Mechanika Płuc: Rozciągliwość, Opór i Pętla Ciśnienie-Objętość

Dwa liczby opisujące płuca

Mechanika oddychania redukuje się do dwóch właściwości fizycznych, pochodzących bezpośrednio z inżynierii: rozprężność, czyli jak bardzo zmienia się objętość płuca w odpowiedzi na dany zmianę ciśnienia (czyli odwrotna wartość sztywności), i opór, czyli jakie ciśnienie potrzebne jest do przepuszczenia powietrza przez druty płuc.

C = delta V / delta P     compliance   (mL per cmH2O)   -- how stretchy
R = delta P / flow        resistance    (cmH2O per L/s)  -- how narrow the airways are

time constant  tau = R * C   -- how long the lung takes to (de)inflate toward equilibrium

Obwód ciśnienie-objętość

Narysuj objętość płuca w zależności od ciśnienia, które na nią działa podczas jednego wdechu, i otrzymasz obwód ciśnienie-objętość (P-V): inspiracja rysuje jedną ścieżkę, gdy objętość rośnie wraz z ciśnieniem, a wydech rysuje nieco inną ścieżkę w dół. Obie ścieżki nie przecinają się dokładnie – obwód ma obszar zwany hipsteryzmem – ponieważ część ciśnienia podczas inspiracji idzie na pokonywanie sił oporu i napięcia powierzchniowego, które nie są w pełni odzyskiwane podczas wydechu. Nachylenie obwodu w jego bardziej liniowej części środkowej jest bezpośrednim wizualnym odczytem zgodności: stromość i szerokość obwodu oznaczają bardzo elastyczne płuca (duża ΔV dla małej ΔP), a płaska ścieżka oznacza sztywne.

RDSOPD: zbyt zgodne, zbyt oporne

Przewlekła obturacyjna choroba płuc niszczy ściany pęcherzyków (duszność) i zwęża oraz zapala drogi oddechowe (przewlekły sp niewydolny), co powoduje odwrócony problem w każdym z parametrów: tkanka pęcherzykowa traci elastyczny rezonans, więc zgodność rośnie — płuca stają się bardziej luźne i łatwo nadmiernie rozciągają się — a uszkodzone, zwężone kanałami drogi oddechowe gwałtownie podwyższają oporność, szczególnie podczas wydechu, ponieważ kanały są jeszcze bardziej ściszane przez sam wysiłek wdychania. Połączenie — łatwe do napompowania, trudne do opróżnienia — powoduje zatrzymywanie powietrza i hiperinflację: każdy oddech zaczyna się z wyższego wolumenu spoczynkowego niż poprzedni, ponieważ nie wystarczająco dużo czasu było na pełny wydech przed rozpoczęciem kolejnego wdechu, napędzane przez nieprawidłowy czas stały τ = RC.

ODS: odwrotny tryb uszkodzenia

Zespolenie dróg oddechowych w przebiegu zespołu ostrego zaburzenia oddychania polega na tym, że te same dwie liczby poruszają się w przeciwnym kierunku. Woda zapalna zalewa płuca i neutralizuje powłokę powierzchniową, powodując, że pęcherzyki płuc, które normalnie opierają się kolapsowi pod wpływem napięcia powierzchniowego, łatwo ulegają skurczeniu, a tkanka staje się sztywna – sprawność spada drastycznie, podczas gdy opór drogowy dróg oddechowych jest często stosunkowo niezmieniony. Niska sprawność oznacza, że każdy mililitr objętości przyrostowej wymaga dysproporcjonalnie dużej siły napędowej, dlatego strategia wentylacji ODS koncentruje się na ochronnym niskim wolumenie przyrostowym (około 6 ml/kg masy ciała przewidywanej) plus odpowiedniej ciśnieniu końcowo-przyrostowej (PEEP), aby zapobiec kolapsowi pęcherzyków płuc na końcu każdego wdechu, ponieważ wprowadzanie normalnej objętości przyrostowej do sztywnego, uszkodzonego płuca pod wysokim ciśnieniem może ono również pogorszyć uszkodzenie tkanek.

Dlaczego stały czas opóźnienia ma znaczenie klinicznie

τ = RC określa, jak szybko jednostka płucna zrównuje się z zmianą ciśnienia napędowego; pojedynczy czas opóźnienia pozwala około 63% zmiany ciśnienia nastąpić, a pięć czasów opóźnień zbliża się do pełnego wyrównania. W zdrowych płucach wszystkie obszary dzielą podobny τ, co skutkuje stosunkowo jednorodną wentylacją. W chorobowych płucach różne obszary mogą mieć znacznie różne lokalne R i C (niektóre drogi oddechowe bardziej zablokowane niż inne, niektóre pęcherzyki płuc bardziej sztywne niż inne), co nadaje każdej strefie własny czas opóźnienia – szybkie strefy wypełniające kończą inspirację wcześnie i zaczynają się opróżniać, podczas gdy wolniejsze strefy nadal się wypełniają, co jest dokładnie niezgodnością i nierównomierną wentylacją, która sprawia, że choroba obstruracyjna i restrykcyjna są nieefektywne w wymianie gazowej, nawet jeśli całkowita objętość minutowa wydaje się adekwatna na monitorze.

Frequently asked questions

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Lung Mechanics i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.