. Trong một bệnh nhân với một bệnh phổi giới hạn như là xơ phổi, thì cả FVC và FEV1 đều giảm nhưng FEV1 giảm ít hơn so với FVC. Vì vậy ở người bị xơ phổi, FEV1/FVC thực sự tăng.
