Опір дихальних шляхів і їх динаміка

Опір дихальних шляхів — це протидія, яку провідні дихальні шляхи чинять потоку повітря; він визначається як різниця тисків, що рухають потік, поділена на величину самого потоку. Динаміка дихальних шляхів — зміни їх просвіту залежно від об'єму легень, швидкості потоку та трансмурального тиску — визначає, де зосереджено основний опір і чому під час форсованого видиху потік стає обмеженим.

Definition

Опір дихальних шляхів — це відношення перепаду тисків між альвеолами та отвором дихальних шляхів до зумовленого ним потоку повітря; він відображає тертьову й геометричну протидію руху газу через провідні дихальні шляхи і суттєво залежить від радіуса дихальних шляхів.

Scope

Тема охоплює визначення та детермінанти опору дихальних шляхів, розподіл опору вздовж бронхіального дерева, залежність просвіту дихальних шляхів від об'єму легень і динамічне стиснення, що обмежує видихний потік. Це довідковий виклад механіки дихальних шляхів, що не містить рекомендацій щодо клінічного ведення пацієнтів.

Core questions

• Як визначається опір дихальних шляхів через перепад тиску та потік?
• Чому радіус дихальних шляхів має такий великий вплив на опір?
• Де вздовж бронхіального дерева зосереджено основний опір дихальних шляхів?
• Як динамічне стиснення дихальних шляхів зумовлює обмеження видихного потоку?

Key concepts

• Опір дихальних шляхів
• Ламінарний і турбулентний потік
• Залежність від радіуса
• Розподіл опору
• Залежність просвіту від об'єму легень
• Динамічне стиснення дихальних шляхів
• Рівнотискова точка

Key theories

Залежність опору від радіуса

При ламінарному потоці опір обернено пропорційний радіусу дихальних шляхів у великому степені, тому невеликі зміни просвіту — від тонусу гладких м'язів, секрету або потовщення стінки — спричиняють значні зміни опору; опір також знижується при зростанні об'єму легень, коли дихальні шляхи розтягуються.

Динамічне стиснення і рівнотискова точка

Під час форсованого видиху плевральний тиск може перевищувати тиск усередині дихальних шляхів у точці, розташованій нижче за альвеоли; за цією рівнотисковою точкою дихальні шляхи стискаються, тому максимальний потік визначається еластичною тягою легень і опором проксимального сегмента, а не зусиллям при видиху.

Mechanisms

Потік повітря через дихальні шляхи зустрічає опір, який для ламінарного потоку дуже сильно залежить від радіуса дихальних шляхів, тому їхній просвіт є провідним чинником опору. Хоча дрібні дихальні шляхи окремо мають малий просвіт, їх настільки багато і їхній сумарний поперечний переріз настільки великий, що в нормальній легені більшість вимірюваного опору зосереджена у бронхах середнього калібру, а не в найдрібніших дихальних шляхах. Просвіт дихальних шляхів збільшується при надуванні легень, оскільки навколишня паренхіма здійснює радіальну тягу, що утримує дихальні шляхи відкритими, тому опір знижується при більших об'ємах легень. Під час форсованого видиху зростання плеврального тиску, що виганяє повітря, також стискає дихальні шляхи; нижче за точку, де тиск у дихальних шляхах і плевральний тиск зрівнюються, просвіт динамічно звужується, і відтоді максимальний потік визначається еластичною тягою легень і опором вище за цю точку — основа обмеження видихного потоку.

Clinical relevance

Підвищений опір дихальних шляхів, спричинений бронхоконстрикцією, набряком слизової, секретом або втратою паренхіматозної тяги, що утримує дихальні шляхи відкритими, є механічною ознакою обструктивних вентиляційних порушень і збільшує резистивну роботу дихання. Динамічне стиснення пояснює, чому вимірювання форсованого видиху відображають функцію дихальних шляхів. Ця стаття описує фізіологію та методи вимірювання і не є підставою для індивідуальної діагностики або лікування.

Evidence & guidelines

Методи вимірювання опору дихальних шляхів і пов'язаних потоків були розроблені в класичних плетизмографічних дослідженнях і дослідженнях з форсованими коливаннями та застосовуються в рамках стандартизованих підходів до дослідження функції легень; інтерпретація вимірювань опору та потоку викладена в міжнародних заявах щодо функції легень.

History

Безпосереднє вимірювання опору дихальних шляхів стало можливим у 1950-х роках завдяки бодіплетизмографії і методу форсованих коливань, запровадженим DuBois та співавторами. У 1960-х роках Mead, Macklem та їхні колеги пояснили обмеження видихного потоку через динамічне стиснення дихальних шляхів, пов'язавши опір дихальних шляхів, еластичну тягу легень і максимальний потік у цілісне уявлення про динаміку дихальних шляхів.

Key figures

• Arthur B. DuBois
• Jere Mead
• Peter Macklem

Seminal works

• dubois-1956
• mead-1967

Frequently asked questions

Чому невелика зміна діаметра дихальних шляхів спричиняє велику зміну опору?

При ламінарному потоці опір обернено пропорційний радіусу дихальних шляхів у великому степені, тому навіть помірне звуження — внаслідок скорочення гладких м'язів, набряку або секрету — різко підвищує опір потоку повітря.

Де в легенях зосереджено основний опір дихальних шляхів?

У нормальній легені більшість вимірюваного опору знаходиться у бронхах середнього калібру. Найдрібніші дихальні шляхи окремо вузькі, але їх так багато і їхній сумарний поперечний переріз такий великий, що разом вони дають відносно невеликий опір.