呼吸功

呼吸功是呼吸肌为克服呼吸系统的弹性和阻力负荷，使空气进出肺部所消耗的能量。从机械角度看，它是压力对所移动容积的积分；从生理角度看，它反映在呼吸肌维持通气所消耗的氧气量上。

Definition

呼吸功是呼吸肌在通气过程中对呼吸系统所做的机械功，计算方法是施加压力对容积变化的积分，并分为克服弹性回缩所需的功和克服气流阻力及组织变形所需的功。

Scope

本主题涵盖了呼吸功的定义和测量方法，其如何划分为弹性和阻力（以及阻力中的气道和组织）成分，呼吸模式如何优化以最小化呼吸功，以及呼吸的氧耗。它是一个关于机械和能量量的参考性描述，不提供临床管理建议。

Core questions

• 呼吸功如何计算为压力-容积环下的面积？
• 总功如何划分为弹性和阻力成分？
• 为什么身体会选择一个使总功最小的呼吸频率？
• 呼吸的氧耗是多少，何时变得显著？

Key concepts

• 压力-容积功环
• 弹性功
• 阻力功
• 呼吸氧耗
• 最佳呼吸频率
• 呼吸肌能量学

Key theories

呼吸模式的最小功优化

对于所需的肺泡通气量，缓慢深呼吸会增加弹性功，而快速浅呼吸会增加阻力功；呼吸控制器倾向于选择一个使总机械呼吸功最小的频率和潮气量。

Mechanisms

机械功等于压力乘以其移动的容积；对于呼吸而言，它是通过对吸气容积上的跨肺压或跨呼吸系统压进行积分来计算的，这对应于呼吸压力-容积环所包围的面积。这项功包括两部分：弹性功，储存在肺和胸壁的拉伸中，并在呼气时大部分以回缩形式恢复；阻力功，在空气通过气道和组织变形时以热量形式耗散。由于弹性功随潮气量增大而增加，而阻力功随流速加快而增加，因此，对于任何所需的通气量，都存在一个使总功最小的呼吸频率，平静呼吸往往趋向于此。呼吸肌所提供的能量反映在其氧耗——即呼吸的氧耗——上，这种氧耗在休息时很小，但在弹性和阻力负荷较高时会急剧增加。

Clinical relevance

呼吸功增加——由于肺部僵硬、气道狭窄或通气需求高——会提高呼吸的代谢成本，并可能导致呼吸肌疲劳，而减轻这种负荷是辅助通气的生理学依据之一。这一概念也构成了对机械通气本身可能造成损伤性压力和容积的担忧。本条目描述的是生理学，不作为个体诊断或治疗的依据。

Evidence & guidelines

呼吸功的机械划分和呼吸模式的优化源于经典的生理学研究，并总结在标准教科书中；肺部机械负荷的临床重要性，包括医源性损伤，在重症监护文献中有所论述。

History

呼吸的能量学在20世纪中叶被量化，当时Otis、Fenn和Rahn分析了呼吸的机械功，并表明呼吸模式倾向于使其最小化，而DuBois等人开发了测量潜在阻力和顺应性的方法。后来认识到过度的机械负荷可能损伤肺部，从而将这些力学原理的关联性扩展到重症监护领域。

Key figures

• Arthur B. DuBois
• Arthur Otis
• Wallace Fenn
• Hermann Rahn

Seminal works

• dubois-1956
• otis-1954

Frequently asked questions

呼吸功的两个主要组成部分是什么？

弹性功，用于拉伸肺和胸壁，并在呼气时大部分以回缩形式恢复；以及阻力功，在空气通过气道和组织变形时以热量形式耗散。

为什么存在一个最佳呼吸频率？

对于给定的所需通气量，缓慢深呼吸会增加弹性功，而快速浅呼吸会增加阻力功；一个中间频率会使总和最小化，因此平静呼吸往往趋向于这种最小功模式。