一、气流阻力

一、气流阻力

气体运动符合流体力学原理。气体从高分压区域流向低分压区域，其流动速率是压力差与通道内阻力的函数（详见第五章第二节）。气体的压力差与气流速率之间的精确关系与气流特性、气体本身的性质等有关。

1.层流与湍流　气流形态主要分层流或湍流。当气体沿不分支的管道缓慢流动时，流动形式呈无数层的同心圆柱状排列，最外层静止不动而中心部位流动速率最快，其前部呈锥形，称为层流。层流气体的前端锥形特征使流动气体完全充盈一个连接管之前部分气体即已到达管道末端。临床上，吸入气体的层流特征可使低于解剖无效腔的吸入潮气量到达肺泡，产生有效通气，如高频通气。

根据泊肃叶方程式，以层流形式流动的气体，其体积流量（Q）与管道两端的压强差（ΔP）成正比，与气流阻力（R f）成反比。用公式表示为：

进一步可表示为：

式中的r 和l 分别代表管道的半径和长度，Rf=8ηl／πr 4，当管道长度、半径及流体的黏度确定时，Rf是一恒定值。但只有气流为层流时Rf才是恒定的；实际气道内的气流情况并非如此，即使在平静呼吸时，在气管、支气管的各分叉处几乎皆有某种程度的湍流。湍流为一种混乱的、滚动的流动形式，前端无峰，所有气体分子以相同的运动速度碰撞管壁的各个部位，故阻力较层流明显增大。一般在较大的气管、支气管分叉处或以较快速度呼吸时，气体流动以湍流为主；在小气道或吸入黏度高的气体时，或呼吸平缓时以层流为主；在较大气道内由于分支较多和管腔逐渐变细，常同时存在层流和湍流的混合形式。直管内的气流形式可通过雷诺数（Reynolds，Re）预计，Re计算公式如下：

Re=ρυr／η

式中ρ 为流体密度，υ 为流体速度，r 为管道半径。一般情况下，当Re＜1 000时气流是层流；Re＞1 500时是湍流；介于两者之间为混合流。

2.测定阻力的2个常数　层流和湍流的气流阻力不同，由此得出的公式包括两部分；维持流量所需的压差相当于两种气流的压差之和。k1包括层流的全部泊肃叶方程式内的常数因子（包括黏滞性、管径等），而k2则包括湍流的相应公式内的全部常数因子（气体密度、管径等）。Mead和Agostoni总结得出的数值是：

压差=k1×流量+k2×（流量）2(https://www.daowen.com)

压差（cm H2O）=2.4×流量+0.3×（流量）2，

1 cm H2O=0.098 kPa

3.k和n 的测定　上述方程式可以简化为下列形式：

压差=k×流量n

气流纯粹是层流时，指数n 为1；完全是湍流时n 为2，混合流的n 值介于1～2。k是一个共有常数，包括常数k1和k2，k值随着2种气流成分变化，因此该方程式不适用于所有不同的气流范围。尽管如此，k和n 的大小在临床实践遇到的气流范围内相对恒定，可将人类正常克服气道阻力的压差近似表示如下：

压差（cm H2O）=2.4×流量1.8

4.流量／压差曲线（线性）　最好的全面描述气流阻力的方法可能是将压差对流量的关系在线性绘图纸上作图，但这只能用于特定的气道及特定的气体或混合气体，对于显示鼻或呼吸机的阻力特别合适。

5.流量／压差曲线（对数）　对数曲线图有两大优点。首先它能显示大范围的流量数据，使同一曲线能够同时显示极低流量和极高流量的变化；其次，许多曲线在当按其对数值绘图时，会变成一直线。在较大流量范围内，斜率常常是恒定的，因此计算很简单，只要进行2次实验观察就可以绘出流量／压差特征图。当用对数压力与对数流量绘图时，不论是层流还是湍流，曲线皆为一条直线，前者的斜率为1，后者的斜率为2；且斜率与下列公式的指数n相同。

压差=k×流量n

临床上测定呼吸气流阻力时需同时测定气体流量和相应的压差。一般情况下，气体流量的测定比较容易，可直接在口腔或鼻腔测定；而压差的测定则比较困难，因为口腔或鼻腔的压力（压力为习惯用法，实际是压强，下同，不赘述）可直接测定（实际上为0），但对肺泡内压或胸腔内压的直接或间接测定皆有一定的难度，临床常用测定压力的方法包括阻断法、体容积描记法、脉冲振荡肺功能测定法、机械通气测定法等。