Sinh lý học Hô hấp ứng dụng của Nunn & Lumb, ấn bản thứ 9. CHƯƠNG 3. SỨC CẢN HỆ HÔ HẤP

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 3. SỨC CẢN HỆ HÔ HẤP

Respiratory system resistance
Andrew Lumb, MB BS FRCA; Caroline Thomas, BSc MBChB MRCS(Ed) FRCA

Nunn and Lumb’s Applied Respiratory Physiology, 3, 27-41.e2

Sức cản đàn hồi (elastic resistance), xảy ra khi không có dòng khí lưu thông, chỉ là hệ quả của hai trong số rất nhiều nguyên nhân gây cản trở sự giãn nở của phổi (như trình bày trong Chương 2). Chương này đi sâu phân tích các thành phần còn lại, được gọi chung là sức cản không đàn hồi (nonelastic resistance) hoặc sức cản hệ hô hấp (respiratory system resistance). Sức cản ma sát đối với dòng khí và sự biến dạng của mô lồng ngực (cả phổi và thành ngực) tạo ra phần lớn sức cản không đàn hồi, bên cạnh một phần nhỏ đóng góp từ quán tính của khí và mô cũng như hiện tượng nén khí trong lồng ngực. Khác với sức cản đàn hồi, công thực hiện để vượt qua sức cản không đàn hồi không được lưu trữ dưới dạng thế năng (do đó không thể phục hồi được), mà sẽ tiêu hao và tỏa ra dưới dạng nhiệt lượng.

Các Nguyên Lý Vật Lý Của Dòng Khí Và Sức Cản

Khí lưu thông từ vùng có áp suất cao đến vùng có áp suất thấp hơn. Tốc độ dòng chảy là một hàm của chênh lệch áp suất và sức cản đối với dòng khí, tương tự như dòng điện (Hình 3.1). Mối quan hệ chính xác giữa chênh lệch áp suất và tốc độ dòng chảy phụ thuộc vào tính chất của dòng chảy, có thể là dòng chảy tầng, dòng chảy cuộn xoáy hoặc sự pha trộn của cả hai. Việc phân tích riêng biệt dòng chảy tầng và dòng chảy cuộn xoáy mang lại nhiều giá trị, nhưng các kiểu dòng chảy hỗn hợp thường xuyên xuất hiện trong đường hô hấp. Với một số lưu ý quan trọng, những nguyên lý cơ bản tương tự cũng áp dụng cho dòng chảy của chất lỏng qua các ống dẫn (xem chi tiết ở Chương 6).

Hình 3.1 Tương tự điện học của dòng khí. Sức cản là chênh lệch áp suất trên mỗi đơn vị tốc độ dòng chảy. Sức cản đối với dòng khí tương tự như sức cản điện (miễn là dòng chảy là dòng chảy tầng). Dòng khí tương ứng với dòng điện (ampe), áp suất khí tương ứng với hiệu điện thế (volt), sức cản dòng khí tương ứng với điện trở (ohm), và định luật Poiseuille tương ứng với định luật Ohm.

Dòng Chảy Tầng

Với dòng chảy tầng (laminar flow), khí di chuyển dọc theo một ống thẳng không phân nhánh thành một loạt các hình trụ đồng tâm trượt lên nhau. Trong đó, lớp hình trụ ngoại vi đứng yên và hình trụ trung tâm di chuyển nhanh nhất, phần rìa hình nón tiến về phía trước tạo thành một đường parabol (Hình 3.2, A).

Phần rìa hình nón tiến về phía trước cho thấy một lượng khí mới sẽ đi đến cuối ống, nhưng thể tích đi vào ống vẫn nhỏ hơn tổng thể tích của ống. Trong bối cảnh của đường hô hấp, thông khí phế nang vẫn diễn ra đáng kể ngay cả khi thể tích khí lưu thông (tidal volume) nhỏ hơn thể tích của đường thở (khoảng chết giải phẫu (anatomical dead space)), một nguyên lý đặc biệt quan trọng đối với phương pháp thông khí tần số cao. Cũng vì lý do này, dòng chảy tầng có hiệu suất tương đối thấp trong việc đẩy sạch các chất chứa bên trong một ống dẫn.

Về mặt lý thuyết, lớp khí tiếp giáp với thành ống sẽ đứng yên, do đó ma sát giữa chất lưu và thành ống là không đáng kể. Vì vậy, các đặc tính vật lý của thành đường thở hoặc thành mạch máu không ảnh hưởng đến sức cản đối với dòng chảy tầng. Tương tự, thành phần của khí được lấy mẫu từ khu vực ngoại vi của ống trong quá trình dòng chảy tầng có thể không đại diện chính xác cho phần khí đang tiến xuống trung tâm của ống. Để vấn đề trở nên phức tạp hơn, dòng chảy tầng đòi hỏi một chiều dài ống tới hạn nhất định trước khi kiểu mặt nón tiến về phía trước đặc trưng có thể hình thành. Công thức tính chiều dài đầu vào (entrance length) phụ thuộc vào đường kính của ống cũng như chỉ số Reynolds của chất lưu (xem phần sau).

Các Mối Quan Hệ Định Lượng

Với dòng chảy tầng, tốc độ dòng khí tỷ lệ thuận với gradient áp suất dọc theo ống (Hình 3.2, B); hằng số do đó được định nghĩa là sức cản đối với dòng khí:

ΔP = tốc độ dòng chảy x sức cản