呼吸力學(xué)（工程學(xué)術(shù)語）

1. 基本概念及原理

各組分氣體在混合氣體總?cè)莘e中單獨(dú)存在時(shí)所產(chǎn)生的壓力，一般記為

氣體溶于液體中的氣量，與作用在液面上的壓力有關(guān)，具體關(guān)系遵從Henry定律：

c為氣體在單位容積液體中的溶解量；

p為氣體的壓力；

s為溶解系數(shù)。

Henry定律只表示氣體因?yàn)閴毫Χa(chǎn)生的物理溶解量，對于能與液體發(fā)生化

學(xué)反應(yīng)的氣體則不適用。

氣體透過生物膜的彌散率，即單位時(shí)間通過膜的氣體容積，與膜的氣體交換

面積、膜兩側(cè)有關(guān)氣體的分壓差成正比，與膜的厚度成反比，計(jì)算公式如下：

式中：

為彌散率；

呼吸力學(xué)

A為膜的氣體交換面積；

δ為膜的厚度；

人體氣道平滑?。ˋirway Smooth Muscle，ASM）對周邊物理環(huán)境的改變非常敏感，異常的力學(xué)刺激因素可能會導(dǎo)致氣道平滑肌細(xì)胞在結(jié)構(gòu)或功能方面發(fā)生變化，進(jìn)而引發(fā)氣道平滑肌過度收縮等癥狀。近年來，人們對氣道平滑肌的生物力學(xué)行為及其在哮喘的病理機(jī)制中的作用展開了大量研究，獲得了許多重要的發(fā)現(xiàn)，主要包括：氣道平滑肌收縮和骨架纖維的組織結(jié)構(gòu)、氣道平滑肌功能長度范圍以及適應(yīng)性、力學(xué)刺激引起的氣道平滑肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的變化、氣道平滑肌緊張度對應(yīng)變誘導(dǎo)的響應(yīng)的調(diào)控以及細(xì)胞骨架軟玻態(tài)動(dòng)力學(xué)行為等。

呼吸力學(xué)

所謂重構(gòu)是一個(gè)基質(zhì)產(chǎn)生與降解的動(dòng)態(tài)過程，主要功能在于對器官創(chuàng)傷的修復(fù)，屬炎癥入侵時(shí)的應(yīng)激反應(yīng)。氣道重構(gòu)正是由于肺循環(huán)損傷而引發(fā)的氣道內(nèi)皮細(xì)胞以及細(xì)胞外基質(zhì)改變而引起的，常表現(xiàn)為氣道平滑肌的過度肥大、基底膜的增厚、上皮細(xì)胞的損傷以及基質(zhì)蛋白的沉積等。氣道重構(gòu)是哮喘的典型特征。

呼吸力學(xué)

氣道在刺激因素的作用下，發(fā)生極為敏感的過度性收縮，從而導(dǎo)致氣道過度狹窄甚至關(guān)閉的行為稱為氣道高反應(yīng)性。造成氣道高反應(yīng)性的潛在因素很多，例如：氣道平滑肌的過度增生、氣道重構(gòu)、氣道炎癥以及氣道神經(jīng)控制系統(tǒng)紊亂等。目前，氣道平滑肌的過度增生被公認(rèn)為是主要的原因之一。哮喘或COPD的典型癥狀就是氣道高反應(yīng)性，它可以作為二者疾病發(fā)展風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)。但氣道高反應(yīng)性并不止出現(xiàn)在哮喘或COPD中，流行病學(xué)的研究表明氣道高反應(yīng)性也會出現(xiàn)在一些無癥狀的人群中，尤其是遺傳性過敏癥人群。

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2. 常用測量參量

1.

機(jī)能余氣量

余氣量

平靜呼吸時(shí)每次吸入或呼出的氣量稱為潮氣量；最大吸入后盡其所能呼出的

氣量稱為肺活量；在平靜呼吸過程中的呼吸終點(diǎn)處，仍然存留在呼吸系統(tǒng)中（包括上、下呼吸道和呼吸區(qū)）的氣量，稱為機(jī)能余氣量；而當(dāng)呼氣達(dá)到最大呼氣量的終點(diǎn)仍然殘留在呼吸系統(tǒng)中的氣量，則稱為余氣量。

一般來說，健康成年人的潮氣量在400～700ml之間，男性一般高于女性；肺活量

2.

1秒用力呼氣量

用力肺活量是指盡力最大吸氣后，盡力盡快呼氣所能呼出的最大氣量，數(shù)值上略小于沒有時(shí)間限制條件下測得的肺活量；其中，開始呼氣第一秒內(nèi)呼出的氣量稱為一秒鐘用力呼氣量。

3.呼吸系統(tǒng)總阻抗

呼吸系統(tǒng)總阻抗Zrs是一個(gè)復(fù)數(shù)量，包含實(shí)部和虛部，公式表達(dá)如下：

呼吸力學(xué)

式中，

臨床中最常用的參數(shù)就是呼吸系統(tǒng)阻力Rrs，它代表了呼吸道的中央阻抗。強(qiáng)制振蕩檢測技術(shù)正是以此為依據(jù)對人體呼吸系統(tǒng)的力學(xué)性能進(jìn)行無創(chuàng)測量，研究結(jié)果能夠?yàn)橄?、COPD等呼吸類疾病的診斷提供定量的科學(xué)依據(jù)。

4.跨肺壓

、肺的

、比順應(yīng)性（

作用在肺表面與肺內(nèi)壓力的差值稱為跨肺壓，該值直接影響到肺容積（V）的大小；肺本體在跨肺壓的作用下，其變形的難易通常用順應(yīng)性（C）來表示，即肺容積的改變量（

單位為L/KPa。不難看出，順應(yīng)性的值越高，肺的變形越容易。一般說來，正常生理活動(dòng)范圍內(nèi)順應(yīng)性值約等于；同時(shí)為了更為準(zhǔn)確、合理的判斷肺的靜力學(xué)性質(zhì)，引入了比順應(yīng)性的概念，即單位肺絕對容積的順應(yīng)性值。

5.肺泡表面張力

肺泡表面張力是指在肺泡上皮內(nèi)表面分布的極薄的液體層與肺泡內(nèi)氣體形成的氣-液兩相界面上，由于液體界面的分子密度較大，導(dǎo)致液體分子間的吸引力大于液-氣分子間的吸引力，因而產(chǎn)生的使液體表面具有收縮傾向的力。肺泡表面張力使肺泡趨向回縮，是肺回縮的主要?jiǎng)恿?。為了使肺泡處于平衡狀態(tài)，需要輸入一定的氣壓（P），以平衡肺泡的表面張力（T）與肺泡內(nèi)的氣壓（

3. 常用的檢測方法

臨床上常以1秒用力肺活量與用力肺活量的比值，即（FEV

具體分級情況如下：

呼吸力學(xué)

由于FOT提供了一種無創(chuàng)的技術(shù)，且無需被測試者的主動(dòng)配合，因此FOT不僅適用于健康的成年人，而且特別適合于兒童、年老體弱者以及植物人等行動(dòng)不便人群。

（Optical Coherence Tomography，OCT）

光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)是利用弱相干光干涉儀的基本原理，檢測生物組織不同深度層面對入射弱相干光的背向反射或幾次散射信號，通過掃描，可得到生物組織二維或三維的結(jié)構(gòu)圖像。利用該技術(shù)可進(jìn)行活體組織顯微鏡結(jié)構(gòu)的非接觸式、非侵入性斷層成像。

隨著近年來呼吸道疾病頻發(fā)，傳統(tǒng)檢測手段已滿足不了快速、實(shí)時(shí)檢測的需求。OCT利用“相干門檢測”的原理可對生物組織進(jìn)行快速成像，同時(shí)結(jié)合硬質(zhì)氣管鏡，可以為哮喘、COPD、肺癌等疾病的檢測提供實(shí)時(shí)、無損、高分辨率的檢方法。

呼吸力學(xué)

1.

哮喘

哮喘作為一種慢性的呼吸道疾病正日益成為危害人類健康的重大問題。在西方發(fā)達(dá)國家，哮喘病的發(fā)病率已高達(dá)總?cè)丝诘?p style="text-align: center;">

2.慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD）

慢性阻塞性肺疾病是以氣流受限為特征的，臨床上，患者氣道內(nèi)的氣流受限不完全可逆且呈進(jìn)行性發(fā)展。氣道重構(gòu)是慢性阻塞性肺疾病的重要病理特點(diǎn)之一。

3.鼾癥力學(xué)（Mechanics of

Apnea Syndrome）及阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征（Obstructive Sleep Apnea Syndrome，OSAS）

鼾癥，學(xué)名阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征（Obstructive Sleep Apnea Syndrome，OSAS）。上氣道組織增生塌陷形成的咽腔狹窄是造成咽腔呼吸氣流阻塞的一個(gè)重要原因，研究鼾癥發(fā)生、發(fā)展過程中的力學(xué)機(jī)制及采用力學(xué)手段防治鼾癥具有重要的意義。鼾癥力學(xué)正是應(yīng)用力學(xué)的原理和方法研究在鼾癥發(fā)生中人體上氣道結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性的變化及其防治的方法。具體主要研究：上氣道的解剖結(jié)構(gòu)、氣流動(dòng)力學(xué)、通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬得到上呼吸道中氣流分布形式的定量描述、鼾癥的治療、醫(yī)療器械的優(yōu)化以及個(gè)體化設(shè)計(jì)等。