Lungemekanik og spirometri

Modellen

En enkompartmentlunge, der integreres i TIDEN, ikke i volumenet. Tidsdomænet er ikke et valg, men et krav: FEV1 er defineret i sekunder og kan ikke aflæses af et flow–volumen-loop. Ud af den samme integration falder både loopet og spirogrammet, og det er derfor, siden viser to figurer og ikke én.

Maksimalt udåndingsflow beregnes med opstrømssegmentmodellen, som Mead, Turner, Macklem og Little formulerede i 1967: flowet er lungens statiske retraktion divideret med modstanden opstrøms for indsnævringen. Bølgeteorien (Dawson & Elliott) er fysisk mere korrekt, men kræver en tryk–areal-kurve for sytten generationer luftveje. Opstrømsmodellen blev valgt, fordi den har præcis to klinisk navngivne knapper — retraktion og modstand — og fordi emfysem og fibrose adskiller sig i den første, mens astma adskiller sig i den anden.

Retraktionen er Salazar og Knowles' eksponentielle tryk–volumenkurve fra 1964, inverteret og forankret i TLC og RV, så Pel(TLC) bliver skyderens værdi og Pel(RV) nøjagtig nul. Nullet ved RV er et bevidst valg: flowet går mod nul, når volumenet nærmer sig RV, så integrationen asymptoterer mod RV i stedet for at passere den, og der er ingen brug for en hård klemme. Formkonstanten K holdes fast på 0,11 cmH₂O⁻¹ (Colebatch 1979); at koble den til retraktionen gengiver ganske vist publicerede værdier, men gør produktet K·Pst(TLC) konstant, og så bliver den normerede kurve identisk for alle tilfælde.

To modstande, ikke én. Periferien er laminær og lineær — de små luftvejes samlede tværsnit er enormt, og hastigheden lav. Centralt er flowet turbulent og følger åbningsligningen. Opdelingen er ikke kosmetisk: den er grunden til, at flowet overhovedet har to grene at vælge mellem, og den er stedet, hvor en øvre luftvejsforhindring sidder. Effortuafhængigheden er ikke skrevet ind som en regel, men falder ud af et min() mellem det, kraften orker at drive, og det, indsnævringen lader passere — præcis Fry og Hyatts isovolumen-tryk–flow-resultat fra 1960.

Indåndingen har ingen flowbegrænsning, fordi et negativt pleuratryk udvider de intratorakale luftveje i stedet for at presse dem sammen. Muskeltrykket aftager mod TLC, og det er derfor, loopet lukker sig dér i stedet for at blive kappet. Indåndingskraften er låst til 45 procent af udåndingskraften.

Forhindringen i den centrale luftvej er en åbning med en rørlov, og hele forskellen mellem de tre forhindringstyper ligger i, hvad der omgiver læsionen: en stiv ring har ingen omgivelse at svare på, en ekstratorakal læsion omgives af atmosfæretryk og en intratorakal af pleuratryk. Ved udånding er pleuratrykket omkring +100 cmH₂O, mens lumentrykket er nogle ganske få — en intratorakal læsion får derfor kraftigt negativt transmuralt tryk og klapper sammen, mens en ekstratorakal gør det modsatte. Ingen af de tre loopbilleder er tegnet; alle tre falder ud af trykregnskabet.

Manøvren afsluttes efter ATS/ERS 2019: når volumenet har bevæget sig mindre end 0,025 L i løbet af det seneste sekund, eller ved femten sekunder. Det er ikke en numerisk vagt, men den regel spirometeret faktisk følger — og emfysemforvalget rammer loftet med 0,15 L tilbage i lungen, hvilket er selve fundet. Én eneste konstant i modellen er tilpasset: den centrale ækvivalente åbning på 10,2 mm, sat så normaltilfældet gengiver ECSC/ERS 1993 for en 45-årig mand på 175 cm. Den er mindre end en trakea, fordi den repræsenterer hele den turbulente vej inklusive glottis og mundstykke, ikke et anatomisk rør.

A = (TLC − RV) / (1 − e^(−K·Pst(TLC))) V∞ = TLC + A·e^(−K·Pst(TLC))Pel(V) = −(1/K)·ln( (V∞ − V) / A ) K = 0,11 cmH₂O⁻¹Ppl(t) = Pmax·(1 − e^(−t/0,05 s))(K2c + K2les)·V̇² + Rp·V̇ = Ppl(t) + Pel(V) kraftgrenenV̇max(V) = Pel(V) / Rp den flowbegrænsede grenV̇ = min(kraftgrenen, den flowbegrænsede gren)K2(d) = ρ / (2·Cd²·A(d)²) · 10⁻⁶ / 98,07 A(d) = π·d²/4Ptm = ±ΔPles/2 − Pomgivelse A = A₀·clamp(1 + Ptm/15; 0,15; 2)Pmus(t,V) = [Pst(TLC) + 0,45·Pmax·(1 − x)]·(1 − e^(−t/0,15 s)), x = (V − RV)/(TLC − RV)

Tips

• Tag Akut svær astma og træk Perifer luftvejsmodstand op mod 18. Ratioen bliver 0,26 — præcis emfysemforvalgets. Samme spirometri, modsat mekanisme: her står Elastisk retraktion ved TLC stadig på normale 24 cmH₂O, dér er den 11, og residualvolumenet adskiller sig 0,50 mod 0,62. I klinikken er det DLCO, der skiller dem ad, og den findes ikke i modellen.
• Træk Kraft — top i pleuratrykket fra 15 til 140, og læs PEF og FEF₅₀ samtidig. PEF går fra 5,4 til 10,1 L/s, mens FEF₅₀ står helt stille på 4,55. Det er Fry og Hyatts effortuafhængighed, og det er også grunden til, at en PEF-måler er et opfølgningsinstrument og ikke et diagnostisk.
• Tag Bilateral stemmebåndsparese, og læs kun tallene: FEV1 99 %, FVC 100 %, ratioen 0,83. Alt normalt. Se derefter på loopets nederste halvdel. Sæt så Forhindringens karakter til variabel intratorakal og Den smalleste diameter i den centrale luftvej til 10 mm — nu er det udåndingsgrenen, der er hugget af i stedet, FEV1 falder til 36 % og ratioen til 0,30.
• Tag KOL med emfysem, GOLD 4 og se på spirogrammet i stedet for på loopet. Kurven er hugget af ved femten sekunder med 0,15 L tilbage i lungen. Den FVC, du måler, afhænger altså af, hvor længe patienten orker at puste, og ratioen ville være blevet lavere, hvis manøvren havde fået lov at fortsætte.
• Slå Absolut lungevolumen fra og til igen, med KOL med emfysem, GOLD 4 og Lungefibrose (IPF) i tur og orden. På spirometeraksen begynder begge i det samme punkt og adskiller sig kun i størrelse. På den absolutte akse ligger emfysemet langt til højre og fibrosen langt til venstre — hyperinflationen bliver noget, man ser, i stedet for noget, man regner ud.
• Tag Fikseret trakealstenose efter intubation, og aflæs flowbegrænset andel: 37 %, mod normallungens 75 %. En central forhindring gør udåndingen effortAFHÆNGIG igen, og det ses med det samme i figuren: de tre kraftspor adskiller sig helt ned til FEF₅₀ (1,90 / 2,53 / 3,10 L/s), hvor de på en rask lunge falder nøjagtigt sammen.