気道抵抗と気道力学

気道抵抗とは、気流に対する伝導気道の抵抗であり、気流を駆動する圧力差をそれが生み出す流量で割ったものとして定義されます。気道の力学、すなわち肺気量、流量、および壁内圧によって気道の口径がどのように変化するかは、抵抗の大部分がどこに存在するか、そして強制呼気中に流量がなぜ制限されるかを決定します。

Definition

気道抵抗とは、肺胞と気道開口部の間の駆動圧力差と、それが生み出す気流の比率であり、伝導気道を通るガス移動に対する摩擦的および幾何学的な抵抗を反映し、気道半径に強く依存します。

Scope

このトピックでは、気道抵抗の定義と決定要因、気管支樹に沿った抵抗の分布、気道口径の肺気量依存性、および呼気流量を制限する動的圧迫について扱います。これは気道力学に関する参照記述であり、臨床管理に関する助言を提供するものではありません。

Core questions

• 駆動圧と流量の観点から気道抵抗はどのように定義されますか？
• なぜ気道半径は抵抗にこれほど大きな影響を与えるのですか？
• 気管支樹のどの部分にほとんどの気道抵抗が存在しますか？
• 動的気道圧迫はどのようにして呼気流量制限を引き起こしますか？

Key concepts

• 気道抵抗
• 層流と乱流
• 半径依存性
• 抵抗の分布
• 口径の肺気量依存性
• 動的気道圧迫
• 等圧点

Key theories

抵抗の半径依存性

層流の場合、抵抗は気道半径のべき乗に反比例するため、平滑筋の緊張、分泌物、または壁の肥厚による口径のわずかな変化が抵抗に大きな変化をもたらします。また、肺気量が増加して気道が広げられると抵抗は減少します。

動的圧迫と等圧点

強制呼気中、胸腔内圧は肺胞の末梢側の気道内圧を超えることがあります。この等圧点を超えると気道は圧迫され、最大流量は呼気努力ではなく、肺の収縮力と上流のセグメントの抵抗によって決定されます。

Mechanisms

気道を通る気流は抵抗によって妨げられますが、層流の場合、この抵抗は気道半径に非常に強く依存するため、気道の口径が抵抗の主要な決定要因となります。個々の小気道は狭いものの、その数が非常に多く、それらを合わせた断面積が大きいため、正常な肺で測定可能な抵抗のほとんどは、最小の気道ではなく中程度の気管支に存在します。気道口径は肺が膨張するにつれて増加します。これは、周囲の肺実質が気道を広げる放射状牽引力を及ぼすためであり、したがって肺気量が増加すると抵抗は減少します。強制呼気中には、空気を押し出す胸腔内圧の上昇も気道を圧迫します。気道内圧と胸腔内圧が等しくなる点の末梢側では、気道が動的に狭窄し、そこから最大流量は肺の弾性収縮力と上流の抵抗によって決定されます。これが呼気流量制限の基礎となります。

Clinical relevance

気管支収縮、粘膜の腫脹、分泌物、または気道を広げる肺実質牽引力の喪失による気道抵抗の増加は、閉塞性換気パターンの機械的特徴であり、抵抗性呼吸仕事量を増加させます。動的圧迫は、強制呼気測定が気道機能を反映する理由を説明します。この項目は生理学と測定について記述しており、個別の診断や治療の根拠となるものではありません。

Evidence & guidelines

気道抵抗および関連する流量を測定する方法は、古典的なプレチスモグラフィーおよび強制振動研究によって確立され、標準化された肺機能の枠組み内で適用されています。抵抗および流量測定の解釈は、国際的な肺機能に関する声明で定められています。

History

気道抵抗の直接測定は、DuBoisらが導入したボディプレチスモグラフィーと強制振動技術により、1950年代に可能となりました。1960年代には、Mead、Macklemらが共同研究者とともに、動的気道圧迫を通じて呼気流量制限を説明し、気道抵抗、肺の収縮力、および最大流量を気道力学の一貫した説明に結びつけました。

Key figures

• Arthur B. DuBois
• Jere Mead
• Peter Macklem

Seminal works

• dubois-1956
• mead-1967

Frequently asked questions

気道径のわずかな変化が抵抗に大きな変化をもたらすのはなぜですか？

層流の場合、抵抗は気道半径のべき乗に反比例するため、平滑筋の収縮、腫脹、または分泌物によるわずかな狭窄でも、気流抵抗は急激に増加します。

肺のどこにほとんどの気道抵抗がありますか？

正常な肺では、測定可能な抵抗のほとんどは中程度の気管支にあります。最小の気道は個々には狭いですが、数が非常に多く、それらを合わせた断面積が大きいため、全体としては比較的抵抗への寄与は小さいです。