早产肺的物理学:为什么机械通气会损害早产儿肺

在德国，大约10%的孩子在怀孕37周之前出生，因此被认为是早产。由于肺部发育不全，许多早产儿需要帮助呼吸。然而，临床实践表明，机械通气会对肺部造成不可逆的损伤，尽管确切的原因尚不清楚。在一项跨学科研究中，莱比锡大学的物理学家和内科医生现在已经证明，机械通气引起的肺组织压力增加，即使有少量空气，也会造成组织过度拉伸的风险，并在气体交换过程中破坏细胞功能。

他们刚刚在杂志上发表了他们的研究结果生物工程与生物技术前沿“，．在正常呼吸时，隔膜随着每次呼吸下降到肺的下方。这会导致肺部在胸腔内扩张，产生负压也就是肺部的真空。为了补偿这种负压，空气会自动流入肺部，人就会吸气。机械通气是通过管子将空气抽入肺部。肺部会因为这种正压而扩张。

“我们假设这种正压力会导致轻微的压缩肺组织而在正常呼吸时，肺是被外部‘拉’来扩张的，”物理学家Mareike Zink教授解释道跨学科研究她和来自医学院新生儿科研究实验室的同事曼迪·劳布博士一起研究过早肺的物理学。

“在我们的实验中，我们研究了拉伸和压缩应力下的胎儿肺组织，以探索早产儿肺组织力学的差异，”Mareike Zink报道。实验表明，肺组织在张力下完全有弹性地变形，就像正常呼吸时发生的那样。然而，当受到压力时，就像机械通气时一样，观察到肺的粘弹性变形。这意味着，虽然组织变形后恢复到原来的状态，在分子水平上在美国，已经有一些结构变化表明不可逆的组织损伤。

“此外，我们的研究结果表明，肺细胞的功能在压力下受损。即使是在机械通气中常见的低压，也会导致细胞表面的结构单元(例如，在分子和水的运输中很重要)不再能够发挥其功能，”Mandy Laube解释说。

两位科学家得出以下结论:对于一些早产儿来说，机械通气是确保生存的唯一治疗方法。然而，与成人相比，由于早产肺的机械性能改变，存在并发症的风险。因此，未来的治疗策略应考虑物理力对组织和细胞的影响，并限制肺部压力的增加，以最大限度地减少损伤的风险。

“因为在通风的COVID-19患者中也观察到机械通风可能会导致进一步的肺损伤，我们假设受损的肺也会更容易被正压过度拉伸，并且肺细胞功能在压力增加时更快地停止或改变，”Mareike Zink总结道。

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