影响气道阻力的因素

更新于 2026年10月28日 版权声明
二、影响气道阻力的因素

如前文所述,影响气道阻力的因素主要有机械性因素(气流形态和跨壁压)和影响平滑肌收缩的化学性因素等。

1.气流的形态 是影响气道阻力的主要因素之一,气体以2种基本形式在气道内流动,一种是层流,一种是湍流,但更多情况下是两者的混合成分。根据上述流体力学原理,层流时的气道阻力是常数,压力消耗小;同样流量的湍流,阻力显著增大,随流量增大而呈指数式增加,驱动压消耗显著增大,因此在湍流状态下增加驱动压不是克服气道阻力的有效方式。气流太快和管道不规则容易发生湍流,如气道内有黏液、渗出物或肿瘤、异物或气管黏膜水肿,可用排痰、清除异物、减轻黏膜肿胀等方法减轻湍流,降低阻力。RR 为30次/min时气道阻力为10次/min的2倍左右,其主要原因是湍流形成或湍流成分增加,故也可通过减慢RR率降低气道阻力。

2.气道直径 是影响气道阻力的另一主要因素。因气道阻力与气道半径的4次方(层流)或5次方(湍流)成反比,故与长度相比,在流量恒定的情况下,气道阻力随半径减小以16倍(层流)或32倍以上(湍流)的程度增加,因此气道狭窄可导致气道阻力显著增大,常见于支气管哮喘发作、喉痉挛、舌根后坠、分泌物阻塞,容易出现严重呼吸困难,常有致命风险。不适当的人工气道或与呼吸机的联结接头可显著增加气道阻力。

3.气流速度(流量) 气流速度是影响气流形态的重要因素,在层流范围内,气流速度的增加对阻力无明显影响,一旦转为湍流,阻力将呈指数式增加(2次方)。可通过延长吸气时间、降低吸气流量和选择递减流量波等形式降低气流速度。

4.肺容积的影响

(1)肺容积影响气道阻力的结构基础:大气道走行在结缔组织包膜中,不直接接受外力牵拉,其阻力大小与肺容积变化关系不大,主要靠软骨环支撑而能持续开放;12级之后的细支气管和呼吸性细支气管脱离结缔组织包膜,行走在肺实质内,直接受到相邻肺泡隔膜的弹性牵拉;软骨消失,结构较薄弱,故较易受外力影响。气道内径越小结构越薄软、越容易塌陷;但小气道的结缔组织与肺间质中的弹性纤维等结构互相交织,肺扩张可牵拉小气道的壁外而扩大其内径;吸气时肺扩张也可降低胸腔内压,增大小气道的跨壁压可扩大其内径;呼气时则相反(图5-12)。

图示

图5-12 气道内径与肺容积关系模拟图

吸气时气道内径增大,肺总量位置最大;呼气时气道内径缩小,残气位置最小

(2)气道阻力随肺容积的变化规律:健康人TLC的阻力最小,随着肺容积缩小(呼气),气道内径相应缩小,但变化幅度不大,总体上保持相对恒定,故气道阻力轻度增加,但接近RV,气道被显著挤压,内径显著缩小,阻力迅速增大,因此在呼吸过程中,小气道阻力呈现明显的周期性变化。即使是在主支气管,管径也随肺容积而发生一定程度的变化,例如对犬肺充气从RV 增至TLC,支气管内径扩大60%,而长度增加40%。图5-13显示气道阻力(阻抗)与肺容积的关系,阻力随容积增加而降低,呈抛物线状;在TLC至FRC之间气道内径变化不大、气道阻力变化不大,但接近RV,大量气道趋向陷闭,气道阻力直线上升。

图示

图5-13 健康人最大深呼气时的阻抗-容积图

R fo:振荡频率为fo时的呼吸阻抗,R e和R i分别代表平静呼气末和平静吸气末的呼吸阻抗

气道阻力的倒数称为气道的传导率(airway conductance),简称气导(Gaw,单位为L·s-1·cm H2O-1),即气导=1/气道阻力。由图5-14B可见,气导与肺容积呈线性关系,线性关系有利于实验数据的处理,故常用气导反映气道阻力。

图示(https://www.daowen.com)

图514 气道阻力与肺容积的关系

A.气道阻力与肺容积呈反抛物线关系,在FRC与TLC之间阻力变化不大,接近RV时气道阻力显著增大;B.气导与肺容积呈线性关系

(3)气流阻塞性疾病的变化规律:与健康人相比,阻抗(阻力)-容积曲线形态发生变化,呼气阻抗提前增加。在单纯小气道功能障碍患者,静息小气道充分开放,阻抗正常,吸呼气时相的阻抗也相似;但深呼气时,由于小气道结构改变或弹性牵拉作用减弱,气道内径缩小,呼气阻抗逐渐增加(图5-15A);随着阻塞加重,静息呼吸阻抗增加;呼气相弹力纤维对小气道的弹性牵拉作用减弱,吸呼气时相的阻抗差距增大,呼气相阻抗增加更为显著(图5-15B、C、D)。在严重气流阻塞患者,即使气道阻塞有一定的可逆性,传统肺功能测定也常不能显示,但在阻抗-容积曲线往往能显示明显改善(平静呼吸部分改善最明显,图5-15D),故静息IOS测定即可显示。在限制性肺疾病,由于小气道结构、功能多基本正常,呼吸阻抗也常基本正常(图5-15E)。

5.身高与年龄的影响 身高与肺容积相关,直接影响气道阻力。身高越高肺容积越大,呼吸道口径也越大。在评估气道阻力时为排除身高(即肺容积)因素,常采用气导与肺容积的比值表示,即比气导(sGaw)表示。比气导=气导/肺容积。

气导与肺容积呈线性关系,比气导则为常数,即比气导不受肺容积影响。比气导的个体差异小,能较好地反映气道阻力。在胚胎期,大气道发育基本成熟;出生时小气道也基本形成;但肺泡则在出生后逐步发育完善,因此新生儿的比气导数值较高,以后逐渐接近成人。老年人因肺弹性减退、气道口径减小、气道阻力增加(图5-16),比气导减小,因此判断气道阻力时除了计算比气导外,还应当再与同年龄组的正常值对比,以消除因年龄造成的差异。

图示

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图5-15 不同程度气流阻塞时的阻抗-容积曲线

A.小气道功能障碍,静息呼吸阻抗正常,吸、呼气时相相似,用力呼气时阻抗逐渐增加;B.轻度气流阻塞,静息呼吸阻抗增加,呼气时相>吸气时相,用力呼气时阻抗明显增加;C.中度气流阻塞,静息呼吸阻抗显著增加,呼气时相>吸气时相,用力呼气时阻抗显著增加;有一定的可逆性,吸解痉药后明显改善;静息呼吸部分改善幅度最大;D.重度气流阻塞,不同肺容积的阻抗皆显著增加;E.限制性通气功能障碍,呼吸阻抗基本正常,曲线形态正常,VC下降

图示

图5-16 年龄相关的阻抗-容积曲线

青年人呼出气容积达VC 的90%时阻抗才显著增加;70岁老年人由于肺弹性减退,呼出气容积达VC的60%时呼吸阻抗即显著增加,因此青年人出现呼吸代偿反应时,补吸气容积(IRV)和补呼气容积(ERV)皆被动用;老年人主要动用IRV,通气储备能力下降。

6.气道长度 也是影响气道阻力的因素 但因健康人或患者的变化较小,实际价值有限。

7.气体的黏滞性 空气和氧气的黏滞性相似,密度也相似,故空气氧气混合气比例的变化对通气阻力影响不大。

8.气体的密度 如上述,气体密度是影响气流形态的重要因素,空气氧气混合气成分的变化对阻力影响不大,但若用氦气取代氮气,密度显著降低,可避免或显著减弱湍流的强度,降低气流阻力。

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