1

Properties of Elastic Structuresתכונ ות של מבנ י ם אל סטי י ם

Static Mechanics—relationship between pressure & volume in lung

לחץ יחסים בין – הריאה במצב סטטי מכניקת.לנפח

Dynamic Mechanics—relationship between pressure & flow in lung

Properties of Elastic Structuresתכונ ות של מבנ י ם אל סטי י ם

Transmural pressure (Tm ): The difference in pressure across the wall of the lung = internal surface pressure –external surface pressure = distending pressure.

ה פרש הלחצ י ם ב י ן ה לחץ בתוך הר י א ה לל חץ ה פ ו על על הר י אה מבח וץ . וכ ש ה וא ח י וב י הר י א ה ש ו א פת להת פשט, הטרנסמ ורל י הל חץ =

1. ↑ V => ↑ Tm2. PTm = Pin – Pout

Properties of Elastic Structuresתכונ ות של מבנ י ם אל סטי י ם

Elastic Recoil Pressure: the equal & oppositetendency of a structure which resists the transmuralpressure.

במצב , הטרנסמורלי שו וה ומנוגד ללחץ –הרתע האלסטי .הסטטי

2

Properties of Elastic Structuresתכונ ות של מבנ י ם אל סטי י ם

Transmural Pressure-Volume Curve: graphs relationship between volume (y) & transmural pressure (x):

מציגה את היחסים בין הלחץ והנפח : נפח-עקומת לחץ.בריאה

Properties of Elastic Structuresתכונ ות של מבנ י ם אל סטי י ם

Compliance~slope of P-V curve; compliance = ΔV/ΔP = הענותhigh compliance = easily distensible

low compliance = stiff / non-distensibleהש י פ ו ע של= הענות

.נפח-עק ו מת לחץ ניתן= הענות גבוהה . להרחיב בקלותמבנה = הענות נמוכה

. קשיח שקשה להרחיב

Properties of Elastic Structuresתכונ ות של מבנ י ם אל סטי י ם

Elastance=opposite of compliance; elastance= ΔP/ΔV אלסטיות =low elastance = easily distensible

high elastance = stiff / non-distensible של היפוכהאלסטיות הינה

. הענות, קש יחמב נה =אלסט י ות גב ו ה ה . קל להרחב ה=אלסט י ות נמ וכ ה

= High Elastance

= Low Elastance

3

Properties of Elastic Structuresתכונ ות של מבנ י ם אל סטי י ם

Unstressed volume = Vo = volume when PTm = 0 (Pout = Pin )

הלחץ הפנימי = טרנסמורלינפח שבו לא קיים לחץ . שווה ללחץ מבחוץ

Properties of Elastic Structuresתכונ ות של מבנ י ם אל סטי י ם

Limiting Volume = Elastic limit = max volume; ↑ P ≠ ↑ Volume

בו , המירביהנפח = הגבול האלסטי= הנפח הגבוליעליה נוספת בלחץ

איננה גורמת לעליה . נוספת בנפח

Properties of Elastic Structuresתכונ ות של מבנ י ם אל סטי י ם

Elastic instability—when elastic structure either ruptures or collapses at high/ low PTm’s

מצב שבו מבנה אלסטי –יציבות אלסטית -אי גבוה או טרנסמורלימתפקע או קורס עקב לחץ

. נמוך מדי

4

Calculating PTm in Respiratory Systemהטרנספולמונריחישוב הלחץ

PALV = alveolar pressure = הבועיהלחץPPL = pleural pressure = הפלאורליהלחץPL = transpulmonary pressure = PALV – PPL which is also known as the elastic recoil pressure of the lung.

PL = ההפרש בין הלחץ = הטרנספולמונריהלחץ מכונה גם לחץ הרתע .הפלאורלי לבין הלחץ הבועי

. האלסטי של הריאה

Calculating PTm in Respiratory Systemהטרנספולמונריחישוב הלחץ

PBS = body surface pressure (can be considered 0 when = atmospheric P) = לחץ על.פני שטח הגוףPW = pressure of chest wall = PPL – PBS = . הלחץ של דופן בית החזה

PRS = Pressure of respiratory system =PALV – PBS = הלחץ של מערכת הנשימה כולה

Alveolar Pressure - PALV

הבועי הלחץ cmH2Oמים -מ"הלחץ הנמדד בבועית ביחידות של ס.שמוגדר כאפס, ניתן ביחס ללחץ האטמוספירי

עולה על הלחץ הבועיכאשר הלחץ וכשהוא נמוך מהלחץ , הוא חיובי, האטמוספירי

. האטמוספירי הוא מוגדר כשלילי

5

Alveolar Pressure - PALV

הבועי הלחץ

Alveolar pressure is negative: air flows from the higher pressure at the mouth down the lungs into the lower pressure in the alveoli.

Alveolar pressure is positive: during expiration, air flows out.

חי ו ב י ה ב וע י הלחץ של י ל י ה ב וע י הלחץ

Alveolar Pressure - PALV

הבועי הלחץ

הבועיהלחץ , כשאין תנועת אויר, בסוף של שאיפה או סוף של נשיפה. שווה ללח ץ האטמוס פירי

Pleural Pressure (PPL )הפלאור ל י הלחץ

המקיף הפלאורליהלחץ המופעל על הריאה מתוך החלל . את הריאה

, הינו שליליהפלאורליהלחץ ) רגילה(בזמן נשימה שקטה כלומר מתחת ללחץ האטמוספירי

6

Pleural Pressure (PPL )הפלאור ל י הלחץ

ה קר ום : הפל א ור לימבנה ה חלל הקר ום , ) ה פר י אטל יה קר ום ( הח יצ ו נ י ן ה חלל) ה ו יס ראל יהקר ו ם ( ה פנ ימ י

) . ר י ק למ עש ה(שבינ י ה ם

Transpulmonary pressure (PL)הטרנספו למ ונר י הלחץ

הבועיההפרש בין הלחץ = הטרנספולמונריהלחץ .הפלאורלילבין הלחץ

גודל ה ר יאה נ קבע לפי הלח ץ . הטרנספולמ ו נ ר י

מכו נה גם לחץ הרתע האלסטי של הר יאה . וה וא תמיד ח י ו בי

Calculating PTm in Respiratory System

הרתע האלסטי של הריאה

הרתע האלסטי של דו פ ן החז ה

' מעהרתע האלסטי של הנשימה

7

Recoil pressure of the chest wall (Pw)הרתע האלסטי של דופן החזה

צריך ל ה י מדד במצב שבו שר יר י ב ית החז ה במנ ו ח ה במצב ה מנ וח ה ז ה ו ה לחץ ה פ ו על ל הרח יב את נפח ב ית ה חזה

Pw = PPL – PBS

Recoil of the respiratory system (PRS)הנשימ ה' מעהרתע האלסטי של

PRS האלסטיים של הריאה הרתעים הינו סכום של .ושל בית החזה

Calculating PTm in Respiratory System

הרתע האלסטי של הריאה

הרתע האלסטי של דו פ ן החז ה

' מעהרתע האלסטי של הנשימה

8

מאפשר לריאה להקטין את נפחה לפי הפלאורליחדירת אויר לחלל הרתע האלסטי שלה ולבית החזה להתרחב בהתאם לרתע האלסטי

" אויר-חזה"מצב זה מתרחש לעיתים במצב המכונה . שלו

Relaxation curves:•lung (red)

•chest cage (green)

•combined lung-chest cage relaxation curve (black).

Point A = end expiration.

. ס וף נש יפ ה רג יל ה = Aנק ו דה

9

Pressure-Volume Curve of Lung

Compliance of normal lung = 200 ml/ cmH2Oml/ cmH2O 200: מדידת הענות של ריאה בריאה

500נורמלי של " נפח מתחלף"לצורך נשימה שקטה עם .cmH2O 2.5 של פלאורליל יש צורך בלחץ "מ

. cmH2O 30 של פלאורלי דרוש לחץ TLC-כדי להגיע ל

נפחי וקיבו לו ת הרי אה

נפחי וקיבו לו ת הרי אה

TIDAL VOLUME (TV) : "ה נפח המתחלף" נפח הא ו ו י ר המוחלף בכל נש ימה רג יל ה

Normal TV about 500 ml.

10

נפחי וקיבו לו ת הרי אה

נפחי וקיבו לו ת הרי אה

INSPIRATORY RESERVE VOLUME (IRV) : השאיפתי השאריהנפח

נפח האוויר המוסף לנפח המתחלף בזמן שאיפה מירבית

נפחי וקיבו לו ת הרי אה

11

נפחי וקיבו לו ת הרי אה

EXPIRATORY RESERVE VOLUME (ERV)הנשיפתי השאריהנפח

בנ וסף מירב ית בנש יפה ה ננשףנפח האו ו י ר לנפח המתחל ף

נפחי וקיבו לו ת הרי אה

נפחי וקיבו לו ת הרי אה

RESIDUAL VOLUME (RV) : שמות שוניםנפח שול י , נפח שארית י , נפח שארי:בעברית

נפח האוויר הנותר במערכת הנשימה גם לאחר . נשיפה מאומצת

12

נפחי וקיבו לו ת הרי אה

נפחי וקיבו לו ת הרי אה

INSPIRATORY CAPACITY ( IC) : הקיבולת:השאיפתית

IC = IRV + TV

נפחי וקיבו לו ת הרי אה

13

נפחי וקיבו לו ת הרי אה

FUNCTIONAL RESIDUAL CAPACITY (FRC)קיבולת שארית פונקציו נלית=

: הקיבולת הנותרת בריאות בסוף נשיפה רגילהFRC = ERV + RV

FRC נקבע על ידי האיזון בין הרתע האלסטי של הריאות ).כלפי חוץ(ושל דופן בית החזה ) כלפי פנים(

נפחי וקיבו לו ת הרי אה

נפחי וקיבו לו ת הרי אה

VITAL CAPACITY (VC)" : הנפח החיוני"קיבולת הכולל ת את סך הנפחים מסוף שאיפה

כלומר הנפח , מירבית עד לסוף נשיפה מירביתהמקסימלי שניתן להכניס או להוציא מהריאות

VC = IRV + TV + ERV = IC + ERV

14

נפחי וקיבו לו ת הרי אה

נפחי וקיבו לו ת הרי אה

TOTAL LUNG CAPACITY (TLC) =" ה נפח"הכללי

המורכבת , מירביתקיבולת הריאה אחרי שאיפה : נפחים4-מ

TLC = IRV+ TV + ERV + RV = IC + FRC

= VC +RV

נפחי וקיבו לו ת הרי אה

15

השפעת גיל ומחלות –נפחי וקיבולות הריאה

נפחי וקיבו לו ת הרי אה

>80%FEV1/VC

6.0 LTLC

3.6 LFRC

3.95 LFEV1

4.9 LVC

Predicted ValueMale, age 28.

16

תכו נ ות של מבנים אלסטי ים

Static Mechanics—relationship between pressure & volume in lungDynamic Mechanics—relationship between pressure & flow in lung

תכ ונ ו ת אל סט י ו ת של הר יא ה

. ו ק ו לג ןאלסט י ןמארג של סיבי •מתח הפנים של הנ וזל המצפה את דפנות •

ולכן , עולה ביחס ישר לעליית הרדיוס –הבוע י ת . בנפחהעליההתרומה לרתע האלסטי גדלה עם

Frictional resistance תנג ודת מחי כו ך

•Tissue (or viscous) resistance כאשר התנגודת מחיכוך מקורה מתנועה של האיברים בבית

. החזה והבטן כתוצאה מתנועות הנשימה

•Airway (frictional) resistance כאשרהתנגודת מחיכוך מקורה מתנועה של אויר בדרכי

.האויר

17

Frictional resistance to air flowתנגודת מחיכוך עקב זרימת אויר

.האויר של זרימת הקויתקשורה למהירות האוירמימדי דרכי , מושפעת מתבני ת הזרימה

. ותבניות התפצל ותםמושפעת גם ממחלות ריאה המצירות את דרכי

.האויר

:חיש וב תנגו דת מחי כ וך ע קב זרימת א ו י רOhm's law and Poiseuille's equation

Frictional resistance to air flowתנגודת מחיכוך עקב זרימת אויר

Ohm's law for frictional resistance to airflow:

P1-P2 = driving pressure

= airflow rate

Frictional resistance to air flowתנגודת מחיכוך עקב זרימת אויר

18

Poiseuille's law of frictional resistance לתנגודת מחיכוך Poiseuille's חוק

לתנגודת מחיכוךPoiseuille'sחוק

, עגול, מניחה קיום של צינור קשיח : Poiseuille'sנוסחת •בריאה נמתחים האויר צינורות .חלק וללא פיצולי ם

דרכי . ואינם בעלי מבנה עגול ואינם חלקים, ונדחסיםמשתנים ומימדיהן , בריאה מתפצלים פעמים רבותהאויר

. במהלך הנשימה

גם איננה מתחשבת בשינויים באופן Poiseuille'sנוסחת •, מערבולתית לזרימה ) קווית(למינרית הזרימה מזרימה

.היכן שהתנגודת מחיכוך גבוהה יותר

מערבולתית קווית לעומת –זרימת אויר בצינור Laminar vs. Turbulent

19

Reynold's Number to predict turbulent flow : נוסחה.מערבולתיתלניבוי של הופעת זרימה

:ניתן לנבא מעבר של זרימה מקווית למערבולתית כאשר בחישובReynold's number > 2000.

מערבולתית קווית לעומת –זרימת אויר בצינור Laminar vs. Turbulent

Transitional Airflow in the Airways

מתרחשת מערבולתיתהתפתחות של תנאי זרימה •. הגדוליםובסימפונותבעיקר בקנה

האוירמאפיינת את דרכי ) קווית (למינריתזרימה •. הקטנות יותר היכן שמהירות הזרימה איטית

האו י ר התנגודת לז ר י מה בדרכי

מקורו האויר מסך התנגודת לזרימת 50% עד 40%כ•השאר . בדרכי נשימה עליונות בין האף ללרינקס

. ממקום בין הקנה וכמעט עד לבועיות הריאה –מרבית התנגודת לזרימת האוויר בעץ הסמפונות •

).8 עד 4דורות (סמפונות קטנים עד בינוניים טדרכי אויר יותר מרוחקים מאלה תורמים אך מע•

. לתנגודת לזרימה

20

Distribution of Lung Airway Resistance

Factors Affecting Lung Airway Resistanceגורמ י ם המש פ י ע ים ע ל התנג ודת לזרי מת א ו יר

:גורמ ים פ יז י ו ל ו גי יםשינוי בתנגודת לזרימה עקב שינויים בהפרשות •

או , שינויים בטונוס השריר החלק, האוירבדרכי ..האוירדלקת ב דרכי

:גורמ ים פ יז י קל י יםבמהלך מחזור , האוירשינויים בקוטר דרכי •

. הנשימה וגם כתוצאה ממחלות ריאה

Physiological factors affecting airway resistance

21

Physical factors affecting airway resistance גור מ ים פ יז יקל י י ם ה משפ י ע ים על התנג וד ת לזרימת א ו יר

היא ביחס הפוך לנפח הריאההאויר התנגודת לזרימת •

צפויים לקרות בדרכי אויר קטנים ותמט ן נפח ריאתי דאוב•.נטולי תמיכה סחוסית