Độ giãn nở và tính đàn hồi của phổi

Độ giãn nở của phổi là sự thay đổi thể tích phổi được tạo ra bởi một đơn vị thay đổi áp suất căng giãn (áp suất xuyên phổi), và nó thể hiện mức độ dễ dàng đàn hồi mà phổi có thể được làm phồng. Tính đàn hồi là thuộc tính bổ sung — xu hướng của phổi đã căng giãn co lại về một thể tích nhỏ hơn — và cùng nhau chúng thiết lập mối quan hệ giữa áp suất tác dụng lên phổi và thể tích mà nó chứa.

Definition

Độ giãn nở của phổi là tỷ lệ thay đổi thể tích phổi so với thay đổi áp suất xuyên phổi tạo ra nó (độ dốc của đường cong áp suất-thể tích); tính đàn hồi của phổi, hay độ co hồi đàn hồi, là áp suất hướng vào mà phổi căng giãn tạo ra khi nó có xu hướng trở về thể tích thấp hơn.

Scope

Chủ đề này bao gồm hành vi áp suất-thể tích đàn hồi của phổi và thành ngực, các yếu tố quyết định tính đàn hồi đó (sợi đàn hồi mô và sức căng bề mặt phế nang), vai trò của surfactant trong việc giảm sức căng bề mặt, và cách đọc độ giãn nở từ độ dốc của đường cong áp suất-thể tích. Đây là một tài liệu tham khảo về các đặc tính cơ học, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Độ giãn nở được định nghĩa là độ dốc của đường cong áp suất-thể tích như thế nào, và nó khác với độ đàn hồi (elastance) như thế nào?
• Điều gì đóng góp vào độ co hồi đàn hồi của phổi — các sợi đàn hồi mô so với sức căng bề mặt phế nang?
• Surfactant làm thay đổi sức căng bề mặt và do đó độ giãn nở và sự ổn định của phế nang như thế nào?
• Các đặc tính đàn hồi của phổi và thành ngực kết hợp với nhau như thế nào để thiết lập thể tích phổi nghỉ ngơi?

Key concepts

• Độ giãn nở và độ đàn hồi (elastance)
• Đường cong áp suất-thể tích
• Độ co hồi đàn hồi
• Hiện tượng trễ
• Sức căng bề mặt
• Surfactant phổi
• Độ giãn nở riêng

Key theories

Mô hình liên tục đàn hồi của phổi

Mead, Takishima và Leith đã coi phổi là một cấu trúc đàn hồi phụ thuộc lẫn nhau, trong đó áp suất co hồi ở mỗi vùng phụ thuộc vào thể tích cục bộ mà nó bị kéo căng, giải thích cách các ứng suất và sự giãn nở phân bố khắp nhu mô.

Sức căng bề mặt và sự đóng góp của surfactant vào độ co hồi

Một phần đáng kể của độ co hồi đàn hồi của phổi phát sinh từ sức căng bề mặt tại giao diện khí-lỏng phế nang; surfactant phổi làm giảm và ổn định sức căng này, làm tăng độ giãn nở và ngăn chặn các phế nang nhỏ bị xẹp.

Mechanisms

Thể tích của phổi ở trạng thái thư giãn được xác định bởi sự cân bằng giữa áp suất xuyên phổi căng giãn và độ co hồi đàn hồi của nó. Vẽ đồ thị thể tích theo áp suất xuyên phổi tạo ra một đường cong áp suất-thể tích hình chữ S có độ dốc là độ giãn nở; đường cong này khác nhau khi hít vào và thở ra (hiện tượng trễ), chủ yếu do hành vi sức căng bề mặt tại giao diện phế nang. Hai yếu tố tạo ra độ co hồi: các sợi đàn hồi của mô phổi và sức căng bề mặt của lớp màng chất lỏng mỏng lót phế nang. Surfactant phổi làm giảm sức căng bề mặt, làm tăng độ giãn nở và, vì hiệu ứng này lớn hơn ở thể tích thấp, ổn định các phế nang có kích thước khác nhau. Vì phổi co hồi vào trong và thành ngực có xu hướng co hồi ra ngoài, các lực đàn hồi đối lập của chúng gặp nhau ở thể tích phổi nghỉ ngơi.

Clinical relevance

Độ giãn nở và độ co hồi xác định mức độ dễ dàng phổi được làm phồng, và tính đàn hồi bị thay đổi là cơ sở của các loại bệnh phổi cơ học rộng lớn — ví dụ, mất độ co hồi làm tăng độ giãn nở, trong khi xơ hóa hoặc thiếu surfactant làm giảm nó. Các khái niệm này cung cấp thông tin cho việc giải thích các phép đo áp suất-thể tích và lý do đằng sau việc thông khí bảo vệ phổi. Mục này mô tả các đặc tính sinh lý và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

Evidence & guidelines

Mô tả định lượng về tính đàn hồi của phổi dựa trên các nghiên cứu cơ học hô hấp kinh điển và được củng cố trong các sách giáo khoa và tài liệu về sinh lý học; phép đo độ giãn nở lâm sàng được thực hiện trong các khuôn khổ chức năng phổi và cơ học hô hấp tiêu chuẩn hóa.

History

Việc đo lường có hệ thống tính đàn hồi của phổi phát triển cùng với các kỹ thuật ước tính áp suất màng phổi vào giữa thế kỷ XX, cho phép xác định đường cong áp suất-thể tích và định lượng độ giãn nở. Mô hình phân bố ứng suất của Mead và các đồng nghiệp cùng với việc nhận ra vai trò của sức căng bề mặt đã tinh chỉnh sự hiểu biết về những gì làm cho phổi đàn hồi, công trình được tổng hợp trong tập sách Handbook of Physiology về cơ học hô hấp.

Key figures

• Jere Mead
• Peter Macklem
• John B. West

Seminal works

• mead-1970
• mead-1967

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa độ giãn nở (compliance) và độ đàn hồi (elastance) là gì?

Độ giãn nở là thể tích tăng thêm trên mỗi đơn vị tăng áp suất căng giãn, trong khi độ đàn hồi là nghịch đảo của nó — áp suất cần thiết trên mỗi đơn vị thay đổi thể tích. Một lá phổi có độ giãn nở cao dễ dàng được làm phồng; một lá phổi cứng, có độ đàn hồi cao chống lại việc làm phồng.

Tại sao surfactant phổi lại quan trọng đối với cơ học phổi?

Surfactant làm giảm sức căng bề mặt của lớp màng chất lỏng phế nang, điều này làm tăng độ giãn nở của phổi và, vì tác dụng của nó lớn hơn ở thể tích phổi thấp, giúp giữ cho các phế nang nhỏ không bị xẹp và ổn định các phế nang có kích thước khác nhau.