Съпротивление и динамика на дихателните пътища

Съпротивлението на дихателните пътища е противодействието, което провеждащите дихателни пътища оказват на въздушния поток, дефинирано като разлика в налягането, задвижваща потока, разделена на самия поток. Динамиката на дихателните пътища — как техният просвет се променя в зависимост от белодробния обем, скоростта на потока и трансмуралното налягане — определя къде се концентрира по-голямата част от съпротивлението и защо потокът се ограничава при форсирано издишване.

Definition

Съпротивлението на дихателните пътища е отношението на движещата разлика в налягането между алвеолите и отвора на дихателните пътища към произведения въздушен поток; то отразява триенето и геометричното противодействие на движението на газове през провеждащите дихателни пътища и силно зависи от радиуса на дихателните пътища.

Scope

Темата обхваща дефиницията и детерминантите на съпротивлението на дихателните пътища, разпределението на съпротивлението по бронхиалното дърво, зависимостта на просвета на дихателните пътища от белодробния обем и динамичното компресиране, което ограничава издишвателния поток. Това е справочно изложение на механиката на дихателните пътища и не включва препоръки за клинично лечение.

Core questions

• Как се дефинира съпротивлението на дихателните пътища чрез движещото налягане и потока?
• Защо радиусът на дихателните пътища оказва толкова голямо влияние върху съпротивлението?
• Къде по бронхиалното дърво се концентрира по-голямата част от съпротивлението на дихателните пътища?
• Как динамичното компресиране на дихателните пътища обуславя ограничаването на издишвателния поток?

Key concepts

• Съпротивление на дихателните пътища
• Ламинарен и турбулентен поток
• Зависимост от радиуса
• Разпределение на съпротивлението
• Зависимост на просвета от белодробния обем
• Динамично компресиране на дихателните пътища
• Точка на равно налягане

Key theories

Зависимост на съпротивлението от радиуса

При ламинарен поток съпротивлението варира обратнопропорционално на висока степен от радиуса на дихателните пътища, поради което малките промени в просвета — от тонуса на гладките мускули, секрети или удебеляване на стената — предизвикват значителни промени в съпротивлението; то намалява също при увеличаване на белодробния обем, когато дихателните пътища се разтеглят и се отварят.

Динамично компресиране и точка на равно налягане

По време на форсирано издишване плевралното налягане може да надвиши налягането вътре в дихателните пътища в точка, дистална от алвеолите; отвъд тази точка на равно налягане дихателният път се компресира, поради което максималният поток се определя от белодробната реколта и съпротивлението на проксималния сегмент, а не от усилието при издишване.

Mechanisms

Въздушният поток в дихателните пътища се противодейства от съпротивление, което при ламинарен поток зависи в много голяма степен от радиуса на дихателните пътища, поради което просветът им е основният детерминант на съпротивлението. Въпреки че отделните малки дихателни пътища са тесни, те са толкова многобройни и общото им напречно сечение е толкова голямо, че по-голямата част от измеримото съпротивление в нормалния бял дроб се локализира в дихателните пътища с среден размер, а не в най-малките. Просветът на дихателните пътища се увеличава при раздуване на белия дроб, тъй като заобикалящият паренхим упражнява радиална тракция, задържаща дихателните пътища отворени, поради което съпротивлението намалява при по-голям белодробен обем. По време на форсирано издишване повишаването на плевралното налягане, което изтласква въздуха, едновременно компресира дихателните пътища; дистално от точката, в която плевралното налягане и налягането в дихателните пътища се изравняват, дихателният път се стеснява динамично и оттам нататък максималният поток се определя от еластичната реколта на белия дроб и съпротивлението на проксималния сегмент — основата на ограничаването на издишвателния поток.

Clinical relevance

Повишеното съпротивление на дихателните пътища — от бронхоконстрикция, оток на лигавицата, секрети или загуба на паренхимна тракция, задържаща дихателните пътища отворени — е механичен белег на обструктивните вентилаторни нарушения и увеличава резистивното дихателно натоварване. Динамичното компресиране обяснява защо измерванията на форсирания издишвателен поток отразяват функцията на дихателните пътища. Тази статия описва физиологията и методите за измерване и не служи за основа при индивидуална диагноза или лечение.

Evidence & guidelines

Методите за измерване на съпротивлението на дихателните пътища и свързаните потоци са установени в класически плетизмографски изследвания и изследвания с техниката на форсирани осцилации и се прилагат в рамките на стандартизирани концепции за изследване на белодробната функция; тълкуването на измерванията на съпротивлението и потока е изложено в международни становища за белодробна функция.

History

Прякото измерване на съпротивлението на дихателните пътища стана възможно през 50-те години на XX в. с телесната плетизмография и техниката на форсирани осцилации, въведени от DuBois и сътрудниците му. През 60-те години Mead, Macklem и колеги обясниха ограничаването на издишвателния поток чрез динамичното компресиране на дихателните пътища, свързвайки съпротивлението, белодробната реколта и максималния поток в цялостна теория на динамиката на дихателните пътища.

Key figures

• Arthur B. DuBois
• Jere Mead
• Peter Macklem

Seminal works

• dubois-1956
• mead-1967

Frequently asked questions

Защо малка промяна в диаметъра на дихателните пътища предизвиква голяма промяна в съпротивлението?

При ламинарен поток съпротивлението варира обратнопропорционално на висока степен от радиуса на дихателния път, поради което дори умерено стесняване — от свиване на гладките мускули, оток или секрети — рязко увеличава съпротивлението на въздушния поток.

Къде в белия дроб е локализирана по-голямата част от съпротивлението на дихателните пътища?

В нормалния бял дроб по-голямата част от измеримото съпротивление се локализира в дихателните пътища с среден размер. Най-малките дихателни пътища са индивидуално тесни, но са толкова многобройни и с толкова голямо общо напречно сечение, че заедно допринасят сравнително малко за съпротивлението.