急诊医学/呼吸系统的力学特点

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肺和胸壁都是弹性结构。呼吸收缩时产生力,肺和胸壁组织具有弹性回力,气流在气道内流动时产生阻力,肺和胸壁运动时都有一定的惯性。一般除了极度肥胖的个体,上述这些因素中惯性是可忽略不计。但弹性回力、气道内阻力等均具有力学的特点,研究和认识呼吸运动过程中,肺容量变化产生通气的经过必需熟悉呼吸系统的力学特点。

(一)呼吸系统的压力-容量曲线(图3-2)左侧的容积与压力曲线经常被用来解释肺脏(点线)、胸壁(虚线)和二者联合(实线)的力学特征。当胸腔内压力改变时,容积产生相应的变化。肺组织含有弹力硬蛋白胶原蛋白肺泡表面又覆盖着具有相当表面张力的活性物质。因此当肺被牵张时,自肺内部即产生了弹性回力。

胸壁(包括横膈)随呼吸运动时胸腔内压力变化也相应产生容积的变化。欲使胸腔容积缩小,必须施加一定量的力来对抗胸壁的抵抗力及其恢复到静息位置的弹性回力。欲使胸腔容积扩大,也必须施加以足够对抗胸壁回缩至静息位的弹性回力。

理论上固然可以把肺与胸壁分别考虑,实际上二者是协调同步动作的。肺扩张的容积和胸壁容积的改变是相应的,二者联合的容积-压力变化即为图3-2中实线所示。

呼吸系统的压力-容积曲线与肺容量


图3-2 呼吸系统的压力-容积曲线与肺容量

当肺因弹性回力向内的力量和胸壁向外的力量相抗衡时,呼吸肌完全松弛,胸腔内净压力为0,此时即功能残气位,肺内的含气量即FRC。

吸气时,吸气肌收缩产生的力需与肺与胸壁扩张时向内的弹性回力相适应。当吸气肌收缩至肌纤维最短时,肌力就不足以使肺和胸壁再继续扩张,此时肺内的气量是肺总量TLC。

呼气时也相似,呼气肌收缩需与胸壁回缩的向外方向的弹性回力相抗衡。当呼气肌的收缩力不再能克服缩小胸部所需的力量时,肺内的气量就是残气量。老年人深呼吸至一定程度因胸腔内压使周围气道关闭,气体陷闭于肺内,此时虽然呼气肌在对抗胸壁弹性回力方面仍有余力,但因气道的内径及通畅程度限制了继续缩小胸部,因此,老年人的RV较年青人的要高。

当胸腔内有空气逸入,胸腔内的负压为零,肺脏的容积沿容积-压力曲线明显下降,几乎达零,临床上出现肺萎缩不张。

容积-压力曲线的斜率,即使胸腔压力有单位压力改变(△P)所需的容积变化,也就是△V/△P,在呼吸生理学中称之为顺应性(compliance)。在低肺容积时,于容积压力-压力曲线上可看到此时的斜率较陡,每增加0.098kPa(1cmH2O)需扩张肺的容积较大,换言之就是低肺容积时肺的顺应性高。随肺容积增大,曲线变平,顺应性降低。

(二)顺应性上面已经介绍顺应性是单位压力改变时引起的容积改变。是反映呼吸系统力学特性的一项指标。根据经肺或经胸壁的压力改变所得的容积改变以肺顺应性(CL)或胸壁顺应性(C胸壁),因测试方法较复杂,受试者又需放置气囊食管导管,临床工作中不易普遍应用。以经胸廓压所测得的顺应性为总顺应性。三者间的关系可以1/C=1/CL+1/C胸壁表示。

在急诊危重患者中当经气管导管行机械通气时,于呼吸机行控制型通气,可较容易地测出总顺应性。通过对C的动态观察,可了解到肺内病变是否好转或恶化,故常用C来做为机械通气过程中的监测指标。

顺应性尚分为静态顺应型(Cst)和动态顺应性(Cdyn)两种,前者系指于呼吸周期中,气流暂时阻断时测得的C,可反映肺组织的弹性。后者是在呼吸周期中,气道未阻断测得的C,除弹性回力外,尚受气道阻力的影响,总顺应性的正常值阈人为0.73~1.12L/kPa(0.072~0.110L/cmH2O)。

生理情况下,顺应性除已如上述受肺容量的影响外,呼吸周期、肺泡表面张力和肺组织弹性都是主要的影响顺应性的因素。

疾病条件下、肺水肿肺间质纤维化等由于肺弹性回力增强,肺顺应性明显降低;肺气肿则由于肺泡壁破坏,弹力组织减少,静态总顺应性下降(图3-3)。

不同肺顺应性的示意图


图3-3 不同肺顺应性的示意图

(三)气道阻力 产生一定气流流量所需要的压力差可以反映气道阻力(Raw)。可用以下公式表示:

RaW = 口腔压-肺泡压
流量

气道阻力的单位是以kPa.L/s(cmH2O.L/s)表示。测定方法较复杂,需要流速仪或体积描记仪等设备。多不包括在常规肺功能检查内。但当病人已经用呼吸机械通气时,若呼吸机中有监视流速的传感器,常可测得气道阻力,也是行呼吸监护的一项指标。

病理情况下,如支气管哮喘慢性支气管炎、肺气肿患者,常表现有气道阻力的增加,故可通过Raw了解病情的变化。而在使用呼吸机过程中若导管扭曲或痰液堵塞均可表现出气道阻力的增加。

32 肺容积及其组成 | 动态条件下的肺通气 32
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