気道抵抗

呼吸生理学では、気道抵抗とは、吸入および呼気中の気道の空気の流れに対する抵抗のことです。気道抵抗は、容積脈波記録法を使用して測定できます。

オームの法則と同様に：

${\displaystyle R_{AW}={\frac {{\Delta }P}{\dot {V}}}}$

どこ：

${\displaystyle {\Delta P}=P_{ATM}-P_{A}}$

それで：

${\displaystyle R_{AW}={\frac {P_{\mathrm {ATM} }-P_{\mathrm {A} }}{\dot {V}}}}$

どこ：

• ${\displaystyle R_{AW}}$= 気道抵抗
• ${\displaystyle {\Delta }P}$= 空気の流れを駆動する圧力差
• ${\displaystyle P_{ATM}}$= 大気圧
• ${\displaystyle P_{A}}$= 肺胞圧
• ${\displaystyle {\dot {V}}}$= 容積流量（同じ記号で表されることがあるため紛らわしいが、分時換気量ではない）

注意：P _Aは呼吸サイクル中に常に変化します。 ${\displaystyle {\dot {V}}}$

気道抵抗を決定する重要な要因には次のようなものがあります。

• 気道の直径
• 気流が層流か乱流か

流体力学において、ハーゲン・ポアズイユの法則は、長い円筒管を流れる流体の圧力降下を表す物理法則です。この法則では、流れは層流粘性で非圧縮性であり、流れは直径よりもかなり長い一定の円形断面を通るものと仮定しています。この法則は、ハーゲン・ポアズイユの法則、ポアズイユの法則、ポアズイユの法則とも呼ばれます。

${\displaystyle {\Delta P}={\frac {8\etal{\dot {V}}}{\pi r^{4}}}}$

どこ：

• ${\displaystyle \デルタP}$= パイプの両端の圧力差
• ${\displaystyle l}$= パイプの長さ
• ${\displaystyle \eta}$=動粘度
• ${\displaystyle {\dot {V}}}$=体積流量（Qは通常流体力学で使用されますが、呼吸生理学では心拍出量を表します）
• ${\displaystyle r}$=パイプの半径

両辺を で割ると、上記の定義は次のようになります。 ${\displaystyle {\dot {V}}}$

${\displaystyle R={\frac {8\etal}{\pi r^{4}}}}$

ハーゲン・ポアズイユの式の仮定は呼吸器系には厳密には当てはまりませんが、4 乗のため、気道の半径の比較的小さな変化が気道抵抗の大きな変化を引き起こすことを示しています。

個々の小気道は大気道よりもはるかに大きな抵抗を持っていますが、小気道の数は大気道の数よりはるかに多くなっています。そのため、抵抗は第4分岐と第8分岐の間の中間サイズの気管支で最大になります。^[1]

空気が層流で流れる場合、乱流で流れる場合よりも抵抗が少なくなります。流れが乱流になり、流れを維持するために圧力差が増加すると、この反応自体が抵抗を増加させます。つまり、乱流になった場合、流れを維持するために圧力差を大幅に増加させる必要があるということです。

流れが層流か乱流かは複雑ですが、一般的にはレイノルズ数が2300未満であればパイプ内の流れは層流になります。^[2]

${\displaystyle Re={{\rho {\mathrm {v} }d} \over \mu }}$

どこ：

• ${\displaystyle 再}$レイノルズ数
• ${\displaystyle d}$パイプの直径です。
• ${\displaystyle {\mathbf {\mathrm {v} } }}$平均速度です。
• ${\displaystyle {\mu}}$は動粘度です。
• ${\displaystyle {\rho }\,}$密度です。

これは、太い気道の方が細い気道よりも乱流が発生しやすいことを示しています。上気道閉塞の場合、乱流の発生は気道抵抗増加の非常に重要なメカニズムであり、これは、空気よりもはるかに密度が低く、結果として層流伝導性が高い呼吸ガスであるヘリオックスを投与することで治療できます。

気道抵抗は一定ではありません。上記のように、気道抵抗は気道の直径の変化によって著しく影響を受けます。したがって、呼吸器系に影響を及ぼす疾患は気道抵抗を増大させる可能性があります。気道抵抗は時間とともに変化することもあります。喘息発作中は気道が狭くなり、気道抵抗が増大します。気道抵抗は吸気と呼気の間でも変化する可能性があります。肺気腫では、小気道を開いたままにするのに役立つ肺の弾性組織が破壊されます。したがって、呼気中、特に強制呼気中にこれらの気道が潰れて気道抵抗が増大することがあります。

これは単に気道抵抗の数学的逆数です。

${\displaystyle G_{AW}={\frac {1}{R_{AW}}}}$

${\displaystyle sR_{AW}={R_{AW}}{V}}$

_{ここで、V はRAW}が測定された肺容量です。

容積気道抵抗とも呼ばれます。小気道を支える組織の弾性により、気道抵抗は肺の容積に応じて変化します。設定された絶対肺容積で気道抵抗を測定することは実際には不可能であるため、比気道抵抗は、気道抵抗の異なる測定値が行われた肺容積の差を補正しようとします。

特定の気道抵抗は FRC で測定されることが多く、その場合、

${\displaystyle sR_{AW}={R_{AW}}\times {FRC}}$

^{[3] [4]}

${\displaystyle sG_{AW}={\frac {G_{AW}}{V}}={\frac {1}{R_{AW}V}}={\frac {1}{sR_{AW}}} }$

_{ここで、V は G AW}が測定された肺容積です。

容積気道コンダクタンスとも呼ばれます。比気道抵抗と同様に、比気道コンダクタンスは肺容積の差を補正しようとします。

特定の気道コンダクタンスは FRC で測定されることが多く、その場合、

${\displaystyle sG_{AW}={\frac {G_{AW}}{FRC}}}$

^[3]

• 乱流
• 層流
• レイノルズ数
• 上気道抵抗症候群（UARS）

• medstudents.com.br の計算機