Andningsfrekvens 2: andningens anatomi och fysiologi

Introduktion

För att förstå andningsprocessen är det viktigt att vara bekant med thoraxens anatomi och andningssystemets fysiologi. Andningen har två viktiga komponenter:

• Ventilation: processen att fysiskt flytta luft in i och ut ur lungorna;
• Gasutbyte: processen att få in syre (O2) i kroppen och ut koldioxid (CO2).

Anatomi och fysiologi

Lungorna är belägna i bröstkorgen som är inneslutna av två pleurala membran (fig 1). Vid basen av bröstkorgen, som skiljer den från bukhålan, ligger diafragman. Detta är den viktigaste muskeln för inandning och är innerverad av frenikusnerven.

Lungorna består av stora och små luftvägar – luftstrupen är den största och den första av 23 generationer av luftvägar. Luftvägarna i varje generation utgår från den föregående genom ett system av oregelbundna dikotomiska grenar (Davies och Moore, 2010). De mindre luftvägarna (respiratoriska bronkioler) innehåller alveoler i sina väggar. Alveolerna är platsen för gasutbytet och deras förekomst ökar när luftvägarna blir mindre. Detta gör att lungans totala yta ökar exponentiellt vilket ger maximal möjlighet till gasutbyte.

Centrala och perifera kemoreceptorer som är känsliga för hypoxi (låga O2-nivåer) och hyperkapni (ökad CO2-halt) styr drivkraften att andas (Davies och Moore, 2010).

Ventilation

Luften rör sig naturligt från ett område med högt tryck till ett område med lågt tryck. Vid normal andning sker inspirationen genom att diafragman dras ihop och plattas ut och de yttre interkostalmusklerna dras ihop, vilket orsakar en höjning och utåtriktad rörelse av bröstkorgen. Detta ökar brösthålans storlek. Dessa förändringar gör att det parietala pleuraskiktet i lungorna rör sig med bröstkorgen och diafragman, vilket skapar ett undertryck. Det viscerala pleuraskiktet som är fäst vid lungornas yta följer med och lungorna expanderar och drar in luft.

Expiration i vila är i stort sett en passiv process; de inspiratoriska musklerna slappnar av och det sker en elastisk rekyl av lungorna som ger upphov till ett tillstånd av tryckjämvikt innan cykeln börjar om igen (Bourke och Burns, 2015). Denna rörelse av bröstväggen observeras när andningsfrekvensen (RR) mäts. Förändringar i RR uppstår som svar på träning, känslor och under sömn; de förändringar i RR som är förknippade med träning och ångest kan vara större än 25 slag per minut men återgår vanligtvis till det normala i ett vilande, lugnt tillstånd.

Gasutbyte

Ventilationsprocessen levererar luft till alveolerna där gasutbytet sker genom en enkel process av diffusion. En gas rör sig från ett område med hög koncentration till ett område med låg koncentration. Partialtrycket av O2 i atmosfären är högre i förhållande till det i kroppen och blodomloppet innehåller ett högre partialtryck av CO2 än atmosfären. För att ett effektivt gasutbyte ska kunna äga rum måste den luft som andas in i lungorna färdas till alveolarmembranet där kapillärväggarna är tunna och det finns en överlag stor yta.

Vad är en baslinje-RR?

När ventilation och gasutbyte sker är det normala intervallet för syremättnad i blodet (SpO2) 94-98 % (O’Driscoll et al, 2017) och detta kan upprätthållas i vila med en RR på 12-20 andetag per minut.

Figur 2 visar kurvan för disassociering av oxyhemoglobin. Detta illustrerar hur fysiologiska faktorer kan leda till en förändring av RR till följd av en förändring av SpO2. Om det till exempel sker en minskning av tillgängligt atmosfäriskt O2 (PO2) på hög höjd kommer SpO2 att sjunka, vilket utlöser en ökning av RR. Vid sjukdom där temperaturen eller pH-nivåerna i blodet förändras, vilket förskjuter kurvan för disassociering av oxyhemoglobin till höger eller vänster, kommer RR att påverkas när kroppen försöker återställa homöostasen.

Effekt av ohälsa på baslinjen RR

Det är viktigt att ifrågasätta om RR som en del av det nationella systemet för tidig varning (National Early Warning System, NEWS) (Royal College of Physicians, 2017) är mer användbart hos patienter som inte har någon känd respiratorisk åkomma, där en poäng på 0 (12-20 andetag per minut) är en sann baslinje.

I lungtillstånd där gasutbytet och/eller ventilationen är nedsatt i vila kommer de hypoxiska och hyperkapniska drivkrafterna att öka RR för att upprätthålla SpO2. Dåligt gasutbyte, som ses vid tillstånd som lungfibros eller emfysem (orsakat av en förtjockning av alveolväggarna respektive förstörelse av lungvävnaden), resulterar i en högre RR i vila. Det är därför viktigt att ta hänsyn till patientens ”normala” utgångsvärde.

Samhälleliga obstruktiva lungsjukdomar som kronisk obstruktiv lungsjukdom eller astma kännetecknas av ett ökat motstånd mot luftflödet eftersom de små luftvägarna är förträngda, vilket minskar syretillförseln till aveoli. Under akuta exacerbationer ökar detta motstånd vilket leder till en ökning av RR. Administrering av bronkdilatatorer slappnar av den glatta muskulaturen i luftvägarnas väggar, vilket minskar motståndet och återställer RR till normala nivåer.

Neuromuskulära tillstånd som påverkar lungorna leder ofta till hypoventilation, eftersom de mekanismer som behövs för normal ventilation inte fungerar som de ska. I detta fall kan en låg RR (bradypnoe) leda till andningssvikt.

Under kirurgi och postoperativ återhämtning måste RR övervakas noga eftersom anestetika, som vanligtvis innehåller opioider, kan sänka andningen och minska RR (Koo och Eikermann, 2011). De verkar på de centrala kemoreceptorerna och undertrycker drivkraften att andas.

Det är viktigt att komma ihåg att pulsoximetri mäter syremättnaden medan RR mäter ventilationen. Under tidiga stadier av försämring kan patienternas SpO2 förefalla ligga inom det normala intervallet, men RR ökar som svar på otillräckligt gasutbyte. Förändringar i RR är ofta det första tecknet på försämring (se del 1).

Framtiden

RR är en tidig indikation på patientens försämring, och tidig identifiering av förändringar säkerställer att patienterna får meningsfulla kliniska insatser. För att RR ska vara användbart som ett tidigt varningstecken hos patienter med känd respiratorisk sjukdom måste vi veta vad som är normalt för den patienten.

Som kommer att diskuteras senare i serien finns det teknik som objektivt kan mäta patientens RR i vila och vi måste överväga om dessa ska användas rutinmässigt i praktiken på samma sätt som vid mätning av SpO2 eller blodtryck.