Åndedrætsfrekvens 2: åndedrættets anatomi og fysiologi

Introduktion

For at forstå vejrtrækningsprocessen er det vigtigt at være bekendt med thoraxens anatomi og det respiratoriske systems fysiologi. Åndedrættet har to væsentlige komponenter:

• Ventilation: processen med fysisk at flytte luft ind og ud af lungerne;
• Gasudveksling: processen med at få ilt (O2) ind i kroppen og kuldioxid (CO2) ud.

Anatomi og fysiologi

Lungerne er placeret i brystkassen omsluttet af to pleuramembraner (fig. 1). I bunden af thorax, der adskiller den fra bughulen, ligger diafragmaet. Dette er den vigtigste indåndingsmuskel og innerveres af nervus phrenicus.

Lungerne består af store og små luftveje – trachea er den største og første af 23 generationer af luftveje. Luftvejene i hver generation udspringer fra den foregående gennem et system af uregelmæssige dikotomiske grene (Davies og Moore, 2010). De mindre luftveje (respiratoriske bronchioler) indeholder alveoler i deres vægge. Alveolerne er stedet for gasudveksling, og deres tilstedeværelse øges, efterhånden som luftvejene bliver mindre. Dette giver mulighed for, at lungernes samlede overfladeareal øges eksponentielt, hvilket giver maksimal mulighed for gasudveksling.

Centrale og perifere kemoreceptorer, der er følsomme over for hypoxi (lavt O2-niveau) og hyperkapni (øget CO2), styrer trangen til at trække vejret (Davies og Moore, 2010).

Ventilation

Luft bevæger sig naturligt fra et område med højt tryk til et område med lavt tryk. Under normal vejrtrækning sker inspirationen ved sammentrækning og udfladning af diafragmaet og sammentrækning af de ydre intercostale muskler, hvilket medfører en hævning og udadgående bevægelse af brystkassen. Dette øger størrelsen af brysthulen. Disse ændringer medfører, at det parietale pleuralag i lungerne bevæger sig sammen med brystkassen og diafragmaet og skaber et undertryk. Det viscerale pleuralag, der er fastgjort til lungernes overflade, følger med, og lungerne udvider sig og trækker luft ind.

Ekspiration i hvile er en stort set passiv proces; de inspiratoriske muskler slapper af, og der sker en elastisk rekyl af lungerne, hvilket giver anledning til en tilstand af trykligevægt, inden cyklussen begynder igen (Bourke og Burns, 2015). Denne bevægelse af brystvæggen observeres, når respirationsfrekvensen (RR) måles. Ændringer i RR forekommer som reaktion på motion, følelser og under søvn; de ændringer i RR, der er forbundet med motion og angst, kan være større end 25 slag pr. minut, men vil normalt vende tilbage til det normale i en hvilende, rolig tilstand.

Gasudveksling

Ventilationsprocessen tilfører luft til alveolerne, hvor gasudveksling sker ved en simpel diffusionsproces. En gas vil bevæge sig fra et område med høj koncentration til et område med lav koncentration. Partialtrykket af O2 i atmosfæren er højere i forhold til det i kroppen, og blodbanen indeholder et højere partialtryk af CO2 end atmosfæren. For at der kan finde en effektiv gasudveksling sted, skal luft, der indåndes i lungerne, bevæge sig til den alveolære membran, hvor kapillarvæggene er tynde, og hvor der er et generelt stort overfladeareal.

Hvad er en baseline RR?

Når ventilation og gasudveksling finder sted, er det normale område for blodets iltmætning (SpO2) 94-98 % (O’Driscoll et al, 2017), og dette kan opretholdes i hvile med en RR på 12-20 vejrtrækninger pr. minut.

Figur 2 viser oxyhæmoglobindisassocieringskurven. Dette illustrerer, hvordan fysiologiske faktorer kan føre til en ændring i RR som følge af en ændring i SpO2. Hvis der f.eks. er et fald i den tilgængelige atmosfæriske O2 (PO2) i højden, vil SpO2 falde, hvilket udløser en stigning i RR. Ved sygdom, hvor temperaturen eller pH-niveauet i blodet ændres, hvorved oxyhæmoglobindisassocieringskurven forskydes til højre eller venstre, vil RR blive påvirket, da kroppen forsøger at genoprette homøostase.

Effekt af dårligt helbred på baseline RR

Det er vigtigt at stille spørgsmålstegn ved, om RR som en del af National Early Warning System (NEWS) (Royal College of Physicians, 2017) er mere nyttigt hos patienter, der ikke har nogen kendt respiratorisk tilstand, hvor en score på 0 (12-20 vejrtrækninger pr. minut) er en sand baseline.

I lungetilstande, hvor gasudveksling og/eller ventilation er nedsat i hvile, vil de hypoxiske og hyperkapniske drivkræfter øge RR for at opretholde SpO2. Dårlig gasudveksling, som det ses i tilstande som f.eks. lungefibrose eller emfysem (forårsaget af henholdsvis en fortykkelse af alveolevæggen og ødelæggelse af lungevævet), resulterer i en højere RR i hvile. Det er derfor vigtigt at tage hensyn til patientens “normale” baseline.

Fælles obstruktive lungesygdomme som f.eks. kronisk obstruktiv lungesygdom eller astma er karakteriseret ved en øget modstand mod luftstrømmen, da de små luftveje er forsnævrede, hvilket reducerer ilttilførslen til aveoli. Under akutte eksacerbationer øges denne modstand, hvilket fører til en stigning i RR. Indgivelse af bronkodilatatorer afslapper den glatte muskulatur i luftvejsvæggen, hvilket reducerer modstanden og bringer RR tilbage til et normalt niveau.

Neuromuskulære tilstande, der påvirker lungerne, fører ofte til hypoventilation, da de mekanismer, der er nødvendige for normal ventilation, ikke fungerer korrekt. I dette tilfælde kan en lav RR (bradypnø) føre til respirationssvigt.

Under kirurgi og postoperativ genopretning skal RR overvåges nøje, da anæstesimidler, som normalt indeholder opioider, kan nedsætte respirationen og reducere RR (Koo og Eikermann, 2011). De virker på de centrale kemoreceptorer og undertrykker trangen til at trække vejret.

Det er vigtigt at huske, at pulsoximetri måler iltmætningen, mens RR måler ventilationen. I de tidlige stadier af forværring kan patienternes SpO2 synes at være i det normale område, men RR vil stige som reaktion på utilstrækkelig gasudveksling. Ændringer i RR er ofte det første tegn på forværring (se del 1).

Fremtiden

RR er en tidlig indikation af patientens forværring, og tidlig identifikation af ændringer sikrer, at patienterne modtager meningsfulde kliniske interventioner. For at RR kan være nyttig som et tidligt advarselstegn hos patienter med kendt respiratorisk sygdom, skal vi vide, hvad der er normalt for den pågældende patient.

Som det vil blive diskuteret senere i serien, findes der teknologier, der objektivt kan måle en patients RR i hvile, og vi skal overveje, om disse bør anvendes rutinemæssigt i praksis ligesom med måling af SpO2 eller blodtryk.