呼吸系统弹性阻力与顺应性

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1、u 卺 衾 l 亻 I L圣 子 i 匾气的动力需克服肺通气的阻力方能实现肺通气a 通 气阻力增高是临床上肺通气功 l 的最常见原因。肺通气的阻力可大体分为两类 :弹性阻力(静 态阻力 )和 非弹性阻力 Jt 力 ),前 者主要包括肺的弹性阻力和胸廓的弹性阻力两部分,是平静呼吸时的主要 约卩 f 总阻力的2/3;非弹性阻力,包括黏性阻力和惯性阻力,平静呼吸时约占总阻力的 t 中 叉以气道的黏性阻力为主t 荛两 D乎 吸咀力的分类及正常D乎吸状恋下的咀力 一、 呼吸力学的基本特性 r +分 析呼吸力学时,首先应认识到呼吸系统静态与动态特性 ,这些特性可用物理中的运 讠程模式来表达(图4-l )。

2、 Ft 这 一模式中,一 个具有一定质量(M)白 勺 物体,连 f 乓 打一个弹簧D在 外力(F)作 用下,欲使物体沿箭头方 向前移动,必先牵拉弹簧。被牵拉的弹簧由于弹性 回 n j 产生的阻力,称为弹性阻力嗖跬阻力的木小取决 F._ j 1J单 簧的弹性系数 ()和 弹簧位移的距离(l );弹性系 敦越大,任移趱大i 贝刂 :单 性阻力趔丿钔隆动物体时,塑 R 忭芪面之间因摩擦而产生摩擦阻力(或 黏性阻力)。 摩 图4-1 运动方程的模式图 卒阻力的大小取决于摩擦系数(R)与物体位移的速度 i );R和i 越大 ,则黏性阻力越大。其 中摩擦 系数的大小与摩擦表面的粗糙程度有关 / i 多 动

3、物体在启动与加速度卫寸 还会遇到惯性阻,J=惯性阻力的大小取决于 质量M(确切地说是单位容积的质量或密度)与 位移的加速度(i i ),M与 h 越大 ,则惯性 硐力趱大囟而 ,外力在克服阻力移动物体时,可芬解颀克服灞眭阻力 、 摩擦(黏 眭)阻力 艾惯性阻力三部 分,即 : F阻 F惮 +F擘+F惯 此式亦可表达如下,即运动方程(e q u 碰 o n t ,f n o n ): F阻=Kl +Ri +Mi i 呼吸系统的弹性阻力与顺应性 39 与顺应性 第 四 章 汛 ;菇 小 肜 善 1钿 卿 E斋十 肩 卜 旁 、 负 侈 礻 争 色 神 仲 睇 v 彳 砌 纽 :第一篇 滹 吸生理的

4、基础知识 M 卩冫 标 h 觯 犭=蛐 莩蹴繇 硅 屺艹玩 勘协 蜒 + L可用于呼吸力学。在呼吸系统中, 渐 嬴 霪跏 I 骺熟r 勤的。呼吸系统中弹性阻力可习惯用顺应性的倒数(1/C)来表示; 乎 吸器官(丹 匈 部和肺)位 移的距离用肺容积的变化(V)来表示;在呼吸系统中摩擦阻力主要为气道阻力,以R来表 示;位移速度以气体流速(v )来 表示;惯性阻力以 I来表示 ;位移的加速度以气流加速度() 来表示。因此在呼吸系统中、 运动方程式可以写为: P=l /C +Rv +1 上式可见,在呼吸系统中,动力(P)也 可被分解成 菀服弹性阻力、 摩擦(黏 性 )阻 力及惯 性阻力这二种阻力的分压

5、力,即 : P = P 弹+ P 峄+ P 肛 由于空气的密度极小,而且整个呼吸系统的主要容积由空气构成、 囚此呼吸系统中惯性 作用极小,可以忽略不计,上述公式可分别简化为 : P=1/C +Rv P=P帅+P嶂 二、 阻力分类 正常人 自然呼吸时,各种阻力的来源及其所占比例大体如下: 静态阳力 ()J单性阻力 ( %) 啷阳灿)牌 硎力 动态“1丿 J(讠叫卜 弹 y J阳1 t 甘I古皙 | 亍 I: 亏 丿 冫 嘹 扌引 羽 力 其中弹性阻力主要来 自肺和胸廓的弹性(一般情况下气道的弹性阻力可忽略不计),在 气流停止的静止状态下仍然存在,属静态阻力。平静呼吸时,肺和胸廓的弹性阻力大小相

6、当。非弹性阻力则只能在气流存在或有存在倾向的情况下存在,因此又称为动态阻力。依 据阻力是否由摩擦引起,又可分为非摩擦阻力和摩擦阻力。非摩擦阻力包括弹性阻力和惯 性阻力。惯性阻力是气流在发动 、 变速 、 转向时产生的阻力,所 占比例甚小3摩 擦阻力也称 为黏性阻力 ,包括气道的黏性阻力(简 称气道阻力)和 其他部位黏性阻力,以前者为主c 气 道阻力来 自气体分子之问和气体与气道壁之间的摩擦。其他部位的黏性阻力来 自呼吸器官 位移所产生的摩擦 ,比如肺与胸廓间、 肺叶之间产生的摩擦D气 道阻力、 惯性阻力和其他部 位的黏性阻力只有在气体流动或流动倾向时才有,系动态阻力。正常人静息状态下,惯性阻

7、力和其他部位的黏性阻力可以忽略不讨 ,肺通气总阻力主要由肺弹性阻力 、 胸廓蝗性胆力和 气道阻力三方面组成。 三、 与呼吸运动自关的压力 呼吸运动时,胸膜腔 、 肺泡及呼吸道中发生周期性的压力变化,以克服呼吸阻力,产生肺 通气。如图4-2所示,各种压力有特定的部位。正确理解这些有关压力的概念和意义,是 第四 章 呼吸系统的弹性阻力与顺应性 40 廴 :括 刁 思 嗒 : k 抟 ) 乞;l 。9f ; l 己 r 叉 咙伟 /段彳 一 第一篇 呼 吸生理的基础知识 三 步掌握呼吸动力学知识和进行呼吸阻力测定的前提。 田叭 1.胸内压 也 称为胸腔内压或胸膜腔内压, 哦为负压,正常功能残气位为=

8、5c m H。 0。胸内 I l i r 接 受呼吸肌活动的影响,吸气时负压增加,呼 时 减少。胸腔负压 ,有利 j 1静脉 业逦垃L因重力的作用,直立位时胸腔 汀1饫从肺丛垫囝肺底部逐渐减少,肺 底部接近于 受 心脏相对F=l 定的影响,心 包周围的负压要 l 。胸 内压可直接测 t ,但更常用测定食道内压的方法来测得c 2.鹦 肺 泡内压取决于胸膜腔内压与 图 4-2 呼 吸系统不同压力分布示意图 肺的弹性回缩压之差.吸 气时,胸膜腔负压增加,超过肺弹性收缩压,使肺泡内压低于大气 丨【 ,气体进入肺内,直至肺泡内压与大气压相平衡,气流停止c 呼 气时、 胸膜腔负压减少而低 于肺l 单 性收

9、缩压,产生呼气,直至肺泡内压t 百大气压相平衡,呼气气流停止。 3.气道内压 在 吸气或呼气末,气流停止时,从肺泡到鼻 、 口腔 、 气道各处垫压力相等。 吸气时从口、 鼻腔到肺泡的压力递减,呼气时则递J甑在呼吸运动中,气道内任意两点间的 压力差,取决于其间气道阻力的大小 、 气流速度 、 气流形态(层 流或湍流)。 4.气道开口处的压力 一 般为大气压(零 ),在 测定呼吸阻力和顺应性时常通过阻断气 流的形式来反映肺泡内压。 5.跨肺压 肺 泡内压与胸膜腔内压或肺间质内压之差,是扩张或收缩肺的压力。跨肺 压的大小 ,主要与肺的顺应性有关。肺的顺应性降低时,扩张或收缩同等体积的肺容量所需 謇

10、11 要与胸壁的顺应性有关。 7.跨 胸压 肺 泡 与胸廓外大气压的差,是扩张或压缩胸廓 、 肺脏的丿总压力。控制性机 械通气时的跨胸压,即为呼吸机驱动呼吸的总压力。 8.跨 气道压 气 道内外压力之差,由于静息状态下肺间质负压与胸腔负压相同,胸腔 内气道的跨气道压也等于胸膜腔内压 勹气道凼压之差9机械通氕时,可通过增加呼气末压 力的方法来增加呼气时的气道内压,减少跨气道压,防止气道陷闭。 四、 正常人呼吸周期中动力与阻力和气流速度的关系 图4-3示呼吸周期中胸内压、 肺内压、 气流率及肺容积的变化,以及相互之间的关系。 由于肺内压 与大气压之间的差值为气流的驱动压(大 气压为参照压,为零),

11、所 以肺内压在 吸气相低于零 ,在呼气相高于零 ,而气流量则随肺内压的高低而作相应的变化。由于气道阻 力的存在,肺容积的变化迟于胸内压的变化;气道阻力越大,肺容积变化的延迟时间越长。 胸内压的变化与两种成分有关,简述如下: l 。用于哀服弹性阻力的压力(图4-3中 虚线 ,弹性阻力压) 某 达尘塑陛刂咝逝L因 而其变化与肺容积的变化同步,肺容积越大,克服塑性 理 丝 迪亚 L型变 太。 用于 咽 0- 3+敝 锁勖 第四章 呼 吸系统的弹性阻力与顺应性一 .在 刂、相 =J依 J l 惯 也称 气 i t 器官 t 他 部 眭 阻 迎力和 生肺 J义 ,是 一 J L 41 第篇 呼 吸生理的

12、基础知识 内压。其大小与气流率相蛳阻力越大c 图4-3是以图解法来描述前文的公式: P=l /C +Rv P是 吸气的动力 ,公式右边代表吸气的阻力 ,其中l /C 为弹性阻力,而Rv 为肺阻 力t 由 于正常情况下,肺组织本身的黏性阻力非常小,可以认为肺阻力即为气道阻力G +0.5 +0 25 0 -025 -05 0已滩恶丫 已只哎 o 6 0 5 o 4 0 3 0 . 2 0 1 已睽铷 昏垂叠 0 0 1 2 3 4 时间 ) -吸 气一u 呼气 - 图4-3 正常人呼吸周期 中压力、 容积与气流之间的关 系 上图为呼吸氨逋速的变化砂竺芷讪贮m L三立口型匣匡,吸气时箭头向下为负值;

13、日 乎 气时箭头向上为 正值c 中 间图为压力的变化,胸内压(实线)为弹性阻力压(虚线)与气道阻力压(以箭头大小表示)之和c 下图为肺容积变化注意弹性阻力压与容积变化同步 第二节 D乎 吸系统的弹性咀力 呼吸系统的主要特性之一是弹性 ,顺应性是弹性阻力的倒数,即弹性阻力(E)=l /顺应 性(C),顺应性是常用的临床概念,呼吸系统的顺应性主要涉及以下二个概念 : 变化(P); 第四章 呼 吸系统的弹性阻力与顺应性 42 扌o 第一篇 呼 吸生理的基础知识 I应 性(Cc 珉 )=肺容积改变()/跨 胸壁压变化(P); I曾 、 顺应性(C阝)=肺 容积改变(V跨胸廓压变化(P)= 、 弹性阻力

14、利顺应性 吐组织在外力作用下变形时,有对抗变形和弹性回 鱼凼魉汩 ,称 、 邑 性l 弹性 勹弹性 二 J(丨 r 犭 ,前者不考虑回位力的大小,而弹性阻力(e h 蛀扭 x c ,E)则考虑回位力的大小.用 同 力 大者,变形程度小:;刳囡阻边崖L变 亟墨匹乙L习惯上用顺 l l l l p l l a n c e ,C)来 度 量 弹 性 阻 力 .C=l /E。 嘤 应 竺 消 物 述 盥 易 张 性 ,其 凵 r 工垫 里 堕坌 芏望 型 竺 p 。 即 三/ P( c m H20)=需 强 调 因 吸 气 和 呼 气 是 s l l F【 的过程 J剪 性阻力 的作用是相对的 ,吾趸

15、 吸气是阻力 测 孰 乎 气 是动 力;反 之亦然 。 二、 肺的弹性阻力利顺应性 肺的弹性阻力是吸气的阻力 ,也用肺顺应性表示 :肺 顺应性 (CI)=肺容积变化 (V)/ | I玮F变 化(P)。 盐水 空气 /Vo 】 :二 : 0 一已吓拄 1 50 0 200 150 10f l 50 弓 b . l 为 二l l l 1Ft 应 0 0 P 跨肺压m H2Ol 图4-4 肺的压力 -容 积 曲线图 P-V莎 啤 肺的压力 -容 积曲线(P-曲线)有 明显的滞后现象,滞后程度以充气与放气时两条 曲线之间的最大横距表达,反复充气后滞后程度可逐渐减小;若肺内注入生理盐水 ,气液界 面消失,表面张力消除,滞后现象消失(图 4-4上 图)c 容积与压力变化的乘积为肺扩张时 。肺充气时包括克服弹性阻力的功(E)与 表面张力的功(s ),而 注人生理 盐水时做功只需克服弹性阻力(E)(图 4-4下 图) 第四章 呼吸系统的弹性阻力与顺应性 43 幺徉 第一篇 呼 吸生理的基础知识 (-)肺 的静态顺应性 测定肺顺应性时,进行分步吸气(或打气人肺 )或分步呼气(或从肺内抽气),每 步吸 或呼气后,屏气,放松呼吸肌,测定肺容积的变化和胸膜腔内