Thiết kế và chế tạo mô hình máy gây mê phục vụ đào tạo

Khi nói đến thiết bị gây mê, ta cần quan tâm đến những thông số cơ bản quan trọng như: lưu lượng thở, nồng độ % khí mê, áp suất khí..v..v..Đối với các bệnh nhân có thể trạng khác nhau và

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Tường Long

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: PHẠM THÀNH LUÂN Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 01- 12 - 1987 Nơi sinh : BẠC LIÊU

Chuyên ngành : Vật Lý Kỹ Thuật

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2010

1- TÊN ĐỀ TÀI:

“THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY GÂY MÊ PHỤC VỤ ĐÀO TẠO”

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Tìm hiểu giải phẫu học, sinh lý học của hệ hô hấp

- Tìm hiểu về các cơ chế và phương pháp gây mê

- Khảo sát các loại máy gây mê đang sử dụng trên thị trường (ưu, nhược điểm của thiết bị)

- Khảo sát quá trình khí động học, quá trình truyền nhiệt của bình bay hơi

- Tính toán thiết kế mô hình máy gây mê

 Tính toán lưu lượng, dòng chảy, áp lực qua các chi tiết thiết bị

 Tính toán thiết kế bình bốc hơi, tính chọn kết cấu và vật liệu

 Thực nghiệm: thiết kế và chế tạo mô hình máy gây mê phục vụ đào tạo

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: tháng 8/2011

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: tháng 02/2012

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Tường Long

Th.S Mai Hữu Xuân Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ hướng dẫn về chuyên môn cũng như sự hỗ trợ về mọi mặt của các giáo sư , thầy cô trường Đại Học Bách Khoa, Khoa Khoa học Ứng Dụng, Bộ Môn Vật Lý Y Sinh, sự hỗ trợ của bạn bè cùng khoá và

sự quan tâm tạo điều kiện cho tôi học tập của gia đình, tự đáy lòng mình tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với :

TS Nguyễn Tường Long và Th.S Mai Hữu Xuân, những người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

Phó Giáo Sư TS Trần Minh Thái, TS Huỳnh Quang Linh và toàn thể thầy cô bộ môn Vật Lý Y Sinh đã nhiệt tình giảng dạy và hướng dẫn về chuyên môn cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thiện luận văn này

Ban lãnh đạo và toàn thể Bệnh viện Bạc Liêu đã tận tình giúp đỡ , hỗ trợ tài liệu, một

số phụ kiện thiết bị thiết kế mô hình và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn tại đây

Tập thể bạn bè khoá K2010 đã giúp đỡ tôi trong học tập cũng như trong quá trình làm luận văn

Tôi xin cảm ơn gia đình đã luôn luôn hỗ trợ động viên về mọi mặt tinh thần cũng như

về vật chất để tôi yên tâm trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn này

Sau cùng tôi xin kính chúc quí thầy cô luôn khoẻ mạnh, đạt được nhiều thành công trong công việc và cuộc sống Chúc Khoa Khoa học Ứng dụng luôn đào tạo được nhiều thế hệ

kỹ sư nhiều tài năng và triển vọng

Xin chân thành cảm ơn

TP Hồ Chí Minh, Ngày 02 tháng 12 năm 2011

Trong thời đại ngày nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực thiết bị y tế, các thiết bị được sử dụng trong chuyên khoa Phẫu Thuật Gây Mê Hồi Sức được trang bị ngày một hiện đại hơn, thiết bị Gây Mê là một trong những thiết bị không thể thiếu trong các cơ sở Y tế hay bệnh viện lớn Nó đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc gây mê, duy trì mê cũng như hỗ trợ thở cho bệnh nhân trong những ca phẫu thuật kéo dài Vì vậy việc nghiên cứu và chế tạo thiết bị gây mê là hết sức quan trọng và cấp thiết

Khi nói đến thiết bị gây mê, ta cần quan tâm đến những thông số cơ bản quan trọng như: lưu lượng thở, nồng độ % khí mê, áp suất khí v v Đối với các bệnh nhân có thể trạng khác nhau và tùy vào tình trạng bệnh lý của mỗi người mà ta điều chỉnh các thông số cơ bản sao cho phù hợp để đưa vào cơ thể người bệnh lượng dưỡng khí oxi và khí mê thích hợp với

cơ thể người đó, đồng thời đạt được độ mê thích hợp Dựa vào các tỷ số I:E, lưu lượng thở, tần số thở, áp suất khí lưu thông, áp suất khí, nồng độ % khí mê cung cấp cho bệnh nhân…từ

đó ta tính toán được các hệ thống truyền động, hệ thống dẫn khí và để thiết kế được hệ thống các chi tiết trong bình bốc hơi cũng như hoàn thành được thiết bị thì ngoài những thông số tính toán được ta cần phải chấp nhận các thông số thực tế

ABSTRACT

Nowaday, with the rapid development of science and technology in the field of medical equipment, these medical equipments are used in Anesthesiology Surgery which are equipped the more up to day in anesthesiology, the anesthesia equipment is one of the equipments which is indispensable to medical center or large hospital It is very important in anesthesia and supporting breath for patients in the long surgery So, the research and manufacture anesthesia equipment is very important and urgent

When it comes to anesthesia equipment, we need to consider the important basic parameters such as: flow of breath, % concentration of inhale anesthesia agent, gas pressure For the patient can different situation and depending on the health condition of each person to adjust the basic parameters as appropriate for inclusion in the patient Based on the ratio of I:

E, flow of breath, breathing frequency, pressure and gas flow, gas pressure, % concentration

of inhale anesthesia agent provide patients from which we calculate the air systems and to design the details of vaporator as well as complete equipment, without calculator parameters

Trang Bìa

Nhiệm vụ luận văn

Lời cám ơn

Tóm tắt

Mục lục

Chương I: Tổng quan 1

1.1 Đối tượng nghiên cứu 1

1.2 Phương pháp nghiên cứu 2

1.3 Kết quả 2

Chương II: Giải phẩu học, sinh lý hệ hô hấp, tổng quan về gây mê và các thiết bị gây mê đang được sử dụng 4

2.1 Cấu tạo hệ hô hấp 4

2.1.1 Mũi 4

2.2.2 Hầu 5

2.2.3 Khí quản 7

2.2.4 Phổi 8

2.2 Sinh lý hô hấp 17

2.2.1 Định nghĩa chức năng hô hấp 17

2.2.2 Hoạt động thông khí phổi 18

2.2.3 Hoạt động khuếch tán 22

2.2.4 Hoạt động vận chuyển khí 26

2.3 Định nghĩa và phân loại vô cảm 28

2.3.1 Định nghĩa 28

2.3.2 Phân loại 29

2.3.2.1 Vô cảm toàn thể ( phương pháp gây mê) 29

2.3.2.2 Vô cảm vùng ( phương pháp gây tê) 30

2.4 Cơ chế mê 31

2.4.1 Cơ chế lý hóa 31

2.4.2 Cơ chế sinh lý, sinh hóa thần kinh 32

2.4.3 Các thời gian gây mê 33

2.4.3.1 Thời gian tiền mê 33

2.4.3.2 Thời gian khởi mê hay dẫn đầu 33

2.5.2 Gây mê mặt nạ 36

2.5.3 Gây mê tĩnh mạch 36

2.5.4 Gây mê nội khí quản 37

2.5.5 Gây mê phối hợp 37

2.5.6 So sánh các phương pháp gây mê từ đó đưa ra những ưu nhược điểm của phương pháp gây mê nội khí quản 37

2.6 Các kỹ thuật gây mê khí 39

2.6.1 Phương pháp nhỏ giọt 39

2.6.2 Phương pháp thổi (Insufflation Technique) 39

2.6.3 Phương pháp Ayre ống chữ Y, ống chữ T 40

2.6.4 Phương pháp Jackson –Rees 41

2.6.5 Phương pháp không thở lại 41

2.6.6 Hệ thống đường vòng 42

2.6.6.1 Thể kín hoàn toàn (Hệ thống kín, vòng) 42

2.6.6.2 Thể nửa kín (Hệ thống thở lại một phần) 43

2.6.6.3 Thể nửa hở với van không hít thở lại 44

2.7 Các loại thuốc dùng trong gây mê và duy trì mê 45

2.7.1 Nitrous Pxide (Protoxyde d’Azote N2O) 45

2.7.2 Halothane (Fluothan) 46

2.7.3 Isoflurane (Foran) 48

2.7.4 Sevofluran ( Sevoran) 51

2.7.5 Diethyl Ether( Ether) 51

2.8 Khảo sát các loại máy gây mê đang sử dụng trên thị trường (ưu, nhược điểm của thiết bị ) 52

2.8.1 Máy gây mê Blease Focus 700, Focus 900, Serius 8700 và Serius 9700 của hãng Spacelabs (Mỹ) 53

2.8.2 Máy gây mê Datex Ohmeda model aestive 5 7900, SE 210, Modulus -1 (Mỹ) 54

2.8.3 Máy gây mê Akzent V_1.8 của hãng Stephan (Đức) 55

2.8.4 Máy gây mê Softlander của hãng Shin-ei (Nhật Bản) 56

2.8.5 Máy gây mê Narkomed model 2A, 2B (Mỹ) 57

2.8.6 Máy gây mê AMS model ADS II, AMS-8500 (Mỹ) 57

3.1 Những vấn đề cơ bản trong thiết kế 60

3.1.1 Nội dung thiết kế máy và chi tiết máy 60

3.1.2 Đặc điểm tính toán và thiết kế chi tiết máy 60

3.1.3 Các nguyên tắc và giải pháp trong thiết kế 61

3.2 Các bước tiến hành thiết kế đề tài “ Thiết kế và chế tạo mô hình máy gây mê phục vụ đào tạo “ 61

3.2.1 Các bước tiến hành thiết kế các bộ phận và đường ống dẫn khí của máy gây mê phục vụ đào tạo 62

3.2.2 Các bước thiết kế bình bốc hơi cho máy gây mê phục vụ đào tạo 62

3.2.3 Các bước thiết kế bình vôi sô đa cho máy gây mê phục vụ đào tạo 62

3.3 Tính toán thiết kế mô hình máy gây mê phục vụ đào tạo 62

3.3.1 Lập sơ đồ mô hình 62

3.3.2 Cục bộ hoá các chi tiết trong thiết bị 63

3.3.2.1 Nguồn cung cấp oxy 63

3.3.2.2 Điều chỉnh áp suất và lưu lượng kế 67

3.3.2.3 Bình bốc hơi 71

3.3.2.4 Ngõ ra khí 77

3.3.2.5 Hệ thống làm sạch 77

3.3.2.6 Mạch thở bệnh nhân 78

3.3.3 Khảo sát quá trình khí động học 78

3.3.3.1 Các tính chất vật lý cơ bản của lưu chất và các khái niệm thường dùng 78

3.3.3.2 Tính toán khí động học trong bình bốc hơi 82

3.3.4 Tính toán truyền nhiệt 97

3.3.4.1 Lý thuyết truyền nhiệt 97

3.3.4.2 Tính toán truyền nhiệt trong bình bốc hơi 102

3.3.5 Tính toán các thông số chi tiết trong mô hình (tính toán tổn thất và chọn kết cấu) 107

3.3.5.1 Tính toán tổn thất năng lượng trong ống dẫn khí 107

3.3.5.2 Tính toán chọn kết cấu và bề dày của vật liệu 110

3.4 Bình vôi sô đa 115

3.4.1 Chất hấp thu khí CO2 115

3.4.2 Các chi tiết bình vôi sô đa: 118

5.1 Thử nghiệm 134

5.2 Kết luận

5.3 Hướng phát triển 136

Tài liệu tham khảo 137

Phụ lục: Tập bản vẽ chi tiết của bình bốc hơi 138

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 2.1: Cấu tạo hệ hô hấp

Hình 2.2: Cấu trúc mũi và xoang mũi

Hình 2.3: Cấu trúc hầu (thiết đồ đứng dọc nhìn từ trong)

Hình 2.4: Cấu trúc hầu (nhìn từ mặt cắt phía sau)

Hình 2.5: Cấu trúc khí quản (mặt cắt ngang và thiết đồ đứng)

Hình 2.6: Định khu phổi (nhìn trước)

Hình 2.7: Định khu của phổ (nhìn sau)

Hình 2.8: Minh hoạ cấu tạo đại thể của phổi

Hình 2.9: Cấu trúc cây phế quản

Hình 2.10: Mặt cắt ngang và hình dạng của tiểu phế quản tận

Hình 2.11: Động mạch và tĩnh mạch phổi

Hình 2.12: Cấu trúc phổi và vị trí các hạch xung quanh phổi

Hình 2.13: Cấu trúc các đường dẫn khí trong phổi

Hình 2.14: Minh họa động tác thở

Hình 2.15: Đồ thị nhịp thở

Hình 2.16: Minh họa hoạt động khuếch tán

Hình 2.17: Siêu cấu trúc màng hô hấp (mặt cắt ngang)

Hình 2.18: Mạng Schimmelbusch

Hình 2.19: Mặt nạ thanh quản (Laryngeal Mask Airway)

Hình 2.20: Ống Ayre chữ Y (chữ T)

Hình 2.21: Ống Ayre cải tiến được dùng trong phương pháp gây mê Jackson Rees

Hình 2.22: Van một chiều Rubben

Hình 2.23: Sơ đồ hệ thống vòng kín

Hình 2.24: Bóng Ambu

Hình 2.25: Cấu trúc phân tử Nitrous Oxide ( N=N-O)

Hình 2.26: Cấu trúc phân tử Halothane – CHBrClCF 3 (2-bromo-2-chloro-1,1,1-trifluoro-ethane)

Hình 2.30: Thiết bị gây mê Blease Focus 700 và Blease Focus 900

Hình 2.31: Thiết bị gây mê Datex Ohmeda SE 210

Hình 2.32: Thiết bị gây mê Akzent V_1.8

Hình 2.33: Thiết bị gây mê Softlander hãng Shin-ei

Hình 2.34: Thiết bị gây mê Narkomed 2A và 2B

Hình 2.35: Máy gây mê ADS II của AMS

Hình 2.36: Thiết bị ây mê Medec Bỉ

Hình 2.37: Hình thiết bị gây mê AM 5000

Hình 3.1: Sơ đồ khối thiết bị

Hình 3.2: Sơ đồ cục bộ từng khối thiết bị

Hình 3.3: Sơ đồ chi tiết thiết bị

Hình 3.4: Sơ đồ của hệ thống Oxy bồn

Hình 3.5: Hệ thống oxy bình

Hình 3.6: Bình chứa đơn lẻ

Hình 3.7: Đồng hồ đo áp suất

Hình 3.8: Cấu tạo của lưu lượng kế

Hình 3.9: Mô hình van kim trong lưu lượng kế

Hình 3.10: Hình dạng thực tế của lưu lượng kế

Hình 3.11: Ống lưu lượng hình nón và phao nổi (chấm tròn màu đỏ)

Hình 3.12: Van nổi của lưu lượng kế

Hình 3.13: Ống lưu lượng kế

Hình 3.14: Phao nổi hình ống chỉ 2 lít/phút và phao nổi hình cầu chỉ 2 lít/phút

Hình 3.15: Bình bốc hơi có ngõ bypass

Hình 3.16: Bình bốc hơi Copper Kettle

Hình 3.17: Cấu tạo và hướng lưu thông khí oxy trong bình bốc hơi copper

Hình 3.18: Hình dạng thực tế của bình bốc hơi Goldman

Hình 3.19: Bình bốc hơi Boyles Bottle (sử dụng khí Ether)

Hình 3.20: Bình OMV

Hình 3.21: Bình bốc hơi Floutec Mk 2

Hình 3.22: Sơ đồ lưu thông khí trong Aladdin Cassette

Hình 3.23: Cấu tạo bình bốc hơi Aladdin casettet

Hình 3.24: Bình vôi sô đa

Hình 3.25: Mạch thở bệnh nhân

Hình 3.26: Đồ thị biễu diễn mối liên quan giữa áp suất hơi và nhiệt độ của một số tác nhân gây mê đường hô hấp desflurane, isoflurane, halothane, enflurane, và sevoflurane

Hình 3.31: Sự phân chia lưu lượng dưỡng khí ở trường hợp 1

Hình 3.32: Sự phân chia lưu lượng dưỡng khí ở trường hợp 2

Hình 3.33: Mô hình tính toán diện tích mặt cắt ngang của các ống dẫn khí trong bình bốc hơi

Hình 3.34: Vị trí tính toán l 1 ; l 2 ; l2’ ; l 3 trong mô hình tính toán bình bốc hơi.

Hình 3.35: Vị trí xuất hiện trở kháng cục bộ ứng với các hệ số trở kháng cục bộ ξ 1, ξ 2, ξ 3, ξ 4, ξ 5, ξ 6

Hình 3.36: Sự giãn nở của 2 kim loại có độ giãn nở khác nhau khi nhiệt độ thay đổi

Hình 3.37: Lá lưỡng kim bị cong khi nhiệt độ thay đổi

Hình 3.38: Tính toán lá lưỡng kim

Hình 3.39: Mô hình tính toán tổn thất năng lượng từ mặt cắt 1-1 đến mặt cắt 2-2

Hình 3.40: Vị trí xảy ra tổn thất cục bộ

Hình 3.41: Sơ đồ phản ứng của chất hấp thụ CO 2 với chỉ thị màu

Hình 3.42: Bình vôi sô đa với chất chỉ thị màu tím ethyl

Hình 3.43: dạng hình học của bình vôi sô đa cần chế tạo

Hình 4.1: Cấu tạo và các chi tiết của bình bốc hơi

Hình 4.2: Vỏ bình bốc hơi sau khi gia công (cũng là không gian buồng bốc hơi)

Hình 4.3: Chi tiết giá đỡ cho tấm bấc (than và mặt kết nối với bộ phận chứa các đường ống vào và ra bình bốc hơi)

Hình 4.7: Lá lưỡng kim và hệ thống giá chỡ cho là lưỡng kim

Hình 4.8: Bộ phận chứa lá lưỡng kim và là hệ thống quá dòng bù nhiệt cho buồng bốc hơi

Hình 4.9: Chi tiết van điều chỉnh nồng độ % khí mê

Hình 4.10: Chi tiết núm điều chỉnh nồng độ % khí mê (mặt trên và dưới)

Hình 4.11: Chi tiết khoá núm van điều chỉnh nồng độ % khí mê (kết nối với núm van điều chỉnh nồng

độ % khí mê)

Hình 4.12: Chi tiết tạo khoảng cách giữa 2 tấm bấc

Hình 4.13: Bình bốc hơi hoàn thành

Hình 4.14: Mô hình máy gây mê hoàn thành

Hình 4.15: Bình bốc hơi trong mô hình

Hình 4.16: Lưu lượng kế trong mô hình

Hình 4.17: Hệ thống bình vôi sô đa trong mô hình

Hình 4.18: Hệ thống regulator, van flush và mask kết nối bệnh nhân trong mô hình

Bảng 3.1: Bảng kích thước và thể tích bình chúa khí Oxy

Bảng 3.2: Thông số hô hấp đối với người trưởng thành bình thường Bảng 3.3: Sự thay đổi màu của chất chỉ thị

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

- Mục tiêu: Nghiên cứu và thiết kế và chế tạo mô hình máy gây mê, hướng phục vụ đào tạo trong bệnh viện, trường nghề và đại học Để giúp cho người trực tiếp vận hành thiết bị và kỹ sư vật lý y sinh nắm thật rõ về thiết bị gây mê, ngoài việc học những kiến thức chung về nguyên lý hoạt động và cấu tạo thiết bị thì các học viên cần có một mô hình

cơ bản đầy đủ của một thiết bị gây mê Hiểu được nhu cầu rất cấp thiết đó, mục tiêu của đề tài là hoàn thành thiết kế và chế tạo mô hình máy gây mê phục vụ đào tạo để giúp các học viên trong các bệnh viện, trường nghề và trường Đại học có được mô hình đào tạo về thiết

bị gây mê này

- Đối tượng nghiên cứu: Thiết bị gây mê phục vụ đào tạo

Ở các nước phát triển trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, trang thiết bị trong ngành Y tế đóng vai trò hết sức quan trọng, đóng góp không nhỏ đến sự lớn mạnh và phát triển của mỗi cơ sở y tế và các bệnh viện; trong số các trang thiết bị y tế đó thiết bị Gây Mê là một trong những thiết bị không thể thiếu trong các cơ sở Y tế

Ở Việt Nam, vấn đề này rất được quan tâm, bằng chứng là các bệnh viện đã luôn tự trang bị cho chính họ những thiết bị Gây Mê hiện đại, đa số các thiết bị Gây Mê này là được nhập ở nước ngoài với giá thành tương đối cao Do đó mà không phải bệnh viện nào cũng có thể tự trang bị cho mình những loại máy mới này; đặt biệt là đối với các thiết bị tuyến tỉnh, huyện với nguồn kinh phí hạn hẹp, không đủ điều kiện trang bị cho mình những thiết bị hiện đại đó, hoặc nếu có cũng hạn chế về mặt số lượng

Thiết bị gây mê là một trong những thiết bị hỗ trợ rất quan trọng cho các bác sĩ trong việc cứu chữa bệnh nhân, vì vậy trong tất cả các bệnh viện lớn nhỏ, các cơ sở y tế đều phải được trang bị thiết bị này Thiết bị gây mê hiện nay được rất nhiều hãng sản xuất lớn trên thế giới nghiên cứu sản xuất, rất hiện đại và qui mô, có nhiều sự thiết bị hỗ trợ kèm theo rất

đa dạng và phức tạp Do đó để có thể ứng dụng thiết bị gây mê này một cách hoàn hảo thì người vận hành và các kỹ sư vật lý y sinh phải hiểu biết thật sâu về thiết bị này, ngoài việc năm được kiến thức vận hành thông thường thì cần phải hiểu sâu về nguyên lý hoạt động

và cấu tạo của nó nó đề có thể ứng dụng một cách hiệu quả thiết bị này, ngoài ra khi có sự

cố xảy ra thì phải biết cách khắc phục nhanh chóng để đưa thiết bị hoạt động trở lại và đảm bảo an toàn tuyệt đối cho bệnh nhân

- Phương pháp tính toán dựa trên lý thuyết cơ lưu chất dòng một pha (oxy), dòng 2 pha(oxy và khí mê); ứng dụng lý thuyết truyền nhiệt của nhiệt động lục học kỹ thuật để tính toán các thông số cần thiết cho quá trình thiết kế chế tạo; ứng dụng lý thuyết sức bền vật liệu để tính toán độ bền cho thiết bị

- Khảo sát quá trình nghiên cứu và chế tạo máy gây mê trong và ngoài nước

- Phương pháp thiết kế và chế tạo thiết bị gây mê (đặc biệt là bình bốc hơi): dựa vào nội dung và nguyên tác thiết kế chi tiết máy, các chi tiết trong thiết bị thoã mãn những yêu cầu kỹ thuật, làm việc ổn định trong thời gian hoạt động, chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của chi tiết máy phải phù hợp với chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của toàn máy Dựa vào những chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật để thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh thiết bị gây mê phục vụ đào tạo

1.3 Kết quả

- Trình bày được chức năng, sinh lý học của hệ hô hấp Xác định được vị trí đặt nội khí quản của phương pháp gây mê nội khí quản, và các thông số hô hấp

- Mô tả được cơ chế và phương pháp gây mê

- Tính toán được quá trình khí động học, quá trình truyền nhiệt của bình bốc hơi

- Bộ thông số thiết kế: thông số lưu lượng, áp suất qua các chi tiết máy như lưu lượng kế, bình bốc hơi; các thông số đường kính và độ dài của các đường ống dẫn khí trong bình bốc hơi và trong toàn thiết bị

- Quy trình thiết kế bình bốc hơi: nghiên cứu về bình bốc hơi như cấu tạo, nguyên tác hoạt động của bình bốc hơi, tiếp theo là đưa ra mô hình tính toán cho bình bốc hơi, rối tính toán các thông số của bình bốc hơi dựa vào mô hình tính toán, dựa vào những thông số tính toán được và cấu tạo của bình bốc hơi để thiết kế bình bốc hơi với đầy đủ các chi tiết

Từ những bản vẽ thiết kế chi tiết của bình bốc hơi mang gia công chế tạo thành bình bốc hơi

- Chi tiết chế tạo: sử dụng các thông số tính toán được và bản vẽ chế tạo bình bốc hơi, hệ thông đường ống dẫn khí trong thiết bị và bình vôi sô đa Lắp ráp hoàn thành một thiết bị gây mê hoàn chỉnh với đầy đủ các bộ phận của một máy gây mê cơ bản

- Thử nghiệm thiết bị Đối tượng thử nghiệm và động vật như chó và mèo Khi thử nghiệm do không có thiết bị đo nồng độ % khí mê nên sử dụng thời gian mê của động vật

mà có được nồng độ % khí mê của thiết bị

CHƯƠNG II: TỒNG QUAN VỀ GÂY MÊ _ SINH LÝ CỦA HỆ HÔ HẤP

VÀ CÁC THIẾT BỊ GÂY MÊ HIỆN NAY

Hệ hô hấp gồm mũi, miệng, hầu, khí quản, các đường dẫn khí được phân nhánh và hai phổi, cơ hoành, và nhiều cơ khác

Hình 2.1: Cấu tạo hệ hô hấp

2.1.1 Mũi:

Là phần đầu của đường dẫn khí

Chức năng hô hấp của mũi là dẫn khí và bảo vệ

Trong suốt thời gian hô hấp, không khí vào cơ thể thông qua miệng và các đường dẫn ở mũi Mũi lọc không khí chúng ta thở: Lớp lót của nó - màng nhầy - có hàng ngàn lông nhỏ di chuyển gợn sóng đẩy chất nhầy về phía cổ họng Bụi, các phần tử hoá học, và

vi khuẩn được bắt giữ trong chất nhầy, rồi được mang trở lại cổ họng và được khạc ra ngoài Màng nhầy làm ấm và ẩm không khí hít vào Đồng thời mũi là vị trí của các cơ quan khứu giác

2.1 CẤU TẠO HỆ HÔ HẤP [1]

Họng là ngã 4: mũi, miệng, thực quản, thanh quản

Về cấu trúc chia họng làm 3 phần: Họng mũi, Họng miệng, Họng thanh quản

Hình 2.3: Cấu trúc hầu (thiết đồ đứng dọc nhìn từ trong)

Hình 2.4: Cấu trúc hầu (nhìn từ mặt cắt phía sau)

hồng cầu Từ hai nhánh phế quản vào hai phổi, sự phân chia thành các tiểu phế quản & tiểu tiểu phế quản cần thiết để dẫn khí cho cả 300 - 400 phế nang cho mỗi buồng phổi

Khí quản dài khoảng 15cm tiếp nối thanh quản ở cổ và ngực, chạy đến đốt sống ngực

IV thì chia thành 2 phế quản chính phải và trái Phế quản chính phải to hơn, dốc hơn và ngăn hơn phế quản chính trái Khí quản cấu tạo bởi 10 - 20 vòng sụn chữ C, đóng kín phía

sau bởi cơ trơn, nối liền với nhau bởi các dây chằng vòng, long khí quản được lót bởi niêm mạc

Hình 2.5: Cấu trúc khí quản (mặt cắt ngang và thiết đồ đứng)

Trong con người, phổi gồm có hai buồng phổi nằm bên trong lồng ngực, được bao bọc bởi các xương sườn chung quanh, phía dưới có cơ hoành ngăn giữa phổi và các cơ quan trong bụng như gan, dạ dày, lá lách Giữa hai buồng phổi là khí quản (1) - là ống dẫn khí chính Khí quản phân ra hai nhánh phế quản chính (2) (3) Quả tim nằm giữa hai phổi (trung thất), hơi trệch về bên trái

Hình 2.6: Định khu phổi (nhìn trước)

Hình 2.7: Định khu của phổ (nhìn sau)

 Cấu tạo đại thể:

Mỗi phổi được bao bọc trong một bao thanh mạc, gồm 2 lá gọi là màng phổi tương

tự như màng ngoài tim hoặc màng bụng, giữa 2 lá là ổ màng phổi Màng phổi tạng bọc sát

và dính chặt vào nhu mô phổi, lách vào các khe gian thuỳ phổi Ở rốn phổi màng phổi quặt

ra để liên tiếp với màng phổi thành Màng phổi thành áp sát phía ngoài màng phổi tạng và

áp sát vào lồng ngực

Mỗi phổi có hình thể gần giống một nửa hình nón gồm một đáy, một đỉnh, hai mặt (mặt sườn và mặt trong) và 2 bờ (bờ trước và bờ dưới)

Hình 2.8: Minh hoạ cấu tạo đại thể của phổi

Buồng phổi bên trái có 2 thùy (trái-trên (5a), trái-dưới (5b)), bên phải có 3 thùy (phải-trên (4a), phải-giữa (4b) và phải-dưới (4c)) Mỗi buồng phổi có một phế quản chính, một động mạch (8) và hai tĩnh mạch - những ống dẫn này chia như nhánh cây chi chít từ lớn ở giữa ngực (trung thất) đến cực nhỏ phía ngoài cùng của buồng phổi - kèm theo là các dây thần kinh và mạch bạch huyết

Những ống dẫn khí lớn hơn như khí quản và phế quản lớn được nhiều vành sụn giữ cho cứng và có ít cơ trơn Bên trong các ống có lát màng tế bào tiêm mao và một lớp màng nhầy mỏng trên các tế bào này Chất nhầy giữ bụi, hạt phấn và các chất bẩn khác Qua chuyển động của tiêm mao, chất bẩn bám theo màng nhầy được đẩy lên và đưa vào thực quản nuốt xuống dạ dày theo nước miếng

- Cây phế quản:

Mỗi phế quản chính sau khi qua rốn phổi sẽ chia thành các phế quản thùy Mỗi phế

quản thùy dẫn khí cho một thùy phổi và lại chia thành 10 phế quản phân thùy dẫn khí cho

một phân thùy phổi

Mỗi phế quản phân thùy lại chia thành các phế quản hạ phân thùy Các phế quản hạ

phân thùy lại chia nhiều lần nữa cho tới tận phế quản tiểu thùy dẫn khí cho một tiểu thùy

phổi Đáy của các tiểu thùy hiện lên thành những hình đa giác ở các mặt phổi Tiểu thùy

phổi là đơn vị cơ sở của phổi gồm các tiểu phế quản tận cùng chia thành các tiểu phế quản

hô hấp dẫn khí vào ống phế nang rồi vào túi phế nang và sau cùng là phế nang Mặt phế

nang có các mao mạch phổi để trao đổi khí giữa máu và không khí

Hình 2.9: Cấu trúc cây phế quản

- Cấu trúc tiểu phế quản tận: không có sụn, chỉ có cơ trơn

Hình 2.10: Mặt cắt ngang và hình dạng của tiểu phế quản tận

- Động mạch và tĩnh mạch phổi:

Thân động mạch phổi từ tâm thất phải chạy lên trên ra sau đến bờ sau cùng động mạch chủ thì chia thành động mạch phổi phải và động mạch phổi trái, cùng với phế quản qua rốn phổi uốn quanh cây phế quản và phân chia gần giống cây phế quản Động mạch phổi dẫn máu đen đến phổi để trao đổi khí nên còn được gọi là động mạch chức năng của phổi

Các lưới mao mạch phế nang sẽ đổ vào các tĩnh mạch quanh tiểu thùy rồi tiếp tục thành các thân lớn dần cho tới các tĩnh mạch gian hoặc dưới phân thùy, hoặc tĩnh mạch trong phân thùy và cuối cùng tập hợp thành hai tĩnh mạch phổi ở mỗi phổi đem máu giàu oxy đổ vào tâm nhĩ trái

Sự phân bố của tĩnh mạch phổi như vậy không hoàn toàn giống động mạch Ngoài các tĩnh mạch đi trong các đơn vị phổi như động mạch, còn có các tĩnh mạch đi ở chu vi hoặc ranh giới giữa các đơn vị phổi Vì vậy các tĩnh mạch được coi là nơi đi vào các giới hạn của phân thùy trong thủ thuật cắt bỏ phân thùy

Hình 2.11: Động mạch và tĩnh mạch phổi

- Các mạch và hạch bạch huyết của phổi:

Hình 2.12: Cấu trúc phổi và vị trí các hạch xung quanh phổi

Các đường dẫn lưu:

Phổi phải: Tất cả các thùy dẫn lưu tới các hạch trong phổi và phế quản phổi (rốn), rồi

tới các hạch khí phế quản dưới, các hạch khí phế quản trên phải và tới các hạch khí quản

phải trên đường dẫn tới tĩnh mạch cảnh tay đầu thông qua thân bạch huyết phế quản trung

thất và hoặc hạch bậc thang

Phổi trái: thùy trên dẫn lưu tới các hạch phổi và rốn, các hạch cựa khí quản, các hạch

khí phế quản trên trái, các hạch khí quản trái và hoặc hạch cung động mạch chủ, rồi tới tĩnh

mạch cảnh tay đầu thông qua thân phế quản trung thất và ống ngực Thùy dưới trái cũng

dẫn lưu tới các hạch phổi và rốn tới các hạch cựa khí quản, nhưng sau đó hầu hết đi tới các hạch khí phế quản trên, nơi nó đi củng đường như bạch huyết từ phổi phải

Phế nang và các đường dẫn khí trong phổi:

Phế nang là những túi rất nhỏ thành rất mỏng mảnh, nhận không khí từ nhánh tận

cùng của cây phế quản Vách phế nang là một lá mỏng gồm sợi mô đàn hồi, có một lớp biểu mô mỏng lót bên trong phế nang Có nhiều mao mạch chạy trên vách đó, giữa máu mao mạch và không khí trong phế nang chỉ có một lớp rào ngăn cực mỏng, gọi là màng hô hấp

Màng hô hấp có 6 lớp: (1) lớp dịch lót phế nang chứa chất hoạt diện (surfactant) làm giảm sức căng mặt ngoài của phế nang; (2) biểu mô phế nang gồm tế bào biểu mô dẹt; (3) màng nền biểu mô; (4) khoảng kẽ rất hẹp giữa biểu mô phế nang và màng mao mạch; (5) màng nền mao mạch, màng nền này có nhiều chỗ hoà lẫn vào màng nền biểu mô; (6) màng nội mạc mao mạch

Con người có 300 triệu phế nang Mỗi phế nang có nhiều mạch máu li ti bọc chung quanh Những bong bóng cực nhỏ này nếu trải đều ra sẽ có diện tích bề mặt là 70 m² Đây

là diện tích của các màng cực mỏng dùng để di chuyển khí giữa phế nang và máu

Màng của phế nang gồm 2 loại tế bào Loại 1 mỏng tạo phần chính của màng phế nang Loài 2 dầy, tiết chất hoạt hóa bề mặt Ngoài ra còn còn các tế bào phụ khác như bạch huyết cầu với nhiệm vụ miễn nhiễm và "làm sạch" môi trường

Hình 2.13: Cấu trúc các đường dẫn khí trong phổi

2.2 Sinh lý hô hấp [2]

2.2.1 Định nghĩa chức năng hô hấp:

Hô hấp có nghĩa là đem khí O2 từ môi trường ngoài cơ thể vào tế bào và đem CO2

của tế bào ra ngoài môi trường ngoài

Nhu cầu sử dụng O 2 :

Cơ chất + O2 E + CO2 + H2O (Đường, đạm, mỡ)

Nhu cầu thải khí CO 2 :

CO2 + H2O H2CO3 gây pH máu acid

Chức năng hô hấp: là hoạt động trao đổi khí, nhằm cung cấp O2 cho tế bào tạo năng lượng và thải khí CO2 để ổn định pH nội môi

Hô hấp gồm 4 giai đoạn:

- Sự thông khí ở phổi: là sự trao đổi khí giữa phế nang với khí trời (hô hấp ngoại)

- Khuếch tán O2 và CO2 giữa khí phế nang và máu tại phổi

- Sự chuyên chở O2 và CO2 trong máu và dịch cơ thể để đến hoặc rời khỏi tế bào

- Sự trao đổi giữa dịch cơ thể và tế bào (hô hấp nội)

Cả 4 giai đoạn trên đều có sự tác động của các cơ chế điều hòa hô hấp để góp phần vào sự hằng định nội môi của cơ thể Mục đích cuối cùng của sự hô hấp là dùng O2 hấp thụ được đốt các thực phẩm trong tế bào để lấy năng lượng và CO2 sinh ra trong quá trình này được mang thải ra ngoài

2.2.2 Hoạt động thông khí phổi:

- Các kiểu thông khí phổi:

Khí đi từ áp suất cao đến áp suất thấp Muốn đem không khí vào phổi thì áp suất không khí (PKK) phải lớn hơn áp suất phế nang (PPN) và muốn đưa không khí ra thì PPNphải lớn hơn PKK, khi PKK bằng PPN thì không có sự lưu chuyển khí

Khí từ ngoài vào phổi (thở kiểu âm): PPN < PKK (thở tự nhiên)

Khí từ phổi đi ra (thở kiểu dương): PPN > PKK (thở nhân tạo)

Kiểu thở ở người là kiểu thở âm, nhưng phổi lại hoàn toàn thụ động, lồng ngực sẽ tăng thể tích, áp suất âm trong màng phổi sẽ làm phổi nở lớn theo, làm áp suất không khí trong phế nang thấp hơn áp suất khí quyển, khí ùa vào phổi

- Động tác hô hấp:

Thở là cử động lồng ngực do co giãn các cơ hô hấp, cử động đó làm biến đổi thể tích lồng ngực, gây biến đổi áp suất lồng ngực và trong phế nang, tạo dòng khí từ ngoài trời vào phế nang và từ phế nang ra ngoài Không khí cũng như máu là chất lỏng lưu chuyển từ nơi áp suất cao đến nơi áp suất thấp theo định luật Poiseuille như sau:

L

r P P F

.8

.)

(

4 2 1





Công thức này nói lên rằng chất lỏng lưu chuyển từ nơi có áp suất cao P1 đến nơi áp suất thấp P2 và lưu lượng F (flow) của dòng khí chảy tỉ lệ thuận với chênh lệch áp suất (P1– P2) và với lũy thừa bậc 4 của bán kính ống dẫn; tỉ lệ nghịch với chiều dài L của ống dẫn

và với độ nhớt η (eta) của chất lỏng

o Động tác hít vào:

Hít vào là động tác chủ động, tốn năng lượng, do đó các cơ gọi là cơ hít vào, làm tăng thể tích lồng ngực theo cả ba chiều không gian, trong đó cơ hoành là quan trọng nhất Lúc chu kỳ thở ra vừa kết thúc, các cơ hô hấp ở trạng thái thư giãn, và không có dòng khí lưu chuyển Lúc này áp suât màng phổi khoảng 4mmHg Còn áp suất trong phế nang thì bằng áp suất khí quyển vì phế nang thông với khí quyển qua đường hô hấp, và không có đường khí lưu chuyển

Bắt đầu hít vào, cơ hoành làm hạ thấp vòm cơ hoành, tăng đường kính thẳng củ lồng ngực Đồng thời các cơ liên sườn ngoài co làm xương sườn dâng lên, tăng đường kính ngang lồng ngực Xương ức cũng dâng lên và nhô ra phía trước, làm tăng kích thước chiều trước sau của lồng ngực

Lồng ngực tăng thể tích làm phổi thụ động nở ra theo Phổi nở, phế nang nở làm giảm áp suất phế nang xuống các trị số âm, có tác dụng hút không khí ngoài trời vào đường

hô hấp, đến phế nang Trên đây là động tác hít vào bình thường, rất nhiều khi và vô ý thức, huy động vào phổi lượng khí chừng gần nửa lít gọi là thể tích lưu thông (TV)

Hít vào tối đa là cử động theo ý muốn, có thêm sự tham gia của cơ ức đòn chũm nàng xương ức, cơ serrate trước là co nâng nhiều xương sườn, và cơ scalen nâng hai xương sườn trên Động tác này huy động thêm vào phổi lượng khí chừng hơn 1 lít gọi là thể tích

dự trữ hít vào

o Động tác thở ra:

Thở ra là động tác thụ động, thường là vô ý thức và không dùng năng lượng, các cơ

hô hấp không co mà giãn mềm ra, lực co đàn hồi của phổi và ngực làm cho lồng ngực trở

về vị trí ban đầu Các xương sườn hạ thấp và thu vào trong, xương ức hạ thấp và lui về, cơ hoành lại nhô vòm lên cao phía ngực Ngực thu nhỏ làm phổi thu nhỏ, phế nang thu nhỏ,

áp suất phế nang tăng, đẩy không khí ra ngoài Như vậy cử động của lồng ngực thì thở ra là ngược chiều với thì hít vào Áp suất phế nang bằng áp suất khí quyển lúc ngưng hở,có giá trị âm chừng -1mmHg ở thì hít vào, giá trị dương chừng 1mmHg ở thì thở ra bình thường

Thở ra tối đa là cử động theo ý muốn, có thêm vai trò của các cơ liên sườn trong tác dụng hạ thấp các xương sườn (ngược chiều động tác hít vào là nâng xương sườn do các cơ liên sườn ngoài) và vai trò các cơ thẳng bụng đẩy tạng bụng nâng cao thêm vòm cơ hoành

về phía lồng ngực Động tác này đẩy thêm ra khỏi phổi lượng khí gọi là thể tích dự trữ thở

ra

Hình 2.14: Minh họa động tác thở

- Các thể tích, dung tích và lưu lượng thở: Có 4 thể tích và 4 dung tích thở

Hình 2.15: Đồ thị nhịp thở

Thể tích thở (volume, V) là một lượng khí tính bằng lít được huy động trong một

động tác thở cơ bản Trong phổi học, một công ước quốc tế đã được quy ước dung tích

(capacity, C) là tổng của hai hoặc nhiều thể tích thở Như vậy ở đây dung tích là một thể tích chứ không phải sức chứa theo nghĩa thông thường ở vật lý y học

o Thể tích lưu thông (TV) là số lít khí ra vào phổi trong một lần thở bình thường

o Thể tích dự trữ hít vào (IRV) là số lít khí hít vào được thêm, từ vị trí hít vào

bình thường đến vị trí hít vào tối đa (không thể hít vào thêm được nữa)

o Thể tích dự trữ thở ra (ERV) là số lít thở ra được thêm, từ vị trí thở ra bình

thường đến vị trí thở tối đa (không thể nào thở ra thêm được nữa)

o Thể tích cặn (RV) là số lít khí còn trong phổi sau khi đã thở ra tối đa, không

thể nào đưa lưu lượng khí đó ra được (trên cơ thể toàn vẹn, lồng ngực kín, phổi không co xẹp RV là loại thể tích không huy động được

Dung tích thở:

o Dung tích sống (VC) là số lít khí tối đa huy động được trong một lần thở Như

vậy dung tích sống là số lít khí huy động từ vị trí hít vào tối đa đến vị trí thở ra tối đa, và

nó gồm 3 thể tích loại huy động được:

o Dung tích toàn phổi (TLC) là tổng số lít khí tối đa có được trong phổi, và ta có:

o Dung tích cặn chức năng (FRC) là số lít khí có trong phổi cuối kì thở ra bình

thường tức là ở vị trí nghỉ thở, các cơ hô hấp thư giãn hoàn toàn

o Dung tích hít vào (IC) là số lít khí hít vào được tối đa kể từ vị trí nghỉ thở, thư

giãn

Giá trị quy tròn của mấy thông số thường gặp: Ở người Việt Nam trung bình, bình

thường và trẻ (nam giới 30 tuổi, cao 1,65m) các trị số như sau: dung tich sống (VC) 4,1l, dung tích toàn phổi (TLC) 5,5l, tỉ lệ thể tích cặn (RV TLC) 25% Đến 60 tuổi, VC giảm còn 3,35l, TLC không đổi, tỉ lệ RV TLC tăng lên đến 37% Ở nữ giới (cao 1,55m) các thể

tích bằng khoảng 70% nam giới

Khoảng chết và lưu lượng trong phế nang:

o Lưu lượng thông khí phổi, gọi tắt là thông khí phổi hay thông khí phút, kí hiệu

là V, là số lít không khí ra vào phổi trong một phút Trị số thông khí phút bằng thể tích lưu thông TV nhân với tần số thở trong một phút V= TV x f

o Khoảng chết là khoảng không gian trong đường hô hấp có không khí ra vào

nhưng không có trao đổi khí hô hấp vì ở đó không khí không tiếp xúc với mao mạch phổi Khoảng chết gồm các đường hô hấp trên cho tới các nhánh cây phế quản chưa đến tiểu phế quản thở (chưa có trao đổi khí với mao mạch phổi)

o Công thức tính thông khí phế nang VA = (TV x VD) x f (2.7)

o Khoảng chết sinh lý là khoảng chết giải phẩu cộng các phế nang không trao đổi

khí vì không có máu Trong trường hợp có bệnh lý, khoảng chết sinh lý to gấp 5 hay gấp

10 lần khoảng chết sinh lý lúc bình thường

2.2.3 Hoạt động khuếch tán:

Là hiện tượng khí di chuyển qua màng trao đổi phế nang – mao mạch phổi vào máu theo sự chênh lệch hiệu số phân áp của từng chất khí

Hình 2.16: Minh họa hoạt động khuếch tán

- Nguyên lý khuếch tán khí qua màng hô hấp: Các khí chuyên chở qua các phần cơ

thê như lòng phế nang, huyết tương, hồng cầu, dịch gian bào, bào tương, chủ yếu là do khuếch tán vật lý

- Định nghĩa khuếch tán: Khuếch tán (diffusion) là sự vận động của các phân tử tự

do

Trong khi vận động, mỗi phân tử tự do đều di chuyển rất nhanh theo đương thẳng, theo một hướng ngẫu nhiên, trên đường đi va vào một phân tử khác thì đổi hướng rồi lại di chuyển theo đường thẳng, lại va vào một phân tử khác nữa, lại đổi hướng, cứ thế mãi

Nguồn năng lượng để vận động khuếch tán là chính sự vận động học của phân tử (kinetic motion) Mọi phân tử vật chất đều vận động không ngừng, trừ khi ở nhiêt độ tuyệt đối (-273o

C)

Các phân tử khí, dù vận động trong môi trường toàn là khí hay vận động ở dạng hoà tan trong dung dịch thân thể hay trong bào tương, cũng đều là hiện tượng khuếch tán và đều tuân thủ theo những định luật vật lý của khuếch tán

Áp suất là lực được tạo nên do sự va chạm liên tục của các phân tử khí

Trong hô hấp, ta thở một hỗn hợp trong đó có oxy, nitơ, carbon dioxid Tốc độ khuếch tán một chất khí trong hỗn hợp tỉ lệ thuận với áp suất khí đó trong hỗn hợp, tức là phần áp suất do khí đó đóng góp, chứ không phải tỉ lệ thuận với toàn bộ áp suất hỗn hợp khí Do đó có khái niệm về phân áp suất riêng phần của một khí (partial pressure) trong một hỗn hợp khí

- Khuếch tán khí qua nước, qua các dịch và mô:

Các yếu tố quyết định áp suất của khí hoà tan trong dung dịch: nồng độ khí, hệ số hoà tan

Khi nồng độ hoặc áp suất khí ở một điểm A cao hơn ở điểm B, thì số phân tử khuếch tán từ A sang B sẽ nhiều hơn số phân tử khuếch tán từ B sang A Khuếch tán thực là của số phân tử từ A sang B được tính bằng số phân tử khuếch tán từ A sang B trừ số phân tử khuếch tán từ B sang A

Công thức tính lượng khí khuếch tán thức:

L T P d

S A P D



(S) là độ tan; (PTL) phân tử lượng Hai đại lượng này kết hợp tạp thành hệ số khuếch tán khí S/√

- Khuếch tán khí qua màng hô hấp:

Đơn vị hô hấp: 1 tiểu phế quản thở, chia thành các ống phế nang, ống lại chia thành

các atrium tới túi phế nang

Hình 2.17: Siêu cấu trúc màng hô hấp (mặt cắt ngang)

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ khuếch tán qua màng hô hấp theo công thức (2.9):

o Bề dày màng hô hấp (d) có thể tăng do dịch phù ở khoảng kẽ của màng hoặc ở ngay phế nang Một số bệnh phổi gây xơ phổi làm tăng bề dày màng hô hấp ở nhiều chỗ

o Diện tích màng (A)

o Hệ số khuếch tán (S/√ )

o Chênh lệch phân áp (P) là lực đẩy khi qua màng hô hấp từ bên phân áp cao sang bên phân áp thấp

- Khả năng khuếch tán của màng hô hấp: Khả năng khuếch tán của màng hô hấp

(diffusion capacity) của màng hô hấp là số mililit khí qua màng trong 1 phút, dưới tác dụng chênh lệch phân áp 1 mmHg

Khả năng khuếch tán oxy lúc nghỉ ở nam giới trẻ tuổi vào quãng 20 ml/phút/mmHg Như vậy có nghĩa là bình thường thở nhẹ nhàng lúc nghỉ, chênh lệch phân áp hai bên màng

hô hấp xỉ 11mmHg, đó là lực gây khuếch tán 20 x 11 = 220 mililit oxy qua màng mỗi phút,

đó chính là nhu cầu oxy của cơ thể lúc nghỉ

Khả năng khuếch tán oxy trong vận cơ: khi vận cơ mạnh, cả lưu lượng thông khí phế nang lẫn lưu lượng máu qua phổi đều tăng, khiến khả năng khuếch tán oxy qua màng hô hấp tăng nhiều và ở nam giới trẻ tuổi có thể tăng đến mức tối đa chừng 60 – 65 ml/phút/mmHg tức là khoảng gấp 3 lần lúc nghỉ Tăng khả năng khuếch tán do: (1) mở

them mao mạch phổi mà lúc nghỉ ở trạng thái không hoạt động chức năng (cũng được dọi

la mao mạch đang ngủ); (2) cải thiện tỉ lệ thông khí thông máu phổi

Đo khả năng khuếch tán: người ta đã nghiên cứu cách đo khả năng khuếch tán qua màng tế bào của ba loại khí hô hấp để tìm cách ứng dụng thực hành như sau:

o Đo khuếch tán CO2 có khó khăn kỹ thuật là CO2 khuếch tán nhanh quá, khiến chênh lệch phân áp CO2 (P ) máu mao mạch phổi so với phế nang, là chưa tới 1mmHg

Kỹ thuật hiện nay chưa đo được độ chênh lệch nhỏ đến thế Vả lại CO2 khuếch tán rất nhanh, các vấn đề rối loạn khuếch tán là liên quan đến O2 chứ thực tế CO2 không thành vấn

đề Suy từ hệ số khuếch tán có thể tính ra khả năng khuếch tán CO2 lúc nghỉ là 450ml/phút/mmHg và lúc vận cơ là 1200 đến 1800 ml/phút/mmHg

o Đo khả năng khuếch tán O2 có khó khăn kỹ thuật, và có độ chính xác rất thấp, nên chỉ đo thí nghiệm, còn trong thực hành người ta đo gián tiếp qua carbon monoxide rồi lấy kết quả đó nhân với hệ số 1,23 thì ra trị số khả năng khuếch tán O2

- Tỉ lệ thông khí – thông máu phổi V A /Q:

Lúc bình thường lưu lượng thông khí vào phổi, tức là thông khí phổi cũng chính là thông khí phế nang VA chừng 4lít phút, còn lưu lượng máu lên phổi, tức thông máu phổi (Q) chừng 5lít/phút tức 0,8 là tỉ lệ thông khí – thông máu phổi bình thường, và là thuận lợi nhất cho khuếch tán khi qua màng hô hấp

Trong điều kiện sinh lý ở đỉnh phổi áp suất máu rất thấp, thấp hơn áp suất khí trong phế nang, do đó mao mạch xẹp, thông máu (Q) ở phế nang đó xấp xỉ bằng không, VA/Q cực lớn gần tới vô cực, phế nang tại đó hoạt động như một khoảng chết

Trong điều kiện bệnh lý như giãn phế nang, vách phế nang tan biến không còn mao mạch để mang máu lên lấy oxy Các điều kiện kể trên tạo ra những khoảng chết sinh lý Người bình thường ở tư thế đứng, máu dồn xuống đáy phổi nên thông máu Q cao, mà thông khí VA vùng vùng đó giảm, khiến trị số của tỉ lệ VA/Q thấp, một phần máu đến đó không lấy được oxy, gọi là máu shunt Shunt trong điện học là đoản mạch, trong sinh lý học phổi shunt là ống nối đưa máu nghèo oxy từ nhánh động mạch phổi, đi tắt sang thẳng nhánh hệ tĩnh mạch phổi về tim, không qua mao mạch lấy oxy, máu vẫn nghèo oxy Ở phế nang nào mà VA/Q bằng không hoặc thấp máu tuy có qua mao mạch nhưng thực chất như đoạn mạch đi tắt và không lấy oxy hoặc ít lấy oxy

2.2.4 Hoạt động vận chuyển khí:

- Vận chuyển oxy:

Oxy được vận chuyển trong máu dưới hai dạng chính là dạng kết hợp và dạng hòa tan Bình thường sự vận chuyển hầu như hoàn toàn dưới dạng kết hợp vì có tới 97% kết hợp với hemoglobin, chỉ có 3% vận chuyển dưới dạng hòa tan trong nước của huyết tương

và nước của hồng cầu

Thể tích oxy được vận chuyển: bình thường có 15g hemoglobin trong 100 ml máu, mỗi g hemoglobin gắn 1,34ml oxy Vậy 100ml máu ở phổi mang xấp xỉ 20ml oxy khi hemoglobin bão hòa 100% và mang 19,4ml oxy khi hemoglobin bão hòa 97% Khi máu đến mao mạch mô, chỉ còn giữ 14,4ml oxy Như vậy, bình thường cứ 100 ml máu mang đến cho mô chừng 5ml oxy

Vận chuyển oxy trong vận cơ nặng: khi vận cơ nặng, PCO 2 ở dịch kẽ sụt xuống chỉ còn 15mmHg, lượng oxy gắn vào hemoglobin chỉ còn 4,4ml và như vậy 10 ml máu đã nhường tới 15ml oxy cho mô, tức là gấp 3 lúc nghỉ Nếu ta lưu ý rằng khi vận cơ nặng lưu lượng tim gấp 6-7 lần, vậy lượng oxy đem đến mô sẽ tăng gấp 3 x (6 hoặc 7 lần) tức là gấp

20 lần so với bình thường

Hệ số sử dụng oxy là tỉ lệ số ml oxy nhường cho tổ chức, so với số ml oxy mang trong máu Như vậy hệ số sử dụng oxy lúc nghỉ là 5 : 20 tức 25%, lúc vận cơ nặng là 15 :

20 tức 75% Cá biệt có lúc hệ số đó lên đến 85%, có mô lên đến 100%

Hemoglobin với chức năng đệm oxy ở mô: Ngoài chức năng vận chuyển oxy, hemoglobin còn có chức năng đệm oxy ở mô như sau Mô muốn nhận đủ 5ml oxy từ máu

thì phải có PO 2 bằng 40mmHg Còn khi vận cơ nặng PO 2 xuống nhiều nhất là đến

15mmHg Do thuộc tính đó, hemoglobin đệm (tức giữ trị số ổn định) cho PO 2 mô ở trong khoảng hẹp từ 15 đến 40mmHg Thuộc tính Hemoglobin đã tạo cho cơ thể có khả năng giữ nội môi rất ổn định về mặt phân áp oxy, mặc dầu phân áp này biến động cực lớn ở môi trường ngoài, và cũng mặc dầu điều kiện sống khiến cơ thể tiêu thụ oxy rất thất thường, khi dung rất nhiều, khi dùng rất ít oxy

- Các dạng hóa học vận chuyển CO 2 :

Việc phân chia các dạng hóa học vận chuyển CO2 (bicarbonate, carbamin) và các hiện tượng vật lý (hòa tan, khuếch tán), không có nghĩa là mỗi hiện tượng là một sự việc riêng rẽ độc lập, ngược lại các bộ phận tương tác nhau thực hiện chức năng vận chuyển khí

Trong quá trình vận chuyển, trước hết CO2 khuếch tán từ tế bào mô dưới dạng phân

tử CO2 hòa tan (ion bicarbonate hầu như không qua được màng tế bào) Khí CO2 tới mao mạch thí phát sinh một loạt phản ứng lý và hóa gồm: tan trong nước (nước của huyết tương

và của hồng cầu), kết hợp hóa học với nước tạo thành acid carbonic, ion hóa thành H+ và ion bicarbonate, kết hợp với hóa học với các protein thành carbamin, các ion âm đổi chỗ nhau qua màng (Cl- và HCO3-), tất cả quy tụ vào việc hoàn thành chức năng vận chuyển

CO2 với cường độ cần thiết, thiếu một khâu nào thì cả quá trình bị giảm sút nặng Lần lượt các phản ứng như sau:

Vận chuyển carbon dioxid dạng hòa tan: một lượng nhỏ carbon dioxid lên tới phổi dưới dạng hòa tan, cứ 100ml máu thì vận chuyển 0,3ml CO2 dưới dạng đó, chiếm khoảng 7% toàn lượng CO2 lên phổi

Carbondioxid gắn nước tạo thành acid carbonic:

H2O + CO2  H2CO3 (xúc tác CA) Phân ly acid carbonic thành bicarbonate và ion hydro:

H2CO3  HCO3- + H+Phần lớn ion H+ gắn ngay vào hemoglobin (Hb) trong hồng cầu vì Hb là một chất toan kiềm mạnh Còn phần lớn ion carbonat khuếch tán sang huyết tương đổi chỗ cho ion clorua từ huyết tương vào hồng cầu Đây là hiện tượng vận chuyển đổi chỗ qua màng, nhờ một protein mang bicarbonate – clorua nằm trên màng hồng cầu Thế là khi hồng cầu mang theo máu chuyển từ động mạch sang tĩnh mạch, thì ion clorua huyết tương chạy qua màng hồng cầu, người ta gọi đó là sự di chuyển ion clorua, hay hiện tượng Hamburger Ý nghĩa của hiện tượng Hamburger là: huyết tương chỉ mang CO2 hóa tan là quá ít, còn tự nó không có khả năng tạo bicarbonate là dạng mang được nhiều CO2 Huyết tương đã thừa hưởng tác dụng men carboanhydrase trong hồng cầu gắn nước với CO2 thành acid carbonic, acid này ion hóa cho bicarbonate Cuối cùng huyết tương đổi ion clorua của mình lấy ion bicarbonate từ hồng cầu ra

Hiện tượng Hamburger làm tăng thêm hiệu lực chức năng vận chuyển CO2 của huyết tương, sự di chuyển ion Cl-

có tác dụng gây thay đổi áp suấtthẩm thấu một số khu vực huyết tương

Một số vấn đề liên quan với sự vận chuyển carbon dioxid:

- Độ toan của máu khi vận chuyển CO2:

Carbon dioxid vào máu thì tạo acid carbonic làm giảm pH máu, nhưng pH không giảm nhiều nhờ có các chất đệm Thường máu động mạch có pH xấp xỉ 7,41 khi lấy carbon dioxid rồi về tĩnh mạch thì pH khoảng 7,35 Máu lên phổi, thì biên đổi ngược lại khi vận

cơ mạnh, hoặc hoạt độngchuyển hóa cường độ cao thì pH máu ở mô giảm có thể tới 0,3 tạo trạng thái toan ở mô (acidosis)

o Thương số hô hấp (hoặc tỉ số hô hấp):

R = (CO2 nhả ra) / (O2 tiêu thụ) (2.10)

Trị số R luôn biến đổi Khi chỉ chuyển hóa glucid, R lên tới 1 Khi chuyển hóa mỡ R xuống 0,7 Người theo chế độ ăn uống bình thường, có thành phần trung bình các loại gluxid, lipid, protein thì thương số hô hấp R trung bình khoảng 0,825

o Máu nhận CO 2 ở mô, thải CO 2 ở phổi

Carbon dioxid sản xuất ở tế bào làm tăng PCO 2 bên trong tế bào Từ đó carbon dioxid khuếch tán theo con đường vận chuyển khí, từ nơi phân áp cao đến nơi phân áp thâp, ngược chiều vận chuyển oxy, cuối cùng tới phế nang, thải ra ngoài

Carbon dioxid khuếch tán nhanh gấp 20 lần oxy, nên chỉ cần hiệu áp suất nhỏ cũng khuếch tán

PCO 2 nội bào tức là bên trong tế bào, chừng 46mmHg, ở dịch kẽ 45mmHg, ta thấy

hiệu áp chỉ 1mmHg đủ gây khuếch tán PCO 2 máu động mạch 40mmHg, máu tĩnh mạch

rời mô chừng 45mmHg thăng bằng với dịch kẽ Lên tới phổi gặp PCO 2 khí phế nang 40mmHg, như vậy chênh lệch 5mmHg là đủ tạo tốc độ khuếch tán cần thiết

- Tác dụng của chuyển hóa và của lưu lượng máu đối với PCO 2 dịch kẽ

Thực nghiệm gây giảm lưu lượng máu xuống một phần tư mức bình thường, thì

PCO 2 dịch kẽ từ mức bình thường 45mmHg tăng lên 60mmHg Còn tăng lưu lượng máu

lên gấp 6, thì PCO 2 dịch kẽ từ mức bình thường 45mmHg xuống 41mmHg tức là rất xấp xỉ

40mmHg của máu động mạch đến Tăng chuyển hóa lên gấp mười làm PCO 2 khắp nơi

tăng còn giảm chuyển hóa xuống bằng một phần tư bình thường thì PCO 2 dịch kẽ xuống 41mmHg rất gần như ở máu động mạch

2.3.1 Định nghĩa:

Vô cảm là phương pháp làm mất, làm giảm, hủy bỏ một phần hay toàn bộ các cảm giác, cảm nhận đau đớn của người bệnh một cách tạm thời bằng các tác nhân, thuốc men