การคล้อยตามและความยืดหยุ่นของปอด

การคล้อยตามของปอด (lung compliance) คือการเปลี่ยนแปลงปริมาตรปอดที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงหน่วยของความดันที่ขยายตัว (ความดันข้ามปอด) และเป็นการแสดงออกถึงความง่ายเชิงยืดหยุ่นที่ปอดสามารถพองตัวได้ ความยืดหยุ่น (elasticity) เป็นคุณสมบัติเสริม — แนวโน้มของปอดที่ยืดออกจะหดตัวกลับไปสู่ปริมาตรที่เล็กลง — และคุณสมบัติทั้งสองนี้ร่วมกันกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างความดันที่กระทำต่อปอดกับปริมาตรที่ปอดบรรจุอยู่

Definition

การคล้อยตามของปอด (lung compliance) คืออัตราส่วนของการเปลี่ยนแปลงปริมาตรปอดต่อการเปลี่ยนแปลงความดันข้ามปอดที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงนั้น (ความชันของกราฟความดัน-ปริมาตร); ความยืดหยุ่นของปอด (lung elasticity) หรือการหดกลับเชิงยืดหยุ่น (elastic recoil) คือความดันภายในที่ปอดที่ขยายตัวสร้างขึ้นเมื่อมันมีแนวโน้มที่จะกลับคืนสู่ปริมาตรที่ต่ำกว่า

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมพฤติกรรมความดัน-ปริมาตรเชิงยืดหยุ่นของปอดและผนังทรวงอก ปัจจัยกำหนดความยืดหยุ่นนั้น (เส้นใยยืดหยุ่นของเนื้อเยื่อและความตึงผิวของถุงลม) บทบาทของสารลดแรงตึงผิว (surfactant) ในการลดความตึงผิว และวิธีการอ่านค่าการคล้อยตามจากความชันของกราฟความดัน-ปริมาตร นี่คือข้อมูลอ้างอิงเกี่ยวกับคุณสมบัติทางกล ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• การคล้อยตามถูกกำหนดให้เป็นความชันของกราฟความดัน-ปริมาตรได้อย่างไร และแตกต่างจากความยืดหยุ่น (elastance) อย่างไร?
• อะไรคือสิ่งที่ทำให้เกิดการหดกลับเชิงยืดหยุ่นของปอด — เส้นใยยืดหยุ่นของเนื้อเยื่อเทียบกับความตึงผิวของถุงลม?
• สารลดแรงตึงผิวเปลี่ยนแปลงความตึงผิวและด้วยเหตุนี้การคล้อยตามและความเสถียรของถุงลมได้อย่างไร?
• คุณสมบัติเชิงยืดหยุ่นของปอดและผนังทรวงอกรวมกันเพื่อกำหนดปริมาตรปอดขณะพักได้อย่างไร?

Key concepts

• การคล้อยตามและความยืดหยุ่น (elastance)
• กราฟความดัน-ปริมาตร
• การหดกลับเชิงยืดหยุ่น
• ฮิสเทอรีซิส
• ความตึงผิว
• สารลดแรงตึงผิวในปอด
• การคล้อยตามจำเพาะ

Key theories

แบบจำลองต่อเนื่องเชิงยืดหยุ่นของปอด

Mead, Takishima และ Leith ถือว่าปอดเป็นโครงสร้างยืดหยุ่นที่พึ่งพาอาศัยกัน ซึ่งความดันการหดกลับในแต่ละบริเวณขึ้นอยู่กับปริมาตรเฉพาะที่ถูกยืดออก โดยอธิบายถึงวิธีการกระจายความเค้นและการขยายตัวทั่วเนื้อปอด

ความตึงผิวและบทบาทของสารลดแรงตึงผิวต่อการหดกลับ

ส่วนสำคัญของการหดกลับเชิงยืดหยุ่นของปอดเกิดจากความตึงผิวที่ส่วนต่อประสานอากาศ-ของเหลวของถุงลม; สารลดแรงตึงผิวในปอดช่วยลดและทำให้ความตึงผิวนี้คงที่ เพิ่มการคล้อยตามและป้องกันไม่ให้ถุงลมขนาดเล็กยุบตัว

Mechanisms

ปริมาตรของปอดที่ผ่อนคลายถูกกำหนดโดยความสมดุลระหว่างความดันข้ามปอดที่ขยายตัวและการหดกลับเชิงยืดหยุ่นของมัน การพล็อตปริมาตรเทียบกับความดันข้ามปอดจะให้กราฟความดัน-ปริมาตรรูปตัว S (sigmoid pressure-volume curve) ซึ่งความชันคือกำลังการคล้อยตาม; กราฟจะแตกต่างกันระหว่างการพองตัวและการยุบตัว (hysteresis) ส่วนใหญ่เนื่องจากพฤติกรรมความตึงผิวที่ส่วนต่อประสานของถุงลม ปัจจัยสองประการที่สร้างการหดกลับคือ: เส้นใยยืดหยุ่นของเนื้อเยื่อปอดและความตึงผิวของฟิล์มของเหลวบางๆ ที่บุถุงลม สารลดแรงตึงผิวในปอด (pulmonary surfactant) ช่วยลดความตึงผิว ซึ่งเพิ่มการคล้อยตาม และเนื่องจากผลกระทบจะมากขึ้นที่ปริมาตรต่ำ จึงช่วยให้ถุงลมที่มีขนาดต่างกันมีความเสถียร เนื่องจากปอดหดกลับเข้าด้านในและผนังทรวงอกมีแนวโน้มที่จะหดกลับออกด้านนอก แรงยืดหยุ่นที่ตรงข้ามกันจะมาบรรจบกันที่ปริมาตรปอดขณะพัก

Clinical relevance

การคล้อยตามและการหดกลับกำหนดว่าปอดพองตัวได้ง่ายเพียงใด และความยืดหยุ่นที่เปลี่ยนแปลงไปเป็นพื้นฐานของประเภทโรคปอดทางกลไกที่กว้างขวาง — ตัวอย่างเช่น การสูญเสียการหดกลับเพิ่มการคล้อยตาม ในขณะที่พังผืดหรือการขาดสารลดแรงตึงผิวลดการคล้อยตามลง แนวคิดเหล่านี้เป็นข้อมูลสำหรับการตีความการวัดความดัน-ปริมาตรและเหตุผลเบื้องหลังการช่วยหายใจเพื่อป้องกันปอด ข้อมูลนี้อธิบายคุณสมบัติทางสรีรวิทยาและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

คำอธิบายเชิงปริมาณของความยืดหยุ่นของปอดอ้างอิงจากการศึกษาทางกลศาสตร์การหายใจแบบคลาสสิก และได้รับการรวบรวมไว้ในคู่มือและตำราสรีรวิทยา; การวัดการคล้อยตามทางคลินิกดำเนินการภายใต้กรอบการทำงานมาตรฐานของการทำงานของปอดและกลศาสตร์การหายใจ

History

การวัดความยืดหยุ่นของปอดอย่างเป็นระบบพัฒนาควบคู่ไปกับเทคนิคการประมาณความดันในช่องเยื่อหุ้มปอดในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ทำให้สามารถกำหนดกราฟความดัน-ปริมาตรและหาปริมาณการคล้อยตามได้ การสร้างแบบจำลองการกระจายความเค้นของ Mead และคณะ และการรับรู้บทบาทของความตึงผิวได้ปรับปรุงความเข้าใจว่าอะไรทำให้ปอดยืดหยุ่น ซึ่งเป็นผลงานที่สังเคราะห์ขึ้นในหนังสือ Handbook of Physiology เล่มที่ว่าด้วยกลศาสตร์การหายใจ

Key figures

• Jere Mead
• Peter Macklem
• John B. West

Seminal works

• mead-1970
• mead-1967

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างการคล้อยตาม (compliance) และความยืดหยุ่น (elastance) คืออะไร?

การคล้อยตามคือปริมาตรที่เพิ่มขึ้นต่อหน่วยของการเพิ่มขึ้นของความดันที่ขยายตัว ในขณะที่ความยืดหยุ่นคือส่วนกลับกัน — ความดันที่จำเป็นต่อหน่วยของการเปลี่ยนแปลงปริมาตร ปอดที่มีการคล้อยตามสูงจะพองตัวได้ง่าย; ปอดที่แข็งและมีความยืดหยุ่นสูงจะต้านทานการพองตัว

เหตุใดสารลดแรงตึงผิวในปอดจึงมีความสำคัญต่อกลไกของปอด?

สารลดแรงตึงผิวช่วยลดความตึงผิวของฟิล์มของเหลวในถุงลม ซึ่งเพิ่มการคล้อยตามของปอด และเนื่องจากผลกระทบจะมากขึ้นที่ปริมาตรปอดต่ำ จึงช่วยป้องกันไม่ให้ถุงลมขนาดเล็กยุบตัวและทำให้ถุงลมที่มีขนาดต่างกันมีความเสถียร