مقاومة وميكانيكا مجرى الهواء
مقاومة مجرى الهواء هي المعارضة التي تبديها الممرات الهوائية الموصلة لتدفق الهواء، وتُعرّف بأنها فرق الضغط الذي يدفع التدفق مقسومًا على التدفق الذي ينتجه. تحدد ديناميكيات مجاري الهواء — كيف يتغير قطرها مع حجم الرئة، ومعدل التدفق، والضغط عبر الجدار — أين تكمن معظم المقاومة ولماذا يصبح التدفق محدودًا أثناء الزفير القسري.
Definition
مقاومة مجرى الهواء هي نسبة فرق الضغط الدافِع بين الحويصلات الهوائية وفتحة مجرى الهواء إلى تدفق الهواء الذي ينتجه؛ وهي تعكس المعارضة الاحتكاكية والهندسية لحركة الغاز عبر الممرات الهوائية الموصلة وتعتمد بقوة على نصف قطر مجرى الهواء.
Scope
يغطي هذا الموضوع تعريف ومحددات مقاومة مجرى الهواء، وتوزيع المقاومة على طول الشجرة القصبية، واعتماد قطر مجرى الهواء على حجم الرئة، والانضغاط الديناميكي الذي يحد من تدفق الزفير. وهو بمثابة مرجع لميكانيكا مجرى الهواء ولا يقدم أي نصائح إكلينيكية للإدارة.
Core questions
- كيف تُعرّف مقاومة مجرى الهواء من حيث الضغط الدافِع والتدفق؟
- لماذا يؤثر نصف قطر مجرى الهواء بشكل كبير على المقاومة؟
- أين تقع معظم مقاومة مجرى الهواء على طول الشجرة القصبية؟
- كيف ينتج الانضغاط الديناميكي لمجرى الهواء تحديد تدفق الزفير؟
Key concepts
- مقاومة مجرى الهواء
- التدفق الصفائحي والمضطرب
- الاعتماد على نصف القطر
- توزيع المقاومة
- اعتماد القطر على حجم الرئة
- الانضغاط الديناميكي لمجرى الهواء
- نقطة الضغط المتساوي
Key theories
- اعتماد المقاومة على نصف القطر
- بالنسبة للتدفق الصفائحي، تتناسب المقاومة عكسياً مع قوة عالية لنصف قطر مجرى الهواء، لذا فإن التغيرات الصغيرة في القطر — من توتر العضلات الملساء، أو الإفرازات، أو سماكة الجدار — تنتج تغيرات كبيرة في المقاومة؛ كما تنخفض المقاومة مع ارتفاع حجم الرئة وفتح مجاري الهواء.
- الانضغاط الديناميكي ونقطة الضغط المتساوي
- أثناء الزفير القسري، يمكن أن يتجاوز الضغط الجنبي الضغط داخل مجاري الهواء عند نقطة تقع بعد الحويصلات الهوائية؛ بعد نقطة الضغط المتساوي هذه، ينضغط مجرى الهواء، لذا يتم تحديد أقصى تدفق بواسطة ارتداد الرئة ومقاومة الجزء العلوي بدلاً من جهد الزفير.
Mechanisms
يُعارض تدفق الهواء عبر مجاري الهواء بمقاومة تعتمد، في حالة التدفق الصفائحي (laminar flow)، بقوة كبيرة على نصف قطر مجرى الهواء، لذا فإن قطر مجاري الهواء هو المحدد الرئيسي للمقاومة. على الرغم من أن مجاري الهواء الصغيرة الفردية ضيقة، إلا أنها عديدة جدًا ومساحتها المقطعية المجمعة كبيرة جدًا لدرجة أن معظم المقاومة القابلة للقياس في الرئة الطبيعية تكمن في القصبات الهوائية متوسطة الحجم بدلاً من أصغر مجاري الهواء. يزداد قطر مجرى الهواء مع انتفاخ الرئة، لأن النسيج الحشوي المحيط يمارس قوة شد شعاعية تحافظ على مجاري الهواء مفتوحة، لذا تنخفض المقاومة عند أحجام الرئة الأعلى. أثناء الزفير القسري، يؤدي ارتفاع الضغط الجنبي الذي يدفع الهواء إلى الخارج أيضًا إلى ضغط مجاري الهواء؛ بعد النقطة التي يتساوى فيها ضغط مجرى الهواء والضغط الجنبي، يضيق مجرى الهواء ديناميكيًا، ومن هناك يتم تحديد أقصى تدفق بواسطة الارتداد المرن للرئة والمقاومة في الجزء العلوي — وهو أساس تحديد تدفق الزفير.
Clinical relevance
زيادة مقاومة مجرى الهواء، الناتجة عن تضيق القصبات، أو تورم الغشاء المخاطي، أو الإفرازات، أو فقدان الشد الحشوي الذي يحافظ على مجاري الهواء مفتوحة، هي السمة الميكانيكية المميزة لأنماط التهوية الانسدادية، وتزيد من عمل التنفس المقاوم. يفسر الانضغاط الديناميكي سبب انعكاس قياسات الزفير القسري لوظيفة مجرى الهواء. يصف هذا المدخل الفسيولوجيا والقياس وليس أساسًا للتشخيص أو العلاج الفردي.
Evidence & guidelines
تم وضع طرق قياس مقاومة مجرى الهواء والتدفقات المرتبطة بها في دراسات تخطيط التحجم الكلاسيكية ودراسات التذبذب القسري، وتُطبق ضمن أطر وظائف الرئة الموحدة؛ يتم تحديد تفسير قياسات المقاومة والتدفق في بيانات وظائف الرئة الدولية.
History
أصبح القياس المباشر لمقاومة مجرى الهواء ممكنًا في الخمسينيات من القرن الماضي باستخدام تخطيط التحجم الجسمي وتقنيات التذبذب القسري التي قدمها دوبوا وزملاؤه. في الستينيات، أوضح ميد وماكليم وزملاؤهما تحديد تدفق الزفير من خلال الانضغاط الديناميكي لمجرى الهواء، وربطوا مقاومة مجرى الهواء، وارتداد الرئة، والتدفق الأقصى في وصف متماسك لديناميكيات مجرى الهواء.
Key figures
- Arthur B. DuBois
- Jere Mead
- Peter Macklem
Related topics
Seminal works
- dubois-1956
- mead-1967
Frequently asked questions
- لماذا يسبب تغير بسيط في قطر مجرى الهواء تغيرًا كبيرًا في المقاومة؟
- بالنسبة للتدفق الصفائحي، تتناسب المقاومة عكسياً مع قوة عالية لنصف قطر مجرى الهواء، لذا فإن أي تضيق ولو كان بسيطًا — من تقلص العضلات الملساء، أو التورم، أو الإفرازات — يزيد بشكل حاد من مقاومة تدفق الهواء.
- أين تقع معظم مقاومة مجرى الهواء في الرئة؟
- في الرئة الطبيعية، تقع معظم المقاومة القابلة للقياس في القصبات الهوائية متوسطة الحجم. مجاري الهواء الأصغر تكون ضيقة بشكل فردي ولكنها عديدة جدًا، ولها مساحة مقطعية مجمعة كبيرة جدًا، بحيث تساهم معًا بمقاومة قليلة نسبيًا.