مقدمه
در سالهای اخیر آمیختگی علوم پزشکی و مهندسی سرعت غیرقابل باوری به خود گرفته است و ورود فن آوریهای جدید و پیشرفته به حیطه تشخیص و درمان بیماریها دگرگونی عظیمی در زمینه تشخیص و درمان بوجود آورده است. برای آشنایی با دستگاه ونتیلاتور لازم است ابتدا بافیزیولوژی سیستم های تنفسی به طور نسبی آشنا باشید. امروزه به کارگیری تجهیزات پیشرفته پزشکی در مراکز درمانی جزء لاینفک ارائه خدمات درمانی تبدیل شده است. این امر در کنار مزایای غیرقابل انکار موجب مشکلاتی نظیر عدم کاربری صحیح از آنها و یا عدم توجه به سرویسهای دوره ای و یا کالیبراسیون آنها که می تواند منجر به تغییر مسیر درمانی یک بیمار گردد، می شود. در این خصوص لزوم برگزاری کلاسهای آموزشی در رابطه با کاربری و اصول نگهداری تجهیزات پزشکی مشهود است.
در این نوشته قصد برآن است تا زمینه آشنایی ابتدایی با دستگاه ونتیلاتور برای کادر درمانی و فنی شاغل در مراکز درمانی بوجود آید و امید است تا اطلاعات درج شده در این نوشتار زمینه درک بهتر مطالب آموزشی تئوری و عملی که در مراکز درمانی به صورت دوره ای و یا بهنگام نصب و راه اندازی دستگاه ونتیلاتور ارائه می گردندایجادگردد.
فیزیولوژی سیستم تنفس:
همه سلولهای زنده بدن اکسیژن را به مصرف رسانده و دی اکسید کربن تولید می کنند. ضمن اینکه دی اکسید کربن تولید شده در خون باید از بدن خارج شود، اکسیژن مصرف شده خون نیز نیاز به جایگزینی دارد. عمل جایگزینی اکسیژن و خارج شدن دی اکسید کربن از بدن توسط ریه ها صورت میگیرد. اکسیژن هوای فروبرده شده به داخل ریه ها به خون منتقل شده و دی اکسید کربن از طریق سیستم گردش خون ریه ها بازگردانده شده و در آنجا دفع می گردد.
هوای دمیده شده به داخل ریه ها شامل ۷۹% نیتروژن، ۹۶/۲۰ % اکسیژن و ۰۴/۰% دی اکسید کربن می باشدو هوای بازدم خارج شده از ریه ها شامل همین مقدار نیتروژن، ۱۷% اکسیژن و ۴% دی اکسید کربن است. هوا از طریق مجاری تنفسی (بینی، حلق، حنجره، نای، نایچه ها و نایژکها) وارد ششها می شود(شکل۱-۱) راههای هوایی یک سیستم انشعابی را تشکیل می دهند که قطر آنها از نای به سمت سطح انتهایی کاهش پیدا می کند. نای در حدود ۱٫۵ تا ۲٫۵ سانتی متر قطر دارد و تقریبا ۱۱ سانتی متر طول داشته و از حنجره یا حلقوم تا مرز بالایی سینه کشیده شده و در آنجا به دو شاخه اصلی چپ و راست تقسیم می شود. با شروع از نای بطور متوسط ۲۳ انشعاب دو شاخه را می توان در انسان تمیز داد پس از اولین انشعاب بیشترین زایشهای محیطی راههای هوایی بواسطه کیسه های هوایی ایجاد می شوند که شبیه حبابهای هوا با قطر متوسط ۳/۰ میلی متر بطور انبوه در کنار هم قرار گرفته و به وسیله یک لایه نازک از هم جدا می شوند و یک شبکه بسیار نزدیک با مویرگهای خونی را بوجود می آورند این ناحیه منطقه ایست که تبادل گازها رخ می دهند.
راههای هوایی به صورت سیستمی دارای سه ناحیه مجزا می باشد. ناحیه انتقال شامل راههای هوایی است که هوای دمیده شده را به ناحیه تبادل گازها انتقال و توزیع می کند و هیچ کیسه هوایی را در بر نمیگیرد. انتقال گاز در این ناحیه به صورت جریان حجمی اتفاق می افتد. ناحیه میانی یا گذر شامل راههای هوایی است که پیوستگی در هم پیچیده ای با کیسه های هوایی دارند و ارتباط بین راههای هوایی انتقالی و تنفسی را تشکیل میدهد. نهایتاً ناحیه تنفسی که شامل همه کیسه های هوایی و شبکه مویرگهای ششی می شود در این سطح مکانیسم انتقال مبتنی بر انتشار می باشد. شکل (۲و۱) اجزاء سیستم تنفسی و نحوه تبادل اکسیژن و دی اکسید کربن در سیستم تنفسی را نشان می دهند.
شکل(۱) اجزاء سیستم تنفسی انسان
شکل(۲) نحوه انتقال و تبادل گاز در سیستم گردش خون و سیستم تنفسی
مکانیسم تنفس:
تنفس به واسطه سیستم ماهیچه ای که حجم سینه را تغییر می دهند و در پی آن فشارهای منفی و مثبتی را بوجود می آورند به انجام می رسد. به عبارتی دیگر، این فشارهای ایجاد شده هستند که هوا را به داخل و خارج از ششها انتقال می دهند. مهمترین ماهیچه ای که در ابتدا در گیر تنفس میشود عضله دیافراگم می باشد. قفسه سینه با حرکات دیافراگم و عضلات بین دنده ای در هنگام دم منبسط می شود یعنی با انقباض دیافراگم و مسطح شدن آن در این مرحله طول محیطی قفسه سینه افزایش می یابد و انقباض عضلات بین دنده ای ، دنده ها را به سمت بالا و بیرون حرکت می دهد و بدین ترتیب یک فشار منفی در سینه بوجود می آید. این فشار منفی، موجب ورود هوا به ششها می شود. در مقابل، بازدم در فرایند تنفس آرام عملی غیر ارادی (Passive) است. با شل شدن ماهیچه های درگیر در فاز دم انرژی الاستیک ذخیره شده در شش و قفسه سینه باعث کاهش حجم سینه شده و موجب بوجود آمدن یک فشار مثبت درکیسه های هوایی می شود و نیروی تولید شده هوا را به خارج سیستم تنفسی انتقال می دهد.
در طول فاز دم فشار کیسه های هوایی به می رسد در حالیکه فشار حفره دیافراگم در حدود می رسد. برای فاز بازدم فشار حفره دیافراگم به -۷٫۵ و فشار کیسه های هوا به تغییر می یابد.
کامپلیانس و مقاومت ریه
کامپلیانس رابطه بین تغییر حجم در یک سیستم بسته و فشار منبسط کننده آن را نشان میدهد. در مورد سیستم تنفس توانایی ششها و قفسه سینه برای انبساط در طول تنفس تحت تاثیر ترکیبی از کامپلیانس ششها و قفسه سینه است که بصورت افزایش حجم در ششها به ازای هر واحد افزایش فشار در کیسه های هوایی نشان داده می شود. در حقیقت کامپلیانس معیاری از اتساع پذیری سیستم تنفسی (ریه ها و قفسه سینه) می باشد و هرچقدر کامپلیانس بیشتر باشد بدین معنی است که به ازای هر واحد تغییر در فشار حجم بیشتری به ریه ها انتقال می یابد.
مقاومت سیستم تنفسی عبارت است از نیرویی که مجاری تنفسی در مقابل عبور جریان هوا از خود نشان می دهند. شعاع مجاری هوایی، طول مجاری تراکم و ویسکوزیته گاز تنفس شده و میزان جریان از عواملی هستند که مقاومت سیستم تنفسی را تحت تاثیر قرار می دهند.
مشکلات سیستم تنفسی در اثر بیماری
بیماریهای مختلفی می توانند تنفس انسان را تحت تاثیر قرار دهند این بیماریها با تغییر دادن مشخصات مکانیکی ششها، قفسه سینه و یا سایر اجزاء سیستم تنفسی موجب اختلال در این سیستم می شوند. بیماریهای تنفسی بطور کلی به دو گروه عمده تقسیم می شوند:
– بیماریهای محدود کننده ریه (Restrictive Lung Diseases)
– بیماریهای انسدادی ریه (Obstructive Lung Diseases)
بیماریهای محدودکننده تغییرات حجمی شش را محدود می کنند و از این رو کامپلیانس آن را کاهش داده و عملکرد الاستیکی فرآیند تنفس را افزایش میدهند به عنوان نمونه ای از این بیماریها می توان بیماری فیبروز ریوی را اشاره نمود. در مقابل، بیماریهای مسدود کننده مقاومت در برابر شارش هوا در طی عمل تنفس را افزایش می دهند. بیماریهای ریوی مسدود کننده مزمن (COPD) موجب تنگی مجاری تنفسی، التهاب و افزایش ویسکوزیته ترشحات مخاطی، افزایش مقاومت مجاری تنفسی و تا حدودی افزایش الاستیسیته آن می شوند. آسم نیز جزو این نوع بیماریها می باشد دسته دیگر بیماریهای مرتبط با ششها ناتوانی پرده جنب می باشد که در آنها مقاومت و الاستیسیته افزایش می یابد. در صورت بروز این بیماریها و بیماریهای مرتبط با سیستم تنفسی در انسان، شخص جهت تنفس و اکسیژن رسانی به بدن نیاز به کمک خواهد داشت. در کل می توان گفت معمولا بیش از ۱۰درصد بیماران در یک بیمارستان عمومی نیازمند درمان تنفسی یا حمایت تنفسی هستند:
– بیمارانی که بدون کمک مکانیکی قادر به تنفس نیستند مثل بیمارانی که جراحی قلب باز شده اند و یا بعضی از بیمارانی که در کما می باشند.
– بیمارانی که ریه آنها قادر به جذب اکسیژن کافی از هوا نیست و باید درصد اکسیژن ورودی به بدن آنها افزایش یابد.
– بیمارانی که به هر دلیل دچار انسداد مجاری هوایی می باشند.
در اغلب موارد بررسی های کمی نقص تنفسی بیماران موجب می شود تا تشخیص انواع مختلف بیماریهای ریوی به راحتی انجام پذیرد. بررسی پارامترهای کمی بدست آمده از بررسی های کلینیکی اطلاعات مفیدی از کارکرد ریوی بیمار ارائه خواهد داد که در ادامه به تعریف برخی از پارامترها و واژه گان مربوطه خواهیم پرداخت.
حجم و ظرفیتهای ریوی:
جهت درک بیشتر خصوصیات مکانیکی تنفس لازم است تا اثر متقابل شش و قفسه سینه بررسی شود که تا حدودی در قسمتهای قبل به آن اشاره شد. این اثر متقابل یک مسئله مهم و تعیین کننده برای حجم های ریوی خواهد بود و حجمهای ریوی نیز نتایج مهمی برای عمل تبادل گاز برای ششها در بر خواهند داشت همه این حجم ها که به آنها اشاره خواهد شد زیر مجموعه ای از ظرفیت کلی شش (TLC) خواهند بود شکل(۳)
شکل(۳) حجمهای ریوی طبیعی و ظرفیتهای مربوط برای یک شخص با وزن ۷۰ کیلوگرم[۵]
حجم جاری (VT ): هوایی که در زمان تنفس عادی و آرام به ریه ها وارد و خارج می شود (حدود ۵۰۰ میلی لیتر)
ظرفیت دمی (IC): مقدار هوایی که پس از بازدم عادی می توان با دم کاملاً عمیق به درون ریه ها وارد کرد (حدود ۳۰۰۰ لیتر)
حجم ذخیره بازدمی(ERV): حداکثر حجم هوایی است که می توان پس از بازدم عادی با قدرت از ریه ها خارج کرد (در حدود ۱۰۰۰ میلی لیتر)
حجم ذخیره دمی (IRV): حداکثر هوایی که می تواند در انتهای یک دم نرمال به شش دمیده شود.
ظرفیت باقیمانده عملی (FRC ): حجم هوایی است که در پایان یک بازدم غیر ارادی در داخل ششها باقی می ماند.
حجم باقیمانده (RV): حجم هوایی که پس از حداکثر تلاش برای بازدم در داخل شش باقی می ماند.
ظرفیت حیاتی (VC): بیشترین حجم هوایی که می توان بعد از دم کاملاً عمیق از ریه ها خارج کرد (حدود ۴۰۰۰ میلی لیتر)
حجم بازدم قدرتی (FEV): مقدار هوایی که با بازدم قدرتی می توان در عرض یک ثانیه از ریه ها خارج کرد که یکی از شاخص های اندازه گیریهای عملکرد تنفسی است (۷۵ تا ۸۰ درصد ظرفیت حیاتی).
این حجم ها و ظرفیتهای خاص معرفی شده ویژگیهایی را نمایان می سازند که فرد بررسی کننده را قادر می سازند تا وضعیت دستگاه ریوی را بررسی کنند . با استفاده از این اطلاعات پزشک قادر خواهد بود وضعیت فیزیولوژیکی سیستم تنفسی بیمار را رصد کند و تعیین کند آیا این وضعیت سبب جریان هوایی ناکافی (مثلا وقتی که مسیر عبور هوا از نظر فیزیکی با مخاط یا ترشحات درون نای بسته شده اند)، مبادله گاز ناکافی (مثلا وقتی که آلوئولها دچار مشکلی مانند بیماری آمفیزم) شده است یا خون به قدر کافی نمی رسد.
روش اندازه گیری حجمهای ریوی:
روش اندازه گیری حجمهای ریوی استفاده از آزمون کارکرد ریوی می باشد که متداولترین آن انجام اسپیرومتری است. شمای کلی و ساده ابزار بکار گرفته شده در شکل(۴) نشان داده شده است. بیمار به داخل یک محفظه درپوش دار عمل تنفس انجام میدهد. در پوش که سوار یک جداره آبی روان کننده است بر اثر تنفس بالا و پایین می رود با بالارفتن در پوش ، یک قلم متصل به محفظه خط سیری را بر استوانه کاغذ چرخان رسم می کند. اسپیرومتر مقاومت بسیار کمی در برابر تنفس نشان میدهد از این رو شکل منحنی اسپیرومتری به طور خالص تابعی از کامپلیانس ریه بیمار و سینه بیمار و نیز مقاومت مسیرهای هوایی است. با استخراج پارامترهای مفید از روی منحنی های بدست آمده از ابزارهای دقیق سنجش عملکرد ریه ها نوع بیماری سیستم تنفسی مشخص نموده و اقدامات درمانی متناسب را برنامه ریزی نمود.این اقدامات می تواند شامل موارد ذیل باشد:
شکل(۴) شمای کلی و ساده ابزار بکار گرفته شده در اسپیرومتری[۵]
رساندن اکسیژن به بیمارانی که قادر نیستند در حین عمل تنفس مقدار اکسیژن را به اندازه کافی در خون حفظ کنند
رساندن هوای مرطوب یا اکسیژن جهت تسکین علایم بیماریهای مختلف تنفسی و نگه داشتن میزان رطوبت در مسیرهوایی در حد کافی
رساندن داروهای لازم به شکل ذرات معلق جهت از بین بردن مشکل تنفسی ناشی از انسداد مسیر هوایی در اثر برونشیت ، برونکواسپاسم یا ترشحات اضافی در مجاری تنفسی
کمک به انجام فیزیوتراپی سینه
تهویه مکانیکی بیمارانی که بدون کمک قادر به تنفس نیستند.
انجام برنامه های توانبخشی
انجام تمامی این وظایف به انواع ابزارهای دقیق نیاز دارد به عنوان مثال وقتی که بیماران تهویه مکانیکی می شوند یکی از پیچیده ترین تجهیزات کاربردی جهت بیماران بکار گرفته می شود که دستگاه تهویه مکانیکی یا ونتیلاتور نامیده می شود. در این دستگاهها، هوایی که بیمار دریافت می کند با اکسیژن مخلوط می شود تا به سطح اکسیژن تجویز شده برسد سپس قبل از رسیدن این گاز به بیمار آن را به اندازه دمای بدن حرارت داده و صددر صد رطوبت می دهند همزمان ممکن است بیمار از طریق مدار تهویه داروهایی به شکل ذرات معلق دریافت کند. جهت فراهم شدن پاسخ بهینه به سیستم فیزیولوژیکی بیمار کنترل تهویه باید به طور مناسب برای حجم جاری ، میزان تنفس، محدودیتهای فشاری مسیر هوایی و نسبت زمان دم به بازدم(نسبت I/E) تنظیم شده باشد واکنش بیمار با مانیتورینگ چنین پارامترهای فیزیولوژیکی مانند گازهای خون شریانی، فشار متوسط مسیر هوایی، سرعت ضربان قلب، فشارهای خون شریانی و وریدی مرکزی و خروجی قلب تعیین می شود.