機(jī)械通氣與呼吸生理和病理生理.ppt

機(jī)械通氣技術(shù)臨床應(yīng)用學(xué)習(xí)班授課內(nèi)容 機(jī)械通氣與 呼吸生理和病理生理 上海第二醫(yī)科大學(xué)附屬新華醫(yī)院內(nèi)科ICU 宋志芳,主要內(nèi)容提綱,機(jī)械通氣 呼吸生理 病理生理：氧、二氧化碳運(yùn)輸 組織呼吸 缺氧與二氧化碳潴留病理生理,一、機(jī)械通氣（人工呼吸）,定義 分類 特點(diǎn) 與呼吸生理與病理生理之間關(guān)系。,（一）定義,借助人工或機(jī)械作用產(chǎn)生或輔助呼吸功能。,（二）分類,人工呼吸-口對(duì)口、胸腹擠壓、鼻面罩、氣管切開或插管； 機(jī)械呼吸-呼吸機(jī)（鼻面罩、氣管切開或插管）。,（三）特點(diǎn),1、能糾正各種原因引起缺氧與二氧化碳潴留； 2、糾正呼吸功能不全或衰竭能力有限； 3、不能完全替代呼吸功能（毀損肺、巨大腫瘤壓迫肺組織、肺不張、間質(zhì)性肺纖維化等）。,巨大腫瘤壓迫肺組織,毀損肺,間質(zhì)性肺纖維化,（四）與呼吸生理與病理生理 之間關(guān)系,機(jī)械通氣治療有利有弊； 了解呼吸生理與各種疾病時(shí)呼吸病理生理改變特點(diǎn)是合理使用機(jī)械通氣的可靠保障； 最大限度發(fā)揮機(jī)械通氣治療作用； 將機(jī)械通氣治療的不利因素降低至最低限度。,全面掌握呼吸生理與病理生理,對(duì)合理使用機(jī)械通氣 至關(guān)重要,二、呼吸生理,（一）肺容量：靜態(tài)與動(dòng)態(tài)； （二）通氣：通氣量、氣體分布、通氣功能評(píng)價(jià)； （三）血流： （四）肺內(nèi)氣體交換； （五）肺的力學(xué)； （六）呼吸調(diào)節(jié)。,（一）肺容量,1、靜態(tài)：平靜呼吸或不受時(shí)間限制時(shí)肺的容量變化； 2、動(dòng)態(tài)：受時(shí)間限制時(shí)呼吸容量變化（最大程度用力呼吸過程中肺的容量變化）。,1、靜態(tài)肺容量,肺活量 (vital capacity，VC) 殘氣量 (Residual Volume，RV) 肺總量 (total lung capacity，TLC) TLCVCRV。 4個(gè)容量 (volume)：補(bǔ)吸氣量(IRV) 潮氣量（TV） 補(bǔ)呼氣量(ERV) 殘氣量(RV) 4個(gè)總量(capacity)：深吸氣量(IC)、 VC、FRC、TLC (圖2-1-1)。,2、動(dòng)態(tài)肺容量,呼氣流速； 動(dòng)態(tài)肺容量（略） 時(shí)間肺活量(time vital capacity)、用力肺活量(forced vital capacity， FVC)； 2001200mlVC水平的最大呼氣流速(maximal expiratory flow rate， MEFR2001200)； 最大呼氣中段流速(maximal mid-expiratory flow rate，MMEF2575%、MMEF5075%)； 流量-容積(flow-volume，F(xiàn)-V)曲線； 最大吸氣流速(maximal inspiratory flow rate，MIFR)； 呼吸肌力量(Pmus)或強(qiáng)度； 最大吸氣壓力(maximal inspiratory pressure，MIP)和最大呼氣壓力(maximal expiratory pressure，MEP)；,影響呼氣流速的三個(gè)因素,呼氣肌的力量(muscular pressure，Pmus)； 肺的彈性回縮力(elastic recoil pressure，Pel)； 氣道阻力(Airway Resistance，Raw)。,用力與呼氣流速,一般情況下： (圖2-1-2) Pmus與Pel與呼氣流速成正比： 呼氣用力愈大，彈性回縮力愈大，呼氣流速愈快； Raw與呼氣流速成反比： Raw愈高，呼氣流速愈慢。,正常人呼氣流速受限(圖2-1-3),在深吸氣末用力呼氣，以VC水平為橫軸，呼氣流速為縱軸，記錄流速-容量(F-V)曲線； 25%VC以上：用力依賴(effort dependent)； 75%VC以下：非用力依賴(effort independent)； 有肺和胸部疾患時(shí)，這種流速受限會(huì)更加明顯。,用力呼氣流速受限機(jī)制,等壓點(diǎn)(equal pressure point，EPP)學(xué)說,等壓點(diǎn)(EPP)學(xué)說,趨使氣體呼出的驅(qū)動(dòng)壓(driving pressure) =肺泡壓(alveolar pressure，Pal) =Ppl+Pel； 用力呼氣時(shí)：Ppl正壓（20cmH2O），Pel（10cmH2O）， Pal= Ppl+Pel=30cmH2O。 氣道外壓力為Ppl； 呼氣后,氣流速度增加,氣道阻力增加，Ppl不斷被衰減；當(dāng)衰減至某一點(diǎn),此點(diǎn)氣道內(nèi)、外相等時(shí)就被稱為等壓點(diǎn)(EPP)；,等壓點(diǎn)(EPP)形成后,等壓點(diǎn)上端靠近肺泡側(cè)，為上游段(upstream segment，US)， 等壓點(diǎn)下端，靠近口腔側(cè)為下游段(downstream segment，DS)。 上游段氣道內(nèi)壓(Pin)Pout，氣道不會(huì)被壓迫而變窄； 下游段，驅(qū)動(dòng)壓(Pal)衰減，PinPout，氣道不同程度受壓縮； 氣道被動(dòng)態(tài)壓縮，氣道阻力繼續(xù)增加，呼氣流速進(jìn)一步減慢。 繼續(xù)用力，只能增加氣道外壓(Ppl = Pin)，使內(nèi)外壓力差更大，氣道受壓更加明顯，流速受限亦愈明顯，由此即形成了正常人在75%VC以下水平的流速受限。,呼氣用力與等壓點(diǎn)(EPP),一旦氣道動(dòng)態(tài)壓縮形成，呼氣愈用力，氣道壓縮愈明顯： PinPout。,COPD與等壓點(diǎn)(EPP),氣道阻力增加患者：習(xí)慣于慢呼氣； （氣道阻力與氣流速度成正比，氣流速度愈快，阻力愈大，等壓點(diǎn)形成愈早，氣道動(dòng)態(tài)壓縮亦愈明顯，呼氣流速更加受限； 減慢呼氣，能減慢氣流速度，有助于EPP向口腔方向移動(dòng)，使氣道動(dòng)態(tài)壓縮減少，呼氣流速受限可得減輕） 肺氣腫病人： 肺泡彈性回縮力下降，Pal下降，EPP更靠近肺泡側(cè)，氣道動(dòng)態(tài)壓縮同樣增加。 COPD習(xí)慣噘嘴樣呼氣，原因在于通過口腔增加阻力，限制呼氣流速，減少氣道動(dòng)態(tài)壓縮，氣體容易呼出。,（二）肺的通氣,通氣量 氣體分布 通氣功能評(píng)價(jià)。,1、通氣量,分鐘通氣量：靜息、最大分鐘通氣量； 肺泡通氣量：有效通氣量； 死腔通氣量：解剖與肺泡死腔通氣量。 VD/VT 增加，肺泡通氣/血流比率失調(diào)，無效通氣量增加。,2、氣體分布,生理性氣體分布不均：重力與體位； 病理性氣體分布不均：肺不張； 肺水腫； 支氣管阻塞或痙攣,時(shí)間常數(shù)（TC）,時(shí)間常數(shù)(TC) 氣道阻力(R)順應(yīng)性(C),3、通氣功能評(píng)價(jià),(1)限制性通氣功能障礙； (2)阻塞性通氣功能障礙；,(1)限制性通氣功能障礙,肺間質(zhì)性疾患：間質(zhì)性肺炎、肺纖維化、塵肺、肺水腫； 肺占位性病變：肺腫瘤和肺囊腫； 胸膜疾患：氣胸、血胸、胸腔積液、纖維胸； 胸壁疾患：外傷、脊柱后側(cè)突、脊椎炎、神經(jīng)肌肉疾患； 胸腔外疾患：腹膜炎、腹水、妊娠等。,(2)阻塞性通氣功能障礙,上呼吸道阻塞疾患：如咽和喉部的腫瘤、水腫與感染，異物阻塞； 氣管和周圍氣道阻塞疾患：氣管腫瘤、萎縮和狹窄，支氣管炎，支氣管擴(kuò)張、支氣管哮喘，阻塞性肺氣腫。,通氣功能評(píng)價(jià),限制性：肺擴(kuò)張受限-肺活量、深吸氣量和肺總量減少， 殘氣量可正?；蛴捎诜卫w維性收縮而減少； RV/TLC可以正常、增加或減少； 呼吸頻率常增加。 阻塞性：用力呼氣量、最大通氣量減低； RV、FRC和TLC增加； VC早期變化不明顯。,通氣功能評(píng)價(jià),肺功能測(cè)定：肺容量、通氣功能、彌散、力學(xué)； 輕、中、重度通氣功能障礙； 活動(dòng)后氣喘程度：輕- 上三樓氣喘； 中- 上二樓氣喘； 重度-走平路氣喘。,（三）肺的血流,1、肺血管床解剖學(xué)特點(diǎn)； 2、肺循環(huán)壓力； 3、肺循環(huán)阻力； 4、肺血容量； 5、肺血流分布； 6、影響肺循環(huán)因素； 7、肺循環(huán)功能。,1、肺血管床解剖學(xué)特點(diǎn),（1）兩套供血系統(tǒng)： 體循環(huán)：支氣管動(dòng)、靜脈； 肺循環(huán)：供給肺泡進(jìn)行氣體交換。 （2）高容量和可擴(kuò)張性： （3）肺循環(huán)壓力低：僅為體循環(huán)的1/10。,2、肺循環(huán)壓力,肺動(dòng)脈壓（缺氧） 肺靜脈壓（左心功能） 肺毛細(xì)血管壓（左心功能） 肺毛細(xì)血管嵌壓（左心功能）,3、肺血流分布,低壓系統(tǒng)，血流分布受重力、體位、肺泡內(nèi)壓等多種因素的影響。 區(qū)(上區(qū))-肺尖部：PAPaPV，即肺血流的流入壓低于肺泡內(nèi)壓，血管被壓，肺血流量少。 區(qū)(中區(qū))-相當(dāng)于心臟水平的肺組織：PaPAPV。肺動(dòng)脈壓升高，大于肺泡內(nèi)壓和肺靜脈壓，肺血流逐漸增加。 區(qū)(下區(qū))：PaPVPA，肺血流壓力差決定肺血流量。,4、影響肺循環(huán)因素,心臟的收縮和舒張 呼吸：正壓呼吸時(shí)，肺血流量減少；負(fù)壓呼吸時(shí)，肺血容量增加。體位 血管擴(kuò)張藥： 其他：運(yùn)動(dòng)、發(fā)熱、甲狀腺機(jī)能亢進(jìn)、動(dòng)靜脈瘺等均可使肺血流量增高。 肺靜脈壓升高：左心衰竭、二尖瓣狹窄、肺靜脈栓塞、低氧血癥、高碳酸血癥、酸中毒、肺氣腫、肺間質(zhì)纖維化、肺血管血栓栓塞、血液粘滯性增高以及使肺血管痙攣的物質(zhì)如組胺、血管緊張素等，均可使肺血管阻力增高，減少肺血流俊,5、肺循環(huán)功能,呼吸功能與非呼吸功能 呼吸功能：氣體交換； 非呼吸功能： 濾過、代謝、左心貯藏庫（肺循環(huán)壓力低、阻力小，肺毛細(xì)血管床可膨脹性大，左心房壓力稍微改變，即可使肺血容量改變）、細(xì)胞、體液免疫和肺的防御機(jī)制。,（四）肺的換氣功能,1、通氣血流(VA/Q) 2、彌散,1、通氣血流(VA/Q),(1)正常VA/Q：VA/Q 0.8 體位與重力引起差異； （2）VA/Q失調(diào)： 靜脈血摻雜，VA/Q0.8 無效通氣，VA/Q0.8,2、彌散,氧和二氧化碳在肺泡內(nèi)通過呼吸膜進(jìn)行氣體交換的過程。 靠呼吸膜兩側(cè)氣體分壓差造成，是生理?xiàng)l件下的物理現(xiàn)象。,影響彌散的因素,氧和二氧化碳的物理特性： 彌散屏障的厚度和面積； 氣體與血液接觸時(shí)間； VA/Q。,（五）肺的力學(xué),呼吸動(dòng)力 胸和肺順應(yīng)性 氣道阻力 呼吸功,1、呼吸動(dòng)力,呼吸中樞支配下的胸腔體積變化和肺組織的彈性回縮， 構(gòu)成肺泡與大氣壓之間的壓力差，使氣體在吸氣時(shí)進(jìn)入肺內(nèi)，呼氣時(shí)排出。,影響呼吸動(dòng)力因素,呼吸中樞； 胸腔的完整性； 肺組織彈性回縮。,2、胸和肺順應(yīng)性 （動(dòng)態(tài)與靜態(tài)）,容量改變(V) 順應(yīng)性(C) L/cmH2O 壓力改變(P),影響胸和肺順應(yīng)性因素,肺容量； 呼、吸氣相； 肺泡表面張力與表面活性物質(zhì)； 肺組織彈性。,肺泡表面張力與表面活性物質(zhì),Laplace公式： 2T P r P=肺泡內(nèi)縮力，T=表面張力，r=肺泡半徑。,3、氣道阻力 （cmH2O/L/sec ）,定義：?jiǎn)挝涣魉偎枰膲毫Σ睢?一般以每秒鐘內(nèi)通氣量為1L時(shí)的壓力差表示： 氣道通口壓(Pao)肺泡壓(Palv) 氣道阻力(R) cmH2O/L/sec 流 速,氣道阻力分布,大部分位于上呼吸道：鼻、口腔、咽喉和氣管。 周圍呼吸道（直徑2mm），阻力僅占總阻力20%左右。,影響氣道阻力因素,（1）氣流形式和速度； 層流或線流：PK1V 湍流或渦流：PK2V2 混合型：PK1VK2 V2(K1、K2常數(shù)同上) （2）氣道管徑和長(zhǎng)度： 8nl 阻力(n為氣體粘滯度，l為氣道長(zhǎng)度，為管道半徑) r4 （3）氣體物理性質(zhì)：,4、呼吸功,指空氣進(jìn)出呼吸道時(shí)，用以克服肺、胸壁和腹腔內(nèi)臟器的阻力而消耗的能量。 平靜呼吸時(shí)，呼吸肌收縮所做的功基本均用于吸氣時(shí)，而肺的彈性回縮力足以克服呼氣時(shí)空氣與組織的非彈性阻力。,4、呼吸功（WOB） （kg.m/min),物理定律：功力距離； 呼吸功胸腔壓力差肺容量的改變。,增加呼吸功因素,缺氧后過度通氣； 煩躁、抽搐、高熱等。,（六）呼吸調(diào)節(jié),呼吸中樞 大腦皮層 神經(jīng)反射 化學(xué)調(diào)節(jié),二、呼吸病理生理,氧、二氧化碳運(yùn)輸 組織呼吸 缺氧與二氧化碳潴留病理生理。,（一）氧、二氧化碳運(yùn)輸,PO2與PCO2 ：氧輸送(DO2)、CO2運(yùn)輸 方式：氧-物理溶解與Hb結(jié)合； 二氧化碳-物理溶解 與碳酸氫鹽(HCO3)結(jié)合; 與Hb結(jié)合。,影響氧、二氧化碳運(yùn)輸因素,1、空氣含量 2、肺功能：通氣、換氣（包括彌散） 3、血液灌注（循環(huán)狀況） 4、物理溶解度 5、Hb量、性質(zhì) 6、離解曲線特點(diǎn),（二）組織呼吸,呼吸功能重要組成部分。 場(chǎng)所：組織與細(xì)胞水平。 功能：攝入O2與排除CO2。 O2是機(jī)體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝的基本必備條件，CO2是機(jī)體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝的產(chǎn)物。 在組織與細(xì)胞水平攝取O2與排除CO2，是組織呼吸的重要內(nèi)容。,影響組織呼吸因素 （組織灌注、代謝、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定）,組織呼吸機(jī)制復(fù)雜、涉及內(nèi)容與環(huán)節(jié)多： 細(xì)胞形態(tài)與結(jié)構(gòu) 物質(zhì)代謝與生物氧化 各種代謝酶類活性 組織呼吸涉及內(nèi)容均發(fā)生在細(xì)胞水平，人們對(duì)組織呼吸的許多機(jī)制和環(huán)節(jié)了解得十分有限。,氧代謝,氧需求(VO2) ： Fick原則,氧耗量(VO2)可表示為血流量(Q)和流入動(dòng)脈與流出靜脈間的氧含量之差, VO2=(a-v)CaO2Q。 氧供給：?jiǎn)挝粫r(shí)間血流提供給組織氧的量 DO2= CaO2Q。 氧利用率（攝取率）：ERO2 = VO2與DO2之比,氧供依賴與非依賴,cDO2: CriticalDO2, 臨界點(diǎn)：有氧與無氧代謝的分界點(diǎn)。 生理性氧供依賴：VO2隨DO2下降線性降低； 正常狀態(tài)，當(dāng)DO2在一定范圍內(nèi)降低時(shí)，組織通過提高ERO2以滿足氧需要，使VO2不依賴于DO2而保持相對(duì)不變，此現(xiàn)象稱非氧供依賴; 當(dāng)DO2降低到某一cDO2時(shí)，增高的氧攝取功能不能滿足組織需求，出現(xiàn)無氧酵解和產(chǎn)生乳酸，VO2則隨DO2的下降而呈線性降低，這種關(guān)系稱生理性氧供依賴; 病理性氧供依賴: “氧債”-缺氧 休克、ARDS、呼吸衰竭、肺動(dòng)脈高壓、急性肝衰等,cDO2 明顯高于生理時(shí)的cDO2 ，此時(shí)ERO2卻低于生理時(shí)，這種氧供依賴關(guān)系稱病理性氧供依賴。,機(jī)械通氣糾正缺氧,能否糾正組織缺氧？,(三)缺氧與二氧化碳潴留 病理生理,1、缺氧病理生理,（1）中樞 （2）循環(huán) （3）呼吸 （4）血液 （5）代謝,（1）對(duì)中樞系統(tǒng)影響,中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂：初期興奮、判斷力降低，以后轉(zhuǎn)為抑制，反應(yīng)遲鈍、表情淡漠、嗜睡，甚至意識(shí)喪失，昏迷、驚厥等，最后因呼吸，循環(huán)中樞的麻痹而死亡；EEG波振幅降低、頻率加快，少數(shù)可出現(xiàn)波，以后隨缺氧的加重，慢波占優(yōu)勢(shì)，并可出現(xiàn)高振幅的和波。 腦水腫-腦疝。,（2）對(duì)循環(huán)系統(tǒng)影響,心臟： 早期-心率和心律改變； 晚期-組織結(jié)構(gòu)改變（心腔擴(kuò)大或心肌肥厚）； 血管：腦、肺、體、冠狀動(dòng)脈、微循環(huán)等；,（2）對(duì)循環(huán)系統(tǒng)影響,（3）對(duì)呼吸系統(tǒng)影響,呼吸頻率增加 肺通氣量增加,（4）對(duì)血液系統(tǒng)影響,紅細(xì)胞、血紅蛋白增多； 血液粘滯度升高；,（5）對(duì)細(xì)胞代謝影響,無氧酵解增加 乳