床旁呼吸力学监测及其在机械通气中的应用--詹-庆-元

床旁呼吸力学监测及其在机械通气中的应用首都医科大学附属北京朝阳医院北京呼吸疾病研究所詹庆元呼吸力学的概念(respiratorymechanics或lungmechanics)——以物理力学的观点和方法对呼吸运动进行研究的一门学科——以压力、容积和流速的相互关系解释呼吸运动现象•动态呼吸力学研究压力与流速的相互关系•静态呼吸力学研究压力与容积的相互关系学习呼吸力学的意义•呼吸生理是机械通气的灵魂•呼吸力学是呼吸生理的灵魂1．加深对呼吸生理和病理生理的认识2．合理运用机械通气的基础3．研究新型通气模式的需要4.研制呼吸监护仪和治疗仪的需要呼吸力学的学习方法•认识到呼吸力学的重要性•不要有畏难情绪•注重基本概念和理论•注重在机械通气实践中应用和提高呼吸系统的力学特性•弹性(elastic)：弹性阻力（elastance）•粘性(resistive)：粘性阻力（resistance）•惯性(inertial)：惯性阻力阻力可存在于呼吸系统的各个部位：气道阻力，肺组织阻力，胸廓阻力气道阻力（Raw）概念：气体在气道内流动所产生的磨擦力Raw＝8ηl/(πr4)具有容积和流速依赖性吸气阻力和呼气阻力弹性阻力与顺应性顺应性：C＝ΔV/ΔP除与呼吸系弹性有关外，还与肺容积有关•静态顺应性（Cst）与呼吸系弹性有关•动态顺应性（Cdyn）与呼吸系弹性和气道阻力及呼吸频率有关气管插管对阻力的影响肺过度充气(pulmonaryhyperinflation)•静息平衡位（restingequilibriumposition）•功能残气量（functionalresidualcapacity，FRC）•肺过度充气：呼气末肺容积（EELV）超过FRC•分类：–静态肺过度充气：恒定外力作用，如PEEP（staticpulmonaryhyperinflation，SPH）–动态肺过度充气：呼气不完全（dynamicpulmonaryhyperinflation，DPH）呼吸系统容积与呼吸系统压力变化FRCPalv=0PEEPPEEPiΔVdynΔVstTotalPEEP时间常数（τ）•对任一呼吸系统，其容积变化(∆V)与压力变化(∆P)呈指数函数的关系，其函数特征可以用时间常数τ来表示：τ＝RC或VT/F•正常为0.4秒•决定气体在肺内的分布和排空速度遵循指数函数规律的变化过程：–肌松状态下压力控制通气（PCV）时的吸气压力变化–肌松状态下任何模式下的呼气压力的变化–自主呼吸状态下被动呼气时的压力变化肺区的概念•快肺区：气道阻力小，肺弹性差–气体分布和排空快•慢肺区：气道阻力大，肺弹性好–气体分布和排空慢基本参数的测量基础•原始参数•计算公式•计算模型呼吸力学监测的三要素•压力（pressure，Ｐ）气体，液体，电－机械压力传感器•流速（flow，Ｆ）压力式流速仪：伯努利方程F＝ΔP/R＝（ΔPπr4）/(8ηl)非压力式流速仪：热金属丝（hotwire）型Fleisch流量传感器容积（volume）•肺量计•计算流量对时间的积分•呼吸电抗体描法（RIP）•单向阀•强迫振荡法（FOT）•气体稀释法运动方程（equationofmotion）P＝F×R+VT/Crs＋I×dV/dt+PEEPi——P为驱动压力，PEEPi为内源性呼气末正压，VT为潮气量，Crs为呼吸顺应性，R为粘滞阻力，F为流速，I为惯性阻力，dV/dt为加速度运动方程是整个呼吸力学监测的基础！呼吸力学研究的机械模型（lungmodel）1.线性单室模型反映了整个呼吸系统“平均”的呼吸力学状况适合于健康人和限制性肺疾病不适合严重的COPD、ARDS和主支气管狭窄2.线性双室模型适用于COPD、ARDS、单侧肺和主支气管狭窄等3.非线性单室模型适用于ARDS和肺纤维化容积控制通气的呼吸力学曲线不同部位压力波形气道峰压（PD）的影响因素•吸气流速•气道阻力•潮气量•胸肺顺应性•呼气末正压（PEEP）•内源性呼气末正压（PEEPi）平台压（PS）的影响因素•潮气量•胸肺顺应性•PEEP•内源性呼气末正压（PEEPi）•流速或气道阻力对气道峰压产生影响，但对平台压无影响•顺应性的变化对气道峰压和平台压都产生相同影响虚点面积在特定的时间间隔上所计算的压力相加求其均数即平均气道压平均气道压(Pmean)•数个周期中气道压的平均值•与影响PD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内源性呼气末正压（PEEPi）•概念在肺的弹性回缩下导致呼气末肺泡内呈正压，称为PEEPi。PEEPi的存在说明呼气末肺容积未能回到正常FRC状态，即存在动态肺过度充气（DPH）。PEEPi产生的机制—等压点学说PEEPi的影响因素◆呼气阻力增加◆呼吸系统顺应性增高◆通气量过大◆呼气时间不足◆呼气气流受限◆呼气肌的作用PEEPi的类型•不伴有肺过度充气的PEEPi•伴有肺过度充气但无气流受限的PEEPi•伴有肺过度充气和气流受限的PEEPiPEEPi的临床意义◆增加呼吸功◆增加肺损伤的危险性◆对循环系统的影响◆对肺通气的影响：导致呼吸肌疲劳，肺泡通气量降低◆对气体交换的影响：通气的不均衡分布◆对临床所测呼吸系统顺应性的影响PEEPi的监测方法:间接观察①胸围增大；②患者呼吸费力；③心血管功能恶化；④呼气末有持续呼气气流，呼气的最后部分突然被吸气中断；⑤压力控制通气时潮气量或每分通气量下降；⑥不能用呼吸系统顺应性下降解释的平台压升高；⑦容量控制通气时气道压力升高。PEEPi对气道压的影响PEEPi的监测方法:直接测量◆呼气末气道阻断法◆同步记录气道口压力与流速法◆食道球囊法◆间断气道阻断法◆Mueller动作法呼气末阻断法测定PEEPiPEEPi阻断食道球囊法测定PEEPiFlowVolPawPesPEEPi的临床应用降低PEEPi：COPD，哮喘延长呼气时间降低气道阻力减少分钟通气量消除呼气肌的作用增加PEEPi：ARDS，肺间质纤维化呼气末正压（PEEP）PEEP与CPAP的概念PEEP的生理学效应COPD：减少呼吸功ARDS：使萎陷肺泡复张，减少分流，改善顺应性和V/Q比值支气管哮喘：有争议胸内压（Ppl）/食道压（Pes）•胸内压与食道压的关系–食道内压能较好地反映胸内压–绝对值有一定的差别–两者的变化幅度和趋势一致•测量方法：食道球囊法影响食道压测定的因素•影响胸内压的因素：重力作用——要求测量部位与体位前后一置•食道测压管因素：气囊的构造和大小，导管的构造和大小，充气量，气囊位置•压力传导介质•呼气肌用力：可使胸内压增加•食道变形：体位变化时可使食道变形•食道肌肉收缩：表现为ΔPes/ΔPpl↓•心脏跳动食道球囊位置的判断食道压测定的临床应用反映胸内压反映自主呼吸努力对肺动脉嵌顿压（PCWP）的影响计算跨膈压有关压差的概念流速吸气峰流速（PIFR）呼气峰流速（PEFR）平均吸气流速（VT/TI）流速波形FH容积控制通气中的吸气流速波形容积1．VT，VC，FEV1.02．分钟通气量（VE）3．补呼气容积（ERV）4．功能残气量（FRC）5．呼气末肺容积（EELV）阻力和顺应性的测定方法：阻断法•吸气末阻断法•呼气末阻断法计算公式•顺应性•总静态顺应性（Cst）=VT/(Ps-PEEP-PEEPi)•肺静态顺应性（Clst）=VT/(Ps-Ppl-PEEP-PEEPi)•总动态顺应性（Cdyn）=VT/(PD-PEEP－PEEPi)•胸壁顺应性＝总顺应性－肺顺应性•有效顺应性（Ceff）＝VT/PD气道吸气阻力•Raw,max=(PD-Ps)/F•Raw,min=(PD-P1)/F传统方法的局限性•需完全消除自主呼吸的影响•测量的数据不能完全等同和应用于自主呼吸•难以获得判断自主呼吸活动的指标•流速恒定阻力和顺应性的其他测定方法•最小平方匹配法（LSF）•强迫振荡法（FOT）优点：–可用于被动呼吸和自主呼吸–宜于持续监测时间常数的测定•经典方法：通过测定呼吸系统的阻力和顺应性直接计算•存在的问题：–适用于单室模型，对于COPD，不同肺区具有不同的时间常数，并且由于气道塌陷，吸气相和呼气相的呼吸力学是不同的。通常吸气相的时间常数低于呼气相。–未将呼吸机管路的阻力计算在内，往往低估了实际的时间常数。–不能对每一次的呼吸周期进行持续监测。其他简化方法•TC＝VT/PEFR该方法适用于线性单室模型，不存在动态肺充气，且肌肉放松时•TC75％VT＝VT75％/PEFR75％呼吸功（WOB）•总呼吸功（Wtot）：病人和呼吸机所做的功之和•病人呼吸功（Wpat）:在自主呼吸中测得的病人所做的功•呼吸机呼吸功（Wven）：机械通气时呼吸机所做的功•附加功（Wimp）：克服呼吸机管路和气管插管所做的功•生理功（Wphy）：克服呼吸系统阻力所做的功•弹性呼吸功（Wela）：克服呼吸系统弹性阻力所做的功•粘性阻力呼吸功（Wres）：克服呼吸道粘滞阻力所做的功Wtot＝Wpat＋Wven＝Wimp＋Wphy呼吸功的组成呼吸功的测定方法计算公式•WOB=Pdv，为压力－容积曲线下的面积•WOBp=(PEE－POES)dV+2*CCW/VT其中PEE为呼气末食道压，POES为每一次呼吸开始的食道压，CCW为胸壁顺应性（假定为0.2L/cmH2O）呼吸功的图解法影响呼吸功测定的因素•食道压的准确性•胸壁顺应性：呼吸肌必须放松•肺气容积和气道口测定容积的不一致性•胸腹部的变形：如腹胀和人机对抗时，呼吸肌未完全放松•其他未考虑的呼吸功的组成部分呼吸功的单位•J/min：每一次呼吸的呼吸功×呼吸频率正常值为3.9J/min•J/L：(J/min)/MV，个体越大，其值越大，并与呼吸阻力成正相关，便于个体间比较。正常值为0.47J/L监测呼吸功的意义•选择通气模式•调节呼吸支持水平•指导撤机：0.75J/L脱机多能成功•评价呼吸机管路对呼吸功的影响•定量评价人机协调性压力－时间乘积（PTP）•概念PTP＝肌肉收缩时间×肌肉产生的压力变化真实地反映了呼吸肌的努力，与呼吸氧耗的相关性比呼吸功更好。•计算方法：通过食道压曲线进行计算PTP＝{（POEE-PES）+（Vol/CCW）}dt/tmin呼吸中枢驱动力影响呼吸中枢驱动力的因素–呼吸前负荷–呼吸后负荷–呼吸肌的功能状态吸气0.1秒末闭合气道压（P0.1）测定方法：FRC位阻断气道0.1秒•无流速变化•无容积变化•与呼吸阻力无关P0.1仅反映呼吸中枢的驱动作用P0.1的临床应用•监测呼吸中枢的化学感受反应•调节PSV的压力支持水平•指导撤机影响P0.1测定的因素•呼气末肺容积：•气道塌陷:使气道压力的变化在相当的程度上滞后于食道压的变化，使实测压力明显低于实际值。•胸壁变形：使呼气末肺容积发生改变•呼气肌用力：使呼气末肺容积低于FRC•驱动压力波形：压力－流速时相滞后呼吸中枢驱动力•平均吸气流速（VT/TI）–与PCO2水平直接相关，重复性好–过低估计呼吸中枢驱动水平•呼吸肌肌电图（EMG）–所有呼吸肌肌电的综合反映–受附近肌肉肌电的影响大，个体间可比性差呼吸肌肌力•肺活量（VC）•最大吸气压（MIP）反映所有呼吸肌肌力的总和•跨膈压（Pdi）=Ppl-Pab=Peso-Pga反映膈肌肌力呼吸肌耐力——指呼吸肌维持一定的力量或作功时对疲劳的耐受性。耐力比力量更重要。•MV/MMV•膈肌张力－时间指数（TTdi）TTdi=Pdi/Pdimax*Ti/Ttot•EMG高频波/低频波，表明呼吸肌耐力•呼吸浅快指数（f/VT）呼吸力学曲线（环）推算指标：顺应性、呼吸功气流受限和肺过度充气的判断确定潮气量和最佳PEEP判断触发灵敏度是否合适人－机协调的监测气道分泌物过多的判断支扩药物效果的判断呼吸机管道系统密闭性的判断压力－容积环（P-V环）静态P－V环动态P－V环大注射器法描记P-V曲线呼吸机法描记P-V曲线低流速法描记P-V曲线临床应用•调节PEEP：Pinflex+2～3cmH2O•计算呼吸系统