Luchtwegweerstand en luchwegdynamica

Luchtwegweerstand is de tegenstand die de geleidende luchtwegen bieden aan de luchtstroom, gedefinieerd als het drukverschil dat de stroom aandrijft gedeeld door de geproduceerde stroom. De dynamica van de luchtwegen — hoe hun diameter verandert met longvolume, stroomsnelheid en transmuraal druk — bepaalt waar het grootste deel van de weerstand zich bevindt en waarom de stroom beperkt wordt tijdens een geforceerde expiratie.

Definition

Luchtwegweerstand is de verhouding van het aandrijvend drukverschil tussen de alveoli en de luchwegopening tot de door dit drukverschil geproduceerde luchtstroom; het weerspiegelt de wrijvings- en geometrische tegenstand voor gasbeweging door de geleidende luchtwegen en is sterk afhankelijk van de luchtwegradius.

Scope

Dit onderwerp behandelt de definitie en determinanten van luchtwegweerstand, de verdeling van de weerstand langs de bronchusboom, de afhankelijkheid van de luchtwegdiameter van het longvolume, en de dynamische compressie die de expiratoire stroom beperkt. Het betreft een referentieoverzicht van luchwegmechanica en bevat geen klinisch advies.

Core questions

• Hoe wordt luchtwegweerstand gedefinieerd in termen van aandrijvende druk en stroom?
• Waarom heeft de luchtwegradius zo'n grote invloed op de weerstand?
• Waar langs de bronchusboom bevindt zich het grootste deel van de luchtwegweerstand?
• Hoe leidt dynamische luchwegcompressie tot expiratoire stroombegrenzing?

Key concepts

• Luchtwegweerstand
• Laminaire en turbulente stroming
• Radiusafhankelijkheid
• Verdeling van de weerstand
• Longvolume-afhankelijkheid van de diameter
• Dynamische luchwegcompressie
• Gelijkdrukpunt

Key theories

Radiusafhankelijkheid van de weerstand

Bij laminaire stroming varieert de weerstand omgekeerd evenredig met een hoge macht van de luchtwegradius, zodat kleine veranderingen in diameter — door gladde-spierspanning, secreties of wandverdikking — grote veranderingen in weerstand veroorzaken; de weerstand daalt tevens naarmate het longvolume stijgt en de luchtwegen worden opengetrokken.

Dynamische compressie en het gelijkdrukpunt

Tijdens geforceerde expiratie kan de pleurale druk de druk in de luchtwegen overtreffen op een punt stroomafwaarts van de alveoli; voorbij dit gelijkdrukpunt wordt de luchtweg gecomprimeerd, zodat de maximale stroom bepaald wordt door de longterugslagkracht en de weerstand van het stroomopwaartse segment in plaats van door de expiratoire inspanning.

Mechanisms

De luchtstroom door de luchtwegen wordt belemmerd door een weerstand die bij laminaire stroming zeer sterk afhangt van de luchtwegradius, zodat de diameter van de luchtwegen de dominante determinant van de weerstand vormt. Hoewel individuele kleine luchtwegen nauw zijn, zijn zij zo talrijk en is hun gecombineerde doorsnede zo groot, dat het merendeel van de meetbare weerstand in de normale long in de middelgrote bronchiën ligt, niet in de kleinste luchtwegen. De luchtwegdiameter neemt toe naarmate de long opblaast, omdat het omliggende longparenchym radiale tractie uitoefent die de luchtwegen open houdt, zodat de weerstand bij hogere longvolumes daalt. Tijdens een geforceerde expiratie comprimeert de stijging van de pleurale druk die de lucht uitdrijft ook de luchtwegen; stroomafwaarts van het punt waar luchtweg- en pleurale druk gelijk worden, vernauwt de luchtweg zich dynamisch, en vanaf dat punt wordt de maximale stroom bepaald door de elastische terugslagkracht van de long en de weerstand stroomopwaarts — de basis van expiratoire stroombegrenzing.

Clinical relevance

Toegenomen luchtwegweerstand — door bronchoconstrictie, mucosaoedeem, secreties of verlies van de parenchymale tractie die de luchtwegen open houdt — is het mechanische kenmerk van obstructieve ventilatie­patronen en verhoogt de resistieve ademarbeid. Dynamische compressie verklaart waarom geforceerde expiratoire metingen de luchtwegfunctie weerspiegelen. Dit item beschrijft fysiologie en meting en vormt geen basis voor individuele diagnose of behandeling.

Evidence & guidelines

Methoden voor het meten van luchtwegweerstand en aanverwante stroomgrootheden werden vastgelegd in klassieke plethysmografische en gedwongen-oscillatiestudies en worden toegepast binnen gestandaardiseerde longfunctieschema's; de interpretatie van weerstand- en stroommetingen is neergelegd in internationale longfunctieverklaringen.

History

Directe meting van luchtwegweerstand werd in de jaren vijftig mogelijk met lichaamsplethysmografie en gedwongen-oscillatietechnieken die door DuBois en collega's werden geïntroduceerd. In de jaren zestig verklaarden Mead, Macklem en medewerkers de expiratoire stroombegrenzing door middel van dynamische luchwegcompressie, waarbij luchtwegweerstand, longterugslagkracht en maximale stroom in een samenhangend beeld van luchwegdynamica werden geïntegreerd.

Key figures

• Arthur B. DuBois
• Jere Mead
• Peter Macklem

Seminal works

• dubois-1956
• mead-1967

Frequently asked questions

Waarom veroorzaakt een kleine verandering in luchtwegdiameter een grote verandering in weerstand?

Bij laminaire stroming varieert de weerstand omgekeerd evenredig met een hoge macht van de luchtwegradius, zodat zelfs een bescheiden vernauwing — door glad-spiercontractie, zwelling of secreties — de weerstand voor de luchtstroom sterk verhoogt.

Waar in de long bevindt zich het grootste deel van de luchtwegweerstand?

In de normale long bevindt het grootste deel van de meetbare weerstand zich in de middelgrote bronchiën. De kleinste luchtwegen zijn individueel nauw maar zo talrijk, met zo'n grote gecombineerde doorsnede, dat zij samen relatief weinig bijdragen aan de weerstand.