Luftvägsmotstånd och luftvägsdynamik

Luftvägsmotstånd är det motstånd som de ledande luftvägarna erbjuder mot luftflöde, definierat som tryckskillnaden som driver flödet dividerat med det flöde det producerar. Luftvägarnas dynamik — hur deras kaliber förändras med lungvolym, flödeshastighet och transmuralt tryck — avgör var det mesta motståndet finns och varför flödet begränsas under en forcerad expiration.

Definition

Luftvägsmotstånd är förhållandet mellan den drivande tryckskillnaden mellan alveolerna och luftvägsöppningen och det luftflöde det producerar; det återspeglar det friktionsmässiga och geometriska motståndet mot gasrörelser i de ledande luftvägarna och beror starkt på luftvägsradien.

Scope

Detta ämne täcker definitionen och bestämningsfaktorerna för luftvägsmotstånd, motståndets fördelning längs bronkialträdet, beroende av luftvägskaliber på lungvolym samt den dynamiska kompression som begränsar expiratoriskt flöde. Det är en referensbeskrivning av luftvägsmekanik och ger inga råd om klinisk hantering.

Core questions

• Hur definieras luftvägsmotstånd i termer av drivande tryck och flöde?
• Varför har luftvägsradien en så stor inverkan på motståndet?
• Var längs bronkialträdet finns det mesta luftvägsmotståndet?
• Hur producerar dynamisk luftvägskompression expiratorisk flödeslimitation?

Key concepts

• Luftvägsmotstånd
• Laminärt och turbulent flöde
• Radieberoende
• Motståndets fördelning
• Lungvolymsberoende kaliber
• Dynamisk luftvägskompression
• Lika-trycks-punkt

Key theories

Luftvägsresistansens radieberoende

Vid laminärt flöde varierar motståndet omvänt mot en hög potens av luftvägsradien, varför små kalibrerändringar — från glattmuskeltonus, sekretioner eller väggförtjockning — ger stora förändringar i motståndet; motståndet minskar också när lungvolymen ökar och luftvägarna dras upp.

Dynamisk kompression och lika-trycks-punkten

Under forcerad expiration kan pleuratrycket överstiga trycket inuti luftvägarna vid en punkt nedströms om alveolerna; bortom denna lika-trycks-punkt komprimeras luftvägen, varför det maximala flödet bestäms av lungrekylen och motståndet i det uppströms belägna segmentet snarare än av expirationsansträngningen.

Mechanisms

Luftflödet i luftvägarna motverkas av ett motstånd som, vid laminärt flöde, är starkt beroende av luftvägsradien, varför luftvägarnas kaliber är den dominerande bestämningsfaktorn för motståndet. Även om enskilda små luftvägar är trånga, är de så talrika och deras sammanlagda tvärsnittsarea så stor att det mesta mätbara motståndet i den normala lungan återfinns i de medelstora bronkerna snarare än i de minsta luftvägarna. Luftvägskalibern ökar när lungan blåses upp, eftersom det omgivande lungparenkymets radiella traktionstryck håller luftvägarna öppna, varför motståndet minskar vid högre lungvolymer. Under en forcerad expiration komprimerar det pleuratryck som driver ut luft även luftvägarna; nedströms om den punkt där luftvägs- och pleuratryck blir lika, förträngs luftvägen dynamiskt, och därifrån bestäms det maximala flödet av lungornas elastiska rekyl och motståndet uppströms — grunden för expiratorisk flödeslimitation.

Clinical relevance

Ökat luftvägsmotstånd, till följd av bronkokonstriktion, slemhinnödem, sekretioner eller förlust av det parenkymala traktionstryck som håller luftvägarna öppna, är det mekanistiska kännetecknet för obstruktiva ventilationsmönster och ökar det resistiva andningsarbetet. Dynamisk kompression förklarar varför mätningar av forcerat expiratoriskt flöde återspeglar luftvägsfunktionen. Detta avsnitt beskriver fysiologi och mätmetodik och utgör inte grund för individuell diagnostik eller behandling.

Evidence & guidelines

Metoder för mätning av luftvägsmotstånd och relaterade flöden etablerades i klassiska pletysmografiska studier och studier med forcerad-oscillationsteknik och tillämpas inom standardiserade lungfunktionsramverk; tolkningen av motstånd och flödesmätningar fastslås i internationella lungfunktionsutlåtanden.

History

Direkt mätning av luftvägsmotstånd blev möjlig på 1950-talet med kroppspletymografi och forced-oscillationsteknik (forcerad oscillationsteknik), introducerade av DuBois och medarbetare. Under 1960-talet förklarade Mead, Macklem och medarbetare expiratorisk flödeslimitation via dynamisk luftvägskompression och kopplade ihop luftvägsmotstånd, lungrekyl och maximalt flöde till en sammanhängande beskrivning av luftvägsdynamiken.

Key figures

• Arthur B. DuBois
• Jere Mead
• Peter Macklem

Seminal works

• dubois-1956
• mead-1967

Frequently asked questions

Varför orsakar en liten förändring i luftvägsdiameter en stor förändring i motstånd?

Vid laminärt flöde varierar motståndet omvänt mot en hög potens av luftvägsradien, varför redan en måttlig förträngning — genom glattmuskelkontraktion, svullnad eller sekretioner — kraftigt ökar motståndet mot luftflödet.

Var i lungan är det mesta luftvägsmotståndet lokaliserat?

I den normala lungan återfinns det mesta mätbara motståndet i de medelstora bronkerna. De minsta luftvägarna är individuellt trånga men är så talrika, med en så stor sammanlagd tvärsnittsarea, att de sammantaget bidrar med relativt litet motstånd.