آشنایی مقدماتی با اسپیرومتری | نمودار حجم – زمان و جریان – حجم

در مورد شش هم همانند دیگر اعضای بدن، انسان کنجکاوی و پرسش‌های فراوان داشت. او در تلاش بود تا عملکرد و مکانیک تنفس را درک بکند.

از زمانی که فیلسوف‌های یونانی و بقراط عملکرد ریه‌ها را متعادل و سرد کردن خون درون قلب می پنداشتند تا ساخت دستگاه اسپیرومتری توسط هاچینسون، قریب به دو هزار و پانصد سال طول کشید.

در طی تقریباً دو قرن بعد نیز، افراد بسیار برجسته‌ای آمدند تا به دانش امروز از فیزیولوژی تنفس و تست‌های عملکرد ریه مانند اسپیرومتری دست پیدا کنیم.

در این درس، مقدمات آشنایی با این میراث دو هزار و پانصد ساله گفته خواهد شد. تاریخ اسپیرومتری آن‌قدر جالب و ارزشمند است که به آن درس جداگانه‌ای را اختصاص دهیم. البته اگر عجله دارید و می‌خواهید بیشتر بخوانید، خواندن مقاله‌ی اندرو کوری و همکاران را پیشنهاد می‌کنیم.

فرهنگستان معادل اسپیرومتری را دم‌سنجی قرار داده است. اما اسپیرومتری با بازدم انجام می‌شود و نه دم. البته احتمالاً در این‌جا منظور فرهنگستان معانی دیگر دم همانند نفس یا هوایی که از ریه بیرون داده می‌شود (مثل دم مسیحایی یا دمیدن در آتش) است. اما به خاطر گنگ بودن آن، مدرسه پزشکی از همان واژه‌ی اسپیرومتری استفاده می‌کند.

آشنایی با فیزیولوژی تنفس

برای آشنایی با فیزیولوژی تنفس از حجم های تنفسی شروع می‌کنیم و پس از آشنایی با انواع حجم و ظرفیت در ریه، به سراغ دو نمودار مهم حجم – زمان و جریان – حجم می‌رویم.

در ریه ۴ حجم (volume) و ۴ ظرفیت (capacity) داریم. ظرفیت از ترکیب دو یا سه یا هر چهار حجم ریه به دست می‌آید.

حجم های ریوی

الان که مشغول خواندن این متن هستید، احتمالاً اصلاً متوجه تنفس خود نیستید. میزانی هوا به شکل آرام وارد ریه‌های شما شده و خارج می‌شود. به این هوا، حجم جاری (tidal volume) می‌گوییم.

حجم جاری (tidal volume) هوایی است که در حالت عادی (استراحت) به ریه وارد یا از آن خارج می‌شود. با کلمات دقیق‌تر، هوایی که در یک چرخه تنفسی معمولی، با دم وارد یا با بازدم خارج می‌شود.

پس از یک دم عادی نیز می‌توان ورود هوا به ریه را ادامه داد و دم عادی را به یک دم عمیق تبدیل کرد.

حجم ذخیره دمی (inspiratory reserve volume)، حجمی است که بعد از حجم جاری با دم عمیق وارد ریه می‌شود. برای درک بهتر، سیگار یا قلیان کشیدن را تصور کنید [امیدواریم فقط در حد تصور باشد]. یا هنگامی که یک صحنه‌ی ترسناک می‌بینیم و نفسی عمیق می‌کشیم و نفس در سینه حبس می‌شود، همین حجم ذخیره دمی است.

حجم ذخیره بازدمی (expiratory reserve volume) به حجمی گفته می‌شود که بعد از یک بازدم عادی (خارج شدن حجم جاری) می‌توانیم از ریه خارج کنیم. مانند حجمی که برای باد کردن بادکنک از ریه خارج می‌کنیم یا اگر سن‌مان زیاد باشد و تعداد شمع‌های روی کیک بالا، برای فوت کردن شمع‌ها به کار می‌گیریم.

بعد از خروج کل حجم ذخیره بازدمی نیز یک حجم در ریه باقی می‌ماند. به آن حجم باقی مانده (residual volume) گفته می‌شود.

ظرفیت های ریه

از ترکیب حجم جاری و حجم ذخیره دمی، ظرفیت دمی (inspiratory capacity) به دست می‌آید. کسی را که سیگار می‌کشد در نظر بگیرید. قاعدتاً صبر نمی‌کند که حجم جاری تمام شود و از اول حجم ذخیره دمی سیگار بکشد. از همان اول حجم جاری دود سیگار را به داخل می‌دهد و سپس ادامه‌ی دود را با حجم ذخیره دمی وارد ریه‌های خود می‌کند.

ترکیب حجم ذخیره بازدمی و حجم باقی مانده – که در واقع حجمی از هوا است که پس از یک بازدم عادی در ریه باقی‌ می‌ماند – ظرفیت باقی مانده عملکردی (functional residual capacity) را تشکیل می‌دهد.

واژه‌ی عملکرد به چند موضوع اشاره دارد. مثلاً یکی از مهم‌ترین‌ها، تبادل گاز است که علاوه بر زمان دم در هنگام بازدم هم انجام می‌شود. این ظرفیت باقی مانده عملکردی با باز نگه‌داشتن آلوئول باعث تداوم تبادل گاز در زمان دم می‌شود.

دو ظرفیت دیگر می‌ماند.

یک فردی را که می‌خواهد در آب شیرجه بزند، تصور کنید. قبل از شیرجه یک نفس عمیق می‌گیرد و ریه‌هایش تماماً از هوا پر می‌شود. این حداکثر حجم ریه را ظرفیت کل ریه یا ظرفیت تام می‌گویند (total lung capacity). ظرفیت تام شامل هر چهار حجم است: حجم جاری + حجم ذخیره دمی + حجم ذخیره بازدمی + حجم باقی مانده.

حالا همان فردی که می‌خواهد شیرجه بزند، چقدر از ظرفیت کل را می‌تواند خارج کند؟ همه را به جز حجم باقی مانده.

به حداکثر هوایی که پس از یک دم عمیق فرد می‌تواند با بازدمی عمیق از ریه خارج کند، ظرفیت حیاتی (vital capacity) گفته می‌شود. ظرفیت حیاتی شامل حجم ذخیره دمی، حجم جاری و حجم ذخیره بازدمی است.

حجم ظرفیت ریه تنفسی شش در اسپیرومتی
انواع حجم و ظرفیت در ریه. ایده اولیه درست کردن عکس، از عکس موجود در ویکی‌پدیا است.
نمودار حجم تنفسی و ظرفیت تنفسی در اسپیرومتری
انواع حجم و ظرفیت در ریه.

بررسی عملکرد ریه

بیماری‌های ریه بیداد می‌کند. همین الان که مشغول خواندن این متن هستید، COPD سومین علت مرگ در دنیاست. اما به نظر می‌رسد تست‌های عملکرد ریه (pulmonary function tests) با وجود کمک‌کننده بودن آن‌ها و شیوع بالای بیماری‌های ریه، چندان برای بیماران درخواست نمی‌شود. یکی از علت‌های این موضوع، مسلط نبودن پزشکان در تفسیر نتایج این تست‌ها است.

در این نوشته و نوشته‌های بعدی تلاش می‌کنیم با بررسی فیزیولوژی تنفس و اساس کارکرد این تست‌ها قدمی در جهت تفسیر بهتر این تست‌ها و استفاده از نتایج ارزشمند آن‌ها برای بیماران برداریم.

در بررسی عملکرد ریه هدف ما سنجیدن انواع حجم و ظرفیت های تنفسی است. دو روش مرسوم که برای اندازه‌گیری این موارد استفاده می‌کنیم، اسپیرومتری و پلیتیسموگرافی بدن (body box) هستند که در این نوشته به بررسی اسپیرومتری می‌پردازیم.

بررسی عملکرد ریه بعد از اختراع اسپیرومتر (Spirometer) توسط جراح انگلیسی به نام جان هاچینسون (John Hutchinson) در سال ۱۸۴۶ وارد دنیای جدیدی شد (+). دو اصطلاح اسپیرومتر و ظرفیت حیاتی که تا امروز همچنان استفاده می‌شوند، توسط او برای اولین بار به کار برده شد.

هاچینسون مخترع اسپیرومتری
John Hutchinson (1811 – 1861)

اسپیرومتر هاچینسون از یک محفظه حاوی آب و هوا تشکیل می‌شد که با فوت کردن در آن باعث حرکت قسمتی از محفظه شده و حجم را اندازه‌گیری می‌کردند.

اسپیرومتری هاچینسون
اسپیرومتر Hutchinson (+).

اسپیرومتری

با استفاده از اسپیرومتری هوایی که از ریه خارج می‌شود را بررسی می‌کنیم. در نتیجه هوایی که بعد از یک بازدم عمیق در ریه باقی می‌ماند (حجم باقی‌مانده) با این روش قابل سنجیدن نیست.

به همین دلیل ظرفیت‌هایی از ریه را که شامل حجم‌ باقی مانده هستند (ظرفیت عملکردی باقی‌مانده و ظرفیت تام ریه)، نمی‌توان به این شکل اندازه‌گیری کرد.

در اسپیرومتری لوله‌ای در جلوی دهان فرد قرار دارد و هوای خارج شده از ریه را به دو شکل حجم (volume) و جریان (flow) می‌سنجد و نتایج را با دو نمودار حجم – زمان (volume-time) و جریان – حجم (flow-volume) گزارش می‌کند. این دو نمودار قابل تبدیل به یک‌دیگر هستند.

نمودار حجم – زمان و جریان – حجم از کتاب Hyatt’s Interpretation of Pulmonary Function Tests

نمودار حجم – زمان (Volume-Time)

این نمودار کل حجم خارج شده از ریه را در واحد زمان نشان می‌دهد. کل حجم خارج شده از ریه همان ظرفیت حیاتی است.

نکته‌ای که در تست‌ها برای ما اهمیت دارد تکرارپذیری (reproducibility) آن‌ها است. به بیان دیگر اگر فردی تست را بدون تغییر شرایط با فاصله زمانی کم تکرار کند، این انتظار را داریم که نتایج تست به یکدیگر نزدیک باشند.

به همین خاطر به جای اینکه صرفاً به فرد بگوییم هوا را خارج بکن، می‌گوییم با تمام توانت هوا را خارج بکن.

یکی از علت‌هایی که در اسپیرومتری از فرد می‌خواهیم تا ریه‌های خود را با دم عمیق تا ظرفیت تام ریه پر کند و سپس با زور (force) هوای ریه را خارج کند تکرارپذیر کردن تست است.

خارج کردن هوای ریه با زور نتیجه‌ی تست را نسبت به خارج کردن عادی و بدون زور هوای ریه تکرارپذیرتر می‌کند. به همین دلیل در این تست vital capacity به forced vital capacity یا FVC تبدیل می‌شود.

از این رو در نمودار حجم-زمان FVC اهمیت پیدا می‌کند. انتظار داریم در مدت زمان ۶ ثانیه نمودار به خط تقریباً صاف یا plateau رسیده باشد و حجم هوای خارج شده در این مدت زمان را FVC در نظر می‌گیریم.

پارامتر مهم بعدی هوای خارج شده در یک ثانیه‌ی اول (forced expiratory volume in 1 second یا FEV1) است که تکرارپذیرترین (the most reproducible) پارامتر محسوب می‌شود. فارغ از سن، جنسیت، وزن و … انتظار داریم حدود ۸۰ درصد هوا با خارج کردن هوا با زور در یک ثانیه اول از ریه خارج شود.

در نمودار حجم – زمان به پارامترهای FVC و FEV1 توجه می‌کنیم.

نمودار جریان – حجم (Flow-Volume)

این نمودار برای اولین بار توسط Fry و Hyatt توصیف شد (+).

در این نمودار قبل از هر چیز به قله (peak) توجه می‌کنیم که همان حداکثر جریان است. این حداکثر جریان اسم‌های مختلفی دارد:

  • Peak Expiratory Flow (PEF)
  • Maximal Expiratory Flow (MEF)
  • Forced Expiratory Flow Maximum (FEF Max)

در پزشکی اصطلاحاتی که چندین اسم دارند معمولاً از اهمیت زیادی برخوردار بوده که افراد صاحب‌نظر در تکست‌‌بوک‌های گوناگون اسامی متفاوتی به آن‌ها داده‌اند.

بعد از خارج شدن حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد از ظرفیت حیاتی نمودار به قله‌ی خود می‌رسد و بعد از آن نزولی می‌شود. علت این موضوع تنگ شدن نای موجود در قفسه سینه (intrathoracic trachea) است.

مجاری هوایی ما از نای تا آلوئول‌ها، بر اساس محل قرارگیری به دو قسمت عمده داخل قفسه‌ سینه (intrathoracic) و خارج قفسه سینه (extrathoracic) تقسیم می‌شوند.

قسمت‌هایی اینتراتوراسیک تحت تاثیر فشار داخل قفسه سینه هستند و قسمت‌های اکستراتوراسیک تحت تاثیر فشار‌های بیرونی (فشار هوایی که اطراف گردن وجود دارد).

نای دو قسمت دارد. قسمتی داخل قفسه سینه و قسمتی خارج از قفسه سینه قرار دارد.

نای ما استوانه‌ای است و از تعدادی غضروف که روی هم قرار گرفته‌اند تشکیل شده است. اما غضروف‌‌های تشکیل‌دهنده‌ی این استوانه، دایره‌ای نیستند؛ بلکه C شکل هستند. قسمت قدامی از غضروف و بخشی از قسمت خلفی از یک غشای فیبروماسکولار تشکیل شده است که به نای قابلیت تنگ و گشاد شدن می‌دهد.

در هنگام بازدم وقتی که دیافراگم بالا می‌آید، فضای قفسه سینه کوچک می‌شود و فشار قفسه سینه بالا می‌رود. این فشارِ بالا‌رفته باعث وارد شدن نیرویی به مجاری هوایی اینتراتوراسیک از جمله قسمتی از نای که درون قفسه سینه قرار دارد می‌شود. در نتیجه دچار تنگی می‌شوند.

مقایسه نای در دم و بازدم در سی‌تی اسکن
مقایسه نای در دم و بازدم در سی‌تی اسکن (+). در عکس B در هنگام بازدم می‌بینیم که قسمت پشتی نای (ممبران خلفی) به داخل رفته است.

در هنکام بازدم، فرو رفتن قسمت پشتی بدون غضروف پشتی نای و تنگ شدن نای (narrowing) باعث محدود شدن جریان هوای خروجی می‌شود.

تا قبل از به وجود آمدن این تنگی جریان به شکل صعودی زیاد می‌شود و در نقطه تنگی، به اوج خود می‌رسد. به علت همین تنگ شدن نای است که فرد با زور زدن بیشتر نمی‌تواند جریان بیشتری برای خروج هوا ایجاد کند.

احتمالاً الان این سؤال برای شما شکل بگیرد که پس چرا جریان بعد از رسیدن به قله نزولی می‌شود و ثابت نمی‌ماند تا یک دفعه قطع شود؟

با ادامه‌ی بازدم و خروج هوا ریه‌ها جمع و جمع‌تر می‌شوند. عروق و مجاری هوایی کوچک که غضروفی ندارند تا آن‌ها را باز نگاه دارد. رشته‌های کلاژنی که به آن‌ها متصل است، هنگام دم کشیده شده و بیشتر بازشان می‌کند و در هنگام بازدم، تا زمانی که این رشته‌ها شل شوند، مجاری‌شان باز می‌ماند.

عکس بی‌نظیر از شل شدن رشته‌های متصل به مجاری و هم‌چنین تنگ‌شدن نای هنگام بازدم از کتاب Hyatt’s Interpretation of Pulmonary Function Tests. عبارت CN مخفف critical narrowing است که اشاره به همان تنگ شدن قسمت intrathoracic نای دارد.

در هنگام بازدم این رشته‌های متصل به شکل شعاعی، که طول یکسانی هم ندارند، شروع به شل شدن تدریجی می‌کنند و در نتیجه مجاری کوچک بسته می‌شوند و جریان کاهش می‌یابد. در نقطه‌ای که تمام مجاری کوچک بسته شده‌اند جریان هوا به صفر می‌رسد.

مدل ساده شده‌ی رشته‌های متصل به مجاری هوایی. شکل A باز شدن مجاری هنگام دم و شکل B تنگ شدن مجاری هنگام بازدم را نشان می‌دهد.

به این فرآیند کشش شعاعی (radial traction) می‌گویند که بر راه‌های هوایی کوچک بدون غضروف اثر می‌گذارد و باعث باز ماندن این مجاری می‌شود.

پیام درس

برای درک و تفسیر تست‌های عملکرد ریه لازم است با فیزیولوژی تنفس آشنایی داشته باشیم.

در ریه ۴ حجم و ۴ ظرفیت داریم.

حجم های ریه:

  • حجم جاری (TV)
  • حجم ذخیره دمی (IRV)
  • حجم ذخیره بازدمی (ERV)
  • حجم باقی مانده (RV)

ظرفیت های ریوی:

  • ظرفیت دمی (IC): TV + IRV
  • ظرفیت باقی مانده عملکردی (FRC): ERV + RV
  • ظرفیت حیاتی (VC): IRV + TV + ERV
  • ظرفیت تام (TLC): IRV + TV + ERV + RV

در اسپیرومتری نتایج با دو نمودار حجم – زمان (volume-time) و جریان – حجم (flow-volume) گزارش می‌شود.

در نمودار حجم – زمان به پارامترهای FVC (ظرفیت حیاتی خارج شده با زور) و FEV1 (حجم هوای خارج شده در ثانیه‌ی اول) توجه می‌کنیم.

در نمودار جریان – حجم به قله‌ی نمودار که حداکثر جریان بازدمی هوا را نشان داده، توجه می‌کنیم.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

برای نوشتن دیدگاه باید وارد شوید.
پیمایش به بالا