Сопротивление дыхательных путей и их динамика

Сопротивление дыхательных путей — это противодействие, которое проводящие дыхательные пути оказывают воздушному потоку, определяемое как разница давлений, вызывающая поток, деленная на создаваемый им поток. Динамика дыхательных путей — как их калибр изменяется в зависимости от объема легких, скорости потока и трансмурального давления — определяет, где находится большая часть сопротивления и почему поток становится ограниченным во время форсированного выдоха.

Definition

Сопротивление дыхательных путей — это отношение разницы движущего давления между альвеолами и отверстием дыхательных путей к создаваемому им воздушному потоку; оно отражает фрикционное и геометрическое противодействие движению газа через проводящие дыхательные пути и сильно зависит от радиуса дыхательных путей.

Scope

Эта тема охватывает определение и детерминанты сопротивления дыхательных путей, распределение сопротивления по бронхиальному дереву, зависимость калибра дыхательных путей от объема легких и динамическую компрессию, которая ограничивает экспираторный поток. Это справочное описание механики дыхательных путей, не содержащее советов по клиническому ведению.

Core questions

• Как определяется сопротивление дыхательных путей с точки зрения движущего давления и потока?
• Почему радиус дыхательных путей оказывает такое большое влияние на сопротивление?
• Где вдоль бронхиального дерева находится большая часть сопротивления дыхательных путей?
• Как динамическая компрессия дыхательных путей вызывает ограничение экспираторного потока?

Key concepts

• Сопротивление дыхательных путей
• Ламинарный и турбулентный поток
• Зависимость от радиуса
• Распределение сопротивления
• Зависимость калибра от объема легких
• Динамическая компрессия дыхательных путей
• Точка равного давления

Key theories

Зависимость сопротивления от радиуса

Для ламинарного потока сопротивление обратно пропорционально высокой степени радиуса дыхательных путей, поэтому небольшие изменения калибра — от тонуса гладких мышц, секреции или утолщения стенки — вызывают большие изменения сопротивления; сопротивление также падает по мере увеличения объема легких и раскрытия дыхательных путей.

Динамическая компрессия и точка равного давления

Во время форсированного выдоха плевральное давление может превышать давление внутри дыхательных путей в точке ниже альвеол; за этой точкой равного давления дыхательные пути сжимаются, поэтому максимальный поток определяется отдачей легких и сопротивлением сегмента выше по течению, а не экспираторным усилием.

Mechanisms

Потоку воздуха через дыхательные пути противодействует сопротивление, которое для ламинарного потока очень сильно зависит от радиуса дыхательных путей, поэтому калибр дыхательных путей является доминирующим фактором сопротивления. Хотя отдельные мелкие дыхательные пути узки, их так много, а их суммарное поперечное сечение настолько велико, что большая часть измеряемого сопротивления в нормальном легком приходится на средние бронхи, а не на самые мелкие дыхательные пути. Калибр дыхательных путей увеличивается по мере раздувания легких, потому что окружающая паренхима оказывает радиальное натяжение, которое удерживает дыхательные пути открытыми, поэтому сопротивление падает при больших объемах легких. Во время форсированного выдоха повышение плеврального давления, которое выталкивает воздух, также сжимает дыхательные пути; ниже точки, где давление в дыхательных путях и плевральное давление становятся равными, дыхательные пути динамически сужаются, и с этого момента максимальный поток определяется эластической отдачей легких и сопротивлением выше по течению — основа ограничения экспираторного потока.

Clinical relevance

Повышенное сопротивление дыхательных путей, вызванное бронхоконстрикцией, отеком слизистой оболочки, секрецией или потерей паренхиматозной тракции, удерживающей дыхательные пути открытыми, является механическим признаком обструктивных вентиляционных паттернов и увеличивает резистивную работу дыхания. Динамическая компрессия объясняет, почему измерения форсированного выдоха отражают функцию дыхательных путей. Эта статья описывает физиологию и измерения и не является основанием для индивидуальной диагностики или лечения.

Evidence & guidelines

Методы измерения сопротивления дыхательных путей и связанных потоков были установлены в классических плетизмографических и форсированных осцилляционных исследованиях и применяются в рамках стандартизированных систем оценки функции легких; интерпретация измерений сопротивления и потока изложена в международных заявлениях по функции легких.

History

Прямое измерение сопротивления дыхательных путей стало возможным в 1950-х годах с помощью бодиплетизмографии и методов форсированных осцилляций, введенных Дюбуа и его коллегами. В 1960-х годах Мид, Маклем и сотрудники объяснили ограничение экспираторного потока динамической компрессией дыхательных путей, связав сопротивление дыхательных путей, отдачу легких и максимальный поток в единое связное описание динамики дыхательных путей.

Key figures

• Arthur B. DuBois
• Jere Mead
• Peter Macklem

Seminal works

• dubois-1956
• mead-1967

Frequently asked questions

Почему небольшое изменение диаметра дыхательных путей вызывает большое изменение сопротивления?

Для ламинарного потока сопротивление обратно пропорционально высокой степени радиуса дыхательных путей, поэтому даже умеренное сужение — от сокращения гладких мышц, отека или секреции — резко увеличивает сопротивление воздушному потоку.

Где в легких находится большая часть сопротивления дыхательных путей?

В нормальном легком большая часть измеряемого сопротивления находится в средних бронхах. Самые мелкие дыхательные пути индивидуально узки, но их так много, с такой большой суммарной площадью поперечного сечения, что вместе они вносят относительно небольшой вклад в сопротивление.