学生にとって理解が難しい概念は、肺の反跳力と胸壁の反跳力はいかにバランスを取って肺と胸壁システムの緩和圧-容積関係を決定しているかと言うことである。 ほとんどの肺活量では、肺の反動は内側に向いており、一方、胸壁の反動は外側に向いている。 2つの反動力が等しい大きさでありながら反対方向であるとき、肺と胸壁のシステムは動的平衡にある。 これが起こる肺の容積が機能的残存容量(FRC)である。 以下は、この現象を示し、能動的筋吸気と受動的呼気を示すことができる簡単なモデルの説明である。 モデルを少し変えることで、肺線維症や肺気腫による肺反跳の変化の影響も示すことができる。 このモデルはStockert(1、2)が発表した肺換気教材に基づいている。
このモデルは、4本のアルミニウム製実験フレーム棒、3つのクランプホルダー、重い土台、自由に動く温度計クランプ、および4つのゴムバンドで構成されている(図1A)。 組み立てた模型を説明するとき(図1B)、左の縦の棒がバイタル・キャパシティ(VC)0%、真ん中の自由に動く棒が胸壁、右の縦の棒がVC70%を表していることを示す。 次に、肺組織の弾性反動と胸壁の弾性反動をそれぞれ表す2本の輪ゴムを立てる。 輪ゴムを可動式の「胸壁」に取り付け、2本の輪ゴムが反対方向に引っ張られるようにする(図2A)。 胸壁が今置かれている場所は、肺と胸壁の弾性反動が互いに釣り合うFRCである。
吸気を示すために、胸壁棒の下部をより大きな肺容積に向かって(すなわち、右側に、70%VC棒に向かって;図2B)物理的に移動させる。 これを行うのに必要なエネルギーは、吸気時に吸気筋(すなわち、横隔膜と外肋間筋)によって提供されるエネルギーと類似している。 これはまた、肺の弾性反動を表す輪ゴムを伸ばし、胸壁のロッドを引き戻すことになる。 受動呼気を示すには、胸壁ロッドを離すだけで、胸壁はFRCに戻る(図2C)。 この動きを生み出すエネルギーは、肺の弾性反動を表す伸ばしたゴムバンドに蓄えられたエネルギーであり、したがって受動呼気中に筋肉エネルギーは必要ない。 より高度なデモンストレーションでは、肺と胸壁の反動が共に内側に向けられる大きな肺容量(すなわち、>70%VC)への吸気時の反動力、または肺容量がFRCより小さい(すなわち、RVへの)積極的な呼気時の胸壁の反動が減少する肺容量にますます対抗することになる、反動力を示すことができた。 肺の弾性反動を増加させるために2つ目の輪ゴムを追加すると、肺線維症を表すことになる(Fig. 2D)。 この場合、FRCは減少し、肺の弾性反動が増加するため、胸壁の吸気運動を起こすことがより困難になります。 2本の肺反跳ゴムバンドを取り除き、より弾性反跳の少ない1本の大きなゴムバンドに置き換えると肺気腫となる(Fig.2E)。 この場合、FRCと肺のコンプライアンスの両方が上昇し、胸壁の吸気運動が生じやすくなる。 肺の弾性反動を表す輪ゴムを胸壁の棒から外し、0%VCのアルミ棒の上に固定すると気胸を示すことができる(Fig.2F)。 ゴムバンドは内側に反動して肺がつぶれ、胸壁棒は胸壁の反動で外側に移動し、胸部膨張に逆らわないことを示す。 気胸の際、「肺」の「膨張」が維持されることで、肺の最小容積が示される。
このプレゼンテーションは非常に視覚的で、学生にとって理解しにくいテーマを容易に示すことができる。 医学、薬学、医師助手、理学療法課程の学生への講義で使用されている。 ほとんどの学生がこのデモを気に入っているようで、すべてのプログラムの学生から好意的なフィードバックを得ています。
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