胸腔积液造成呼吸困难的生理学特点
在健康情况下，FRC位时的胸腔内压力由肺和胸壁弹性回缩力的平衡决定，通常是低于大气压（-3～-5cmH2O）。在人为制造胸腔积液的机械通气猪模型中，往积液最深处PPL逐渐增加。然而，PPL在胸腔积液患者中是高度可变的，可以增加也可以减少。在一项对52名胸腔积液患者的研究中，Light等人发现PPL在-21～8厘米水柱之间。这种差异可以用不同患者不同肺部病理状况来解释。PPL可以降低（<-5cmH2O），特别是在陷闭肺的患者。
胸腔穿刺引流术降低了PPL，PPL下降与引流量之比定义为胸腔弹性阻力（随着胸腔穿刺引流量增加时胸腔压力的改变）。在胸腔穿刺引流术后，PPL通常在引流的最初和最后阶段下降最快。胸腔穿刺引流术后PPL下降幅度和胸腔弹性阻力是高度可变的。胸腔穿刺术前PPL和胸腔弹性阻力的不同具有诊断和预后价值，有三种类型。第一种：在肺弹性回缩正常、气道通畅和脏层胸膜也正常的胸腔积液患者中，PPL升高，胸腔弹性阻力下降。第二种：PPL降低，胸腔弹性阻力增高（>25cmH2O/l），常见于陷闭肺（如恶性肿瘤）的患者，并与胸膜固定术失败相关。第三种：由于气道阻塞、肺弹性回缩增加或胸腔炎症导致肺不张，其中PPL通常比正常高，胸腔弹性阻力也增加。
在一项研究中（n=26），基线PPL较高（胸腔穿刺引流术后PPL减少较小）与胸腔穿刺引流术后肺活量增加较大有关，但在另一项研究（20例机械通气患者）中，胸腔穿刺引流术后呼气末肺容积增加较少。在26名接受机械通气的慢性心力衰竭胸腔积液患者中，胸腔穿刺引流术后胸腔弹性阻力低的患者气体交换改善最大。Light等人提出胸腔穿刺引流术后PPL低于-20cmH2O时扩张性肺水肿的可能性较高，但这一点尚未被其他研究证实。
PPL和胸腔弹性阻力的改变是否与呼吸困难的改变相关尚不清楚。
心血管功能
少量或中度积液及其引流一般不会引起严重的血流动力学变化。即使在机械通气的患者中，引流也不会显著改变血压、心输出量（CO）或儿茶酚胺用量。关于胸腔积液对心血管功能影响的详细描述超出了本文讨论的范围。
大量积液通常不会减少静息状态下的CO，但会限制运动时CO的上升。犬双侧胸腔注入生理盐水至40ml/kg时，肺动脉阻断压和中心静脉压随胸腔积液的增加而增加。直到更大容量（40～80ml/kg）的生理盐水注入，CO才显著下降并导致许多动物死亡。犬双侧胸腔大量积液相关的血流动力学变化与心包填塞相似：心包内压升高，心脏充盈和每搏量受损，右心室舒张期塌陷。心室舒张期塌陷也可以见到单侧胸腔大量积液的患者，但在胸腔穿刺引流后会很快恢复正常。
运动
胸腔积液患者在劳累时呼吸困难最为突出。只有两项研究调查了胸腔积液和胸腔穿刺术对运动能力的影响。这两项研究都表明胸腔积液患者的基线运动能力受损，并能从胸腔穿刺引流术中获益。
一项研究（n=25）采用6MWT，发现平均基线距离为432±78m（为预测值的73%）。另一组（n=15）采用递增心肺运动试验，显示平均每分钟最大耗氧量（VO2max）仅为预测值的37%。
穿刺引流（1.56±0.70L）术后6MWT距离提高15%（63m）。这种改善与通气量的增加有关，但与引流的液体量无关。即使氧合没有改善呼吸困难已有明显的改善（Borg评分休息时从2.7分下降到1.5分、运动后从5.1分下降到2.4分）。
在使用心肺运动试验的研究中，治疗性胸腔穿刺术（平均引流1.6 L）后运动耐量、最大负荷和最大摄氧量的改善是不同的。胸腔穿刺后VO2max的变化与FEV1（r=0.58）、用力肺活量（r=0.61）和最大脉氧（r=0.78）的变化相关，但没有发现与引流的液体量相关。
睡眠
只有一项发表的研究调查了胸腔积液对睡眠的影响，发现使用匹兹堡睡眠质量指数和过夜睡眠研究平时胸腔积液较多的患者（n=19），发现其睡眠质量和睡眠效率较差。
胸腔穿刺引流术改善了总睡眠时间、睡眠效率（从76%到81%）和快动眼睡眠，并降低了阶段1睡眠和Borg评分（从2.3到0.8）。胸腔积液引流量（平均1.6L）与睡眠或呼吸困难评分的改善无关。
渗出性呼吸困难中的膈肌
胸腔积液引起的呼吸困难可能是多因素的。在评估胸腔积液患者时，必须考虑胸腔外疾病对呼吸困难的影响。
如前所述，胸腔扩张（图2）比肺容积缩小更能容纳胸腔积液。胸腔更大的顺应性减少了积液对肺力学和气体交换的影响。相当大比例的胸廓扩张发生在垂直维度上。在直立时，这将导致一侧膈肌变形，导致膈肌圆顶向下移位（图3），并使膈肌长度和膈肌与肋骨的对位面积减少。中度或大量的积液通常会导致膈肌变平（图4和5）甚至倒置形成凹面（图6），这与严重的呼吸困难有关。这些变化可能会降低隔肌的效果和效率。缩短的膈肌产生张力的能力下降，需要更高的神经激活才能产生相当的张力，并在将张力转换为跨膈压方面效果较差。较小的对位面积降低了吸气扩张胸腔时腹压增加的能力。单侧胸腔积液时一侧膈肌矛盾运动是一侧膈肌在大量胸腔积液时膈肌有效性降低的有力证据。胸腔积液对膈肌的这些影响很可能导致膈神经驱动的通气量减少（“神经机械解耦联”）。大量证据表明，这种神经机械解耦联产生从整个呼吸系统内（肌肉、胸壁、气道和肺实质）机械感受器到感觉运动皮层的传入神经冲动，导致呼吸困难的感觉。
由于上文所讨论的原因，大量胸腔积液引起的一侧膈肌功能受损也可能导致“钟摆样呼吸”，即在吸气过程中，膈肌的反常运动允许空气从异常的一侧胸腔流向正常的一侧胸腔。这将进一步损害通气效率，并可能导致呼吸困难。只有仰卧或排出液体后，钟摆样呼吸引起的呼吸困难才能缓解。
胸腔穿刺引流术通常能立即显著改善呼吸困难和运动耐力，这不能用肺通气能力、气体交换或机械性能的改善来解释。胸腔穿刺引流术很可能会立即将呼吸肌，特别是膈肌恢复到更正常的长度和形状（图4-6）。这种神经机械耦联的即时改善可能是相应症状立即改善的基础。这可能解释了为什么有膈肌矛盾运动的患者比那些没有的患者呼吸困难多得多（Borg得分分别为5.1比2.9），并且在胸腔穿刺引流术后更有可能改善他们的呼吸困难和运动能力。