生物力学/肺的生物力学
凝聚力
相同类型分子之间的结合相互作用，主要通过氢键。
引起表面张力。
附着力
不同类型分子之间的结合相互作用，主要通过氢键。
导致肺部附着在胸壁和隔膜的内侧。
- 表面张力 = 界面现象，由于液体的凝聚力大于液体与空气的附着力：水分子彼此之间吸引力比与空气吸引力大。因此，水分子向下和向侧拉动，但不会向上拉动。这些不均匀的力使液体表面变得坚硬。
- 纯水的表面张力与面积无关。单位 = N / m。
- 对于肺部，我们使用顺应性曲线 = ∆V / V0 与 F / A
- 吸气和呼气之间的滞后现象是由于分子重新排列时发生的能量损失造成的。
- FRC = 功能余气量 = 当不做肌肉工作时胸腔填充的体积（3 升）。
- 呼吸静态学 = 研究呼吸系统在没有气体对流流动时的状态。
- 肺容量描记器 = 用于测量肺容量的装置。
为了研究肺的性质，我们将比较两个肺：一个充满空气（正常）和一个充满盐水的。
记住顺应性 = 应变 / 应力 = 体积变化 / 压强
在充满空气的肺中
具有很大的表面张力，因为每个肺泡中都有一个空气-水界面。
低顺应性。
需要更高的压强来扩张肺部。
大的滞后现象。
在充满盐水的肺中
没有表面张力。
高顺应性。
曲线更陡峭，并向左移动。
小的滞后现象。因此，主要发生体积依赖性重排的物质已经被去除。
因此，肺组织对弹性的影响很小（表面张力是主要的影响）。
• 肺组织的弹性性质是由于弹性蛋白（可伸展）和胶原蛋白（坚硬）造成的。
• 在肺容量较低时，两种纤维都折叠，因此肺部非常顺从。
• 随着肺部扩张，越来越多的纤维被拉伸到其静止长度之外，使肺部越来越有弹性。
• 胶原蛋白和弹性蛋白数量的变化会导致疾病：肺气肿（过于顺从），纤维化（过于有弹性）。
肺灌洗液被放置在一个方形槽中，槽中有一个可以横向移动的挡板，可以增加或减少肺灌洗液的表面积。
一个连接到应变仪的板被放置在灌洗液的表面，以记录表面张力。
结果
肺灌洗液的表面张力
低于纯水的表面张力。
与面积相关。
解释
这是由于卵磷脂表面活性剂的存在造成的。
该表面活性剂具有亲水性头部和疏水性尾部。
疏水性尾部固定在肺泡壁上。
亲水性头部与水相互作用，破坏氢键，从而降低表面张力，因为减少了水-水相互作用的数量。
在肺容量较低时，表面活性剂的浓度较高，因此表面张力降低。
在肺容量较高时，表面活性剂的浓度较低，因此表面张力升高。
吸气和呼气之间的滞后现象是由于表面张力始终与肺部运动相反造成的
吸气
表面张力指向内部，因为肺泡壁上的水分子试图彼此之间相互作用。
呼气
表面张力指向外部，因为肺泡壁上的水分子被拉向肺泡外部的本体水。
这种相反的力产生能量损失，表现为滞后现象。
1) 减少呼吸相关的功。
功 = ∫ P dV
没有表面活性剂： P 很大，因此功很大。
有表面活性剂： P 很小，因此功很小。
2) 减少打开几乎坍塌的肺泡所需的功，并防止其坍塌
没有表面活性剂： 功很大，因为表面张力很高。
有表面活性剂： 功很低，因为表面张力降低，因为表面活性剂破坏了氢键。
3) 稳定肺泡大小
拉普拉斯定律： P = 2T / r
其中 P = 肺泡内部压强，T = 表面张力，r = 肺泡半径。
对于两个相连的肺泡，一个小，另一个大
没有表面活性剂： 小肺泡的 P 很大，因为 r 很小，T 是恒定的。
随着气流从高压流向低压，小肺泡将排空到大的肺泡中。因此，- 总肺面积减小（大肺泡的面积增加，但数量很少）。- 扩散减少。
有表面活性剂： 小肺泡的 P 几乎是恒定的，因为随着 r 减小，T 也减小。
因此，小肺泡和大肺泡的 P 相同，小肺泡不会排空到大的肺泡中。
肺泡的大小因此得以稳定。
它与表面活性剂水平低有关。
当孩子早产（第 28 周至第 32 周）时，肺部还没有表面活性剂。因此，表面活性剂的作用缺失，孩子会患上上述问题。
通过测定羊水的鞘磷脂与卵磷脂的比例，可以在出生时检测到这种疾病。如果大于 2：1，孩子患有 RDS。
注意：鞘磷脂始终存在于羊水中（血浆膜的组成部分），但高浓度的卵磷脂与表面活性剂的分泌有关。
• 肺部的顺应性是由表面张力和肺部的弹性性质共同决定的。
• 在正常的肺部，大部分硬度是由表面张力造成的（尽管由于表面活性剂的存在，随着面积减小，表面张力会大大降低）。
• 表面活性剂降低表面张力，从而减少能量损失和滞后现象。
• 组织顺应性的变化或表面活性剂的变化会导致疾病。
胸膜内压 = 胸膜内压，肺部机制的动力学。它始终低于大气压（相对于大气压为负）。这是为了让肺部扩张：如果它等于或大于大气压，肺部就不会扩张，吸气就不会发生。
例子：如果 Patm = 5，IPP = 2，IPP 相对于大气压为 -3。如果 IPP 降低 1，那么 IPP 相对于大气压为 -4，因此更加负。但是，如果 IPP = 6，则不会吸气（除非我们进行用力吸气）。
吸气
膈肌收缩并扩大胸膜腔，这会降低 IPP。
随着 IPP 降低（变得更加负），它使肺壁向外吸气。
随着肺部 V 上升，Palv 下降。
随着气流从高压流向低压，空气进入肺部。
由于吸入空气需要负 Palv，因此气流为负。
结论：IPP、Palv 和气流变得更加负，V 变得更加正。
呼气
膈肌放松并缩小胸膜腔，这会增加 IPP。
随着 IPP 增加（变得不那么负），它会释放肺部，反弹力会将肺壁向内推。
随着肺部 V 下降，Palv 上升。
随着气流从高压流向低压，空气从肺部排出。
由于呼出空气需要正 Palv，因此气流为正。
结论：IPP、Palv 和气流变得更加正（IPP 仍然为负），V 变得更加负。
注意
- 因此，表面张力在吸气过程中始终与 IPP 相反，在呼气过程中始终与反弹力相反。
- IPP 也相对于 Palv 为负，因为肺泡通过开放的管子与大气连接。
- 在曲线上，Palv 从 0 开始（与大气压相同），但 IPP 从负开始。
- 如果 IPP > 大气压，气流始终为正（从肺部排出），除非我们进行用力吸气以最大限度地收缩，使 IPP 为负，并允许空气进入。
- 如果给出密度和高度，则 ∆P 由以下公式计算：∆P = ρ g h。
1) 欧姆定律
a) 电流
I = ∆v / R
I = q / t
I = 电流 (A)
∆v = 电压差 (V)
R = 电阻 (Ω)
q / t = 每单位时间流过的电荷数
b) 电阻
R = ∆v / I
R = (ρ L) / (π r2)
ρ = 电阻率 (Ω.m)
L = 电阻器长度 (cm)
π r 2 = 电阻器面积 (cm2)
c) 做功
W = V I t (焦耳)
d) 功率
功率 = V I (瓦特)
e) 串联电阻
当电流流过各个电阻时，
I1 = I2
f) 并联电阻
当电流在不同的电阻中分流时，
1/ Rt = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/R3
g) 电容
C = q / v
高电容 = 在低电压 (v) 下储存大量电荷 (q)。
2) 泊肃叶定律
a) 电流
Q = ∆P / R
Q = V / t
Q = 流体流量 (mL/秒)
∆P = 压差 (cm H2O)
R = 流阻 (泊/cm3 )
V / t = 每单位时间流过的体积。
b) 电阻
R = ∆P / Q
R = (8 η L) / (π r 4)
η = 流体粘度系数 (泊)
L = 管道长度。 (cm)
π r 4 = (cm4)
c) 做功
W = P Q t = P (V / t) t ----> W = P V (焦耳)
d) 功率
功率 = P Q = P (V / t)
功率 = P V / t (瓦特)
e) 串联电阻
当空气在呼吸道树中流动，从气管到支气管到肺泡，
Q1 = Q2 ----> V1 / t = V2 / t ----> (A1 L1) / t = (A2 L2) / t ----> A1 v1 = A2 v2
这就是连续性方程。 因此空气在小区域流动很快，在大区域流动缓慢。
f) 并联电阻
当每个支气管分成两个更小的尺寸，每个再分成两个，以此类推，形成代数：1/ Rt = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/R3
注意：在大多数支气管代数中，气道 R 稍微降低。 为此，每个支气管必须分成两个 r2 > 0.84 r1 的支气管。（如果 r2 = 0.84 r1，则 R 保持不变。）
g) 电容
C = V / P
这实际上是顺应性。
高顺应性 = 低应力 (P) 下产生很大的应变 (V)。
例如，肺部的 C = 200 mL/ cm H2O。
如果它为 50，当 IPP 对壁产生吸力时，它不会伸展足够，呼吸就会出现问题。
注意
最后一个表格适用于肺部空气流动和动脉血液流动。
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