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呼吸力学不应该只有肺,还应包括胸廓——呼吸过程中胸廓的变形
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2022.11.09 江苏

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重点已红色加粗,希望对各位临床工作者有所启发

肋骨在肋头关节处的运动

  肋头关节和肋横突关节形成一对力学相关的滑膜关节(图4-15),它们只有一种运动方式,即围绕通过各关节中心的同一运动轴进行旋转运动

  该运动轴XX',连接肋横突关节中心O'和肋头关节中心O,它作为肋骨的旋转轴,从字面上可理解为是自悬于脊柱点O和O'之间的一根轴线。

  该运动轴相对于矢状面的运动方向决定了肋骨运动的方向。对处于低位的肋骨(左侧,低位)而言,运动轴XX',向靠近矢状面方向移动,使得低位肋骨被抬高,从而使胸廓的横径增加了一个长度t。因此,当肋骨绕着运动轴O'旋转时(图4-16),肋骨侧面则形成一段以O为中心的圆弧运动轨迹:肋骨的倾斜度减小,变得更平直,因此,其最外侧边缘向外移出约一段t长度的距离,t代表胸廓基底横半径的增量

  另一方面,对处于高位肋骨(图4-15,右侧,高位)的运动轴yy'而言,它几乎位于冠状位因此,肋骨被抬高时,能显著增加胸廓的前后径,即增加长度a。实际上,当肋骨前端被抬高h距离时,其运动轨迹可用一段圆弧描述,并且还向前移动了a距离(图4-17).

  因此,肋骨抬高能同时增加下位胸廓的横径和上位胸廓的前后径。在胸廓中部,肋头关节还有一个相对矢状面倾斜约45°的运动轴,由此还能增大胸廓的横径和前后径

呼吸过程中胸廓在矢状面的变形

  假设在呼吸过程中,脊柱维持固定,不发生任何变形,那么我们只需考虑以下这个五边形的形状变化。

该五边形的一边由脊柱构成(图4-20),其余由第1肋、胸骨、第10肋和肋软骨构成。呼吸过程中将发生如下变化:

  • 在肋头关节(O)处,可自由活动的第1肋被抬高(蓝箭头),其前外缘运动轨迹可用一段圆弧AA'表示。

  • 胸骨随第1肋被抬高,从AB升高至A'B'

  • 胸骨在移动过程中,并不保持与自身平行(胸骨非平行移动)。我们已经看到,上胸廓前后径比下胸廓前后径增加得更多:随之,胸骨和垂直平面之间的夹角(a)稍微变小,第1肋和胸骨之间的夹角OA'B'同样变小。胸肋角的减小与肋软骨的扭转紧密相关。

  • 以点Q为旋转中心的第10肋也被抬高,其前端运动轨迹用圆弧CC'描述。

  • 最后,随着第10肋和胸骨都被抬高,第10肋软骨从CB移动到C'B',且几乎保持与自身平行地移动。伴随着该运动过程,夹角C'比夹角C增大了c度,c的度数与第10肋被抬高的度数相同(绿色三角)。同时,第10肋软骨和胸骨之间的角度(C'B'A')稍微增大,导致肋软骨沿其长轴发生进一步扭转运动。每一个肋软骨都会发生类似的扭转运动。这与胸廓的弹性相关。

肋间肌和胸肋肌的运动方式

肋间肌

 图4-21 仅显示脊柱和右侧三肋特征的胸廓后面观,展示了如下3块肌肉:

  • 小的肋提肌(LC)起于横突尖端,止于下一肋上缘。就如它的名字一样,该肌肉的收缩能抬高肋骨。

  • 肋间外肌(E)肌纤维斜向上、内,与肋提肌相平行。因此,它与肋提肌一起抬高肋骨,是参与吸气的肌肉。

  • 肋间内肌(I)斜向上、外行径。它能降低肋骨,是参与呼气的肌肉。

  这些肋间肌的运动方式可以很好地用Hamberger’s图来阐释(图4-22,图4-23):

  • 肋间外肌的运动很容易理解,因为它的纤维方向与平行四边形OO'B1A1的长对角线相同。该四边形由肋骨与脊柱、肋骨与胸骨所形成的关节构成。假设OO'保持不变,当肌肉E收缩时,对角线由此缩短长度r,使得四边形扭曲变形,即使四边形的顶点A1旋转至A2,B1旋转至B2。因此,肋间外肌收缩能抬高肋骨,它被称为吸气肌。

  • 肋间内肌的运动(图4-23)可以以同样的方式理解。但是它的纤维方向与四边形的短对角线平行。同样假设OO’保持不变,当肌肉(I)收缩时,对角线O'A1缩短了长度r',使得A1旋转至A2,B1旋转至B2。因此,肋间内肌收缩使肋骨下降,它被称为呼气肌。

胸肋肌

  对胸肋肌的研究很少,由于它位于胸骨后,因而容易被忽视(图4-24)。所有的胸肋肌位于胸骨深面、它的纤维止于第2-6肋软骨,斜行向下和向内。其5束肌肉的收缩能降低相应肋软骨相对胸骨的位置。我们可以看到(图4-19,第155页〉吸气时肋软骨被抬高,呼气时则下降。因此,胸肋肌可看作是呼气肌

膈及其运动方式

  膈肌是穹窿状的肌肉腱性结构,包围了下胸廓的出口,并将胸腔与腹腔分隔开。

  从侧面观(图4-25),穹窿的后部要比前部低,它的顶点是中心腱(1)。肌纤维束(2)从中心腱开始呈辐射状向外延伸到胸廓出口边缘,连接到肋软骨的深面、第11肋和第12肋末端、肋弓,并通过两个脚连接到椎体上:左侧膈脚(3,见图4-26)和右侧膈脚(4)分别通过内侧弓状韧带(7)跨过腰大肌、外侧弓状韧带(8)跨过腰方肌。

  前面观可以看得更为明显(图4-26),可以同时看到膈肌的凸出部分(膈肌上部)和在膈脚水平的膈肌凹部。膈肌的上开口和下开口分别为食管(6)和主动脉(5)的通道。为了简化、没有显示下腔静脉孔。

  当膈肌收缩时,中心腱下移,从而增大了胸廓的上下径。因此膈肌可以看做是泵里面滑行的活塞。

  然而,中心腱的下降很快由于纵隔和腹脏器官的牵拉而受阻。这时(图4-27),中心腱变成一个固定点(大的白箭头),肌纤维从中心腱边缘开始牵拉(双向白箭头),使得下位肋骨抬高。如果P点固定不变,肋骨围绕O点旋转,肋骨远端的运动轨迹可用一段圆弧AB描述,此时对应肌纤维缩短了长度A'B。因此,通过抬高低位肋骨,膈肌增加了下胸廓的横径,同时在胸骨的辅助下,也抬高了上位肋骨,由此也增加了胸廓的前后径

  因此,膈肌是很重要的呼吸肌,因为它增大了胸腔的3个径线:

  • 通过中心腱下移增大胸腔纵径。

  • 通过抬高下位肋骨增大胸腔横径。

  • 在胸骨的辅助下,通过抬高上位肋骨增大胸腔前后径。

  呃逆是由于膈肌痉挛性、节律性、重复性的收缩造成的。它的病因学不明,可能是由于以下2个原因造成的:

  • 中枢性原因是由于膈神经受到了激惹。

  • 周围性原因是由于膈肌穹窿受到了激惹。

  呃逆通常是暂时性的,过一段时间就会消失。当症状持续存在时,治疗就很困难了。

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