Báo cáo thí nghiệm kỹ thuật thiết bị y học Đề tài chức năng hô hấp i

Nói chung, các quá trình trong đó oxy được lây từ khí quyên, đưa đến các tế bào cơ thể và tiêu thụ, cũng như các quá trình sản xuất carbon dioxide và đưa nó đến phổi đề bài tiết vào khí

TRUONG DAI HOC QUOC GIA THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

DANH SÁCH THÀNH VIÊN

Đặng Nhật Huy Hoàng 2111228

Huynh Đông Đăng Nguyên 2114215

GIỚI THIỆU CHUNG c1 1 1 11 E1 TH HT TT Hà HT TT HH HH Hà Hi HH 1

I Cai dC UNG CUING hố ằeỐ eo 13

II Quá trình hiệu chuẩn c1 vn vn vn HH TH TH TH TT TH HH TH nến 14

RA: 0000 17 CHỨC NĂNG PHI Ì c1 11111 TT TH TH TH HH Tà HH TH Tà Hà HH HH 26

DANH MỤC HÌNH ẢNH

0Ì in n0 7o 8n 2

Hình 2 CAY NO NAP vcscecscccsseesscesssecsessssscsessssscesssesecesrsvssessstesssssiceeesssecesssssecssssevecessenesesseeees 3 Hình 3 Trao đôi khí ở phôi - ¿c2 2221 12115311 E121 111 1E 15121111 E11 11H Hàng Hư 4 Hình 4 Khoang màng phôi (phía trướC) -/ c2 2S S E323 21 11 1812111111 EEEkkererei 6 Hình 5 Thay đổi thẻ tích và áp suất phối trong 1 chu kỳ hô hắp -: -+s+: 7 Hình 6 Phá dung kế dạng chUÔng 5: tt 1211 1 111111121111 1E 8 Hinh 7 Bo s00 i0 ï0Ẵ000) 314 0107877 .Ả 9

Hình 8 Ví dụ vẻ thẻ tích và dung tích hô háp 2c t2 x22 xe 10 Hình 9 Công thức tính thẻ tÍCh St t2 HH He 12 Hình 10 Vị trí cắm Airflow TranSdUC@r n1 S vn TT TH TH TH nh ưu 13 Hình 11 Biêu tượng phan mèm Biopac Student Lab - 5c 222: Sxscsxscexerersee 13 0Ì) 0P 39 0 14

Hình 13 Tư thê đúng của bộ chuyền đổi luồng khí ¿5252 S+++e+esxvxsszxsecexea 14 D0 ni no .Ả 15

D0 ng c0 00 5a 16

Hình 16 Biểu đồ mẫu 0S: t2 HH kg gu 17 0Ì) neo 17

Hinh 18 ái 00 ẢẢ 18

DI 0B =2 8u 0 088 19

n2 1-5 8 sa nan: :-:- 19 Hình 21 Dữ liệu của nhóÓóm - Lc LL nL nnnnnn Tnhh vưêt 20 Hình 22 Vùng Peak-to-Peak đề lấy số liệu WC .- 2S S22 2 x11 eeieu 21 Hình 23 Vùng Peak-to-Peak đề lấy só liệu TV của chu kỳ hô háp 3 inhale 22

Hình 24 Vùng Peak-to-Peak đẻ lấy só liệu TV của chu kỳ hô hấp 3 exhale 22

Hình 24 Vùng Peak-to-Peak đề lấy só liệu TV của chu kỳ hô háp 4 inhale 22

Hình 25 Vùng Peak-to-Peak đề lấy só liệu TV của chu kỳ hô hấp 4 exhale 23 Hình 25 Vùng cần tính Delta đề lấy số liệu IRV -.- 25:22 Sx2t 2 xesrsrrreeea 23 Hình 26 Vung can tinh Delta đề lây số liệu ERV .- S2: cSSSeesrkirereerree 24 Hình 27 Vùng cần tính Delta đề lấy số liệu lC 252 +2 +t + exsxexseeexerexersees 24 Hình 28 Vùng cần tính Delta đẻ lấy số liệu EC ¿5:52 +22 2tScxexssrrreserea 24 Hình 29 Vùng cần tinh Max dé lay $6 liệu TLC ¿525252222 S+Scx+xsesvsecexexsxsee 25 Hình 30 Só liệu VC dự đoán và đo đạt được của nhóm 3 - - cnn thi ryex 29 Hình 31 Các mẫu số liệu còn lại của nhóm 3 - it 11c E SE ST HH re 30

GIỚI THIỆU CHUNG

| Mục đích thí nghiệm

- Dé quan sat bang thực nghiệm, ghi lại và tính toán thé tích và dung tích phổi đã chọn

- So sánh các giá trị thê tích, dung tích quan sát được với giá trị trung bình

- Để so sánh các giá tri bình thường của thẻ tích và dung tích phổi của các đối tượng khác nhau về giới tính, tuổi tác, cân nặng và chiều cao

Il Cơ sở lý thuyết

1 Cau tao hé hd hap

Tat ca các loài động vật đều cần oxy đê thực hiện các quá trình chuyên hóa năng lượng

cần thiết cho sự sóng của tế bào Trong quá trình trao đôi chất của tế bao, oxy được tiêu thụ khi các chát dinh dưỡng như protein, carbohydrate và chất béo bị oxy hóa và carbon dioxide được tạo ra dưới dạng chất thải dạng khí Nói chung, các quá trình trong đó oxy được lây từ khí quyên, đưa đến các tế bào cơ thể và tiêu thụ, cũng như các quá trình sản

xuất carbon dioxide và đưa nó đến phổi đề bài tiết vào khí quyền tạo thành quá trình hô

hap

Các quá trình hô háp thuộc một trong ba loại: hô hấp bên ngoài, vận chuyên khí và hô

háp bên trong Hô hấp bên ngoài đề cập đến các cơ chế mà một người lấy oxy từ môi trường

bên ngoài và loại bỏ carbon dioxide ra môi trường bên ngoài Vận chuyền khí đề cập đến

các cơ chế được sử dụng đề phân phối oxy và loại bỏ carbon dioxide khỏi tế bào Hô háp

bên trong đề cập đến các phản ứng hóa học của quá trình chuyên hóa tế bào trong đó oxy

được tiêu thụ và carbon dioxide được tạo ra Trong bài thí nghiệm này chúng ta tập trung

vào cơ chế hô háp bên ngoài của con người

Hệ hô hấp của con người (Hình 1) bao gồm phân vùng trên và phân vùng dưới Phân vùng trên được tạo thành từ khoang mũi (the nasal), miệng (oral cavities), hàu (the pharynx)

và thanh quán (the larynx) Phân vùng dưới bao gồm một hệ thống các đường dẫn khí được

sắp xếp tuần tự và nhỏ dàn trông giống như một cái cây mọc ngược Thường được gọi là cây hô hap (The Respiratory Tree) (Hinh 2) né bao gém khi quan (the trachea), phé quan

chính phải và trái (right and left primary bronchus), phé quản thùy (the lobar bronchi), phé

quản phân đoạn (segmental bronchi), tiêu phé quán (sub-segmental bronchi), tiêu phé quản tận (terminal bronchioles), tiêu phé quản hô háp (respiratory bronchioles), ống phé nang

(alveolar ducts), túi phé nang (alveolar sacs) và phé nang riêng lẻ (individual alveoli)

Respiratory 4 bronchioles «

Hinh 2 Cay hé hap

Trao đôi khí với máu chỉ xảy ra ở những phân cuối có thành mỏng, nhỏ hơn của cây bắt đầu bằng các tiêu phé quản hô háp Phản còn lại của cây hô hấp và toàn bộ phân vùng trên

bao gòm không gian chét giải phẫu (anatomical dead space), không gian được lọc máu bằng oxy nhưng không đóng vai trò trực tiếp trong việc trao đối khí Trao đôi khí giữa

không khí trong phổi và máu là một quá trình khuếch tán đơn giản (Hình 3) Một chất khí

khuéch tán từ vùng có nồng độ cao hơn đến vùng có nồng độ thấp hơn hoặc từ vùng có áp suất riêng phần cao hơn đến vùng có áp suát riêng phản tháp hơn Áp suất riêng phan chi

đơn giản là một cách thẻ hiện nồng độ của các phân tử khí Đó là áp lực được tạo ra bởi

một chất khí khi nó ở trong hỗn hợp với các chất khí khác và bằng áp suất mà cùng một

thê tích chát khí đó tạo ra néu không có chát khí nào khác Áp suát riêng phần của một chát

khí có thê dễ dàng tính được nêu phản trăm của nó trong hỗn hợp khí và tổng áp suất của

hỗn hợp đã biết Ví dụ, bầu khí quyên ở mực nước biên tạo ra áp suát 760 mm Hg Nếu oxy chiếm 20% thể tích khí quyền thì áp suất riêng phản của nó sẽ là 20% của 760 mm Hg

hay 152 mm Hg.

Hinh 3 Zrao doi khí ở phổi

Máu vận chuyên khí đến và đi từ các tế bào của cơ thê Hệ thống hô háp cung cấp oxy cho máu và loại bỏ carbon dioxide khỏi máu Hàu hết sự trao đổi khí xảy ra ở mức độ phé

nang và quá trình này hoàn toàn phụ thuộc vào việc duy trì áp suất riêng phàn của khí thuận

loi cho sy khuéch tan day du cua oxy va carbon dioxide Trong quá trình hít vào (hít vào),

phé nang mở rộng và háp thụ không khí trong lành Trong quá trình thở ra, phế nang nhỏ

lại, buộc một phần không khí thoát ra ngoài khí quyên Quá trình di chuyền không khí liên

tục và theo chu kỳ vào và ra khỏi cây hô hấp được gọi là thông khí phổi Quá trình này nhằm duy trì áp suất thuận lợi của oxy và carbon dioxide trong phé nang, do do tao diéu

kiện thuận lợi cho việc háp thụ oxy vào máu và loại bỏ carbon dioxide khỏi máu

2 Cơ chế hít thở

Cơ chế thông khí phôi được hiểu rõ nhất bằng cách áp dụng định luật Boyles, trong đó

nêu rõ thê tích của một lượng khí nhát định ở nhiệt độ không đổi tỷ lệ nghịch với áp suất

của khí Nói cách khác, khi thé tích của một chát khí ở nhiệt độ không đối tăng thì áp suất

của chất khí đó giảm Thay vào đó, nêu thẻ tích giảm thì áp suất sẽ tăng Về mặt toán học, tích của áp suất và thê tích của một chất khí ở nhiệt độ không đổi là một hằng số (PV = K)

Bỏ qua các đơn vị, nếu P = 6 và V = 3 thì K = 18 Nếu P giảm xuống 2 thì V phải tăng lên

9 vì giá trị của K là 18 và không đổi miễn là nhiệt độ không đổi

Phối được bao bọc bởi lồng ngực, bao gồm xương ức (sternum), xương sườn (ribs), cột

sông (vertebral column) và cơ hoành (diaphragm) (Hình 4) Các mô của lông ngực tạo

thành khoang ngực được phân chia thành các khoang nhỏ hơn bằng màng Mỗi phổi được

bao phủ bởi một màng mỏng gọi là màng phôi nội tạng (visceral pleura) Tại gốc của mỗi

phôi, nơi phế quản đi vào, màng phối tạng được phản xạ trở lại xung quanh phổi đề tạo

thành màng phôi thành, một màng bôi trơn chạy dọc lồng ngực và bao phủ một phần cơ hoành (Hình 12.4) Thông thường, mỗi phỏi lắp đầy hoàn toàn khoang màng phôi được hình thành do sự phản chiếu của màng phổi tạng Màng phỏi cho phép phổi trượt tự do

trong khoang màng phỏi trong chu kỳ hô háp Khoảng trống giữa lá tạng và màng phôi thành, gọi là khoang màng phôi, chỉ là một khoang tiềm năng Thông thường, chỉ có một lớp chất lỏng bôi trơn mỏng ngăn cách hailớp màng phổi Các khoang màng phôi kín khí

và là một phản của khoang ngực; tuy nhiên, bên trong phôi thông với khí quyên thông qua

đường hô háp Vì vậy, bát cứ khi nào khoang ngực mở rộng thì các khoang màng phỏi cùng với phối cũng mở rộng

Hình 4 Khoang màng phối (phía trước)

Sự thay đổi thê tích của lang ngực được tạo ra bởi Sự co lại của các cơ xương gọi chung

là cơ hô hấp Chúng được chia tùy ý thành hai nhóm: Inspiratory muscles contract and

increase thoracic volume như cơ hoành và cơ liên sườn ngoài là những ví dụ Expiratory muscles contract and decrease thoracic volume Ví dụ bao gồm các cơ liên sườn trong và

cơ bụng

Khi bắt đầu hít vào, khoang ngực nở ra do sự co lại của cơ hoành và cơ liên sườn ngoài

(Hình 5) Cơ hoành, thường có dạng vòm khi ở trạng thái nghi, trở nên phăng hơn khi các Sợi cơ của nó co lại, do đó làm tăng thê tích lồng ngực Cơ liên sườn ngoài nâng các xương

sườn lên, một kiểu nâng xô bằng tay làm tăng đường kính và do đó làm tăng thê tích của

lồng ngực Sự gia tăng thẻ tích lồng ngực đi kèm với Sự gia tăng thê tích trong phôi và theo

định luật Boyles, làm giảm áp lực trong phối Ngay khi áp suát trong phổi giảm xuống dưới

áp suất khí quyên, không khí sẽ di chuyên theo gradient ap suất từ khí quyên qua đường thở và vào các khoảng không khí mở rộng trong phỏi, tiếp tục đi vào cho đến khi áp suất

trong phối lại bằng áp suất khí quyền (Hình 5) Khi kết thúc hít vào, áp suất trong phỏi bằng áp suất khí quyền và luồng khí dừng lại mặc dù thẻ tích trong phối lớn hơn lúc bắt

đầu hít vào

Hinh 5 Thay doi thể tích và áp suất phổi trong 1 chu kỳ hô háp

Thở ra bắt đầu khi các cơ thở vào thư giãn Cơ hoành trở lại dạng vòm nghí ngơi, giảm

thẻ tích lồng ngực và trong phỏi Sự thư giãn của các cơ liên sườn ngoài cho phép các

xương sườn rơi xuống vị trí nghí ngơi, do đó làm giảm đường kính và do đó làm giảm thê

tích của lông ngực và phỏi (Hình 5) Việc giảm thẻ tích trong phôi đi kèm với Sự gia tăng

áp lực trong phôi Ngay khi áp suất trong phôi tăng lên trên áp suất khí quyên, không khí

sẽ cháy theo gradient áp suất từ các khoảng không khí mở rộng trong phối qua đường thở

và quay trở lại khí quyền, tiếp tục chảy cho đến khi áp suất trong phỏi lại bằng áp suát khí

quyên (Hình 5)

3 Phương pháp tính

Thẻ tích không khí một người hít vào (hít vào) và thở ra (thở ra) có thẻ được đo bằng phé dung ké (spirometer) Máy đo phế dung chuông bao gòm một hình trụ có vách đôi,

trong đó một chiếc chuông đảo ngược chứa đầy không khí giàu oxy được ngâm trong nước

dé tao thành một vòng bịt (Hình 6) Một ròng rọc gắn chuông vào một chiếc bút ghi âm ghi trên một cái trống đang quay với tốc độ không đổi Trong khi hít vào, không khí được lấy

ra khỏi chuông và bút nổi lên, ghi lại âm lượng được hít vào Khi không khí thở ra đi vào

chuông, bút rơi xuống và thẻ tích thở ra được ghi lại Bản ghi kết quả về sự thay đổi thê

tích theo thời gian được gọi là biều đồ phé dung (spirogram)

Hình 6 Phé dung ké dang chuông

Trong bài thí nghiệm này, chúng ta sẽ sử dụng bộ chuyên đổi luéng khi BIOPAC va

phan mem sẽ chuyên đổi luồng khí thành thẻ tích, do đó ước tính số đo thé tích từ máy đo

phé dung ké Không khí chảy qua một đầu kín được chia đôi bằng một tắm lưới mịn Tắm lưới (screen) tạo ra một lực cản nhẹ đối với luồng không khí dẫn đến áp suất ở một bên cao hơn bên kia Bộ chuyền đổi áp suất chênh lệch đo chênh lệch áp suát, tý lệ thuận với luồng

không khí và chuyền đôi nó thành điện áp, sau đó được ghỉ lai boi don vi BIOPAC MP

Sau khi quá trình ghi luông khí hoàn tát, phàn mềm sẽ tính toán thê tích bằng cách tích hợp

dữ liệu luồng khí Kỹ thuật tích hợp này là một phương pháp đơn gián đề thu được thẻ tích

nhưng rất nhạy cảm với độ lệch đường cơ sở Vì lý do này, quy trình hiệu chuân và ghi chép phải được tuân thủ chính xác đề thu được kết quả chính xác

Hình 7 Bộ chuyề» đổi luồng khí

Có bốn ngăn chính không chông chéo lên nhau về tông dung tích phôi (Hình 8):

- Thẻ tích khí lưu thông (Tidal Volume)

- Thẻ tích khí dự trữ hít vào (Inspiratory Reserve Volume)

- Thẻ tích dự trữ thở ra (Expiratory Reserve Volume)

- Thẻ tích còn lại sau khi thở ra hết sức (Residual Volume)

Hình 8 Ví dự về thể tích và dung tích hô háp

Thẻ tích khí lưu thông (TV) là thê tích không khí được hít vào hoặc thở ra trong một hơi thở Khi người đang nghỉ ngơi thở bình thường, thê tích khí lưu thông xấp xi 500 ml Trong quá trình tập luyện, thẻ tích lưu thông có thê hơn 3 lít

Thẻ tích khí dự trữ hit vao (IRV) la thé tích không khí có thẻ hít vào tôi đa khi kết thúc

nhịp thở khí lưu thông IRV khi nghỉ ngơi là khoảng 3.300 ml ở nam thanh niên và 1900

ml ở nữ thanh niên

Thẻ tích khí dự trữ thở ra (ERV) là thẻ tích không khí có thẻ thở ra tối đa khi kết thúc

thời gian thở ra lưu thông ERV khi nghỉ ngơi là khoảng 1.000 ml ở nam thanh niên và 700

phan ánh thực tế là sau hơi thở đầu tiên khi sinh, phối sẽ phông lên, chúng không bao giờ được làm trồng hoàn toàn trong bát kỳ chu kỳ hô hấp tiếp theo nào

Dung tích phối là tổng của hai hoặc nhiều thẻ tích phổi nguyên phát Có năm dung tích

phôi, có thê được tính như dưới đây:

- Dung tich hit vao (IC): IC = TV + IRV

- Dung tich thé ra (EC): EC = TV + ERV

- Dung tich can chic nang (FRC): FRC = ERV + RV

- Dung tich séng (VC): VC = IRV + TV + ERV

- Tang dung tich phdi (TLC): TLC = IRV + TV + ERV + RV

Mỗi khả năng này được thê hiện bằng đồ họa trong hình 8 ở trên

Thẻ tích và dung tích phối thường được đo khi đánh giá sức khỏe của hệ hô hấp vì các

giá trị thể tích và dung tích thay đôi theo bệnh phôi Ví du, dung tích hít vào thường bang

so sánh dung tích sóng quan sát được của mình với dung tích sống được dự đoán

Các phương trình sau đây có thể được Sử dụng đề tính được dung tích sóng dự đoán cho

nam hoặc nữ ở độ tuổi và chiều cao của bạn Dung tích sống còn phụ thuộc vào các yếu tô khác ngoài tuổi tác và chiều cao Vì vậy, 80% giá trị tính toán vẫn được coi là bình thường

Hình 9 Công thc tính thẻ tích

Trong đó: Dung tích sông: VC tính bằng lít

H: Chiều cao tính bằng cm

A: Tuổi tính theo năm

Sử dụng phương trình trong hình 9, ta có thẻ ước tính dung tích sống của một phụ nữ 19

tuổi cao 167 cm là 3,815 lít

5 Mé Biopac Student Lab 4.1

Bám vào biêu tượng

Hình 11 Biểz zzơng phần mềm Biopac Student Lab

6 Chọn mở bài học “ L12 — Pulmonary Function | ”

7 Nhập tên tệp bằng MSSV của người làm thí nghiệm

8 Nhap “ Subject Details “ cia sinh viên

Hình 12 Cứa số nháp thông tin