Сопротивление дыхательных путей

В респираторной физиологии сопротивление дыхательных путей — это сопротивление дыхательных путей потоку воздуха при вдохе и выдохе . Сопротивление дыхательных путей можно измерить с помощью плетизмографии .

Определение

Аналогично закону Ома :

${\displaystyle R_{AW}={\frac {{\Delta }P}{\dot {V}}}}$

Где:

${\displaystyle {\Delta P}=P_{ATM}-P_{A}}$

Так:

${\displaystyle R_{AW}={\frac {P_{\mathrm {ATM} }-P_{\mathrm {A} }}{\dot {V}}}}$

Где:

• ${\displaystyle R_{AW}}$= Сопротивление дыхательных путей
• ${\displaystyle {\Delta }P}$= Разность давлений, движущая поток воздуха
• ${\displaystyle P_{ATM}}$= Атмосферное давление
• ${\displaystyle P_{A}}$= Альвеолярное давление
• ${\displaystyle {\dot {V}}}$= Объемный поток воздуха (не минутная вентиляция , которая, по недоразумению, может быть представлена ​​тем же символом)

NB P _A и постоянно изменяются в течение дыхательного цикла. ${\displaystyle {\dot {V}}}$

Факторы, определяющие сопротивление дыхательных путей

Существует несколько важных факторов, определяющих сопротивление дыхательных путей, в том числе:

• Диаметр дыхательных путей
• Является ли поток воздуха ламинарным или турбулентным

Уравнение Хагена–Пуазейля

В гидродинамике уравнение Хагена –Пуазейля — это физический закон , который определяет падение давления в жидкости, текущей по длинной цилиндрической трубе. Предположения уравнения состоят в том, что поток является ламинарным, вязким и несжимаемым , а поток проходит через постоянное круглое поперечное сечение, которое существенно больше его диаметра. Уравнение также известно как закон Хагена–Пуазейля , закон Пуазейля и уравнение Пуазейля .

${\displaystyle {\Delta P}={\frac {8\eta l{\dot {V}}}{\pi r^{4}}}}$

Где:

• ${\displaystyle \Delta P}$= Разность давлений между концами трубы
• ${\displaystyle l}$= Длина трубы
• ${\displaystyle \eta }$= динамическая вязкость
• ${\displaystyle {\dot {V}}}$= объемный расход (Q обычно используется в гидродинамике, однако в физиологии дыхания он обозначает сердечный выброс )
• ${\displaystyle r}$= радиус трубы

Разделив обе части на и с учетом вышеприведенного определения, получаем: ${\displaystyle {\dot {V}}}$

${\displaystyle R={\frac {8\eta l}{\pi r^{4}}}}$

Хотя предположения уравнения Хагена-Пуазейля не являются строго верными для дыхательных путей, оно показывает, что из-за четвертой степени относительно небольшие изменения радиуса дыхательных путей вызывают большие изменения сопротивления дыхательных путей.

Отдельный малый дыхательный путь имеет гораздо большее сопротивление, чем большой дыхательный путь, однако мелких дыхательных путей гораздо больше, чем крупных. Поэтому наибольшее сопротивление наблюдается в бронхах среднего размера, между четвертой и восьмой бифуркацией. ^[1]

Ламинарный поток против турбулентного потока

Когда воздух течет ламинарно, он имеет меньшее сопротивление, чем когда он течет турбулентно . Если поток становится турбулентным, а разница давлений увеличивается для поддержания потока, эта реакция сама по себе увеличивает сопротивление. Это означает, что для поддержания потока, если он становится турбулентным, требуется большое увеличение разницы давлений.

Является ли поток ламинарным или турбулентным, определить сложно, однако, как правило, поток внутри трубы будет ламинарным, пока число Рейнольдса меньше 2300. ^[2]

${\displaystyle Re={{\rho {\mathrm {v} }d} \over \mu }}$

где:

• ${\displaystyle Re}$это число Рейнольдса
• ${\displaystyle d}$диаметр трубы.
• ${\displaystyle {\mathbf {\mathrm {v} } }}$это средняя скорость.
• ${\displaystyle {\mu }}$динамическая вязкость .
• ${\displaystyle {\rho }\,}$это плотность .

Это показывает, что более крупные дыхательные пути более подвержены турбулентному потоку, чем более мелкие. В случаях обструкции верхних дыхательных путей развитие турбулентного потока является очень важным механизмом повышенного сопротивления дыхательных путей, это можно лечить путем введения Heliox , дыхательного газа , который намного менее плотный, чем воздух, и, следовательно, более проводит ламинарный поток.

Изменения сопротивления дыхательных путей

Сопротивление дыхательных путей не является постоянным. Как показано выше, на сопротивление дыхательных путей существенно влияют изменения диаметра дыхательных путей. Поэтому заболевания, поражающие дыхательные пути, могут увеличивать сопротивление дыхательных путей. Сопротивление дыхательных путей также может меняться со временем. Во время приступа астмы дыхательные пути сужаются, вызывая увеличение сопротивления дыхательных путей. Сопротивление дыхательных путей также может меняться между вдохом и выдохом: При эмфиземе происходит разрушение эластичной ткани легких, которая помогает удерживать мелкие дыхательные пути открытыми. Поэтому во время выдоха, особенно форсированного выдоха, эти дыхательные пути могут спадаться, вызывая увеличение сопротивления дыхательных путей.

Производные параметры

Проводимость дыхательных путей (GАВ)

Это просто математическая величина, обратная сопротивлению дыхательных путей.

${\displaystyle G_{AW}={\frac {1}{R_{AW}}}}$

Удельное сопротивление дыхательных путей (sRой)

${\displaystyle sR_{AW}={R_{AW}}{V}}$

Где V — объем легких, при котором измерялся R _{AW .}

Также называется объемным сопротивлением дыхательных путей. Из-за эластичной природы ткани, которая поддерживает мелкие дыхательные пути, сопротивление дыхательных путей изменяется в зависимости от объема легких. Практически невозможно измерить сопротивление дыхательных путей при заданном абсолютном объеме легких, поэтому удельное сопротивление дыхательных путей пытается скорректировать различия в объеме легких, при которых были сделаны различные измерения сопротивления дыхательных путей.

Удельное сопротивление дыхательных путей часто измеряется при ФОЕ, в этом случае:

${\displaystyle sR_{AW}={R_{AW}}\times {FRC}}$

^{[3] [4]}

Удельная проводимость дыхательных путей (sGой)

${\displaystyle sG_{AW}={\frac {G_{AW}}{V}}={\frac {1}{R_{AW}V}}={\frac {1}{sR_{AW}}}}$

Где V — объем легких, при котором измерялся G _{AW .}

Также называется объемной проводимостью дыхательных путей. Подобно удельному сопротивлению дыхательных путей, удельная проводимость дыхательных путей пытается скорректировать различия в объеме легких.

Удельную проводимость дыхательных путей часто измеряют при ФОЕ, в этом случае:

${\displaystyle sG_{AW}={\frac {G_{AW}}{FRC}}}$

^[3]

Смотрите также

• Турбулентный поток
• Ламинарный поток
• Число Рейнольдса
• Синдром резистентности верхних дыхательных путей (СРВДП)

Ссылки

1. Носек, Томас М. "Раздел 4/4ch2/s4ch2_51". Основы физиологии человека . Архивировано из оригинала 2016-01-03.
2. «Число Рейнольдса».
3. "Глоссарий терминов Агентства по охране окружающей среды США".
4. Киркби, Дж.; и др. (2010). «Эталонные уравнения для удельного сопротивления дыхательных путей у детей: инициатива Asthma UK». European Respiratory Journal . 36 (3): 622–629. doi : 10.1183/09031936.00135909 . PMID  20150205.

Внешние ссылки

• Калькулятор на medstudents.com.br