呼吸力学与呼吸功能监测

呼吸力学与呼吸功能监测呼吸力学是以物理学的观点和方法对呼吸运动进行研究的一门学科。在呼吸病学与危重病学中，呼吸力学和呼吸功能监测已广泛应用于疾病的辅助诊断和治疗。尤其是接受机械通气的患者，监测呼吸力学和呼吸功有助于临床医生了解疾病的病理生理过程，判断疾病的严重性、治疗反应，以及能否安全脱机等，以便更合理地进行机械通气。一、呼吸系统的力学特征呼吸力学的内容包括呼吸压力、呼吸阻力、顺应性和时间常数，以下简单介绍呼吸系统的力学特征。（一）、呼吸压力：呼吸肌收缩和舒张产生呼吸运动，导致肺通气，从物理学角度，乃是一系列压力变化的结果。气管压近气道压胸膜压肺泡压1、胸内压：指胸腔内的压力。平静呼吸时胸内压始终低于大气压，有利于周围静脉向心脏回流。临床上常以食道内压估计胸内压。2、肺泡压：指肺泡内的压力。吸气时胸内负压增加，超过肺组织的弹力，使肺泡压成为负压，空气进入肺泡；呼气时胸内压逐渐减少，当低于肺组织弹力时，肺泡压转为正压，高于大气压，肺内气体排出体外。3、气道内压（Paw）气道内压是指气道内的压力。吸气时，肺泡压为负压，气道内压由呼吸道开口向肺泡递减，呼气时则相反，在平静呼气末，气道内压与大气压相等。4、跨肺压肺泡与胸内压之差，是使肺扩张和收缩的力量。5、跨胸壁压胸内压与大气压之差，是扩张和压缩胸壁的力量。6、跨胸廓压肺泡压与大气压之差，是扩张和压缩胸壁的于肺的总压力。（二）、呼吸阻力呼吸运动要克服阻力。按物理特性，阻力可分为黏性阻力、弹性阻力和惯性阻力。按阻力存在部位可分为气道阻力、肺组织阻力和胸廓阻力。1、黏性阻力气体分子之间、气体分子与气道壁之间的摩擦力以及呼吸时组织发生相对位移时的摩擦阻力。来自气道和肺组织，绝大部分来自气道，即通常所说的气道阻力。2、弹性阻力弹性物质在外力作用下变形时，对抗变形和弹性回位的倾向。主要分布于肺组织和可扩张的细支气管，它是顺应性的倒数，弹性阻力越大，顺应性就越小。平静呼吸时，约占总阻力的2/3。吸气时的阻力，呼气时的动力。3、惯性阻力气流在发动、变速、换向时由于气流与组织的惯性所产生的阻止运动的因素。主要分布于大气道和胸廓。气道阻力：临床上阻力的测定主要是为了反映气道阻力。气道阻力是指气体分子之间、气体分子与气道壁之间的摩擦力。为单位流量所需的压力差，即：气道阻力=气道两端压力差/流速。正常值为：1-3cmHO2.s/L,呼气时阻力2-5cmHO2.s/L.“管道特征”R=DPDF气道阻力压力差=流速x管道阻力压力差=流速x阻力dP=QxRR=8L(visc.)pr4气道阻力影响气道阻力的因素：呼吸管道的长度、半径：气道阻力主要来自大气道和中等气道。肺容积：肺实质减少时（如肺气肿），气道阻力增加。气体的密度和黏滞度。支气管管壁受外压。支气管管壁收缩和舒张（如病理因素、药物及交感、副交感神经兴奋等）。气管、支气管腔内阻塞。慢性阻塞性疾病。（三）、顺应性由胸廓和肺组织弹性形成，是表示胸廓和肺扩张的程度的一个指标。指单位压力改变时所引起的容积改变。机械通气时，监测顺应性对于明确急性呼吸衰竭的病因和指导机械通气有重要意义。顺应性=容积的改变（△V）/压力的改变（△P），单位是L/kPa或L/cmHO2。VolumePressureDVDPC=DVDP顺应性C=DVDPR=DPDF顺应性和阻力呼吸系统的顺应性包括：肺顺应性胸壁顺应性总顺应性呼吸系统顺应性公式：肺顺应性（CL）=肺容积的改变（△V）/跨肺压胸壁顺应性（CCW）=肺容积的改（△V）/跨胸壁压总顺应性（CRS）=肺容积的改（△V）/跨胸廓压三者关系：1/总顺应性=1/肺顺应性+1/胸壁顺应性静态顺应性：气流阻断后所测得的顺应性，与呼吸系统的弹性有关。动态顺应性：吸气末气流未阻断所测得的顺应性，与呼吸系统弹性、气道阻力及呼吸频率有关。肺顺应性肺顺应性代表肺的扩张性,它是肺容量改变随肺泡压力改变而变化.CL=△V/△PCL与压力呈负相关,与容量呈正相关.静态CL反映肺组织弹性阻力.动态CL反映肺弹性阻力外另受气道阻力影响.高顺应性低顺应性影响顺应性的因素：肺实质改变ARDS,(支气管)肺炎,肺水肿,纤维化表面活性物质功能障碍ARDS,肺泡肺水肿,肺不张,误吸肺容量减少气胸,膈肌抬高（四）、时间常数时间常数是气体在肺泡内充盈与排空的时间，为呼吸阻力与顺应性的乘积，正常值为0.4s。在一个时间常数内，肺泡可充气至最大容积的63%，2倍时间常数可充盈至95%，3倍可充盈至100%。时间常数反映了肺泡充满和排空气体所需要的时间，是重要的肺力学参数。肺是由大小不等的肺泡组成，各部分肺泡的顺应性和阻力不尽相同，因此各部分肺的时间常数也不一致，这是肺泡通气不均匀的原因之一，也是动态和静态肺顺应性不同的基础。由于肺局部病变的影响，不同肺区的充盈和排空的速度有所不同，充盈和排空速度较快的区域称为快肺区，较慢的区域称为慢肺区。二、机械通气时呼吸力学监测目前一些监测功能较强的呼吸机，能及时反映许多重要呼吸力学参数的变化，不仅可以帮助医生随时了解呼吸功能的变化，而且可以指导机械通气，避免通气引起的肺损伤。（一）、肺容量的监测1．潮气量（tidalvolume，VT）2．补吸气量（inspiratoryreservevolume，IRV）3．补呼气量（expiratoryreservevolume，ERV）4．残气量（residualvolume，RV）5．深吸气量（inspiratorycapacity，IC）6．功能残气量(functionalresidualcapacity,FRC)7.肺活量（vitalcapacity，VC）8．肺总量（total1ungcapaciiy，TLC）9、分钟通气量（minuteventilation，VE，MV）肺容量监测静态肺容量——呼吸功能监测的基本项目1、潮气量指平静呼吸时，每次吸入或呼出的气量，正常人为10ml/Kg，气管插管和气管切开后可减少约150ml。急性呼吸窘迫综合征（ARDS）、肺水肿、肥胖和腹水患者因呼吸浅快而潮气量减少；药物引起呼吸中枢抑制、肺实质病变、重症肌无力和阻塞性肺疾病导致通气不足时，潮气量显著减少；代谢性酸中毒、高通气综合征时，潮气量增加。2、肺活量指最大吸气后呼出的最大气量。正常人为65-75ml/Kg，当低于10-15ml/Kg时，多不能维持自主呼吸，需进行机械通气。3、分钟通气量■指在静息状态下每分钟吸入或呼出的气体总量。VE＝VT×RR正常值：男性约6.6L，女性约5.0L10L/min提示通气过度4L/min则通气不足■VE过小：缺氧和二氧化碳蓄积■VE过大：二氧化碳排除过多、呼吸性碱中毒4、功能残气量指平静呼气后肺内存留的气量。正常人约40ml/Kg。急性呼吸衰竭时功能残气量减少。机械通气时可使用呼气末正压（PEEP）或持续气道正压（CPAP）增加功能残气量。（二）、气道压力监测(airwaypressure，Paw)气道压力在每一呼吸周期内不断变化，监测气道压力在于：①更好地使用机械通气;②评估胸肺弹性回缩力;③估计呼吸肌的力度和患者自主呼吸能力;④评估心、血管承受的压力。1、气道峰压指机械通气时，患者吸气相最大的气道压力。正常值0.90～1.60kpa(9.20～16.30cmH2O)反映气体进入肺内所克服的阻力。气道阻力增加或胸肺弹性回缩力增加可致峰压增高。当气道峰压3.92kpa(40cmH2O)时会造成气压损伤。2、平台压指吸气末屏气时的气道压力，用于克服肺和胸廓的弹性阻力，可代表肺泡压。正常值0.49～1.27kpa(5～13cmH2O)维持一定的吸气末正压，有利肺泡内氧向肺毛细血管内弥散。但吸气末正压过高，将增加肺内血液循环负荷，增加发生气胸的危险。机械通气时，平台压高于30-35cmHO2，发生气压伤的可能性增加。3、呼气末正压(PEEP)：指呼气末在呼吸道保持一定正压。避免肺泡的早期闭合，使一部分因渗出、肺不张等原因失去通气功能的肺泡复张，增加功能残气量，以提高血氧水平。但PEEP过高可使心输出量减少。4、平均气道压单个呼吸周期中气道压的平均值。与影响气道峰压的因素及吸气时间长短有关。近似于平均肺泡压。其大小与对心血管系统的影响直接相关。5、内源性PEEP（PEEPi）指呼气末气体陷闭在肺泡内而产生的正压。主要与呼气阻力增加、呼吸系统顺应性增高、呼气时间不足、呼气气流受限和通气参数设置不当等因素有关。PEEPi可引起气压伤、增加呼吸功、使患者发生人机对抗，影响血流动力学。A至B点反映了吸气开始时所克服的系统内所有阻力.B至C点(气道峰压=PIP)是气体流量打开肺泡时的压力,在C点时呼吸机完成输送的潮气量。C至D点的压差由气管插管的内径所决定,内径越小压差越大D至E点即平台压是肺泡扩张的压力不大于30cmH2OE点是呼气开始,呼气结束气道压力回复到基线压力的水平(三)、气道阻力监测(airwayresistance，Raw)呼吸时气流在气道内流动时所产生的非弹性阻力。机械通气时的气道阻力为患者气道阻力和气管插管、呼吸机管路的阻力之和。当呼吸机内附有流量仪时，即可测得气流流量，从而计算出Raw。正常Raw为0.2～0.3kpa(2～3cmH20)气道和肺泡的阻力气道黏性阻力肺泡弹性阻力层流和湍流阻力决定于气道的长度、内径、分叉和内壁情况,及气体流速的形态.形态呈层流即阻力低.湍流产生漩涡而阻力高.层流↑湍流↑呼吸阻力举例分泌物过多痉挛粘膜水肿分泌物过多花生米→肺气肿肺泡挤压气道阻力测定的意义当气道内分泌物增加、气道痉挛、上呼吸道梗阻(气管导管阻塞等)，以及支气管哮喘发作时Raw异常增高。气道阻力峰值突然增高可能是气胸、气道阻塞的一个有价值的早期指标。在机械通气状态下，如果气道阻力升高，而顺应性下降，说明病变范围己累及到细支气管、肺泡和肺间质，必须积极治疗原发病，解除细支气管痉挛、分泌物堵塞和肺间质水肿。（四）、顺应性监测机械通气时，监测顺应性对于急性呼衰的病因和指导机械通气有重要意义。计算公式：总静态顺应性=潮气量/（平台压-PEEP-内源性PEEP）总动态顺应性=潮气量/（气道峰压-PEEP-内源性PEEP）