Luftvejsmodstand og -dynamik

Luftvejsmodstand er den modstand, de ledende luftveje sætter over for luftstrøm, defineret som trykforskellen, der driver strømmen, divideret med den strøm, den frembringer. Dynamikken i luftvejene — hvordan deres kaliber ændres med lungevolumet, strømningshastigheden og det transmurale tryk — afgør, hvor det meste af modstanden befinder sig, og hvorfor strømmen begrænses under en forceret ekspiration.

Definition

Luftvejsmodstand er forholdet mellem den drivende trykforskel fra alveolerne til luftvejsåbningen og den luftstrøm, det frembringer; det afspejler den friktions- og geometrimæssige modstand over for gasbevægelse gennem de ledende luftveje og afhænger stærkt af luftvejsradius.

Scope

Dette emne dækker definitionen og determinanterne for luftvejsmodstand, fordelingen af modstand langs bronchialtræet, afhængigheden af luftvejskalibret af lungevolumen og den dynamiske kompression, der begrænser ekspiratorisk strøm. Det er en referencegennemgang af luftvejsmekanik og giver ingen klinisk behandlingsrådgivning.

Core questions

• Hvordan defineres luftvejsmodstand udtrykt ved drivtryk og strøm?
• Hvorfor har luftvejsradius en så stor effekt på modstand?
• Hvor langs bronchialtræet befinder det meste luftvejsmodstand sig?
• Hvordan frembringer dynamisk luftvejskompression ekspiratorisk strømbegrænsning?

Key concepts

• Luftvejsmodstand
• Laminær og turbulent strøm
• Radiusafhængighed
• Fordeling af modstand
• Lungevolumensafhængighed af kaliber
• Dynamisk luftvejskompression
• Ligetrykspoint (equal pressure point)

Key theories

Radiusafhængighed af modstand

For laminær strøm varierer modstanden omvendt proportionalt med en høj potens af luftvejsradius, så selv små kalibreændringer — fra glat muskelstonus, sekret eller vægfortykkelse — medfører store ændringer i modstand; modstanden falder desuden, efterhånden som lungevolumen stiger, og luftvejene trækkes åbne.

Dynamisk kompression og ligetrykspoint

Under forceret ekspiration kan pleuralt tryk overskride trykket inde i luftvejene på et punkt nedstrøms for alveolerne; hinsides dette ligetrykspoint komprimeres luftvejen, og den maksimale strøm bestemmes af lungens tilbagetrækningsevne og modstanden i det opstrøms segment snarere end af det ekspiratoriske anstrengelsesniveau.

Mechanisms

Luftstrøm gennem luftvejene modvirkes af en modstand, der for laminær strøm er stærkt afhængig af luftvejsradius, så kaliber er den dominerende determinant for modstand. Selv om individuelle små luftveje er smalle, er de så talrige og deres samlede tværsnitsareal så stort, at det meste målbare modstand i den normale lunge befinder sig i mellemstore bronkier snarere end i de mindste luftveje. Luftvejskalibret øges, efterhånden som lungen blæses op, fordi det omgivende parenkym udøver radial trækkraft, der holder luftvejene åbne, og modstanden falder derfor ved højere lungevolumet. Under en forceret ekspiration komprimerer stigningen i pleuralt tryk, der driver luft ud, også luftvejene; nedstrøms for det punkt, hvor luftvejstryk og pleuralt tryk bliver ens, indsnævres luftvejen dynamisk, og derfra bestemmes maksimal strøm af lungens elastiske tilbagetrækning og modstanden opstrøms — grundlaget for ekspiratorisk strømbegrænsning.

Clinical relevance

Øget luftvejsmodstand som følge af bronkokonstriktion, slimhindehævelse, sekret eller tab af det parenkymale træk, der holder luftvejene åbne, er det mekaniske kendetegn for obstruktive ventilationsmønstre og øger det resistive åndedrætsarbejde. Dynamisk kompression forklarer, hvorfor forcerede ekspiratoriske målinger afspejler luftvejsfunktionen. Dette emne beskriver fysiologi og måling og er ikke grundlag for individuel diagnostik eller behandling.

Evidence & guidelines

Metoder til måling af luftvejsmodstand og relaterede strømninger blev etableret i klassiske plethysmografiske studier og forced-oscillation-studier og anvendes inden for standardiserede lungekvantificeringssystemer; fortolkning af modstands- og strømningsmålinger er fastlagt i internationale lungefunktionserklæringer.

History

Direkte måling af luftvejsmodstand blev mulig i 1950'erne med kropsplethysmografi og forced-oscillation-teknikker introduceret af DuBois og kolleger. I 1960'erne forklarede Mead, Macklem og medarbejdere ekspiratorisk strømbegrænsning ved hjælp af dynamisk luftvejskompression og sammenkoblede luftvejsmodstand, lungetilbagetrækning og maksimal strøm i en sammenhængende beskrivelse af luftvejsdynamik.

Key figures

• Arthur B. DuBois
• Jere Mead
• Peter Macklem

Seminal works

• dubois-1956
• mead-1967

Frequently asked questions

Hvorfor medfører en lille ændring i luftvejsdiameter en stor ændring i modstand?

For laminær strøm varierer modstanden omvendt proportionalt med en høj potens af luftvejsradius, så selv en beskeden indsnævring — fra glat muskelkontraktion, hævelse eller sekret — øger modstanden over for luftstrøm markant.

Hvor i lungen befinder det meste luftvejsmodstand sig?

I den normale lunge befinder det meste målbare modstand sig i mellemstore bronkier. De mindste luftveje er individuelt smalle, men så talrige med et så stort samlet tværsnitsareal, at de tilsammen bidrager relativt lidt til modstanden.