Tác giả: Thạc sĩ – Bác sĩ Đặng Thanh Tuấn – Trưởng khoa hồi sức Ngoại – Bệnh viện Nhi Đồng 1 – TPHCM
Hiểu về thở máy phải bắt đầu bằng việc xem xét sinh lý và cơ học của nhịp thở tự nhiên bình thường. Thở tự nhiên được định nghĩa là sự di chuyển của không khí vào và ra khỏi phổi do kết quả của công việc được thực hiện bởi cơ hô hấp của người đó. Thông khí áp lực dương, mặt khác, được định nghĩa là sự di chuyển của không khí vào phổi bằng cách áp dụng áp lực dương vào đường thở thông qua ống nội khí quản, ống mở khí quản hoặc mặt nạ không xâm lấn.
Thể tích phổi
Phổi nằm trong một khoang ngực được bao quanh bởi thành ngực. Khoang ảo giữa phổi và thành ngực được gọi là khoang màng phổi. Phổi, bao gồm các mô đàn hồi, có xu hướng co vào bên trong, và thành ngực có xu hướng hướng ra ngoài. Nếu phổi được lấy ra khỏi khoang ngực và không còn bị ảnh hưởng bởi thành ngực hay khoang màng phổi, chúng sẽ xẹp như một quả bóng xì hơi. Tương tự như vậy, loại bỏ phổi khỏi khoang ngực sẽ khiến thành ngực, không còn bị ảnh hưởng bởi phổi hoặc khoang màng phổi, đi ra ngoài. Sự cân bằng đạt được giữa tính đàn hồi của phổi hướng vào trong và tính đàn hồi của thành ngực hướng ra bên ngoài xác định thể tích phổi khi thở ra. Do sự kết hợp của phổi và thành ngực, áp lực trong khoang màng phổi, được gọi là áp lực màng phổi (Ppl, pleural pressure), nhỏ hơn áp lực khí quyển khi thở ra. Áp lực màng phổi dưới khí quyển này ngăn không cho thành ngực hướng ra ngoài và phổi không bị xẹp xuống (Hình 1.1).
Áp lực xuyên phổi
Đối với một thể tích phổi nhất định ở trạng thái cân bằng, các lực đẩy các thành phế nang ra bên ngoài phải bằng các lực đẩy các thành phế nang vào trong. Lực mở rộng ra bên ngoài là áp lực phế nang (Palv, alveolar pressure). Các lực bên trong làm xẹp là áp lực màng phổi và áp lực co đàn hồi phổi (Pel, lung elastic recoil pressure). Sự khác biệt giữa áp lực phế nang và áp lực màng phổi, được gọi là áp lực xuyên phổi (Ptp, trans- pulmonary pressure), bằng và ngược lại với áp lực co đàn hồi phổi cho một thể tích phổi nhất định (Hình 1.2).
Áp lực xuyên phổi xác định thể tích phổi. Tăng áp lực xuyên phổi làm tăng áp lực ra bên ngoài của phổi, dẫn đến một thể tích phổi lớn hơn. Do đó, phổi có thể được bơm phồng bằng cách giảm áp lực màng phổi, như xảy ra trong nhịp thở tự nhiên, hoặc do tăng áp lực phế nang, như xảy ra trong thông khí áp lực dương (Hình 1.3).
Khái niệm chính # 2
- Để làm phồng phổi, Ptp phải tăng
- Ptp = Palv− Ppl
- Để tăng Ptp, giảm Ppl (thở tự nhiên) hoặc tăng Palv (thở áp lực dương)
Mối quan hệ giữa áp lực xuyên phổi và thể tích phổi không phải là tuyến tính, mà là đường cong, vì khi thể tích phổi tăng lên, phổi trở nên cứng hơn và ít giãn nở hơn. Đó là, sự gia tăng lớn hơn của áp lực xuyên phổi chắc chắn là cần thiết để đạt được mức tăng tương tự về thể tích phổi ở mức thể tích phổi cao hơn so với mức thể tích phổi thấp hơn. Tương tự như vậy, tăng áp lực xuyên phổi theo một mức cài đặt sẽ dẫn đến tăng thể tích phổi lớn hơn ở mức thể tích phổi thấp hơn so với thể tích phổi cao hơn (Hình 1.4).
Nhịp thở tự nhiên
Hít vào
Trong quá trình thở tự nhiên, hít vào xảy ra bằng cách tăng áp lực màng phổi, làm tăng áp lực xuyên phổi (nhớ lại Ptp = Palv− Ppl). Trong điều kiện bình thường, áp lực phế nang bằng với áp lực khí quyển ở cuối thì thở ra. Trong khi hít vào, cơ hoành và các cơ hô hấp khác co lại, đẩy nội tạng trong bụng xuống và lồng xương sườn hướng lên và hướng ra ngoài, cuối cùng làm tăng thể tích trong lồng ngực. Định luật Boyle nói rằng, đối với một lượng khí cố định được giữ ở nhiệt độ hằng định, áp lực và thể tích tỷ lệ nghịch với nhau (áp lực = 1/thể tích). Do đó, sự gia tăng thể tích trong lồng ngực này dẫn đến giảm áp lực trong lồng ngực và do đó giảm áp lực màng phổi. Giảm áp lực màng phổi làm tăng áp lực xuyên phổi và làm cho phổi phồng lên. Sự gia tăng thể tích phổi này, như được giải thích bởi luật Boyle, dẫn đến giảm áp lực phế nang, làm cho nó thấp hơn so với áp lực khí quyển. Bởi vì lưu lượng khí đi từ vùng có áp lực cao hơn sang vùng có áp lực thấp hơn, không khí đi vào phổi cho đến khi áp lực phế nang bằng với áp lực khí quyển.
Thở ra
Thở ra tĩnh là thụ động. Đó là, không có sự co thắt chủ động của cơ hô hấp là cần thiết cho thở ra xảy ra. Các cơ hoành và cơ hô hấp thư giãn, các tạng trong bụng trở về vị trí trước đó và hồi phục thành ngực, cuối cùng dẫn đến giảm thể tích trong lồng ngực. Sự giảm thể tích trong lồng ngực dẫn đến sự gia tăng áp lực trong lồng ngực và do đó làm tăng áp lực màng phổi. Tăng áp lực màng phổi làm giảm áp lực xuyên phổi và khiến phổi xẹp xuống. Sự giảm thể tích phổi này dẫn đến sự gia tăng áp lực phế nang, làm cho nó cao hơn áp lực khí quyển. Do chênh lệch áp lực này, không khí đi ra khỏi phổi cho đến khi áp lực phế nang bằng áp lực khí quyển.
Mô hình hóa hệ hô hấp
Lưu lượng không khí vào và ra khỏi phổi có thể được mô hình hóa theo cách tương tự như mạch điện sử dụng định luật Ohm, trong đó điện áp (V) trên một sức cản bằng với cường độ dòng điện (I) nhân với sức cản (R). Sự khác biệt giữa áp lực đường thở gần (Pair) đo ở miệng và áp lực phế nang (Palv) tương tự như chênh lệch điện áp trong mạch. Tương tự, lưu lượng (Q) và sức cản đường thở (R) trong hệ hô hấp tương tự như dòng điện và sức cản trong mạch, tương ứng (Hình 1.5).
Phương trình cho hệ hô hấp có thể được sắp xếp lại để giải quyết lưu lượng:
Q= (Pair – Palv) / R
Theo quy ước, lưu lượng vào bệnh nhân (thì hít vào) được coi là dương và lưu lượng ra khỏi bệnh nhân (thở ra) được coi là âm. Lưu ý rằng khi áp lực đường thở gần bằng với áp lực phế nang, không có lưu lượng nào theo một trong hai hướng (Q = 0). Trong điều kiện bình thường, bối cảnh này xảy ra hai lần trong chu kỳ thở, khi kết thúc thở ra và kết thúc hít vào.
Với nhịp thở tự nhiên, áp lực đường thở gần bằng áp lực khí quyển. Trong khi hít vào, cơ hoành và các cơ hô hấp khác co lại, làm tăng thể tích phổi và giảm áp lực phế nang, như đã thảo luận trước đây. Quá trình này dẫn đến áp lực phế nang nhỏ hơn áp lực đường thở gần , vẫn duy trì ở áp lực khí quyển. Do đó, lưu lượng sẽ trở thành một giá trị dương, và cho thấy rằng không khí di chuyển vào bệnh nhân. Trong quá trình thở ra, áp lực phế nang cao hơn áp lực đường thở gần, làm cho lưu lượng có giá trị âm, cho thấy không khí di chuyển ra khỏi bệnh nhân.
Với thông khí áp lực dương, như xảy ra với thông khí cơ học, máy thở làm tăng áp lực đường thở trong quá trình hít vào. Sự gia tăng áp lực đường thở gần liên quan đến tăng áp lực phế nang dẫn đến giá trị dương cho lưu lượng, khiến không khí di chuyển vào bệnh nhân. Thở ra với thông khí áp lực dương là thụ động và xảy ra theo cách tương tự như xảy ra trong nhịp thở tự nhiên. Chuỗi các sự kiện ở thì hít vào là khác nhau giữa thở tự nhiên so với thông khí áp lực dương. Trong nhịp thở tự nhiên, tăng thể tích trong lồng ngực dẫn đến giảm áp lực phế nang, dẫn đến lưu lượng không khí đi vào bệnh nhân do độ chênh lệch áp lực. Với thông khí áp lực dương, tăng áp lực đường thở gần dẫn đến không khí di chuyển vào bệnh nhân, do luật Boyle, dẫn đến tăng thể tích phổi (Hình 1.6).
Khái niệm chính # 3
• Hít vào với thở tự nhiên: Palv hạ thấp hơn áp lực khí quyển để hút không khí vào phổi
• Hít vào với thông khí áp lực dương: Pair được tạo ra cao hơn áp lực khí quyển để đẩy không khí vào phổi
Suggested Readings
1. Cairo J. Pilbeam’s mechanical ventilation: physiological and clinical applications. 5th ed. St. Louis: Mosby; 2012.
2. Costanzo L. Physiology. 5th ed. Beijing: Saunders; 2014.
3. Rhoades R, Bell D. Medical physiology: principles for clinical medicine. 4th ed. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins; 2013.
4. Broaddus V, Ernst J. Murray and Nadel’s textbook of respiratory medicine. 5th ed. Philadelphia: Saunders; 2010.
5. West J. Respiratory physiology: the essentials. 9th ed. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins; 2012.
