Opór dróg oddechowych i dynamika przepływu

Opór dróg oddechowych to opozycja, jaką przewodzące drogi oddechowe stawiają przepływowi powietrza, definiowana jako różnica ciśnień napędzająca przepływ podzielona przez wytwarzany przez nią przepływ. Dynamika dróg oddechowych — to, jak zmienia się ich kaliber w zależności od objętości płuc, natężenia przepływu i ciśnienia przezściennego — decyduje o tym, gdzie zlokalizowana jest większość oporu i dlaczego przepływ ulega ograniczeniu podczas natężonego wydechu.

Definition

Opór dróg oddechowych jest stosunkiem różnicy ciśnień napędzającej między pęcherzykami płucnymi a ujściem dróg oddechowych do wytwarzanego przepływu; odzwierciedla tarciowe i geometryczne przeszkody dla ruchu gazu przez przewodzące drogi oddechowe i jest w dużym stopniu zależny od promienia dróg oddechowych.

Scope

Temat obejmuje definicję i determinanty oporu dróg oddechowych, rozkład oporu wzdłuż drzewa oskrzelowego, zależność kalibru dróg oddechowych od objętości płuc oraz dynamiczne sprężanie ograniczające wydechowy przepływ powietrza. Jest to referencyjny opis mechaniki dróg oddechowych, który nie zawiera zaleceń dotyczących postępowania klinicznego.

Core questions

• Jak definiuje się opór dróg oddechowych w kategoriach ciśnienia napędzającego i przepływu?
• Dlaczego promień dróg oddechowych wywiera tak duży wpływ na opór?
• Gdzie w drzewie oskrzelowym zlokalizowana jest większość oporu dróg oddechowych?
• W jaki sposób dynamiczne sprężanie dróg oddechowych powoduje ograniczenie wydechowego przepływu powietrza?

Key concepts

• Opór dróg oddechowych
• Przepływ laminarny i turbulentny
• Zależność od promienia
• Rozkład oporu
• Zależność kalibru od objętości płuc
• Dynamiczne sprężanie dróg oddechowych
• Punkt równych ciśnień

Key theories

Zależność oporu od promienia

Dla przepływu laminarnego opór jest odwrotnie proporcjonalny do wysokiej potęgi promienia dróg oddechowych, toteż niewielkie zmiany kalibru — wywołane napięciem mięśni gładkich, wydzielinami lub pogrubieniem ściany — powodują duże zmiany oporu; opór maleje ponadto wraz ze wzrostem objętości płuc, gdy drogi oddechowe są rozciągane przez miąższ.

Dynamiczne sprężanie i punkt równych ciśnień

Podczas natężonego wydechu ciśnienie opłucnowe może przekraczać ciśnienie wewnątrz dróg oddechowych w punkcie dystalnym względem pęcherzyków; poza tym punktem równych ciśnień droga oddechowa ulega sprężaniu, zatem przepływ maksymalny jest wyznaczany przez sprężystość płuc i opór segmentu proksymalnego, a nie przez wysiłek wydechowy.

Mechanisms

Przepływ powietrza przez drogi oddechowe napotyka opór, który dla przepływu laminarnego jest bardzo silnie zależny od promienia dróg oddechowych, dlatego ich kaliber stanowi dominujący czynnik determinujący opór. Choć poszczególne małe drogi oddechowe są wąskie, jest ich tak wiele, a ich łączny przekrój tak duży, że większość mierzalnego oporu w prawidłowych płucach zlokalizowana jest w oskrzelach średniej wielkości, a nie w najdrobniejszych drogach oddechowych. Kaliber dróg oddechowych wzrasta wraz z wypełnianiem się płuc, ponieważ otaczający miąższ wywiera promieniowe napięcie utrzymujące drogi oddechowe otwarte, co powoduje spadek oporu przy wyższych objętościach płuc. Podczas natężonego wydechu wzrost ciśnienia opłucnowego, który napędza wypływ powietrza, powoduje jednocześnie sprężanie dróg oddechowych; dystalnie od punktu, w którym ciśnienie dróg oddechowych i ciśnienie opłucnowe wyrównują się, drogi oddechowe zwężają się dynamicznie, a od tego miejsca maksymalny przepływ jest wyznaczany przez sprężystość płuc i opór segmentu proksymalnego — stanowi to podstawę zjawiska ograniczenia wydechowego przepływu powietrza.

Clinical relevance

Zwiększony opór dróg oddechowych — spowodowany skurczem oskrzeli, obrzękiem błony śluzowej, wydzielinami lub utratą promieniowego napięcia miąższu utrzymującego drogi oddechowe otwarte — jest mechaniczną cechą charakterystyczną obturacyjnych zaburzeń wentylacji i zwiększa oporową pracę oddychania. Dynamiczne sprężanie wyjaśnia, dlaczego pomiary natężonego przepływu wydechowego odzwierciedlają czynność dróg oddechowych. Niniejsze hasło opisuje fizjologię i metody pomiaru i nie stanowi podstawy do indywidualnej diagnostyki ani leczenia.

Evidence & guidelines

Metody pomiaru oporu dróg oddechowych i powiązanych przepływów zostały ustalone w klasycznych badaniach pletyzmograficznych i z zastosowaniem techniki wymuszonych oscylacji, a ich stosowanie mieści się w ramach standaryzowanych schematów badania czynności płuc; interpretacja pomiarów oporu i przepływu jest określona w międzynarodowych stanowiskach dotyczących spirometrii.

History

Bezpośredni pomiar oporu dróg oddechowych stał się możliwy w latach 50. XX wieku dzięki pletyzmografii całego ciała i technice wymuszonych oscylacji wprowadzonym przez DuBois i współpracowników. W latach 60. XX wieku Mead, Macklem i współpracownicy wyjaśnili ograniczenie wydechowego przepływu powietrza poprzez dynamiczne sprężanie dróg oddechowych, łącząc opór dróg oddechowych, sprężystość płuc i przepływ maksymalny w spójny opis dynamiki dróg oddechowych.

Key figures

• Arthur B. DuBois
• Jere Mead
• Peter Macklem

Seminal works

• dubois-1956
• mead-1967

Frequently asked questions

Dlaczego niewielka zmiana średnicy dróg oddechowych powoduje dużą zmianę oporu?

Dla przepływu laminarnego opór jest odwrotnie proporcjonalny do wysokiej potęgi promienia dróg oddechowych, dlatego nawet umiarkowane zwężenie — spowodowane skurczem mięśni gładkich, obrzękiem lub wydzielinami — gwałtownie zwiększa opór dla przepływu powietrza.

Gdzie w płucach zlokalizowana jest większość oporu dróg oddechowych?

W prawidłowych płucach większość mierzalnego oporu zlokalizowana jest w oskrzelach średniej wielkości. Najmniejsze drogi oddechowe są wąskie, lecz jest ich tak wiele i mają tak dużą łączną powierzchnię przekroju, że ich łączny wkład w opór jest stosunkowo niewielki.