فشار داخل قفسه سینه؛ فشار در فضای پلورایی
فشار داخل قفسه سینه (Intrapleural Pressure)
نیروی نامرئی که نفس کشیدن را ممکن می‌سازد
فشار داخل قفسه سینه۱ یا فشار پلورال، فشاری است که در فضای بسیار باریک بین دو لایهٔ پردهٔ جنب۲ وجود دارد. این فشار به‌طور طبیعی نسبت به فشار جو منفی است و این ویژگی منحصربه‌فرد، عامل اصلی باز ماندن ریه‌ها و امکان تنفس برای ماست. درک این مفهوم کلیدی در فیزیولوژی تنفس، به فهم مکانیسم دم و بازدم، بیماری‌هایی مانند پنوموتوراکس۳ و حتی عمل مکیدن با نی کمک می‌کند.
پردهٔ جنب و فضای پلورایی چیست؟
برای آنکه بفهمیم فشار داخل قفسه سینه چیست، اول باید با ساختار محافظ ریه‌ها آشنا شویم. ریه‌های ما توسط یک پردهٔ دو لایه‌ای محافظ به نام پردهٔ جنب۲ پوشانده شده‌اند.
این دو لایه را می‌توان به دو لایهٔ یک بادکنک چسبناک تشبیه کرد که به هم چسبیده‌اند اما می‌توانند روی هم بلغزند:
- پلورای جداری۴: این لایه به دیوارهٔ داخلی قفسه سینه و دیافراگم چسبیده است.
- پلورای احشایی۵: این لایه مستقیماً خود ریه را می‌پوشاند.
بین این دو لایه، یک فضای بسیار نازک به نام فضای پلورایی۶ وجود دارد. این فضا خالی نیست؛ بلکه با مقدار بسیار کمی مایع لغزان (مایع پلورال۷) پر شده است. وجود این مایع مانند یک روغن کار می‌کند و باعث می‌شود دو لایه هنگام حرکت قفسه سینه به راحتی روی هم بلغزند و ریه بتواند منبسط و منقبض شود.
تشبیه علمی: پردهٔ جنب و مایع بین آن را می‌توان به دو صفحهٔ شیشه‌ای خیس که روی هم قرار گرفته‌اند تشبیه کرد. می‌توانید صفحات را به راحتی روی هم بلغزانید، اما جدا کردن آنها از هم به صورت عمودی بسیار سخت است. این دقیقاً نحوهٔ کار لایه‌های پردهٔ جنب است: آنها به ریه اجازه می‌دهند تا به راحتی در طول تنفس حرکت کند، اما از collapse شدن۸ (جمع شدن) ریه جلوگیری می‌کنند.
چرا فشار داخل قفسه سینه منفی است؟
منفی بودن این فشار نسبت به فشار هوا، مهم‌ترین ویژگی آن است. اما این فشار منفی چگونه ایجاد می‌شود؟
ریه‌ها ذاتاً تمایل دارند مانند یک بادکنکی که هوایش را خالی کرده‌ایم، جمع شوند (این خاصیت را الاستیسیته۹ یا کشسانی می‌نامند). از طرفی، دیوارهٔ قفسه سینه تمایل دارد به سمت بیرون منبسط شود. این دو نیروی مخالف، همدیگر را می‌کشند و در نتیجه فضای پلورایی را کمی گشاد می‌کنند. از آنجایی که فضای پلورایی یک فضای بسته است، گشاد شدن آن باعث کاهش فشار داخل آن می‌شود (طبق قانون گازها). این کاهش فشار، همان فشار منفی است که ما اندازه‌گیری می‌کنیم.
مقدار این فشار در حالت عادی و در پایان یک بازدم آرام، حدود -5 سانتی‌متر آب (cmH₂O) یا حدود -3 میلی‌متر جیوه (mmHg) است. هنگام دم عمیق، این فشار حتی منفی‌تر نیز می‌شود.
| وضعیت تنفسی | فشار (سانتی‌متر آب, cmH₂O) | تأثیر بر ریه |
|---|---|---|
| پایان بازدم آرام | -5 | ریه در حالت نیمه‌باز |
| هنگام دم معمولی | -8 | ریه در حال پر شدن از هوا |
| هنگام دم عمیق | -12 یا کمتر | ریه کاملاً باز شده |
| پنوموتوراکس (سوراخ شدن پرده جنب) | 0 (برابر با فشار هوا) | ریه جمع می‌شود (Collapse) |
نقش فشار منفی در فرآیند تنفس
فشار منفی داخل قفسه سینه مانند یک مکش دائمی عمل می‌کند که ریه‌ها را در حالت کشیده و باز نگه می‌دارد. بدون این فشار منفی، ریه‌ها بلافاصله به دلیل خاصیت کشسانیشان جمع می‌شوند.
حالا ببینیم این فشار در دم و بازدم چه می‌کند:
عمل دم (Inspiration): وقتی ما عضلات تنفسی (مثل دیافراگم) را منقبض می‌کنیم، قفسه سینه بیشتر منبسط می‌شود. این انبساط، فضای پلورایی را حتی بیشتر از قبل گشاد می‌کند و در نتیجه فشار داخل قفسه سینه را بیشتر منفی می‌کند (مثلاً از -5 به -8 cmH₂O). این فشار منفیِ قوی‌تر، ریه‌ها را به سمت بیرون می‌کشد و باعث گشاد شدن آنها می‌شود. وقتی ریه گشاد شود، فشار داخل خود ریه (فشار داخل ریوی۱۰) کمی از فشار هوا کمتر می‌شود و در نتیجه هوا از طریق نای به داخل ریه ها مکیده می‌شود.
عمل بازدم (Expiration): وقتی عضلات تنفسی شل می‌شوند، قفسه سینه به حالت اولیه برمی‌گردد و فضای پلورایی کمی کوچک‌تر می‌شود. در نتیجه فشار منفی داخل قفسه سینه کمتر می‌شود (مثلاً به -5 cmH₂O برمی‌گردد). خاصیت کشسانی طبیعی ریه‌ها باعث می‌شود که آنها به سمت داخل جمع شوند و هوای داخلشان را به بیرون برانند. بازدم در حالت استراحت یک فرآیند غیرفعال است و به انرژی نیاز ندارد.
یک فرمول ساده: رابطه بین فشارها را می‌توان این‌گونه نشان داد:
$ P_{alv} = P_{atm} - P_{el} $
که در آن $ P_{alv} $ فشار داخل کیسه‌های هوایی ریه (آلوئول‌ها)۱۱، $ P_{atm} $ فشار جو و $ P_{el} $ فشار ایجاد شده توسط خاصیت کشسانی ریه است. فشار داخل قفسه سینه ($ P_{ip} $) با خنثی کردن $ P_{el} $، اجازه می‌دهد $ P_{alv} $ به $ P_{atm} $ نزدیک شود و هوا جریان یابد.
مثال‌های ملموس از فشار منفی در زندگی روزمره
شاید فکر کنید این مفهوم فقط مربوط به کتاب‌های زیست‌شناسی است، اما مثال‌های ساده‌ای از آن در اطراف ما وجود دارد:
مثال ۱: مکیدن نوشابه با نی وقتی شما با نی یک نوشابه را می‌مکید، در واقع دارید با انقباض عضلات تنفسی‌تان و منفی کردن فشار داخل دهان، هوا را از داخل بطری خارج می‌کنید. فشار هوای جو که روی سطح نوشابه است، آن را به سمت بالا و به داخل نی می‌راند. این شبیه به کاری است که فشار منفی داخل قفسه سینه با ریه می‌کند.
مثال ۲: یک سوزن‌تونر پرینتر اگر تا به حال یک سوزن‌تونر پرینتر لیزری را دیده باشید، متوجه یک کیسه پلاستیکی نازک دور آن شده‌اید. این کیسه با ایجاد یک فضای hermetic۱۲ و احتمالاً یک فشار منفی کنترل‌شده، از پخش شدن ذرات سمی تونر جلوگیری می‌کند. این یک مثال مهندسی شده از ایدهٔ ایزوله کردن یک فضا با فشار کنترل‌شده است.
مثال ۳: چسبندگی دو صفحه شیشه خیس همانطور که قبلاً گفتیم، دو صفحه شیشه خیس که به هم چسبیده‌اند، به راحتی از هم جدا نمی‌شوند. دلیلش این است که آب بین آنها تمام هوا را خارج کرده و یک فشار منفی نسبی ایجاد می‌کند. فشار هوای بیرون که روی هر دو صفحه وارد می‌شود، آنها را با نیروی زیادی به هم می‌فشارد. این دقیقاً شبیه نحوهٔ کار پردهٔ جنب است.
اگر فشار منفی از بین برود چه می‌شود؟ (پنوموتوراکس)
حالا اهمیت فشار منفی داخل قفسه سینه را بهتر درک می‌کنیم. اگر به هر دلیلی (مثلاً یک ضربه یا زخم چاقو به قفسه سینه) سوراخی در پردهٔ جنب ایجاد شود، هوای بیرون مستقیماً وارد فضای پلورایی می‌شود. در این حالت، فشار داخل این فضا که قبلاً منفی بود، ناگهان با فشار هوا برابر می‌شود (0 cmH₂O).
با از بین رفتن آن مکش دائمی، ریه دیگر نمی‌تواند باز بماند و بلافاصله به دلیل خاصیت کشسانی خود جمع می‌شود. به این وضعیت خطرناک پنوموتوراکس۳ یا «ریهٔ جمع‌شده» می‌گویند که یک اورژانس پزشکی است. فرد در این حالت به شدت دچار تنگی نفس می‌شود و باید فوراً تحت درمان قرار گیرد. درمان معمولاً شامل قرار دادن یک لوله در قفسه سینه برای خارج کردن هوای واردشده و بازگرداندن دوبارهٔ فشار منفی است.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
سوال ۱: آیا فشار داخل قفسه سینه واقعاً زیر صفر است؟ یعنی فشار منفی مطلق داریم؟
پاسخ: خیر. در پزشکی، وقتی می‌گوییم فشار منفی، منظورمان منفی نسبی است. یعنی فشار داخل فضای پلورایی از فشار هوای اتمسفر (که آن را به عنوان صفر در نظر می‌گیریم) کمتر است. فشار منفی مطلق در شرایط عادی روی کره زمین وجود ندارد.
سوال ۲: آیا هنگام بازدم هم فشار منفی وجود دارد؟
پاسخ: بله، اما مقدار آن کمتر از هنگام دم است. در یک بازدم آرام، فشار داخل قفسه سینه هنوز هم منفی است (مثلاً -5 cmH₂O). این فشار منفیِ ضعیف‌تر، همچنان از جمع شدن کامل ریه جلوگیری می‌کند و آن را در حالت نیمه‌باز نگه می‌دارد تا برای دم بعدی آماده باشد. فقط در یک بازدم بسیار شدید و اجباری ممکن است این فشار به صفر نزدیک یا حتی مثبت شود.
سوال ۳: آیا فشار داخل قفسه سینه با فشار خون یکی است؟
پاسخ: خیر، این یک اشتباه رایج است. فشار خون به فشار موجود در رگ‌های خونی اشاره دارد که توسط پمپاژ قلب ایجاد می‌شود و معمولاً مثبت است. فشار داخل قفسه سینه، فشاری است که در فضای بین دو پردهٔ اطراف ریه وجود دارد و ناشی از کشش بین ریه و قفسه سینه است و معمولاً منفی است. این دو مفهوم کاملاً متفاوت هستند.
جمع‌بندی: فشار داخل قفسه سینه یا فشار پلورال، یک فشار منفی نسبی در فضای بین لایه‌های پردهٔ جنب است. این فشار به‌دلیل کشش متقابل بین ریه‌های کشسان و دیوارهٔ قفسه سینه ایجاد می‌شود. وجود این فشار منفی برای باز نگه داشتن ریه‌ها و امکان تنفس حیاتی است. این فشار در هنگام دم عمیق‌تر (منفی‌تر) و در هنگام بازدم کمتر منفی می‌شود. از بین رفتن این فشار منفی (مثلاً در بیماری پنوموتوراکس) می‌تواند باعث جمع شدن ریه و ایجاد یک وضعیت اورژانسی شود. درک این مفهوم پایه، کلید فهم بسیاری از فرآیندهای تنفسی و بیماری‌های مربوط به آن است.
پاورقی
۱ Intrapleural Pressure (اینتراپلورال پرشر)
۲ Pleura (پلورا)
۳ Pneumothorax (نیوموتوراکس)
۴ Parietal Pleura (پاریتال پلورا)
۵ Visceral Pleura (ویسceral پلورا)
۶ Pleural Space (پلورال اسپیس)
۷ Pleural Fluid (پلورال فلویید)
۸ Collapse (کلاپس) - به معنای جمع شدن یا روی هم خوابیدن است.
۹ Elasticity (الاستیسیتی) - خاصیت کشسانی.
۱۰ Intrapulmonary Pressure (اینتراپولمونری پرشر)
۱۱ Alveoli (آلوئولی) - کیسه‌های هوایی کوچک در ریه where gas exchange happens.
۱۲ Hermetic (هرمتیک) - هوابند و کاملاً مهر و موم شده.
تنفس
پرده جنب
فشار منفی
پنوموتوراکس
فیزیولوژی ریه