张力换能器检测胸腔压力在病理生理学实验中的尝试和应用

杨晓玲 赵迅霞 李桂忠 田珏 杨晓明 杨安宁 马胜超 吴倩倩 姜怡邓

摘 要：目的：探讨病理生理学动物实验中采用张力换能器替代传统U型水检压计记录胸腔压力。方法：利用电子计算机、张力换能器和玛力氏气鼓三者组合检测家兔胸腔压力并比较该装置与传统水检压计的优劣性。结果：张力换能器联合玛力氏气鼓和电子计算机描记胸腔压力在结果呈现、标记、数据反演等方面明显优于传统U型水检压计。结论：张力换能器联合玛力氏气鼓和电子计算机能够更好地描记胸腔压力，可以用于动物实验。

关键词：张力换能器 胸腔压力 病理生理学 实验

在动物身上复制疾病模型是病理生理学研究常用的方法和手段，当前，随着计算机技术的迅速发展和提高，新型的记录手段已经广泛应用于病理生理学的各个实验环节，如利用计算机和张力换能器取代传统的记纹鼓记录动物的体重、用压力换能器取代传统的水检压计记录中心静脉压，这些新的记录手段已经得到了业界广泛的认可。本文利用计算机和张力换能器替代传统的“U型水检压计”记录胸腔压力，用于学生实验，取得了一定的成效。

一、胸腔压力的形成与气胸

机体生长发育过程中，胸廓发育的速度要快于肺脏，使得胸廓的自然容积大于肺的自然容积。而呼吸运动时由于肺和胸廓之间存在密闭的胸膜腔以及肺脏本身的可扩张性导致肺随胸廓的运动而运动。胸膜腔是一个密闭的潜在的腔隙，由两层胸膜组成，包括紧贴于肺脏表面的脏层和紧贴于胸廓内壁的壁层，胸膜腔内没有气体，仅含有少量浆液使两层胸膜紧紧贴在一起，同时减小摩擦，促使肺脏随胸廓的运动而运动。由于两层胸膜的紧贴作用，从胎儿出生后第一次呼吸开始，肺脏就被牵引而始终处于扩张状态。因此，胸膜腔内压受到肺泡扩张的肺内压和使肺泡缩小的肺回缩压这两种相反的力的代数和。在吸气末和呼气末，肺内压与大气压相等，而海平面的大气压值为零，因此，胸腔内压的数值等于负的肺回缩压，这种负压可以帮助肺泡扩张完成吸气过程。吸气时，肺扩张，肺的弹性回缩压增大，胸膜腔负压更负（数值变小），呼气时，肺缩小，肺的弹性回缩压减小，胸膜腔负压也减少（数值增大）。如果胸膜腔破裂，与大气相通，空气将立即进入胸膜腔，形成气胸，两层胸膜彼此分开，肺将因其本身的回缩力而塌陷。气胸一旦形成，胸腔压力逐渐增大，临床上会出现胸痛、呼吸困难、气促、发绀，甚发生休克等严重表现。因此，气胸具有发病急、进展快、死亡率高等风险，复制气胸动物模型能够模拟临床的气胸状态，且伴随胸腔压力的改变，必然伴有呼吸频率和幅度、血压等功能指标的变化。

二、传统描记胸腔内压的手段

水检压计是传统记录胸膜腔压力的常见手段，其原理也是利用了大气和胸膜腔之间的压力差实现的。在吸气相，肺扩张，体积增大，胸膜腔压力减小（负压增大），尤其到吸气末达到峰值;而在呼气相，肺弹性回缩，体积减小，胸膜腔压力增大（负压减小），在呼气末达到最大。水检压计U型管中液面的初始高度

为“0”，胸腔穿刺成功后，伴随呼吸运动，U型管里液体（有颜色便于读数）便随着呼吸运动出现液面的上下波动，这个波动的变化数值就是胸腔压力数值。

三、张力换能器描记胸腔压力

由于胸膜腔和大气之间压力差的存在，我们尝试用张力换能器连接电子计算机辅助以玛力氏气鼓替代传统的水检压计记录胸膜腔压力的变化，其工作原理与水检压计相同，区别在于本装置将呼吸运动的张力大小通过玛力氏气鼓传感给张力换能器，张力换能器再将张力信号传给电子计算机，最后将胸腔压力的变化以图形（曲线）记录出来。

四、两种手段在病理生理学教学实验中的比较

水检压计和张力换能器描记胸腔压力的共同特点是能够即时的反映胸腔压力的变化情况，其不同之处在于水检压计所检测的数据是用人工的方法即用操作者的眼睛进行观察并记录具有一定的主观性，而用张力换能器则是通过计算机将张力信号转化为电信号来记录胸腔压力的变化情况，数据信息读取准确，曲线清晰可见，一目了然，方便记录和分析，相对比较客观。与传统的水检压计相比，张力换能器连接电子计算机辅助以玛力氏气鼓记录胸腔压力具有以下优点：（1）本装置实现了用现代化的技术描记胸腔压力变化，直观、迅速、实时。（2）本装置记录的数据可以储存、回看、随时添加标记、剪辑，实现了胸腔压力与其他指标如血压、呼吸等变化同步化记录，得到的实验数据更加客观、准确，记录的是全程数据，克服了传统水检压计只能记录某一个点、存在一定主观性的缺陷。

如图1所示，我们以家兔为研究对象，先进行气管插管并描记正常呼吸曲线，再穿刺胸膜腔记录胸腔压力，待穿刺成功后记录正常的胸膜腔压力，然后进行胸膜腔注气复制小量闭合性气胸、大量闭合性气胸模型，待家兔各项指标平稳后开胸复制小开放性气胸和大开放性气胸模型，观察不同情况下胸腔压力的动态变化，利用张力换能器在记录胸腔壓力的同时同步记录家兔的血压、呼吸等变化，能客观、真实的反映某一时刻各个指标的变化并分析其内在联系，利于数据的呈现和结果的分析。

五、存在的问题、展望

张力换能器连接电子计算机辅助以玛力氏气鼓记录胸腔压力是一种利用新仪器、设备记录胸腔压力的方法和技术手段，有一定的优越性。但是，在描记过程中，胸腔压力的负值较难直接呈现，我们将在以后的实践中进一步摸索，力求能够更加真实、实时的记录胸腔压力的动态变化，让学生能更直观的认识这一指标，以期提高教学质量。

参考文献

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