حجم باقیمانده: هوای پنهان در ریه‌های شما
حجم های ریوی: از چه بخش هایی تشکیل شده اند؟
برای درک حجم باقیمانده، ابتدا باید با حجم‌ها و ظرفیت‌های مختلف ریوی آشنا شویم. ریه‌های ما قادر به نگهداری مقادیر مختلفی از هوا در شرایط گوناگون هستند. این مقادیر به چهار حجم و چهار ظرفیت اصلی تقسیم‌بندی می‌شوند. حجم‌ها مقادیر پایه و غیرقابل تجمیع هستند، در حالی که ظرفیت‌ها از جمع دو یا چند حجم به دست می‌آیند.
| نام حجم/ظرفیت | نماد | تعریف | مقدار تقریبی در بزرگسالان |
|---|---|---|---|
| حجم جاری | TV | مقدار هوایی که در هر تنفس عادی وارد و خارج می‌شود. | 500 mL |
| حجم ذخیره دمی | IRV | حداکثر هوای اضافی که پس از یک دم عادی می‌توان وارد ریه کرد. | 3100 mL |
| حجم ذخیره بازدمی | ERV | حداکثر هوای اضافی که پس از یک بازدم عادی می‌توان از ریه خارج کرد. | 1200 mL |
| حجم باقیمانده | RV | هوای باقیمانده در ریه پس از یک بازدم حداکثری (ERV). | 1200 mL |
| ظرفیت حیاتی | VC | حداکثر هوایی که پس از یک دم حداکثری می‌توان با قدرت خارج کرد. (IRV+TV+ERV) | 4800 mL |
| ظرفیت باقیمانده عملکردی | FRC | هوای موجود در ریه پس از یک بازدم عادی. (ERV+RV) | 2400 mL |
همانطور که در جدول مشاهده می‌کنید، حجم باقیمانده (RV) بخشی از دو ظرفیت مهم دیگر، یعنی ظرفیت باقیمانده عملکردی (FRC) و ظرفیت کل ریوی (TLC) نیز هست. این ارتباط را می‌توان با فرمول‌های ساده‌ای نشان داد:
$FRC = ERV + RV$
$TLC = VC + RV$
که در آن TLC ظرفیت کل ریوی و VC ظرفیت حیاتی است.
چرا این هوا خارج نمی‌شود؟ نقش حیاتی حجم باقیمانده
شاید برایتان سؤال باشد که چرا بدن ما هوایی را در ریه‌ها حبس می‌کند و آن را کاملاً خارج نمی‌سازد. این پدیده تصادفی نیست و دلایل فیزیولوژیک بسیار مهمی دارد:
۱. جلوگیری از کولاپس آلوئول‌ها: مهمترین وظیفه حجم باقیمانده، عمل مانند یک داربست یا بالشتک هوا است. اگر ریه‌ها کاملاً خالی شوند، دیواره‌های نازک آلوئول‌ها (کیسه‌های هوایی کوچک) بر روی هم می‌چسبند و کولاپس می‌کنند. باز کردن مجدد آن‌ها برای دم بعدی به انرژی و تلاش بسیار زیادی نیاز دارد. وجود RV از این اتفاق جلوگیری می‌کند و تنفس را به صرفه‌جویی می‌کند.
۲. تبادل مداوم گازها: خون به طور پیوسته از مویرگ‌های اطراف آلوئول‌ها عبور می‌کند. اگر ریه کاملاً خالی شود، در فاصله بین بازدم و دم بعدی، هیچ هوایی برای تبادل اکسیژن و دی‌اکسیدکربن وجود ندارد. حجم باقیمانده یک منبع ذخیره‌ی دائمی ایجاد می‌کند که اجازه می‌دهد تبادل گازها حتی در بین تنفس‌ها نیز به آرامی ادامه یابد.
یک مثال ساده: تصور کنید یک اسفنج کاملاً خشک است. برای خیس کردن آن باید آب زیادی را با فشار به داخل آن بفرستید. اما اگر اسفنج همیشه کمی مرطوب باشد، جذب آب جدید برای آن بسیار آسان‌تر خواهد بود. ریه‌های ما نیز دقیقاً به همین شکل عمل می‌کنند.
چگونه حجم باقیمانده را اندازه گیری می کنند؟
اندازه‌گیری مستقیم حجم باقیمانده به دلیل اینکه نمی‌توانیم ریه را کاملاً خالی کنیم، با ابزارهای ساده مانند اسپیرومتر معمولی ممکن نیست. برای این کار از روش‌های غیرمستقیم و پیشرفته‌تری استفاده می‌شود. دو روش رایج عبارتند از:
۱. رقیق‌سازی هلیوم (Helium Dilution): در این روش، فرد از یک مخزن حاوی گاز هلیوم و اکسیژن تنفس می‌کند. هلیوم گازی بی‌ضرر و نامحلول در خون است. با چند تنفس، هلیوم در هوای موجود در ریه‌ها (که شامل حجم باقیمانده است) پخش و رقیق می‌شود. با اندازه‌گیری غلظت نهایی هلیوم، می‌توان حجم کل هوای موجود در ریه (FRC) را محاسبه کرد و از آنجا حجم باقیمانده به دست می‌آید.
۲ پلتیسموگرافی بدن (Body Plethysmography): این روش دقیق‌تر است و فرد در یک اتاقک کوچک و دربسته می‌نشیند. از او خواسته می‌شود در حالی که راه هوایی بسته است، effortهای تنفسی کوچکی انجام دهد. تغییرات فشار در ریه و اتاقک اندازه‌گیری شده و بر اساس قانون بویل-ماریوت ($P_1V_1 = P_2V_2$)، حجم هوای محبوس شده در ریه (از جمله حجم باقیمانده) محاسبه می‌گردد.
حجم باقیمانده در سلامت و بیماری
مقدار حجم باقیمانده می‌تواند شاخص مهمی از سلامت ریه باشد. پزشکان با بررسی تغییرات آن به دنبال تشخیص بیماری‌های مختلف می‌گردند.
| وضعیت | تغییر در RV | دلیل | مثال بیماری |
|---|---|---|---|
| ریه سالم |
طبیعی
|
تعادل بین کشش الاستیک ریه و قفسه سینه | - |
| بیماری انسدادی |
افزایش یافته
|
مشکل در خروج هوا به دلیل تنگ شدن مسیرهای هوایی | آسم، برونشیت مزمن، آمفیزم5 |
| بیماری محدودکننده |
کاهش یافته یا طبیعی
|
محدودیت در انبساط ریه و کاهش حجم کل | فیبروز ریوی، اسکولیوز |
برای مثال، در بیماری آسم، عضلات اطراف نایژه‌ها6 منقبض و مسیرهای هوایی باریک می‌شوند. این امر باعث می‌شود هوای کمتری بتواند در هنگام بازدم از ریه خارج شود. در نتیجه، هوای بیشتری در ریه به دام می‌افتد و حجم باقیمانده افزایش می‌یابد. این افزایش، احساس «سینه‌فشاری» و تنگی نفس را در بیماران ایجاد می‌کند.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر، این یک اشتباه رایج است. حجم باقیمانده یک ویژگی فیزیولوژیک ضروری و غیرارادی است و هدف از تمرینات تنفسی (مانند آنچه در ورزش‌ها یا فیزیوتراپی ریوی انجام می‌شود) کاهش آن نیست. هدف اصلی، تقویت عضلات تنفسی برای خروج هوای محبوس شده اضافی (که در بیماری‌ها ایجاد می‌شود) و بهبود کارایی تنفس است، نه حذف حجم باقیمانده طبیعی.
این فعالیت‌ها حجم باقیمانده را تغییر نمی‌دهند، اما بر ظرفیت‌های دیگر ریوی مانند ظرفیت حیاتی (VC) و حجم ذخیره دمی (IRV) تأثیر می‌گذارند. ورزشکاران و موزیسین‌ها با تمرین، عضلات تنفسی خود را تقویت می‌کنند تا بتوانند حجم هوای بیشتری را وارد ریه کرده و آن را با کنترل بیشتری خارج کنند، اما هوای باقیمانده پایانی (RV) همچنان برای عملکرد طبیعی ریه ضروری و ثابت باقی می‌ماند.
با بالا رفتن سن، ریه‌ها بخشی از قابلیت ارتجاعی (الاستیسیته) خود را از دست می‌دهند. در نتیجه، نیروی بازگرداننده‌ای که برای فشرده کردن ریه و خارج کردن هوا لازم است، کاهش می‌یابد. این امر باعث می‌شود مقداری هوای اضافی در پایان بازدم در ریه به دام بیفتد و حجم باقیمانده به طور طبیعی و خفیفی افزایش یابد.
پاورقی
1RV (Residual Volume): حجم باقیمانده. حجم هوایی که پس از یک بازدم عمیق و حداکثری در ریه‌ها باقی می‌ماند.
2Alveoli (آلوئول‌ها): کیسه‌های هوایی کوچک و نازکی در انتهای مجاری تنفسی که تبادل گازهای اکسیژن و دی‌اکسیدکربن در آن‌ها انجام می‌شود.
3Spirometry (اسپیرومتری): یک تست رایج و ساده برای اندازه‌گیری حجم‌ها و ظرفیت‌های ریوی که با دم و بازدم در یک دستگاه انجام می‌شود.
4COPD (Chronic Obstructive Pulmonary Disease): بیماری مزمن انسدادی ریه. یک بیماری پیشرونده ریوی که باعث تنگی نفس می‌شود و شامل آمفیزم و برونشیت مزمن است.
5Emphysema (آمفیزم): یک نوع از COPD که در آن دیواره‌های آلوئول‌ها آسیب دیده می‌شوند و باعث به دام افتادن هوا در ریه می‌گردند.
6Bronchi (نایژه‌ها): مجاری هوایی بزرگ که نای را به ریه‌ها متصل می‌کنند.