مقاومت و دینامیک راههای هوایی
مقاومت راههای هوایی به معنای مقاومتی است که راههای هوایی هدایتی در برابر جریان هوا ایجاد میکنند و به عنوان اختلاف فشار محرک جریان تقسیم بر جریانی که تولید میکند، تعریف میشود. دینامیک راههای هوایی — یعنی چگونگی تغییر قطر آنها با حجم ریه، نرخ جریان و فشار ترانسمورال — تعیین میکند که بیشترین مقاومت در کجا قرار دارد و چرا جریان در طول بازدم اجباری محدود میشود.
Definition
مقاومت راههای هوایی نسبت اختلاف فشار محرک بین آلوئولها و دهانه راه هوایی به جریان هوایی است که تولید میکند؛ این مقاومت نشاندهنده مخالفت اصطکاکی و هندسی با حرکت گاز از طریق راههای هوایی هدایتی است و به شدت به شعاع راه هوایی بستگی دارد.
Scope
این موضوع به تعریف و عوامل تعیینکننده مقاومت راههای هوایی، توزیع مقاومت در طول درخت برونشیال، وابستگی قطر راههای هوایی به حجم ریه، و فشردهسازی دینامیکی که جریان بازدمی را محدود میکند، میپردازد. این یک گزارش مرجع از مکانیک راههای هوایی است و هیچ توصیه بالینی مدیریتی ارائه نمیدهد.
Core questions
- مقاومت راههای هوایی چگونه بر حسب فشار محرک و جریان تعریف میشود؟
- چرا شعاع راه هوایی چنین تأثیر زیادی بر مقاومت دارد؟
- بیشترین مقاومت راههای هوایی در کجای درخت برونشیال قرار دارد؟
- فشردهسازی دینامیکی راههای هوایی چگونه محدودیت جریان بازدمی را ایجاد میکند؟
Key concepts
- مقاومت راههای هوایی
- جریان آرام و آشفته
- وابستگی به شعاع
- توزیع مقاومت
- وابستگی قطر به حجم ریه
- فشردهسازی دینامیکی راههای هوایی
- نقطه فشار برابر
Key theories
- وابستگی مقاومت به شعاع
- برای جریان آرام، مقاومت به صورت معکوس با توان بالایی از شعاع راه هوایی تغییر میکند، بنابراین تغییرات کوچک در قطر — ناشی از تون عضلات صاف، ترشحات، یا ضخیم شدن دیواره — تغییرات بزرگی در مقاومت ایجاد میکند؛ مقاومت همچنین با افزایش حجم ریه و باز شدن راههای هوایی کاهش مییابد.
- فشردهسازی دینامیکی و نقطه فشار برابر
- در طول بازدم اجباری، فشار پلورال میتواند از فشار داخل راههای هوایی در نقطهای پایینتر از آلوئولها فراتر رود؛ فراتر از این نقطه فشار برابر، راه هوایی فشرده میشود، بنابراین حداکثر جریان توسط بازگشت ریه و مقاومت بخش بالادست تعیین میشود و نه توسط تلاش بازدمی.
Mechanisms
جریان هوا از طریق راههای هوایی با مقاومتی مواجه میشود که برای جریان آرام، به شدت به شعاع راه هوایی بستگی دارد، بنابراین قطر راههای هوایی عامل غالب تعیینکننده مقاومت است. اگرچه راههای هوایی کوچک به صورت جداگانه باریک هستند، اما تعداد آنها آنقدر زیاد است و سطح مقطع ترکیبی آنها آنقدر بزرگ است که بیشتر مقاومت قابل اندازهگیری در ریه طبیعی در برونشهای با اندازه متوسط قرار دارد تا در کوچکترین راههای هوایی. قطر راههای هوایی با اتساع ریه افزایش مییابد، زیرا پارانشیم اطراف کشش شعاعی اعمال میکند که راههای هوایی را باز نگه میدارد، بنابراین مقاومت در حجمهای بالاتر ریه کاهش مییابد. در طول بازدم اجباری، افزایش فشار پلورال که هوا را به بیرون میراند، راههای هوایی را نیز فشرده میکند؛ پایینتر از نقطهای که فشارهای راه هوایی و پلورال برابر میشوند، راه هوایی به صورت دینامیکی باریک میشود، و از آنجا حداکثر جریان توسط بازگشت الاستیک ریه و مقاومت بالادست تعیین میشود — که اساس محدودیت جریان بازدمی است.
Clinical relevance
افزایش مقاومت راههای هوایی، ناشی از برونکواسپاسم، تورم مخاطی، ترشحات، یا از دست دادن کشش پارانشیمی که راههای هوایی را باز نگه میدارد، نشانه مکانیکی الگوهای تهویه انسدادی است و کار مقاومتی تنفس را افزایش میدهد. فشردهسازی دینامیکی توضیح میدهد که چرا اندازهگیریهای بازدم اجباری عملکرد راههای هوایی را منعکس میکنند. این مدخل فیزیولوژی و اندازهگیری را توصیف میکند و مبنایی برای تشخیص یا درمان فردی نیست.
Evidence & guidelines
روشهای اندازهگیری مقاومت راههای هوایی و جریانهای مرتبط در مطالعات کلاسیک پلتیسموگرافی و نوسان اجباری ایجاد شدهاند و در چارچوبهای استاندارد عملکرد ریه به کار میروند؛ تفسیر اندازهگیریهای مقاومت و جریان در بیانیههای بینالمللی عملکرد ریه مشخص شده است.
History
اندازهگیری مستقیم مقاومت راههای هوایی در دهه ۱۹۵۰ با پلتیسموگرافی بدن و تکنیکهای نوسان اجباری که توسط دوبوا و همکارانش معرفی شد، امکانپذیر گشت. در دهه ۱۹۶۰، مید، مکلم و همکارانش محدودیت جریان بازدمی را از طریق فشردهسازی دینامیکی راههای هوایی توضیح دادند و مقاومت راههای هوایی، بازگشت ریه و حداکثر جریان را در یک توضیح منسجم از دینامیک راههای هوایی به هم پیوند دادند.
Key figures
- Arthur B. DuBois
- Jere Mead
- Peter Macklem
Related topics
Seminal works
- dubois-1956
- mead-1967
Frequently asked questions
- چرا یک تغییر کوچک در قطر راه هوایی باعث تغییر بزرگی در مقاومت میشود؟
- برای جریان آرام، مقاومت به صورت معکوس با توان بالایی از شعاع راه هوایی تغییر میکند، بنابراین حتی یک باریک شدن متوسط — ناشی از انقباض عضلات صاف، تورم یا ترشحات — مقاومت در برابر جریان هوا را به شدت افزایش میدهد.
- بیشترین مقاومت راههای هوایی در کجای ریه قرار دارد؟
- در ریه طبیعی، بیشترین مقاومت قابل اندازهگیری در برونشهای با اندازه متوسط است. کوچکترین راههای هوایی به صورت جداگانه باریک هستند اما آنقدر زیادند و مساحت مقطع عرضی ترکیبی آنها آنقدر بزرگ است که در مجموع سهم نسبتاً کمی در مقاومت دارند.