Sinh lý học Hô hấp ứng dụng của Nunn & Lumb, ấn bản thứ 9. CHƯƠNG 2. CÁC LỰC ĐÀN HỒI VÀ THỂ TÍCH PHỔI

Sinh lý học Hô hấp ứng dụng của Nunn & Lumb, ấn bản thứ 9. Nunn and Lumb’s Applied Respiratory Physiology 9th Edition.
Chủ biên: Andrew Lumb, Caroline Thomas. Nhà xuất bản ELSEVIER. Biên dịch: Ts.Bs. Lê Nhật Huy, Ths.Bs. Lê Đình Sáng. ISBN-13: 978-0702079085. 
Ấn bản tiếng Việt của cuốn sách này được dịch & chia sẻ vì mục đích lan toả tri thức, hoàn toàn phi lợi nhuận, duy nhất trên các website sachyhoc.com & yhoclamsang.net của THƯ VIỆN MEDIPHARM. NGHIÊM CẤM THƯƠNG MẠI HOÁ bản dịch tiếng Việt của cuốn sách này dưới bất cứ hình thức nào.

CHƯƠNG 2. CÁC LỰC ĐÀN HỒI VÀ THỂ TÍCH PHỔI

Elastic forces and lung volumes
Andrew Lumb, MB BS FRCA; Caroline Thomas, BSc MBChB MRCS(Ed) FRCA

Nunn and Lumb’s Applied Respiratory Physiology, 2, 14-26.e2

LỰC ĐÀN HỒI VÀ THỂ TÍCH PHỔI

Một lá phổi cô lập sẽ có xu hướng co lại cho đến khi toàn bộ lượng khí bên trong bị tống ra ngoài. Ngược lại, khi lồng ngực được mở ra, thành ngực có xu hướng nở rộng đến một thể tích lớn hơn khoảng 1 lít so với dung tích cặn chức năng (functional residual capacity – FRC). Do đó, ở một người đang thư giãn với đường thở mở và không có luồng khí di chuyển (ví dụ như ở cuối kỳ thở ra hoặc hít vào), lực đàn hồi co rút vào trong của phổi (inward elastic recoil) được cân bằng chính xác với lực đàn hồi nở ra ngoài của lồng ngực (outward recoil).

Các chuyển động của phổi hoàn toàn mang tính thụ động và là kết quả của các lực tác động từ bên ngoài vào phổi. Khi cơ thể thở tự nhiên, các lực bên ngoài chính là các cơ hô hấp, trong khi thông khí nhân tạo thường là sự đáp ứng với chênh lệch áp suất được tạo ra giữa đường thở và môi trường xung quanh. Trong mỗi trường hợp, kiểu đáp ứng của phổi bị chi phối bởi sức cản vật lý (physical impedance) của hệ hô hấp. Sự cản trở này bắt nguồn từ nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất bao gồm:

• Sức cản đàn hồi (elastic resistance) của mô phổi và thành ngực
• Sức cản từ lực bề mặt (surface forces) tại mặt phân cách khí-lỏng của phế nang
• Sức cản ma sát (frictional resistance) đối với dòng khí đi qua đường thở
• Sức cản ma sát do sự biến dạng của các mô lồng ngực (sức cản mô nhớt đàn hồi – viscoelastic tissue resistance)
• Quán tính (inertia) liên quan đến sự di chuyển của khí và mô.

Ba yếu tố cuối cùng hợp thành sức cản không đàn hồi (nonelastic resistance) hay sức cản hệ hô hấp (respiratory system resistance); những sức cản này xuất hiện trong lúc luồng khí đang lưu thông dọc theo đường thở, và công sinh ra để vượt qua sức cản ‘ma sát’ này bị tiêu tán dưới dạng nhiệt lượng và mất đi.

Hai dạng sức cản đầu tiên gộp chung thành sức cản ‘đàn hồi’. Các thiết bị đo lường ghi nhận sức cản này khi không có dòng khí lưu thông trong phổi. Công sinh ra để vượt qua sức cản đàn hồi được lưu trữ dưới dạng thế năng, và sự biến dạng đàn hồi trong kỳ hít vào đóng vai trò là nguồn năng lượng thông thường cho kỳ thở ra trong cả hô hấp tự nhiên lẫn thông khí nhân tạo.

Chương sách này đề cập đến sức cản đàn hồi do phổi và thành ngực tạo ra; tác giả sẽ phân tích các yếu tố này một cách riêng biệt và sau đó đánh giá tổng thể. Khi các cơ hô hấp hoàn toàn thư giãn, những yếu tố này chi phối thể tích phổi tĩnh ở cuối kỳ thở ra hoặc dung tích cặn chức năng (FRC); do đó, nội dung chương cũng sẽ đi sâu phân tích các thể tích phổi.

Lực Đàn Hồi Co Rút Của Phổi

Giới y khoa định nghĩa độ giãn nở của phổi (lung compliance) là sự thay đổi thể tích phổi trên mỗi đơn vị thay đổi của chênh lệch áp suất xuyên thành (transmural pressure gradient) (tức là chênh lệch áp suất giữa phế nang và khoang màng phổi). Độ giãn nở thường được biểu thị bằng lít (hoặc mililít) trên kilopascal (hoặc centimet nước), với giá trị bình thường là khoảng 1.5 L.kPa⁻¹ (150 mL.cmH₂O⁻¹). Những lá phổi cứng (stiff lungs) có độ giãn nở thấp.

Độ giãn nở phân loại thành dạng tĩnh (static) hoặc động (dynamic), tùy thuộc vào phương pháp đo lường. Bác sĩ đo độ giãn nở tĩnh sau khi giữ phổi ở một thể tích cố định trong khoảng thời gian lâu nhất có thể, trong khi độ giãn nở động thường được đo trong quá trình thở nhịp nhàng bình thường. Độ cứng (elastance) là nghịch đảo của độ giãn nở và có đơn vị đo là kilopascal trên lít. Phổi cứng có độ cứng cao.

Bản chất của các lực gây co rút phổi

Trong nhiều năm, y học từng cho rằng lực co rút của phổi hoàn toàn sinh ra do sự kéo căng của các sợi elastin màu vàng bên trong nhu mô phổi. Năm 1929, bác sĩ von Neergaard đã chỉ ra rằng một lá phổi chứa đầy nước và ngâm trong nước có độ cứng thấp hơn rất nhiều so với giá trị bình thường thu được khi lá phổi đó chứa đầy không khí. Ông đã kết luận chính xác rằng phần lớn ‘lực đàn hồi co rút’ bắt nguồn từ sức căng bề mặt (surface tension) hoạt động trên toàn bộ mặt phân cách khí/nước rộng lớn lót bên trong các phế nang.

Hình 2.1 Sức căng bề mặt và áp suất xuyên thành phế nang. (A) Mối quan hệ áp suất ở hai phế nang có kích thước khác nhau nhưng có cùng sức căng bề mặt của dịch lót phế nang. (B) Những thay đổi về sức căng bề mặt liên quan đến diện tích của màng dịch lót phế nang. (C) Mối quan hệ áp suất của hai phế nang có kích thước khác nhau khi tính đến những thay đổi có thể xảy ra của sức căng bề mặt do tác động của chất hoạt diện.

Sức căng bề mặt tại mặt phân cách khí/nước tạo ra các lực có xu hướng làm giảm diện tích của mặt phân cách đó. Do vậy, áp suất khí bên trong một bong bóng luôn cao hơn áp suất khí xung quanh do bề mặt của bong bóng luôn ở trạng thái căng. Các phế nang mang đặc điểm tương tự như những bong bóng này, mặc dù không khí phế nang kết nối với môi trường bên ngoài thông qua các đường dẫn khí. Áp suất bên trong bong bóng cao hơn áp suất xung quanh một lượng nhất định, lượng này phụ thuộc vào sức căng bề mặt của chất lỏng và bán kính cong của bong bóng theo phương trình Laplace:

P = 2T/R