small airways是呼吸的潮間帶還是防波堤?－專科醫師陳光裕的部落格

這篇文章的主要內容來自於今年的這一篇由Hogg JC 等人所寫的回顧性的綜合論述。

為什麼要談小氣道small airway呢? 因為，有些臨床上必須利用肺功能判斷出可能的胸腔疾病情況下，郤會遭遇比如吸了支氣管擴張劑之前的第一秒用力呼氣流量FEV1明明就小於80%或更低，但是吸了支氣管擴張劑（post-BD, bronchodilator）之後郤回到了80%以上，而在數字化的標準判斷條件下無法得到符合阻塞性疾病的結論，因而有些胸腔專科的主治醫師只好不情不願的利用pre-BD的數值來診斷，而留下一些心裡os的疑點。這些看似有呼吸道阻塞郤又談不上能夠確定診斷的情形，往往會影響到治療藥物的考慮與選擇，並進而讓接受治療的民眾朋友們感受到因人而異的用藥過重或用藥過輕的差別感。

其實，在大規模的臨床藥物實驗中，也會看到一個有趣的研究實驗結果，就是在使用了藥物治療阻塞性肺疾病如氣喘病（bronchial asthma）或肺阻塞（COPD）一段時間，比如十二週，或是更久的六個月以上，定期追蹤執行肺功能測量的數值平均，都有一開始上升，而後下降的傾向。不但是接受研究的研究組會產生這樣的結果，常常連對照組都有類似的表現。為什麼會這樣子出現肺功能衰退而不能持續維持穩定呢？

版主可以說，這是呼吸構造中small airway部分造成的結果啊！

學我們的柯P先說結論：

因為小氣道在顯著支氣管痙癴（bronchospasm）情形下，肺泡與支氣管間壓力差變小，它緩衝了肺功能【不再更為降低】而維持呼氣氣流；而在治療以後，支氣管痙癴改善時，肺泡與支氣管間壓力差恢復，它所在位置的呼吸道直徑回彈縮小，反而增加了呼吸道的阻力，而讓肺功能被【支撐】著的部分【回到零】，以致於各式各樣中長期使用的氣管擴張劑，FEV1反而是降低了下來。

以下是筆記式的重點，主要的文字在版主製作的以下圖片，都能看得到哦！

當流體的阻力R固定時，流體的移動速率F將與兩端的壓力差(P1-P2)呈正比。
上呼吸道阻力來源較為複雜，必須另行討論。下呼吸道在小氣道以上到聲門以下，可被視為一層流laminar flow系統。
支氣管細分枝到了(平均)第八次分枝時，small airway 小氣道的開展截面積就已經佔了很大比例。因此，如果原本所假設阻力R固定此時已經不能成立！
在阻力變動最劇烈的地方，將會出現流體的移動速率F的差異，而此時此處的兩端的壓力差(P1-P2)與流速則不必然呈正比關係！
小氣道small airway的生理功能影響肺活量的氣流速或是流量，就像是海與陸地交界的潮間帶，緩衝著劇烈的浪濤拍岸，可以維持壓力與流速，或反應　阻力變動下氣體流速的平均變動。
所以在小氣道small airway 談的呼吸生理學，就是【阻力】Ｒ的形成與變異因素！
像是海與陸地交界的潮間帶，郤也像是河川的上游細流，如果沒有植被覆蓋，容易淤積而氾濫成災。
Ｒ反比於r^4。Ｒ正比於黏性。
空氣中的懸浮微粒與吸菸，都可以刺激支氣管分枝到了小氣道Small airways，而形成局部發炎。
肺阻塞裡的表現型phenotype:

慢性支氣管炎chronic bronchitis (CB): 影響R為主
肺氣腫emphysema (Em): 影響C為主
小氣道疾病small airway disease (Sad): 影響R和C (15% to >20%?)

把各個部分的【壓力差】視成一個可以測量的“Elastance”。
把各別的【R】阻力視成一個滙總的“Resistance”。
利用音波物理性質，高頻的穿透力低，低頻的能量低，來探測E 與R 時，較為【遠】端的小氣道阻塞讓高頻音波【過不去】將會發現R 在高頻的地方特別下降時，也就是表示小氣道的阻塞特性。
較為【近】端中大氣道阻塞，高頻音波【可以持續通過】，會發現R 在低頻的地方略為偏低，表示中大氣道的阻塞必須較大能量的音波才能遭遇阻礙。
(1)由於P1-P2壓力差所代表的elastance (E) 在肺阻塞較為偏低，而且
(2)另一個代表反應特性的指標Reactance (X)則在最低頻同時也是最高能量的5Hz出現上升將可以確定診斷肺阻塞COPD。
Reactance (X) 5Hz上升: 表示整體P1-P2壓力差降低，而滙集到了更為集中的呼吸道反應能量上升許多！
FEV1只能清空80% FVC容積量，因此橫膈與主要呼吸肌等如果沒有好好用力，將使得小氣道small airway影響肺功能比例增加。
用力呼氣第一秒鐘時，大多數將符合流量與壓力差正比的關係，因此構成呼氣時人體的構造與　決定瞬間壓力　有關。
所以，在影響平均第八分枝的small airway或是更近的分枝之細的支氣管發炎狀態下，將會構成呼吸道阻力超過20%以上的決定因素！甚至, 用一點氣管擴張劑就可以左右了這部分阻力造成的影響。診斷有無氣喘病的FEV1 bronchodilator(BD) response 的200ml和15%差異，還【小於】它。
因此，避免發炎狀態下用肺功能診斷氣喘病，如果真的要做，一定要看flow-volume curve有沒有出現peak點！【有圖有真相，沒圖等著看】
心輸出cardiac outpu降低, 全身週邊血管阻力必須上升, 才能穩定血壓。
週邊血管阻力上升, 導致淋巴液透出淋巴管, 致使呼吸道內充滿透出液和血球, 影響氣流阻力黏稠度和內徑縮小。傳統上LV ejection fraction (LVEF)降低的左心收縮性心衰竭造成肺水腫原理。若是心輸出量LV ejection fraction沒有降低的heart failure, 現今的名稱則已不是diastolic HF, 而是heart failure (HF) with preserved ejection fraction (HFpEF)！
HFpEF中，左心室舒張期因為matricellular protein累積, 而容積沒有變小情形下，影響的還是隨著心室收縮的壓力上升或下降所引起的高血壓或血壓降低。

take home messages如下：

小氣道small airway，就像是海與陸地交界的潮間帶，可以維持肺泡和支氣管之間壓力與流速平衡，必要時反應出阻力變動時平衡點的移動。
除了傳統肺功能計，還有impulse oscillometry能探索Elastance, Resistance, X (reactance)等資料，並各有判斷small airway disease, interstitial lung disease and COPD的標準。
病患如果沒有能力執行正確的腹式呼吸法，或是臨床上第一時間判斷仍在發炎狀態，small airways將會變成決定呼吸道阻力超過20%以上的因素。
心臟衰竭的人，因為遠端支氣管或小的氣管充滿由血管或淋巴透出液體，影響氣流阻力上升，甚至造成喘鳴。欲確定診斷心肺共病下的肺阻塞，先行確定是否顯著的血壓過度上升或過低；血壓太高時應小心給予控制。

references

Hogg JC, Paré PD, Hackett T-L. The Contribution of Small Airway Obstruction to the Pathogenesis of Chronic Obstructive Pulmonary Disease. Physiol Rev 2017;97: 529–552
Barry A. Borlaug and Walter J. Paulus Heart failure with preserved ejection fraction: pathophysiology, diagnosis, and treatment European Heart Journal 2011;32:670–679 doi:10.1093/eurheartj/ehq426