Lucrul respirației și componentele sale

Acest capitol este cel mai relevant pentru secțiunea F3(ii) din Syllabus 2017 CICM Primary Syllabus, care așteaptă de la candidații la examen să fie capabili să „descrie lucrul respirației și componentele sale”. Acest lucru nu a apărut în lucrările scrise, dar importanța acestui subiect este de așa natură încât putem fi destul de încrezători că, într-o zi, va face parte dintr-un SAQ sau o examinare de tip viva.

În rezumat:

Dintre resursele peer-reviewed pentru această temă, Cabello & Mancebo (2006) este probabil cea mai bună prezentare succintă și este disponibilă gratuit pe ResearchGate. Cineva poate fi capabil să învețe pe de rost acest subiect pe baza a ceea ce a publicat și să treacă un SAQ la examenul primar. Banner et al (1994) este, de asemenea, bun, de fapt mai bun, dar, din păcate, nu este gratuit. Unul ar pleca de la acest articol cu o înțelegere detaliată a acestui subiect. În plus, o lucrare veche a lui R.M. Peters (1969) este, de asemenea, disponibilă gratuit și este probabil încă relevantă, în măsura în care comunitatea științifică nu și-a schimbat recent definițiile de „muncă” sau „respirație”.

Definiții ale muncii și puterii de respirație

Lucrarea este produsul dintre forță și deplasare, măsurat în jouli, unde 1J este cheltuiala unui joule printr-o deplasare de un metru. Ecuația lucrului la modul cel mai elementar este:

Lucru = Forță × Distanță

Dar, în lumea biologică gingașă a fiziologiei respiratorii nu suntem obișnuiți să descriem funcția respiratorie în termeni de forță sau distanță. Din fericire, putem converti cu ușurință acești parametri în presiune și volum. Cea mai bună derivare pentru aceasta poate fi găsită în prima parte, una care necesită modificări minime:

Lucru = Forță × Distanță

Unde

Forță = Presiune × Suprafață

Pentru că

Presiune = Forță / Suprafață

De aceea

.

Lucru = Presiune × Arie × Distanță

Dar

Arie × Distanță = Volum

Deci

Lucru = Presiune × Volum

Tada.

La o persoană normală, în repaus, munca de respirație este de aproximativ 0,35 J/L, iar puterea de respirație este de aproximativ 2,4 J/min. Aceste cifre provin din unele lucrări ale lui Mancebo et al. (1995), care au conectat câțiva voluntari sănătoși la niște echipamente de măsurare a debitului și presiunii și apoi au măsurat presiunea și volumul pe care aceștia le generează în timpul unei respirații calme normale. Conform unor date străvechi de la Liljestrand (1913) și unor analize moderne ale lui Zakynthinos & Roussos (1991), acest tip de respirație calmă și liniștită are un cost al oxigenului de aproximativ 0,25-,5 ml O2 la 1000 ml de ventilație, sau ceva de genul 1-2% din consumul metabolic total de oxigen bazal. Acest lucru sugerează că eficiența respirației tidal normale este destul de mare. Se crede că acest lucru se datorează faptului că o mare parte din energia utilizată pentru respirația tidal normală este munca depusă împotriva elementelor elastice ale sistemului respirator, adică energia cinetică este stocată în țesuturile care se întind la inspirație și este returnată la expirație.

Diagrama Campbell a muncii de respirație

Această diagramă este, în mod confuz, doar una dintre diagramele Campbell, cealaltă fiind o diagramă care descrie rotordinamica. Diagrama Cambell la care se face referire în ceea ce privește fiziologia respiratorie a fost elaborată de Edward J. M Campbell, care a publicat o carte în 1958 în care a descris această relație. Această carte este, bineînțeles, epuizată și nu pare să existe nicio modalitate legală sau ilegală de a o achiziționa în bugetul unui blogger pasionat, ceea ce este foarte bine, deoarece, judecând după recenzii, cartea era extrem de greu de citit. Cea mai bună explicație pentru această diagramă provine de fapt din Banner et al. (1994). Pentru a o înțelege, trebuie să despachetăm diferitele componente ale activității de respirație și apoi să le combinăm într-o singură relație. Judecând după text, acest grup de grafice este oferit ca o reprezentare schematică a unor relații reale de presiune și volum și, deși ar putea conține numere cu aspect realist, nu se bazează pe date experimentale specifice.

Dat fiind că lucrul este presiunea înmulțită cu volumul, ar trebui să se poată prezenta ca suprafață pe un grafic al presiunii în funcție de volum. Un astfel de grafic poate fi definit pentru munca necesară pentru a umfla țesuturile elastice ale plămânilor de la FRC până la un anumit volum curent normal ipotetic :

Desigur, trebuie să se depună și muncă pentru a deforma peretele toracic. În acest caz, peretele toracic vrea să iasă în afară și să ocupe un volum mai mare decât FFRC, și astfel se depune de fapt muncă pentru a reduce volumul peretelui toracic până la FRC:

Dacă punem aceste grafice împreună, putem vedea că ele se suprapun. Cea mai semnificativă implicație a acestui lucru este că o parte din munca depusă pentru a umfla plămânul este efectuată de peretele toracic, adică reculul elastic al cutiei toracice servește la umflarea plămânului fără asistență musculară:

Aceasta, micul triunghi albastru de aici, este, prin urmare, singura muncă depusă pentru a umfla plămânii; această zonă este mult mai mică decât era pe primul grafic, deoarece cutia toracică face cea mai mare parte din muncă.

Trebuie luați în considerare aici factori suplimentari, dincolo de proprietățile elastice ale țesuturilor. Se lucrează, de asemenea, pentru a învinge rezistența căilor respiratorii și pentru a învinge rezistența oricărui echipament de îngrijire critică care interferează (de exemplu, un tub endotraheal și circuitul ventilatorului). Diagrama poate fi extinsă pentru a include aceste elemente:

Zona adăugată în formă de lentilă acoperă munca depusă pentru a învinge rezistența inspiratorie și expiratorie a fluxului de aer. La expirație, nu este nevoie de muncă adăugată, deoarece reculul elastic al plămânilor returnează o parte din energia stocată. La inspirație, trebuie efectuată o anumită muncă suplimentară pentru a învinge rezistența căilor respiratorii, precum și rezistența oricăror căi respiratorii artificiale adăugate.

Acum, am rămas cu o diagramă care descrie componentele muncii de respirație:

• Lucru elastic
  • Lucru efectuat pentru a învinge reculul elastic al plămânului
  • Lucru efectuat pentru a învinge reculul elastic al toracelui (care se scade din lucrul efectuat pentru a învinge reculul elastic al plămânului)
• Lucru de reazem
  • Lucru efectuat pentru a învinge rezistența țesutului
    • Rezistența peretelui toracic
    • Rezistența plămânului
  • Lucru efectuat pentru a învinge rezistența căilor respiratorii, care include:
    • Rezistența căilor respiratorii
    • Rezistența dispozitivelor și circuitelor căilor respiratorii

Componentele adiționale la munca de rezistență sunt toate componente ale rezistenței respiratorii și includ inertanța și munca depusă pentru a comprima volumul de gaz intratoracic, dar, deoarece contribuția acestor elemente este ridicol de mică, probabil că cineva le poate omite în siguranță din răspunsul la SAQ. Cu siguranță, ele nu apar în niciunul dintre comentariile colegiului pentru întrebările privind rezistența.

Utilizând aceste grafice, cineva poate fi capabil să reprezinte diferite forme de probleme pulmonare mecanice. În mod realist, acest lucru ar fi limitat vreodată doar la reprezentări ale scenariilor în care există o rezistență crescută a căilor respiratorii sau o complianță pulmonară diminuată. Acestea sunt prezentate și de Banner et al. (1994), iar versiunile lor modificate sunt oferite mai jos.

Graficul următor demonstrează un model de rezistență crescută a căilor respiratorii, cum ar fi ceea ce s-ar putea vedea la un pacient astmatic. Observați contribuția crescută a rezistenței căilor respiratorii, inclusiv munca suplimentară depusă pentru a învinge rezistența expiratorie a fluxului de aer:

Graficul următor demonstrează munca de respirație în contextul unei complianțe pulmonare scăzute.

Pentru a obține același volum curent, trebuie depusă o cantitate mult mai mare de muncă pentru a învinge reculul elastic crescut al plămânilor, în timp ce contribuția peretelui toracic rămâne aceeași. În plus, se poate observa că FRC este diminuată. Acest lucru se datorează presiunii de recul elastic crescut al plămânilor; volumul FRC sfârșește prin a fi mai mic, deoarece acolo este locul în care reculul peretelui toracic și reculul elastic al plămânilor își găsesc noul echilibru.

În cele din urmă, să vedem ce se întâmplă dacă peretele toracic devine mai rezistent:

De data aceasta, munca crescută se face pentru a crește volumul toracic din nou rezistența țesuturilor peretelui toracic, de exemplu, o arsură circumferențială. Din nou, FRC este redusă deoarece echilibrul presiunilor elastice ale peretelui toracic și ale plămânilor are loc la un volum mai mic.

.