Cập nhật lần cuối vào 09/03/2023
Chức năng chính của hệ hô hấp là di chuyển của không khí vào và ra khỏi phổi. Các cơ hô hấp hoạt động làm thay đổi áp suất trong lồng ngực để tạo nên sự chuyển động của không khí; và khí quản, phế quản và tiểu phế quản cho phép không khí đi vào/ra các túi phế nang. Bài viết không đi sâu vào cấu tạo và sinh lý của hệ hô hấp mà tập trung vào mô tả hoạt động của lồng ngực trong thì hít vào và thở ra.
Mục lục
CẤU TRÚC VÀ CƠ HỌC CỦA ĐƯỜNG HÔ HẤP
Cấu trúc của đường hô hấp
Cấu trúc đường hô hấp (airway) có thể được chia thành các đường hô hấp (dẫn khí) trên và đường hô hấp dưới. Đường hô hấp trên bao gồm mũi, khoang miệng, hầu và thanh quản. Đường hô hấp dưới được tạo thành từ khí quản và cây phế quản. Để đường thở luôn mở thông, tất cả các cấu trúc xuống đến phế quản nhỏ nhất đều được tạo thành từ chất liệu sụn.
Xem thêm: Tài liệu giải phẫu hô hấp
Cơ học của hô hấp
Phổi thụ động trong quá trình thở. Các khoang màng phổi xung quanh phổi đóng kín, trong khi bên trong phổi thông với không khí bên ngoài và chịu áp suất của nó. Không khí di chuyển từ nơi có áp suất cao hơn đến nơi có áp suất thấp hơn cho đến khi áp suất được cân bằng. Trong quá trình hít vào, lồng ngực tăng kích thước, làm cho áp lực trong lồng ngực giảm xuống, buộc không khí đi vào phổi. Ngược lại trong lúc thở ra, khoang ngực trở lại kích thước nhỏ hơn, áp lực trong lồng ngực tăng lên và không khí bị đẩy ra khỏi phổi.
XƯƠNG VÀ KHỚP CỦA LỒNG NGỰC
Xương
Lồng ngực bao gồm xương ức, các xương sườn và sụn sườn, và các đốt sống ngực (Hình 1). Lồng ngực được giới hạn phía trước bởi xương ức, phía sau bởi các thân của 12 đốt sống ngực, phía trên là xương đòn và phía dưới là cơ hoành. Lồng ngực có chiều rộng từ bên này sang bên kia lớn hơn là từ trước ra sau.
Khung xương sườn gắn với cột sống ở phía sau và với xương ức ở phía trước. Do gắn vào các xương sườn, vận động cột sống ngực bị hạn chế rất nhiều. Các cơ quan nội tạng (tim, phổi) được chứa và bảo vệ bên trong khung xương sườn. Có 12 xương sườn mỗi bên (hai bên là 24 xương). Bảy xương sườn trên được gọi là xương sườn thật, gắn trực tiếp vào phía trước xương ức. Các xương sườn từ tám đến mười được gọi là xương sườn giả vì chúng gắn gián tiếp vào xương ức qua sụn sườn của xương sườn thứ bảy. Các xương sườn thứ 11 và 12 được gọi là xương sườn di động (hoặc tự do) vì chúng không có phần gắn vào phía trước. Mỗi xương sườn tương ứng với các khớp đốt sống ngực ở trên và dưới.
Xương ức là xương dẹt, dài ở đường giữa của thành ngực trước. Hình dạng của nó giống một con dao găm và bao gồm ba phần: cán ức (manubrium), thân và mũi ức (xiphoid).
Khớp
Khớp sườn- sống
Các xương sườn khớp nối với các đốt sống ở hai vị trí chính: (1) phần thân của các đốt sống, và (2) các mỏm ngang. Những khớp này được gọi là khớp sườn sống, là những khớp trượt. Bề mặt khớp nối trên thân đốt sống được gọi là diện nhỏ (facet) và nằm ở bên và phía sau thân đốt sống. Một số xương sườn khớp một phần với hai thân đốt sống: phần trên của thân đốt sống dưới và phần dưới của thân đốt sống trên. Những diện khớp này này thường được gọi là demi facet (nửa diện facet) vì chúng chỉ khớp khoảng một nửa xương sườn. Nói cách khác, xương sườn khớp với một nửa diện facet ở đốt sống trên cộng với một nửa diện facet ở đốt sống dưới (Hình 3).
Khớp ức sườn
Khớp nối xương sườn và xương ức, với sụn sườn ở giữa. Là những khớp trượt.
Vận động của Lồng Ngực
Bởi vì hầu hết các xương sườn gắn trước và sau, lồng ngực rất ít vận động, tuy nhiên sự nâng lên và hạ xuống của khung xương sườn vẫn xảy ra. Những vận động này tương ứng với hít vào và thở ra của phổi.
Khi hít vào, khung xương sườn di chuyển lên trên và ra ngoài, làm tăng đường kính giữa-bên (trong-ngoài) của lồng ngực. Khi thở ra, khung xương sườn trở lại vị trí ban đầu bằng cách di chuyển xuống và vào trong, giảm đường kính lồng ngực giữa-bên. Loại vận động này giống như vận động lên xuống của tay cầm xô (bucket handle).
Ngoài sự thay đổi đường kính giữa-bên, còn có sự thay đổi đường kính trước-sau của lồng ngực. Đây được gọi là hiệu ứng “tay cầm bơm” (“pump-handle”). Khi hít vào, xương ức và xương sườn di chuyển lên trên và ra ngoài (về phía trước), làm tăng đường kính trước sau của lồng ngực. Điều này có thể so sánh với việc tay cầm bơm di chuyển lên trên. Ngược lại, khi xương sườn và xương ức hạ thấp, đường kính của lồng ngực trước sau giảm, dẫn đến dài ra. vận động này có thể so sánh với việc tay cầm bơm di chuyển xuống dưới.
CÁC CƠ HÔ HẤP VÀ HOẠT ĐỘNG CƠ
Các Cơ hô hấp
Hô hấp là kết quả của sự thay đổi thể tích lồng ngực, làm thay đổi áp lực lồng ngực. Có hai cách thay đổi thể tích lồng ngực: (1) di chuyển xương sườn, và (2) hạ thấp cơ hoành. Để thực hiện điều này cần có hoạt động cơ. Các cơ quan trọng hàng đầu trong quá trình hô hấp là cơ hoành và cơ liên sườn. Vai trò của các cơ phụ, hoạt động trong hô hấp gắng sức, có thể được xác định bằng cách xem hoạt động của cơ là kéo các xương sườn lên (hít vào) hay kéo xương sườn xuống (thở ra).
Cơ hoành
Khoang ngực được ngăn cách với khoang bụng bởi cơ hoành, một cơ lớn hình vòm, giống tấm choàng. Nó có hình tròn, nguyên uỷ ở mũi ức ở phía trước, sáu xương sườn dưới ở hai bên, và đốt sống thắt lưng trên ở phía sau. Cơ bám tận vào gân trung tâm ở giữa (central tendon), là gân của chính cơ hoành. Cơ hoành có ba lỗ để thực quản, động mạch chủ và tĩnh mạch chủ dưới đi qua. Bởi vì bám tận (gân trung tâm) nằm cao hơn nguyên uỷ, cơ hoành hạ xuống khi co lại, làm cho khoang ngực lớn hơn và khoang bụng nhỏ lại, gây ra hít vào. Hít vào rất gắng sức có thể hạ mái cơ hoành xuống 4 inch (10cm).
| Cơ hoành |
| Nguyên uỷ: mũi kiếm, xương sườn, các đốt sống thắt lưng Bám tận: gân trung tâm Hoạt động: Hít vào Thần kinh: thần kinh hoành (C3, C4, C5) |
Các Cơ liên sườn
Các cơ liên sườn nằm giữa các xương sườn và chạy vuông góc với nhau (Hình 9). Các cơ nông nhất là các cơ liên sườn ngoài, chạy xuống dưới và vào trong từ xương sườn bên trên đến xương sườn bên dưới (Hình 10). Các cơ này nâng cao xương sườn bằng cách kéo và nâng xương sườn bên dưới lên trên. Các sợi của các cơ liên sườn trong, nằm ở sâu và vuông góc so với cơ liên sườn ngoài, thực hiện động tác ngược lại. (Nghĩa là hạ xương sườn xuống).
Nhìn từ phía trước, các cơ liên sườn ngoài tạo thành hình chữ “V.”, và các cơ liên sườn trong tạo thành hình chữ “V” ngược. Nhìn từ phía sau, ngược lại: các cơ liên sườn ngoài có hình dạng chữ “V” ngược, trong khi các cơ liên sườn có hình chữ “V”.
| Các cơ liên sườn ngoài |
| O: Xương sườn trên I: Xương sườn dưới A: Nâng các xương sườn N: Dây thần kinh liên sườn (T2 đến T6) |
| Các cơ liên sườn trong |
| O: Xương sườn dưới I: Xương sườn trên A: Hạ các xương sườn N: Dây thần kinh liên sườn (T2 đến T6) |
Các cơ hít vào phụ
Các cơ hít vào phụ trợ giúp cơ hoành và các cơ liên sườn ngoài kéo khung xương sườn lên. Các cơ hít vào phụ bao gồm cơ ngực lớn, cơ ức đòn chũm, các cơ bậc thang, và các cơ thang.
Các cơ này hoạt động đảo ngược (kéo nguyên uỷ hướng đến bám tận thay vì kéo từ bám tận hướng đến nguyên uỷ). Ví dụ, cơ ức đòn chũm thường kéo từ chỗ bám tận trên hộp sọ về phía xương ức, làm di chuyển đầu. Khi hoạt động hỗ trợ hít vào, đầu và cổ được giữ vững bởi các cơ khác và cơ ức đòn chũm lúc này kéo từ nguyên uỷ hướng đến bám tận ở đầu. Kéo theo hướng này sẽ nâng khung xương sườn lên. Tương tự các cơ bậc thang (scalenes) tham gia vào hít vào gắng sức bằng cách kéo xương sườn 1 và 2 lên trên.
Chúng ta thường thấy các vận động viên vừa chạy nước rút xong đặt hai bàn tay lên hông trong khi cố gắng “lấy lại hơi thở”. Những gì họ đang làm là biến hít thở thành một hoạt động chuỗi đóng. Với hai cánh tay được giữ lại, cơ ngực lớn lúc này có thể kéo xương sườn về phía xương cánh tay, làm tăng đường kính của lồng ngực. Những bệnh nhân bị bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính thường cũng làm điều tương tự khi giữ hai tay vào tay vịn của ghế.
| Bảng: Các cơ hít vào phụ |
|---|
| Các cơ hít vào sâu (Deep Inspiration Muscles) |
| Cơ ức đòn chũm Cơ ngực lớn Các cơ bậc thang Cơ nâng sườn (Levator costarum) Cơ răng sau trên (Serratus posterior superior) |
| Các cơ hít vào gắng sức (Forced Inspiration Muscles) |
| Cơ nâng bả vai Cơ thang bó trên Các cơ trám (Rhomboids) Cơ ngực bé |
Các cơ thở ra phụ
Trong điều kiện bình thường, thở ra là một quá trình thụ động. Khi hoạt động nhiều hơn, thở ra trở nên chủ động. Các cơ thở ra phụ bao gồm các cơ thẳng bụng, chéo bụng trong, chéo bụng ngoài, ngang bụng, vuông thắt lưng.
Các cơ thở ra phụ cũng hoạt động theo kiểu tương tự với cơ hít vào phụ (tức là đảo nghịch hoạt động), ngoại trừ việc chúng kéo khung xương sườn xuống (thu hẹp lồng ngực), ép các thành phần trong ổ bụng vào trong và lên trên (đẩy cơ hoành lên trên). Ví dụ, cơ thẳng bụng (rectus abdominis), hoạt động bình thường là gập thân, lúc này kéo xương ức về phía xương mu bằng cách đảo nghịch hoạt động của cơ, trợ giúp thở ra. Tương tự, cơ vuông thắt lưng (quadratus lumborum) kéo các xương sườn dưới về phía mào chậu.
| Bảng: Các cơ thở ra phụ |
|---|
| Các cơ thở ra gắng sức (Forced Expiration Muscles) |
| Cơ thẳng bụng Cơ chéo bụng ngoài Cơ chéo bụng trong Cơ ngang bụng Cơ vuông thắt lưng Cơ răng sau dưới (Serratus posterior inferior) |
Các hoạt động cơ (các thì của hô hấp)
Thì hít vào:
Hít vào thường được chia thành ba mức gắng sức: yên lặng, sâu và gắng sức.
- Hít vào yên lặng (silent inspiration) xảy ra khi một người đang nghỉ ngơi hoặc ngồi yên lặng. Cơ hoành và cơ liên sườn ngoài là những cơ vận động chính.
- Khi hít vào sâu (deep inspiration), các hoạt động của hít vào yên tĩnh tăng lên. Khi một người cần nhiều oxy hơn và do đó, thở mạnh hơn. Các cơ kéo xương sườn lên trên tham gia vào hoạt động.
- Hít vào gắng sức (forced inspiration) xảy ra khi một người làm việc nặng, cần rất nhiều oxy và ở trong trạng thái “đói khí”. Không chỉ các cơ của hít vào yên tĩnh và hít vào sâu hoạt động, mà các cơ giúp ổn định và / hoặc nâng đai vai cũng hoạt động (do đó trực tiếp hoặc gián tiếp, nâng xương sườn lên).
Thì thở ra
Thở ra được chia làm hai mức: yên lặng và gắng sức.
- Thở ra yên lặng (silent expiration) chủ yếu là thụ động, qua sự thư giãn của các cơ liên sườn ngoài, sự co đàn hồi của thành ngực và nhu mô của phổi và phế quản, và sự kéo khung sườn xuống của trọng lực. Về cơ bản, không có hoạt động cơ nào xảy ra.
- Thở ra gắng sức (forced expiration) có sự tham gia của các cơ có thể kéo xương sườn xuống và các cơ có thể ép bụng, đẩy cơ hoành hướng lên trên.
Thở hoành (bằng cơ hoành) so với thở ngực
Thở hoành (Diaphragmatic breathing) là phương pháp thở hiệu quả nhất và cần ít năng lượng nhất. Bình thường, khi cơ hoành co lại sẽ hạ thấp xuống khiến bụng phình ra, phổi nở ra, không khí đi vào phổi. Khi cơ hoành giãn ra sẽ nâng lên, bụng xẹp và phổi rút lại, và không khí đi ra khỏi phổi. Khi ngồi hoặc đứng, tác động của trọng lực lên các tạng trong ổ bụng cũng có xu hướng hạ thấp cơ hoành. Tuy nhiên, khi nằm, tác động của trọng lực lên các tạng trong ổ bụng có xu hướng đẩy cơ hoành lên khoang ngực và đòi hỏi cơ hoành phải hoạt động nhiều hơn. Do vậy, tư thế kê cao đầu giường làm cho một người bị khó thở thấy dễ thở hơn.
Có một số thói quen (như mặc quần áo bó eo), tình trạng (béo phì, phụ nữ giai đoạn sau của thai kỳ) hoặc bệnh lý nhất định không cho phép cơ hoành hoạt động hiệu quả. Trong trường hợp này, lồng ngực trên và khung xương sườn phải đóng vai trò chính. Thở ngực (Chest breathing) đòi hỏi gắng sức nhiều hơn và kém hiệu quả hơn nhiều so với thở bằng cơ hoành. Trong thì hít vào của thở ngực, khung xương sườn di chuyển lên trên và ra ngoài (cả theo hướng trong- ngoài và trước-sau), phổi nở ra và không khí đi vào phổi. Trong thì thở ra, khung xương sườn thư giãn (hạ xuống và vào trong), phổi co lại và không khí đi ra khỏi phổi. Khi thở bằng ngực, lượng không khí được hút vào phổi nhỏ hơn nhiều.
Tóm tắt phân bố thần kinh của các cơ của hô hấp
Cơ hô hấp, giống như các cơ thân mình khác, nhận sự phân bố từ các dây thần kinh sống ở các mức khác nhau, chủ yếu ở vùng ngực. Ngoại lệ đáng chú ý là cơ hoành nhận được sự phân bố từ dây thần kinh hoành. Dây thần kinh hoành xuất phát từ các dây thần kinh sống cổ C3, C4 và C5. Một bệnh nhân bị tổn thương tuỷ sống ở mức C3 trở lên sẽ không thể thở được nếu không được trợ giúp. Họ sẽ phụ thuộc vào máy thở. Những bệnh nhân bị tổn thương tủy sống cổ dưới mức C3 sẽ bị suy giảm hô hấp nhưng có thể thở mà không cần trợ giúp. Các hoạt động như ho, nói to, hoặc hít sâu bị hạn chế. Các cơ gian sườn và các cơ hô hấp phụ cũng bị ảnh hưởng, làm hạn chế các hoạt động đòi hỏi hít vào và thở ra gắng sức.