Sức cản đường thở và động lực học đường thở

Sức cản đường thở là lực đối kháng mà đường dẫn khí tạo ra đối với luồng khí, được định nghĩa là chênh lệch áp suất tạo ra dòng chảy chia cho lưu lượng dòng chảy mà nó tạo ra. Động lực học của đường thở — cách mà đường kính của chúng thay đổi theo thể tích phổi, tốc độ dòng chảy và áp suất xuyên thành — quyết định nơi tập trung phần lớn sức cản và lý do tại sao dòng chảy bị hạn chế trong quá trình thở ra gắng sức.

Definition

Sức cản đường thở là tỷ lệ giữa chênh lệch áp suất dẫn động giữa phế nang và lỗ mở đường thở với lưu lượng khí mà nó tạo ra; nó phản ánh sự đối kháng ma sát và hình học đối với sự di chuyển của khí qua đường dẫn khí và phụ thuộc mạnh mẽ vào bán kính đường thở.

Scope

Chủ đề này bao gồm định nghĩa và các yếu tố quyết định sức cản đường thở, sự phân bố sức cản dọc theo cây phế quản, sự phụ thuộc của đường kính đường thở vào thể tích phổi, và sự chèn ép động học giới hạn dòng khí thở ra. Đây là một tài liệu tham khảo về cơ học đường thở và không cung cấp lời khuyên về quản lý lâm sàng.

Core questions

• Sức cản đường thở được định nghĩa như thế nào theo chênh lệch áp suất dẫn động và lưu lượng?
• Tại sao bán kính đường thở lại có ảnh hưởng lớn đến sức cản?
• Phần lớn sức cản đường thở nằm ở đâu dọc theo cây phế quản?
• Sự chèn ép động học đường thở tạo ra sự hạn chế dòng khí thở ra như thế nào?

Key concepts

• Sức cản đường thở
• Dòng chảy tầng và dòng chảy rối
• Sự phụ thuộc vào bán kính
• Sự phân bố sức cản
• Sự phụ thuộc của đường kính vào thể tích phổi
• Sự chèn ép động học đường thở
• Điểm áp suất bằng nhau

Key theories

Sự phụ thuộc của sức cản vào bán kính

Đối với dòng chảy tầng, sức cản tỷ lệ nghịch với lũy thừa cao của bán kính đường thở, do đó những thay đổi nhỏ về đường kính — do trương lực cơ trơn, dịch tiết hoặc thành dày lên — tạo ra những thay đổi lớn về sức cản; sức cản cũng giảm khi thể tích phổi tăng và đường thở được kéo mở ra.

Sự chèn ép động học và điểm áp suất bằng nhau

Trong quá trình thở ra gắng sức, áp suất màng phổi có thể vượt quá áp suất bên trong đường thở tại một điểm phía hạ lưu của phế nang; vượt quá điểm áp suất bằng nhau này, đường thở bị chèn ép, do đó lưu lượng tối đa được xác định bởi độ đàn hồi hồi phục của phổi và sức cản của đoạn thượng lưu chứ không phải bởi nỗ lực thở ra.

Mechanisms

Luồng khí qua đường thở bị cản trở bởi sức cản mà, đối với dòng chảy tầng, phụ thuộc rất mạnh vào bán kính đường thở, do đó đường kính của đường thở là yếu tố quyết định chủ yếu của sức cản. Mặc dù các đường thở nhỏ riêng lẻ hẹp, nhưng chúng rất nhiều và tổng tiết diện của chúng rất lớn, đến nỗi phần lớn sức cản có thể đo được trong phổi bình thường nằm ở các phế quản cỡ trung bình chứ không phải ở các đường thở nhỏ nhất. Đường kính đường thở tăng lên khi phổi phồng lên, vì nhu mô xung quanh tạo ra lực kéo xuyên tâm giữ cho đường thở mở, do đó sức cản giảm ở thể tích phổi cao hơn. Trong quá trình thở ra gắng sức, sự tăng áp suất màng phổi đẩy khí ra ngoài cũng làm chèn ép đường thở; phía hạ lưu của điểm mà áp suất đường thở và áp suất màng phổi trở nên bằng nhau, đường thở bị hẹp động học, và từ đó lưu lượng tối đa được xác định bởi độ đàn hồi hồi phục của phổi và sức cản phía thượng lưu — đây là cơ sở của sự hạn chế dòng khí thở ra.

Clinical relevance

Tăng sức cản đường thở, do co thắt phế quản, sưng niêm mạc, dịch tiết, hoặc mất lực kéo nhu mô giữ cho đường thở mở, là đặc điểm cơ học của các kiểu thông khí tắc nghẽn, và nó làm tăng công hô hấp do sức cản. Sự chèn ép động học giải thích tại sao các phép đo thở ra gắng sức phản ánh chức năng đường thở. Mục này mô tả sinh lý học và phép đo và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

Evidence & guidelines

Các phương pháp đo sức cản đường thở và các dòng chảy liên quan đã được thiết lập trong các nghiên cứu phế dung kế và dao động cưỡng bức cổ điển và được áp dụng trong các khuôn khổ chức năng phổi tiêu chuẩn hóa; việc giải thích các phép đo sức cản và dòng chảy được trình bày trong các tuyên bố quốc tế về chức năng phổi.

History

Việc đo trực tiếp sức cản đường thở trở nên khả thi vào những năm 1950 với kỹ thuật phế dung kế toàn thân và dao động cưỡng bức được giới thiệu bởi DuBois và các đồng nghiệp. Vào những năm 1960, Mead, Macklem và các cộng sự đã giải thích sự hạn chế dòng khí thở ra thông qua sự chèn ép động học đường thở, liên kết sức cản đường thở, độ đàn hồi hồi phục của phổi và lưu lượng tối đa thành một mô tả mạch lạc về động lực học đường thở.

Key figures

• Arthur B. DuBois
• Jere Mead
• Peter Macklem

Seminal works

• dubois-1956
• mead-1967

Frequently asked questions

Tại sao một thay đổi nhỏ về đường kính đường thở lại gây ra một thay đổi lớn về sức cản?

Đối với dòng chảy tầng, sức cản tỷ lệ nghịch với lũy thừa cao của bán kính đường thở, do đó ngay cả một sự thu hẹp vừa phải — do co cơ trơn, sưng hoặc dịch tiết — cũng làm tăng mạnh sức cản đối với luồng khí.

Phần lớn sức cản đường thở nằm ở đâu trong phổi?

Trong phổi bình thường, phần lớn sức cản có thể đo được nằm ở các phế quản cỡ trung bình. Các đường thở nhỏ nhất riêng lẻ hẹp nhưng rất nhiều, với tổng diện tích mặt cắt ngang rất lớn, đến nỗi chúng cùng nhau đóng góp tương đối ít sức cản.