Khí quản là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Giới thiệu

Khí quản là một ống dẫn khí thuộc hệ hô hấp dưới, nối tiếp với thanh quản ở phía trên và phân nhánh thành hai phế quản chính dẫn vào phổi. Nó đóng vai trò thiết yếu trong việc dẫn không khí ra vào phổi, đồng thời tham gia vào các cơ chế bảo vệ đường thở khỏi tác nhân xâm nhập. Khí quản có đặc điểm vừa linh hoạt vừa ổn định nhờ cấu trúc bán cứng, phù hợp với chức năng dẫn khí liên tục trong quá trình hô hấp.

Chiều dài trung bình của khí quản ở người trưởng thành dao động từ 10 đến 12 cm, với đường kính khoảng 1,5–2,5 cm. Bề mặt trong của khí quản được phủ bởi biểu mô hô hấp chuyên biệt giúp làm sạch bụi mịn và vi khuẩn. Vị trí giải phẫu và tính chất sinh học của khí quản khiến nó trở thành một phần quan trọng không thể thay thế trong hệ hô hấp.

Trong lâm sàng, hiểu biết về khí quản là cơ sở cho các thủ thuật y khoa như đặt nội khí quản, mở khí quản, nội soi khí phế quản hoặc xử lý các tình trạng bệnh lý như hẹp khí quản, viêm khí quản và u khí quản. Việc nắm vững giải phẫu và chức năng của khí quản là yêu cầu thiết yếu trong hồi sức cấp cứu, gây mê và các chuyên ngành hô hấp.

Vị trí và mối liên hệ giải phẫu

Khí quản bắt đầu từ mức dưới sụn nhẫn (C6) và kết thúc ở ngang mức đốt sống ngực T4 hoặc T5, nơi nó chia thành hai phế quản chính tại vị trí gọi là carina. Cấu trúc này nằm ngay trước thực quản và chạy dọc theo trục giữa của cơ thể qua trung thất trên. Ở phía trước khí quản là tuyến giáp, động mạch cảnh chung và các cơ vùng cổ, trong khi phía sau là thực quản và cột sống cổ/ngực.

Khí quản được chia thành hai phần giải phẫu:

• Đoạn cổ: kéo dài từ thanh quản đến lỗ trên lồng ngực, nằm trong vùng cổ trước khí quản, được bao quanh bởi mô tuyến giáp và mạch máu cảnh.
• Đoạn ngực: bắt đầu từ lỗ ngực trên đến carina, nằm trong trung thất trước, đi giữa hai phổi, tiếp xúc gần với động mạch chủ, tĩnh mạch chủ trên và các hạch bạch huyết trung thất.

Ở điểm chia đôi, khí quản tạo thành một góc gọi là góc carina, đây là vùng nhạy cảm đặc biệt với các kích thích cơ học như dị vật hoặc nội soi. Vùng carina thường có niêm mạc dày và dễ gây phản xạ ho khi bị kích thích.

Cấu trúc vi thể và thành phần mô học

Khí quản có cấu trúc hình trụ dài, thành khí quản được cấu tạo bởi bốn lớp mô chính, phối hợp đảm bảo tính đàn hồi và chức năng bảo vệ của đường dẫn khí. Lớp trong cùng là niêm mạc, tiếp xúc trực tiếp với luồng không khí và chịu trách nhiệm bảo vệ biểu mô khỏi tác động cơ học và hóa học.

Bốn lớp cấu trúc chính của thành khí quản gồm:

1. Niêm mạc: gồm biểu mô trụ giả tầng có lông chuyển và các tế bào tiết nhầy (goblet cells), giúp tạo lớp chất nhầy bẫy bụi và vi sinh vật.
2. Lớp dưới niêm mạc: chứa các tuyến tiết nhầy-serous, mao mạch và mạch bạch huyết hỗ trợ làm ẩm không khí hít vào.
3. Lớp sụn và cơ trơn: gồm 16–20 vòng sụn hyaline hình chữ C mở phía sau, kết nối bằng cơ khí quản (trachealis muscle) cho phép thay đổi đường kính khi ho hoặc nuốt.
4. Lớp vỏ ngoài (adventitia): mô liên kết lỏng lẻo gắn khí quản với các cấu trúc xung quanh như thực quản, tuyến giáp và trung thất.

Bảng sau tóm tắt đặc điểm các lớp cấu trúc thành khí quản:

Chức năng sinh lý

Chức năng chính của khí quản là dẫn khí hai chiều từ thanh quản đến phổi và ngược lại. Quá trình này diễn ra liên tục trong suốt chu kỳ hô hấp và phụ thuộc vào sự ổn định cũng như độ mở của lòng khí quản. Ngoài ra, lớp biểu mô khí quản đóng vai trò lọc bụi, giữ ẩm và bảo vệ đường hô hấp dưới khỏi nhiễm trùng.

Biểu mô trụ có lông chuyển phối hợp với tuyến nhầy tạo nên cơ chế "thang máy nhầy-lông chuyển" (mucociliary escalator), trong đó chất nhầy bẫy bụi và vi sinh vật, còn lông chuyển đánh bật chúng ra khỏi đường thở. Cơ chế này bị suy yếu khi hút thuốc lá, nhiễm virus đường hô hấp hoặc tiếp xúc khói bụi lâu ngày.

Phản xạ ho là phản ứng bảo vệ khi có vật lạ kích thích niêm mạc khí quản hoặc carina. Độ nhạy cao của vùng carina với các kích thích cơ học giúp phát hiện và đẩy dị vật ra khỏi đường thở trước khi xâm nhập sâu hơn vào phổi.

Cơ học hô hấp và khí động học trong khí quản

Trong quá trình hít thở, khí quản đóng vai trò là ống dẫn khí có tính đàn hồi, chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố như áp suất lồng ngực, độ nhớt không khí và trương lực cơ trơn. Dòng khí di chuyển qua khí quản có thể ở dạng dòng tầng hoặc dòng hỗn loạn tùy thuộc vào tốc độ luồng khí và đường kính khí quản.

Khi lưu lượng khí tăng cao (ví dụ khi gắng sức hoặc ho), dòng khí có xu hướng chuyển sang dạng hỗn loạn, làm tăng sức cản đường thở. Sự thay đổi nhỏ trong bán kính khí quản có thể gây ảnh hưởng lớn đến lưu lượng khí, được mô tả bằng công thức dựa trên định luật Hagen–Poiseuille:

$Q = \frac{\Delta P \cdot \pi \cdot r^4}{8 \cdot \eta \cdot l}$

Trong đó: $Q$ là lưu lượng khí, $\Delta P$ là chênh lệch áp suất, $r$ là bán kính khí quản, $\eta$ là độ nhớt không khí, và $l$ là chiều dài đoạn ống. Công thức này nhấn mạnh vai trò quan trọng của bán kính: chỉ cần giảm 50% đường kính, sức cản có thể tăng gấp 16 lần. Do đó, các tình trạng như phù nề, hẹp khí quản hoặc chèn ép ngoài đều có thể gây ra suy hô hấp cấp.

Biến thể giải phẫu và dị tật bẩm sinh

Khí quản có thể gặp một số biến thể giải phẫu và dị tật bẩm sinh ảnh hưởng đến chức năng hô hấp. Các dị dạng có thể gặp bao gồm khí quản hẹp bẩm sinh, dị vị carina, khí quản đôi hoặc khí quản phân nhánh bất thường. Các bất thường này có thể gây tắc nghẽn một phần đường thở, thở rít, hoặc nhiễm trùng hô hấp tái phát.

Khí quản hẹp bẩm sinh thường liên quan đến thiểu sản sụn khí quản và được phát hiện sớm trong giai đoạn sơ sinh do dấu hiệu suy hô hấp hoặc thở khò khè kéo dài. Dị dạng carina có thể gây khó khăn trong đặt nội khí quản hoặc nội soi phế quản nếu không được phát hiện trước. Các phương pháp chẩn đoán gồm chụp CT lồng ngực độ phân giải cao, chụp cộng hưởng từ (MRI) và nội soi khí quản.

Điều trị tùy thuộc vào mức độ tổn thương và triệu chứng, bao gồm: (1) theo dõi nếu nhẹ; (2) nong khí quản bằng bóng (balloon dilation); (3) đặt stent khí quản; hoặc (4) phẫu thuật chỉnh hình khí quản như tracheoplasty. Những phương pháp này thường được thực hiện tại các trung tâm chuyên sâu về ngoại nhi khoa hoặc hô hấp can thiệp.

Bệnh lý thường gặp liên quan đến khí quản

Các bệnh lý ảnh hưởng đến khí quản có thể chia thành nhóm cấp tính, mạn tính, lành tính và ác tính. Mỗi loại bệnh lý có triệu chứng và chỉ định điều trị khác nhau, nhưng đều có nguy cơ ảnh hưởng trực tiếp đến thông khí và trao đổi khí.

Các bệnh lý phổ biến gồm:

• Viêm khí quản: thường do virus (viêm khí quản cấp) hoặc tiếp xúc lâu dài với khói, hóa chất (viêm khí quản mạn). Triệu chứng gồm ho khan, khò khè, đau ngực nhẹ.
• Hẹp khí quản: có thể do chấn thương, intubation kéo dài, u xâm lấn hoặc lao. Biểu hiện bằng khó thở tiến triển, thở rít khi hít vào.
• U khí quản: u lành (u nhú, u xơ) hoặc ác tính (carcinoma tế bào gai, adenoid cystic carcinoma), thường gây tắc nghẽn nội khí quản, ho ra máu, sụt cân.
• Chèn ép khí quản: từ bên ngoài như u tuyến giáp, u trung thất, phình động mạch chủ gây hẹp lòng khí quản và thở rít.

Chẩn đoán dựa vào lâm sàng, hình ảnh học (X-quang, CT scan), và nội soi khí quản. Điều trị có thể bao gồm dùng thuốc (kháng sinh, corticosteroid), nong khí quản, đặt stent, hoặc phẫu thuật cắt u/hẹp. Trong các trường hợp cấp cứu, đặt nội khí quản hoặc mở khí quản có thể cần thiết để duy trì thông khí.

Can thiệp y khoa và kỹ thuật liên quan

Các thủ thuật liên quan đến khí quản là thành phần quan trọng trong chăm sóc hô hấp cấp cứu và phẫu thuật. Kỹ thuật phổ biến nhất là đặt ống nội khí quản (intubation), được thực hiện trong gây mê hoặc hồi sức để kiểm soát đường thở. Ống được đưa qua miệng hoặc mũi, đi qua thanh quản và nằm trong khí quản, đảm bảo cung cấp oxy hiệu quả.

Mở khí quản (tracheostomy) là thủ thuật tạo đường mở trực tiếp từ da vào khí quản, thường được chỉ định khi đặt nội khí quản dài ngày (>7–10 ngày) hoặc khi có tắc nghẽn đường thở trên không thể giải quyết nhanh chóng. Có hai phương pháp mở khí quản:

1. Mở khí quản phẫu thuật: được thực hiện tại phòng mổ bằng rạch da và cắt các cấu trúc trước khí quản.
2. Mở khí quản qua da: thực hiện tại giường bệnh với hướng dẫn siêu âm hoặc nội soi, ít xâm lấn hơn và phổ biến trong ICU.

Ngoài ra, nội soi khí quản bằng ống mềm (fiberoptic bronchoscopy) hoặc ống cứng được sử dụng để quan sát trực tiếp lòng khí quản, lấy bệnh phẩm, hút đàm hoặc loại bỏ dị vật. Các can thiệp nâng cao như đặt stent, đốt u khí quản bằng laser hoặc đông lạnh cũng đang ngày càng phổ biến tại các trung tâm hô hấp can thiệp.

Vai trò lâm sàng và ứng dụng trong y học hiện đại

Khí quản là một phần quan trọng trong hệ hô hấp và là vị trí can thiệp thường xuyên trong thực hành lâm sàng. Các bác sĩ hồi sức, gây mê, tai mũi họng và phẫu thuật lồng ngực đều cần nắm vững giải phẫu và chức năng của khí quản để thực hiện thủ thuật an toàn. Trong ICU, việc kiểm soát đường thở bằng nội khí quản hoặc mở khí quản giúp cải thiện tỷ lệ sống của bệnh nhân nặng.

Trong những năm gần đây, các công nghệ như in 3D, kỹ thuật tái tạo mô và y học tái tạo đang được ứng dụng để phát triển khí quản nhân tạo. Các ống khí quản in 3D bằng vật liệu sinh học hoặc kết hợp với tế bào gốc đã được thử nghiệm trong mô hình động vật và một số ca lâm sàng, mở ra tiềm năng thay thế mô khí quản bị mất do u hoặc chấn thương.

Bên cạnh đó, các thuật toán AI đang được nghiên cứu để phân tích hình ảnh nội soi khí quản, hỗ trợ phát hiện sớm tổn thương, đánh giá mức độ hẹp và cá thể hóa điều trị. Những bước tiến này góp phần nâng cao hiệu quả điều trị và giảm tỷ lệ biến chứng liên quan đến khí quản.

Tài liệu tham khảo

1. StatPearls – Anatomy, Thorax, Trachea
2. PMC – Anatomy and function of the trachea
3. Radiopaedia – Trachea
4. MSD Manual – Tracheostomy
5. Thoracic Key – Surgical anatomy of the trachea
6. ScienceDirect – Tracheal diseases and treatment
7. PubMed – Advances in airway stenting and tracheal reconstruction