Αντιστάσεις ροής

 Οποιαδήποτε μεταβολή πνευμονικού όγκου πραγματοποιείται με την άσκηση πιέσεως, ικανής να προκαλέσει τη ροή αέρος ή τη συμπίεση του συστήματος. Μεταξύ της αρχής και του τέλους του αεραγωγού, δια του οποίου παρατηρείται η ροή, καταγράφεται διαφορά πιέσεως, που δαπανήθηκε προκειμένου να υπερ­νι­κη­θούν δυνάμεις αντιτιθέμενες στη ροή. Η ταχύτητα με την οποία ένα υγρό ή αέριο σώμα ρέει από ένα σημείο αγωγού με μεγαλύτερη πίεση , προς ένα σημείο με μικρότερη, εξαρτάται α] από το μέγεθος της ‘οδηγού’ πιέσεως, δηλαδή της διαφοράς πιέσεως στα όρια του αγωγού, β] την προβαλλόμενη αντίσταση ροής, γ] την πυκνότητα και τη γλοιότητα της μετακινούμενης μάζας και, δ] τον τύπο της παραγόμενης ροής, δηλαδή εάν πρόκειται περί γραμμικής ή στροβιλώδους ροής. Η ροή αέρος στο τραχειοβρογχικό δένδρο δεν είναι ποτέ αμιγώς γραμμική ή αμιγώς  στροβιλώδης, αλλά αποτελεί άλλοτε άλλο συνδυασμό των δύο τύπων ροής.

 Η αντίσταση στη ροή ρευστών, κατ΄αναλογία με την αντίσταση που προκαλεί­ται στη ροή ηλεκτρικής ενέργειας (νόμος του Ohm, αντίσταση=τάση/ροή) εκφρά­ζε­ται με τη σχέση:

Raw=ΔΡ/

Όπου, η Raw εκφέρεται σε cm Η2Ο L-1 sec-1, η ΔΡ σε cm Η2Ο και η V̇, σε l/sec. Η αντίσταση ροής στους αεραγωγούς αποτελεί ένα μέτρο της εγειρομένης δυσκολίας, που αντιμετωπίζεται κατά την προώθηση του αέρος δια των αεραγω­γών. Ασφαλώς, η Raw ως εξαρτώμενη από τη ροή διαφέρει στις διάφορες γε­νε­ές αεραγωγών, καθώς εξαρτάται από τους συντελεστές k1 και k2. Όπως στο ηλεκτρικό ανάλογο, το αποτέλεσμα των ‘εν σειρά’ διατασσόμενων αντιστάσεων είναι άθροισμα των επιμέρους αντιστάσεων, πχ., η συνολική αντίσταση που προ­βάλ­λεται στη ροή αέρος προς και από τους πνεύμονες είναι άθροισμα των επιμέρους αντιστάσεων που προβάλλονται από τους ανώτερους (ρινική κοιλότητα, ρινοφάρυγγας, RΝ), μεσαίους  (λάρυγγας, RLAR) και κατώτερους αεραγωγούς, Ra. H εγειρόμενη συνολική αντίσταση, επομένως, θα είναι:

RTOT=RN+RLAR+Ra

Αλλά στο τραχειοβρογχικό δένδρο οι αεραγωγοί δε διατάσσονται μόνο ‘εν σειρά’, αλλ΄επίσης και παράλληλα. Παράλληλη διάταξη εμφανίζουν οι αεραγωγοί κάθε τάξεως (γενεάς). Πχ., ο δεξιός και αριστερός κύριος βρόγχος διατάσσονται μεταξύ τους παράλληλα. ‘Οπως και με το ηλεκτρικό ανάλογο, το σύνολο των σε παράλληλη διάταξη ευρισκομένων αντιστάσεων, ισούται με το άθροισμα των αγωγιμοτήτων, G (G=1/R).

Οι συνολικές αντιστάσεις στη ροή νοούνται ως άθροισμα των προβαλλόμενων αντιστάσεων στους αεραγωγούς, αλλά και στην αντίσταση που εγείρει το θωρακικό τοίχωμα, προς κίνηση ή ακόμη και οι ιστοί, προς παραμόρφωση:

RΑΝΑΠΝΕΥΣΤΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ=RΑΕΡΑΓΩΓΩΝ+RΘΩΡΑΚΙΚΟΥ ΤΟΙΧΩΜΑΤΟΣ+RΠΝΕΥΜΟΝΙΚΩΝ ΙΣΤΩΝ




Η μεγίστη πτώση πιέσεως, δηλαδή οι μέγιστες αντιστάσεις ροής παρατηρείται στους μεσομεγέθεις αεραγωγούς, μέχρι την τάξη 7. Έχει δειχθεί ότι το 20% της πτώσεως της πιέσεως αντιστοιχεί στη ροή δια των αεραγωγών διαμέτρου μικρότερης των 2 mm δηλαδή μετά τη γενεά 8. .   βλέπε: αντιστάσεις ροής.


Οι αντιστάσεις ροής, επηρεάζονται από: [α] τη γλοιότητα του αέρα, το μήκος των αεραγωγών (οι αντιστάσεις είναι ανάλογες του μήκους των αεραγωγών, l), [γ] της εγκάρσιας διατομής των αεραγωγών ( οι αντιστάσεις είναι ανάλογες του l/ r4). Έτσι, ο διπλασιασμός του μήκους του βρόγχου, διπλασιάζει τις αντιστάσεις ροής δι΄αυτού, αλλά ο υποδιπλασιασμός της διατομής τους, τις τετραπλασιάζει! Στους παράγοντες που επηρεάζουν τη διατομή ενός βρόγχου, συμπεριλαμβάνονται: ι. η θέση του βρόγχου στους αεραγωγούς, ιι. ο πνευμονικός όγκος, ιιι. ο βρογχικός, μυϊκός τόνος, iv. η ποσότητα και ποιότητα των εκκρίσεων, v. η ασκούμενη, κατά μήκος του βρόγχου, πίεση. Οι παράγοντες αυτοί είναι παρόμοιοι, τόσο κατά την εισπνοή, όσο και κατά την εκπνοή (αν και, το εισπνευστικό μήκος του βρόγχου είναι, κάπως μεγαλύτερο, που αυξάνει τις αντιστάσεις, αλλά η διατομή του, κάπως μεγαλύτερη, που τις μειώνει). Πράγματι, κατά τη διάρκεια της εισπνοής, η ενδοθωρακική πίεση που περιβάλλει τους αεραγωγούς είναι αρνητικότερη, της ενδαυλικής πιέσεως, κι έτσι, οι αεραγωγοί εμφανίζουν τάση διατάσεως, ενώ κατά την [παθητική] εκπνοή, οι δυνάμεις που προκαλούν διάταση των αεραγωγών είναι ασθενέστερες και, έτσι, οι αντιστάσεις ροής δι΄αυτών είναι κάπως μεγαλύτερες. Με την ενεργό εκπνοή, δηλαδή τη συμμετοχή των εκπνευστικών μυών, η υποεζωκοτική πίεση καθίσταται θετική, και προστίθεται στην πίεση ελαστικής επαναφοράς οπότε η η κυψελιδική πίεση αυξάνεται περαιτέρω. Ως γνωστόν όμως, η νεδυαλική πίεση μειώνεται, πτοοδευτικά, από τις κλυψελίδες, προς την έξοδο των αεραγωγών, λόγω απώλειας ενέργειας για να υπερνικηθούν δυνάμεις τριβής, αλλά και κατ΄εφαρμογή του νόμου Bernouli,, σύμφωνα με τον οποίο, όσο μειώνεται η εγκάρσια επιφάνεια των αεραγωγών, τόσο αυξάνεται η ταχύτητα διελεύσεως (:convective acceleration). Επειδή η χόνδρινη δομή τους είναι ατελής, οι αεραγωγοί συμπιέζονται υπό τη δράση της εξωτερικής πιέσεως (υπεζωκοτικής, που αυκάνεται, λόγω της ενεργού εκπνοής) ώστε οι αντιστάσεις που αναπτύσσονται κατά τη διέλευση δια των αεραγωγών αυτών, αυξάνεται.
Οι ταχύτητες ροής εκτιμώνται με τον εξεταζόμενο να παίρνει βαθειά εισπνοή, μέχρι την TLC και, ακολούθως, εκπνέει όσο το δυνατόν βιαιότερα και πλήρως, εάν είναι δυναόν, μέχρι τον RV. Με τη βοήθεια ενός σπιρομέτρου, η μετρούμενη FVC καταγράφεται σ΄ένα εκπενσυτικό σπιρογράφημα. Ένα αξιοσημείωτο εύρημα της δοκιμασίας αυτής είναι ότι η μεγίστη ροή (για οποιονδήποτε όγκο, εκτός των πολύ υψηλών πνευμονικών όγκων, προς το όριο της TLC, κατά την αρχή της βίαιης εκπνοής) πετυχαίνεται με υπομέγιστη προσπάθεια, κια δεν μπορεί να υπερβαθεί με περαιτέρω προσπάθεια. Αυτό το όριο ροής, που είναι ανεξάρτητο της προσπάθειας (βλέπε: σπιρομέτρηση χαμηλής πυκνότητας),  είναι απόρροια της δυναμικής συμπιέσεως. Ο μηχανισμός του όρίου ροής' στην μέγιστη, βίαιη εκπνοή, σχετίζεται με το ρυθμό διαδόσεως του κύματος πιέσεως, κατά μήγκος ενός ευένδοτου σωλήνος, όπως οι αεραγωγοί. Το σημείο που εκδηλώνεται η δυναμική συμπίεση ευρίσκεται εκεί όπου η ενδαυλική μςιώνεται ώσπου να ειισωθεί με την υπεζωκοτική πίεση και που αποελεί την δηγούσα πίεση της ροής αέρος από τις κυψελίδες, μέχρι το σημείο αυτό. Σημειώνετια ότι η πέιση ελαστικής επαναφοράς είναι συνάρτηση του πνευμονικού όγκου, όχι της  προσπάθειας. Εάν, π.χ., καταβληθεί μεγαλύτερη εκπνευστική προσπάθεια, έτσι, που, η PPL αυξηθεί σε 40 cmH20, υπό τον ίδιο πνευμονικό όγκο, η PA αυξάνεται σε, 50 cmH2O κι, επομένως, η ενεργός οδηγούσα πίεση 50-40=10
cmH2O, έτσι, ώστε, η τελική ροή παραμένι η ίδια. Ο μηχανισμός αυτός μπορεί να έχει μείζονες φυσιολογικές συνέπειες, στους υγιείες, κατά τη διάρκεια του βήχα. Παρ΄όλο ότι η εκπνευστική ροή (l/sec)δεν αυξάνεται, με αύξηση της προσπάθειας και αύξηση της PPL, η ταχύτητα ροής (m/sec) διαμέσου των εστενωμένων μεγάλων αεραγωγών, αυξάνεται σημαντικά, γεγονός που εισφέρει στην απομάκρυνση των εκκρίσεων και των εισροφηθέντων ξένων σωμάτων.