呼吸力学（工程学术语）
1. 基本概念及原理
气体分压各组分气体在混合气体总容积中单独存在时所产生的压力，一般记为
气体溶于液体中的气量，与作用在液面上的压力有关，具体关系遵从Henry定律：
c为气体在单位容积液体中的溶解量；
p为气体的压力；
s为溶解系数。
Henry定律只表示气体因为压力而产生的物理溶解量，对于能与液体发生化
学反应的气体则不适用。
Fick弥散定律气体透过生物膜的弥散率，即单位时间通过膜的气体容积，与膜的气体交换
面积、膜两侧有关气体的分压差成正比，与膜的厚度成反比，计算公式如下：
式中：
为弥散率；
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D为弥散系数；A为膜的气体交换面积；
δ为膜的厚度；
人体气道平滑肌（Airway Smooth Muscle，ASM）对周边物理环境的改变非常敏感，异常的力学刺激因素可能会导致气道平滑肌细胞在结构或功能方面发生变化，进而引发气道平滑肌过度收缩等症状。近年来，人们对气道平滑肌的生物力学行为及其在哮喘的病理机制中的作用展开了大量研究，获得了许多重要的发现，主要包括：气道平滑肌收缩和骨架纤维的组织结构、气道平滑肌功能长度范围以及适应性、力学刺激引起的气道平滑肌细胞结构和功能的变化、气道平滑肌紧张度对应变诱导的响应的调控以及细胞骨架软玻态动力学行为等。
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气道重构（Airway Remodeling，AR）所谓重构是一个基质产生与降解的动态过程，主要功能在于对器官创伤的修复，属炎症入侵时的应激反应。气道重构正是由于肺循环损伤而引发的气道内皮细胞以及细胞外基质改变而引起的，常表现为气道平滑肌的过度肥大、基底膜的增厚、上皮细胞的损伤以及基质蛋白的沉积等。气道重构是哮喘的典型特征。
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气道高反应性（Airway Hyperresponsiveness，AHR）气道在刺激因素的作用下，发生极为敏感的过度性收缩，从而导致气道过度狭窄甚至关闭的行为称为气道高反应性。造成气道高反应性的潜在因素很多，例如：气道平滑肌的过度增生、气道重构、气道炎症以及气道神经控制系统紊乱等。目前，气道平滑肌的过度增生被公认为是主要的原因之一。哮喘或COPD的典型症状就是气道高反应性，它可以作为二者疾病发展风险的预警标准。但气道高反应性并不止出现在哮喘或COPD中，流行病学的研究表明气道高反应性也会出现在一些无症状的人群中，尤其是遗传性过敏症人群。
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2. 常用测量参量
1.
潮气量（Tidal Volume
机能余气量
（Functional residual capacity FRC）、余气量
（Residual Capacity RV）平静呼吸时每次吸入或呼出的气量称为潮气量；最大吸入后尽其所能呼出的
气量称为肺活量；在平静呼吸过程中的呼吸终点处，仍然存留在呼吸系统中（包括上、下呼吸道和呼吸区）的气量，称为机能余气量；而当呼气达到最大呼气量的终点仍然残留在呼吸系统中的气量，则称为余气量。
一般来说，健康成年人的潮气量在400～700ml之间，男性一般高于女性；肺活量
2.
用力肺活量（Forced Vital Capacity, FVC）、1秒用力呼气量
（Forced Expiratory Volume in One Second, FEV1)用力肺活量是指尽力最大吸气后，尽力尽快呼气所能呼出的最大气量，数值上略小于没有时间限制条件下测得的肺活量；其中，开始呼气第一秒内呼出的气量称为一秒钟用力呼气量。
3.呼吸系统总阻抗
（Respiratory System Impedance, Zrs）呼吸系统总阻抗Zrs是一个复数量，包含实部和虚部，公式表达如下：
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式中，
临床中最常用的参数就是呼吸系统阻力Rrs，它代表了呼吸道的中央阻抗。强制振荡检测技术正是以此为依据对人体呼吸系统的力学性能进行无创测量，研究结果能够为哮喘、COPD等呼吸类疾病的诊断提供定量的科学依据。
4.跨肺压
（Transpulmonary Pressure
、肺的
顺应性（Lung Compliance）、比顺应性（
Specific Compliance）作用在肺表面与肺内压力的差值称为跨肺压，该值直接影响到肺容积（V）的大小；肺本体在跨肺压的作用下，其变形的难易通常用顺应性（C）来表示，即肺容积的改变量（
单位为L/KPa。不难看出，顺应性的值越高，肺的变形越容易。一般说来，正常生理活动范围内顺应性值约等于；同时为了更为准确、合理的判断肺的静力学性质，引入了比顺应性的概念，即单位肺绝对容积的顺应性值。
5.肺泡表面张力
（Alveolar Surface Tension）、肺表面活性物质（Pulmonary surfactant）肺泡表面张力是指在肺泡上皮内表面分布的极薄的液体层与肺泡内气体形成的气-液两相界面上，由于液体界面的分子密度较大，导致液体分子间的吸引力大于液-气分子间的吸引力，因而产生的使液体表面具有收缩倾向的力。肺泡表面张力使肺泡趋向回缩，是肺回缩的主要动力。为了使肺泡处于平衡状态，需要输入一定的气压（P），以平衡肺泡的表面张力（T）与肺泡内的气压（
3. 常用的检测方法
1. 阻塞性肺功能检测法临床上常以1秒用力肺活量与用力肺活量的比值，即（FEV
具体分级情况如下：
阻塞性肺功能级别 |
| 治疗方案 |
| 正常 |
| 无 |
| I |
| 按需使用短效支气管舒张剂 |
| II |
| 规律应用一种或多种长效支气管舒张剂 |
| III |
| 反复急性发作，可吸入糖皮质激素 |
| IV |
| 如有呼吸衰竭，长期氧疗，可考虑外科治疗 |
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强迫振荡呼吸检测技术主要通过测量受试者呼吸系统的阻抗来进行呼吸道疾病的检测，如慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD)、哮喘(Asthma)等。该技术首先是通过振荡发生器产生一个特定频率和振幅的压力波，压力波施加于受试者的口腔并叠加在呼吸气流之上，随气流进入人体的气道和肺组织，通过测量经气道和肺组织吸收并折射的压强和流速，计算振荡波压力和流量傅立叶变换的商即可获得呼吸系统的总阻抗。由于FOT提供了一种无创的技术，且无需被测试者的主动配合，因此FOT不仅适用于健康的成年人，而且特别适合于儿童、年老体弱者以及植物人等行动不便人群。
3. 光学相干断层扫描技术（Optical Coherence Tomography，OCT）
光学相干断层扫描技术是利用弱相干光干涉仪的基本原理，检测生物组织不同深度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号，通过扫描，可得到生物组织二维或三维的结构图像。利用该技术可进行活体组织显微镜结构的非接触式、非侵入性断层成像。
随着近年来呼吸道疾病频发，传统检测手段已满足不了快速、实时检测的需求。OCT利用“相干门检测”的原理可对生物组织进行快速成像，同时结合硬质气管镜，可以为哮喘、COPD、肺癌等疾病的检测提供实时、无损、高分辨率的检方法。
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4. 病理与疾病的关系1.
哮喘
哮喘作为一种慢性的呼吸道疾病正日益成为危害人类健康的重大问题。在西方发达国家，哮喘病的发病率已高达总人口的
2.慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD）
慢性阻塞性肺疾病是以气流受限为特征的，临床上，患者气道内的气流受限不完全可逆且呈进行性发展。气道重构是慢性阻塞性肺疾病的重要病理特点之一。
3.鼾症力学（Mechanics of
SleepApnea Syndrome）及阻塞性睡眠呼吸暂停综合征（Obstructive Sleep Apnea Syndrome，OSAS）
鼾症，学名阻塞性睡眠呼吸暂停综合征（Obstructive Sleep Apnea Syndrome，OSAS）。上气道组织增生塌陷形成的咽腔狭窄是造成咽腔呼吸气流阻塞的一个重要原因，研究鼾症发生、发展过程中的力学机制及采用力学手段防治鼾症具有重要的意义。鼾症力学正是应用力学的原理和方法研究在鼾症发生中人体上气道结构和力学特性的变化及其防治的方法。具体主要研究：上气道的解剖结构、气流动力学、通过实验和数值模拟得到上呼吸道中气流分布形式的定量描述、鼾症的治疗、医疗器械的优化以及个体化设计等。
