Luftveismotstand og luftveisdynamikk

Luftveismotstand er den motstanden de ledende luftveiene yter mot luftstrøm, definert som trykkforskjellen som driver strømmen dividert med den strømmen den produserer. Dynamikken i luftveiene — hvordan kaliber endres med lungevolumet, strømningshastigheten og transmuralt trykk — bestemmer hvor mesteparten av motstanden befinner seg og hvorfor strøm begrenses under en tvungen ekspirasjon.

Definition

Luftveismotstand er forholdet mellom det drivende trykkdifferansen mellom alveolene og luftveisåpningen og den luftstrøm den produserer; den gjenspeiler friksjons- og geometrisk motstand mot gassbevegelse gjennom de ledende luftveiene og avhenger sterkt av luftveisradius.

Scope

Dette emnet dekker definisjonen og determinantene for luftveismotstand, fordelingen av motstand langs bronkialtreet, avhengigheten av luftveiskaliber av lungekvolumet, og den dynamiske kompresjon som begrenser ekspiratorisk luftstrøm. Det er en referanseframstilling av luftveismekanikk og gir ingen kliniske behandlingsanbefalinger.

Core questions

• Hvordan defineres luftveismotstand i form av drivende trykk og strøm?
• Hvorfor har luftveisradius en så stor effekt på motstanden?
• Hvor langs bronkialtreet befinner mesteparten av luftveismotstanden seg?
• Hvordan gir dynamisk luftveiskompresjon ekspiratorisk strømbegrensning?

Key concepts

• Luftveismotstand
• Laminær og turbulent strøm
• Radiusavhengighet
• Fordeling av motstand
• Kaliberavhengighet av lungevolumet
• Dynamisk luftveiskompresjon
• Liketrykks-punkt (equal pressure point)

Key theories

Radiusavhengighet av motstand

For laminær strøm varierer motstanden omvendt proporsjonalt med en høy potens av luftveisradius, slik at små endringer i kaliber — fra glattmuskeltonus, sekret eller veggfortykkelse — gir store endringer i motstand; motstanden faller dessuten når lungevolumet stiger og luftveiene dras åpne.

Dynamisk kompresjon og liketrykks-punktet

Under tvungen ekspirasjon kan pleuraltrykket overstige trykket inne i luftveiene på et punkt nedstrøms for alveolene; forbi dette liketrykks-punktet komprimeres luftveien, slik at maksimal strøm bestemmes av lungetilbaketrekningskraft og motstanden i segmentet oppstrøms snarere enn av ekspiratorisk innsats.

Mechanisms

Luftstrøm gjennom luftveiene møter motstand som, for laminær strøm, avhenger meget sterkt av luftveisradius, slik at kaliber er den dominerende determinanten for motstand. Selv om individuelle små luftveier er smale, er de så tallrike og har et så stort samlet tverrsnitt at mesteparten av den målbare motstanden i den normale lungen befinner seg i mellomstore bronkier snarere enn de minste luftveiene. Luftveiskaliber øker når lungen infleres, fordi det omgivende parenkym utøver radial traksjon som holder luftveiene åpne, slik at motstanden faller ved høyere lungevolum. Under tvungen ekspirasjon komprimerer også den økte pleuralt trykket som driver luft ut, luftveiene; nedstrøms for det punktet der luftveis- og pleuraltrykk blir like, snevres luftveien dynamisk inn, og derfra bestemmes maksimal strøm av lungens elastiske tilbaketrekningskraft og motstanden oppstrøms — grunnlaget for ekspiratorisk strømbegrensning.

Clinical relevance

Økt luftveismotstand, fra bronkokonstriksjon, slimhinneødem, sekret eller tap av den parenkymale traksjonen som holder luftveiene åpne, er det mekaniske kjennetegnet på obstruktive ventilasjonstilstander, og øker det resistive pustearbe. Dynamisk kompresjon forklarer hvorfor tvungne ekspirasjonsmålinger reflekterer luftveisfunksjon. Dette avsnittet beskriver fysiologi og måling og er ikke et grunnlag for individuell diagnostikk eller behandling.

Evidence & guidelines

Metoder for måling av luftveismotstand og relaterte strømninger ble etablert i klassiske pletysmografiske studier og studier med tvungen oscillasjonsteknikk, og anvendes innenfor standardiserte lungefunksjonsrammer; tolkning av motstand og strømningsmålinger er fastsatt i internasjonale uttalelser om lungefunksjon.

History

Direkte måling av luftveismotstand ble mulig i 1950-årene med helkroppspletysymografi og tvungen oscillasjonsteknikk introdusert av DuBois og medarbeidere. På 1960-tallet forklarte Mead, Macklem og medarbeidere ekspiratorisk strømbegrensning gjennom dynamisk luftveiskompresjon, og knyttet luftveismotstand, lungetilbaketrekningskraft og maksimal strøm til en sammenhengende forklaring av luftveisdynamikk.

Key figures

• Arthur B. DuBois
• Jere Mead
• Peter Macklem

Seminal works

• dubois-1956
• mead-1967

Frequently asked questions

Hvorfor gir en liten endring i luftveisdiameter en stor endring i motstand?

For laminær strøm varierer motstanden omvendt proporsjonalt med en høy potens av luftveisradius, slik at selv en beskjeden forsneverring — fra glattmuskelkontraksjon, hevelse eller sekret — øker motstanden mot luftstrøm betydelig.

Hvor i lungen befinner mesteparten av luftveismotstanden seg?

I den normale lungen er mesteparten av den målbare motstanden lokalisert til mellomstore bronkier. De minste luftveiene er individuelt smale, men er så tallrike og har et så stort samlet tverrsnitt at de samlet bidrar relativt lite til motstanden.