呼吸力学
呼吸力学描述了使空气进出肺部的物理力：作用于呼吸系统的肌肉和弹性压力、空气流经气道时遇到的阻力，以及这项工作所消耗的能量。该领域将肺部和胸壁视为一个机械系统，其行为可以通过压力、容积和流量之间的关系来衡量。
Definition
呼吸力学是研究呼吸系统的压力、容积和流量，以及将它们联系起来的弹性和阻力特性，这些特性决定了通气过程中空气的运动方式。
Scope
该领域旨在让读者了解通气的主要物理决定因素——气流产生、肺部和胸壁的弹性（顺应性）特性、连接它们的胸膜压力、气道中的阻力损失以及由此产生的呼吸功。它是一个理解呼吸如何产生和测量的参考框架，而不是任何疾病临床管理的指南。
Sub-topics
Core questions
- 呼吸肌必须产生多大的压力才能克服呼吸的弹性和阻力负荷？
- 肺部和胸壁的弹性特性如何决定静息肺容积和给定压力下的容积变化？
- 气流与驱动压力和气道阻力有何关系？
- 呼吸需要消耗多少能量，以及这项工作如何在弹性和阻力成分之间分配？
Key concepts
- 压力-容积关系
- 顺应性和弹性
- 气道阻力
- 跨肺压和胸膜压
- 呼吸的弹性和阻力功
- 表面张力和表面活性物质
- 运动方程
Key theories
- 呼吸系统运动方程
- 在任何时刻施加到呼吸系统的压力等于弹性项（与高于静息容积的容积成比例）、阻力项（与流量成比例）和惯性项之和，因此呼吸可以被建模为单腔弹性-阻力系统。
- 肺部静态应力分布
- 肺部表现为一个弹性连续体，其回缩压力取决于其被拉伸到的容积；Mead、Takishima和Leith模拟了局部应力和容积如何在肺实质中分布，解释了扩张的区域差异。
Mechanisms
吸气时，呼吸肌降低胸膜压力，增加跨肺压，从而使肺部扩张并克服气道阻力吸入空气；平静呼气时，肺部和胸壁储存的弹性回缩力被动地将空气排出。系统在任何时刻所需的压力通常被分为弹性负荷（由肺部和胸壁的综合顺应性决定）和阻力负荷（由气道阻力和气流决定），如运动方程所示。静息肺容积（功能残气量）是肺部向内弹性回缩与胸壁向外回缩平衡时的容积。对抗这些弹性和阻力负荷所消耗的能量构成了呼吸功。
Clinical relevance
呼吸力学为肺功能测试和理解疾病如何改变呼吸提供了概念基础——例如，僵硬（低顺应性）的肺部会增加弹性负荷，而狭窄的气道会增加阻力负荷。同样的机械原理是机械通气的基本原理，并认识到过度的压力和容积会损伤肺部。本条目描述了机制和测量；它不是个性化诊断或治疗建议的来源。
Evidence & guidelines
大部分定量框架源自20世纪中叶的生理学研究，这些研究定义了顺应性、阻力和呼吸系统的压力-容积行为，并总结在标准教科书中。机械概念通过标准化的肺功能和重症监护测量在临床上得以实施；它们的误用，例如呼吸机引起的肺损伤，本身已成为证据关注的焦点。
History
定量呼吸力学在20世纪50年代和60年代成熟，当时DuBois等研究人员引入了体描仪和强制振荡方法来测量气道阻力和胸部的压力-容积特性，Mead及其同事则正式确定了肺部的弹性行为。这些进展将呼吸转化为一个可测量的机械系统，并为肺功能测试和后来的机械通气生理学奠定了基础。
Key figures
- Jere Mead
- Arthur B. DuBois
- John B. West
- Arthur Slutsky
Related topics
Seminal works
- dubois-1956
- mead-1970
Frequently asked questions
- 呼吸的弹性和阻力负荷有什么区别？
- 弹性负荷是将肺部和胸壁拉伸到给定容积所需的压力，取决于它们的顺应性；阻力负荷是驱动空气通过气道所需的压力，取决于气道阻力和流速。
- 为什么平静呼吸时空气无需肌肉用力就能离开肺部？
- 在吸气末，肺部和胸壁被拉伸并储存弹性回缩能量；在平静呼气时，这种回缩被动地将空气排出，因此呼气通常不需要主动的肌肉工作。