床旁呼吸力學(xué)監(jiān)測及其在機械通氣中的應(yīng)用

呼吸力學(xué)的概念

(respiratorymechanics或lungmechanics)

——以物理力學(xué)的觀點和方法對呼吸運動進行研究的一門學(xué)科——以壓力、容積和流速的相互關(guān)系解釋呼吸運動現(xiàn)象第一頁，共109頁。動態(tài)呼吸力學(xué)研究壓力與流速的相互關(guān)系靜態(tài)呼吸力學(xué)研究壓力與容積的相互關(guān)系第二頁，共109頁。學(xué)習(xí)呼吸力學(xué)的意義呼吸生理是機械通氣的靈魂呼吸力學(xué)是呼吸生理的靈魂1．加深對呼吸生理和病理生理的認(rèn)識2．合理運用機械通氣的基礎(chǔ)3．研究新型通氣模式的需要4.研制呼吸監(jiān)護儀和治療儀的需要第三頁，共109頁。呼吸力學(xué)的學(xué)習(xí)方法認(rèn)識到呼吸力學(xué)的重要性不要有畏難情緒注重基本概念和理論注重在機械通氣實踐中應(yīng)用和提高第四頁，共109頁。呼吸系統(tǒng)的力學(xué)特性彈性(elastic)：彈性阻力（elastance）粘性(resistive)：粘性阻力（resistance）慣性(inertial)：慣性阻力阻力可存在于呼吸系統(tǒng)的各個部位：氣道阻力，肺組織阻力，胸廓阻力第五頁，共109頁。

氣道阻力（Raw）

概念：氣體在氣道內(nèi)流動所產(chǎn)生的磨擦力

Raw＝8ηl/(πr4)具有容積和流速依賴性吸氣阻力和呼氣阻力第六頁，共109頁。彈性阻力與順應(yīng)性

順應(yīng)性：C＝ΔV/ΔP

除與呼吸系彈性有關(guān)外，還與肺容積有關(guān)靜態(tài)順應(yīng)性（Cst）與呼吸系彈性有關(guān)動態(tài)順應(yīng)性（Cdyn）與呼吸系彈性和氣道阻力及呼吸頻率有關(guān)第七頁，共109頁。氣管插管對阻力的影響第八頁，共109頁。肺過度充氣

(pulmonaryhyperinflation)靜息平衡位（restingequilibriumposition）功能殘氣量（functionalresidualcapacity，F(xiàn)RC）肺過度充氣：呼氣末肺容積（EELV）超過FRC分類：靜態(tài)肺過度充氣：恒定外力作用，如PEEP（staticpulmonaryhyperinflation，SPH）動態(tài)肺過度充氣：呼氣不完全（dynamicpulmonaryhyperinflation，DPH）第九頁，共109頁。呼吸系統(tǒng)容積與呼吸系統(tǒng)壓力變化FRCPalv=0PEEPPEEPiΔVdynΔVstTotalPEEP第十頁，共109頁。時間常數(shù)（τ）對任一呼吸系統(tǒng)，其容積變化(?V)與壓力變化(?P)呈指數(shù)函數(shù)的關(guān)系，其函數(shù)特征可以用時間常數(shù)τ來表示：

τ＝RC或VT/F正常為0.4秒決定氣體在肺內(nèi)的分布和排空速度第十一頁，共109頁。遵循指數(shù)函數(shù)規(guī)律的變化過程：肌松狀態(tài)下壓力控制通氣（PCV）時的吸氣壓力變化肌松狀態(tài)下任何模式下的呼氣壓力的變化自主呼吸狀態(tài)下被動呼氣時的壓力變化第十二頁，共109頁。肺區(qū)的概念快肺區(qū)：氣道阻力小，肺彈性差氣體分布和排空快慢肺區(qū)：氣道阻力大，肺彈性好氣體分布和排空慢第十三頁，共109頁?；緟?shù)的測量基礎(chǔ)原始參數(shù)計算公式計算模型第十四頁，共109頁。呼吸力學(xué)監(jiān)測的三要素壓力（pressure，Ｐ）氣體，液體，電－機械壓力傳感器流速（flow，Ｆ）壓力式流速儀：伯努利方程

F＝ΔP/R＝（ΔPπr4）/(8ηl)非壓力式流速儀：熱金屬絲（hotwire）型第十五頁，共109頁。Fleisch流量傳感器第十六頁，共109頁。容積（volume）肺量計計算流量對時間的積分呼吸電抗體描法（RIP）單向閥強迫振蕩法（FOT）氣體稀釋法第十七頁，共109頁。運動方程（equationofmotion）

P＝F×R+VT/Crs＋I×dV/dt+PEEPi——P為驅(qū)動壓力，PEEPi為內(nèi)源性呼氣末正壓，VT為潮氣量，Crs為呼吸順應(yīng)性，R為粘滯阻力，F(xiàn)為流速，I為慣性阻力，dV/dt為加速度運動方程是整個呼吸力學(xué)監(jiān)測的基礎(chǔ)！第十八頁，共109頁。呼吸力學(xué)研究的機械模型（lungmodel）

1.線性單室模型反映了整個呼吸系統(tǒng)“平均”的呼吸力學(xué)狀況適合于健康人和限制性肺疾病不適合嚴(yán)重的COPD、ARDS和主支氣管狹窄2.線性雙室模型適用于COPD、ARDS、單側(cè)肺和主支氣管狹窄等3.非線性單室模型適用于ARDS和肺纖維化第十九頁，共109頁。第二十頁，共109頁。容積控制通氣的呼吸力學(xué)曲線第二十一頁，共109頁。不同部位壓力波形第二十二頁，共109頁。第二十三頁，共109頁。氣道峰壓（PD）的影響因素吸氣流速氣道阻力潮氣量胸肺順應(yīng)性呼氣末正壓（PEEP）內(nèi)源性呼氣末正壓（PEEPi）第二十四頁，共109頁。平臺壓（PS）的影響因素潮氣量胸肺順應(yīng)性PEEP內(nèi)源性呼氣末正壓（PEEPi）第二十五頁，共109頁。流速或氣道阻力對氣道峰壓產(chǎn)生影響，但對平臺壓無影響順應(yīng)性的變化對氣道峰壓和平臺壓都產(chǎn)生相同影響第二十六頁，共109頁。虛點面積在特定的時間間隔上所計算的壓力相加求其均數(shù)即平均氣道壓第二十七頁，共109頁。平均氣道壓(Pmean)數(shù)個周期中氣道壓的平均值與影響PD的因素及吸氣時間長短有關(guān)近似于平均肺泡壓其大小與對心血管系統(tǒng)的影響直接相關(guān)第二十八頁，共109頁。內(nèi)源性呼氣末正壓（PEEPi）概念

在肺的彈性回縮下導(dǎo)致呼氣末肺泡內(nèi)呈正壓，稱為PEEPi。PEEPi的存在說明呼氣末肺容積未能回到正常FRC狀態(tài)，即存在動態(tài)肺過度充氣（DPH）。第二十九頁，共109頁。PEEPi產(chǎn)生的機制—等壓點學(xué)說第三十頁，共109頁。PEEPi的影響因素呼氣阻力增加呼吸系統(tǒng)順應(yīng)性增高通氣量過大呼氣時間不足呼氣氣流受限呼氣肌的作用第三十一頁，共109頁。PEEPi的類型不伴有肺過度充氣的PEEPi伴有肺過度充氣但無氣流受限的PEEPi伴有肺過度充氣和氣流受限的PEEPi第三十二頁，共109頁。PEEPi的臨床意義增加呼吸功增加肺損傷的危險性對循環(huán)系統(tǒng)的影響對肺通氣的影響：導(dǎo)致呼吸肌疲勞，肺泡通氣量降低對氣體交換的影響：通氣的不均衡分布對臨床所測呼吸系統(tǒng)順應(yīng)性的影響第三十三頁，共109頁。PEEPi的監(jiān)測方法:間接觀察

①胸圍增大；②患者呼吸費力；③心血管功能惡化；④呼氣末有持續(xù)呼氣氣流，呼氣的最后部分突然被吸氣中斷；⑤壓力控制通氣時潮氣量或每分通氣量下降；⑥不能用呼吸系統(tǒng)順應(yīng)性下降解釋的平臺壓升高；⑦容量控制通氣時氣道壓力升高。

第三十四頁，共109頁。第三十五頁，共109頁。PEEPi對氣道壓的影響第三十六頁，共109頁。PEEPi的監(jiān)測方法:直接測量呼氣末氣道阻斷法同步記錄氣道口壓力與流速法食道球囊法間斷氣道阻斷法

Mueller動作法第三十七頁，共109頁。

呼氣末阻斷法測定PEEPiPEEPi阻斷第三十八頁，共109頁。

食道球囊法測定PEEPi

FlowVolPawPes第三十九頁，共109頁。

PEEPi的臨床應(yīng)用

降低PEEPi：COPD，哮喘延長呼氣時間降低氣道阻力減少分鐘通氣量消除呼氣肌的作用增加PEEPi：ARDS，肺間質(zhì)纖維化第四十頁，共109頁。呼氣末正壓（PEEP）PEEP與CPAP的概念PEEP的生理學(xué)效應(yīng)COPD：減少呼吸功ARDS：使萎陷肺泡復(fù)張，減少分流，改善順應(yīng)性和V/Q比值支氣管哮喘：有爭議第四十一頁，共109頁。胸內(nèi)壓（Ppl）/食道壓（Pes）胸內(nèi)壓與食道壓的關(guān)系食道內(nèi)壓能較好地反映胸內(nèi)壓絕對值有一定的差別兩者的變化幅度和趨勢一致測量方法：食道球囊法第四十二頁，共109頁。影響食道壓測定的因素影響胸內(nèi)壓的因素：重力作用——要求測量部位與體位前后一置食道測壓管因素：氣囊的構(gòu)造和大小，導(dǎo)管的構(gòu)造和大小，充氣量，氣囊位置壓力傳導(dǎo)介質(zhì)呼氣肌用力：可使胸內(nèi)壓增加食道變形：體位變化時可使食道變形食道肌肉收縮：表現(xiàn)為ΔPes/ΔPpl↓心臟跳動第四十三頁，共109頁。食道球囊位置的判斷第四十四頁，共109頁。食道壓測定的臨床應(yīng)用反映胸內(nèi)壓反映自主呼吸努力對肺動脈嵌頓壓（PCWP）的影響計算跨膈壓第四十五頁，共109頁。有關(guān)壓差的概念第四十六頁，共109頁。流速吸氣峰流速（PIFR）呼氣峰流速（PEFR）平均吸氣流速（VT/TI）第四十七頁，共109頁。流速波形

FH第四十八頁，共109頁。容積控制通氣中的吸氣流速波形

第四十九頁，共109頁。第五十頁，共109頁。容積1．VT，VC，F(xiàn)EV1.02．分鐘通氣量（VE）3．補呼氣容積（ERV）4．功能殘氣量（FRC）5．呼氣末肺容積（EELV）第五十一頁，共109頁。阻力和順應(yīng)性的測定方法：阻斷法吸氣末阻斷法呼氣末阻斷法第五十二頁，共109頁。第五十三頁，共109頁。第五十四頁，共109頁。計算公式順應(yīng)性總靜態(tài)順應(yīng)性（Cst）=VT/(Ps-PEEP-PEEPi)肺靜態(tài)順應(yīng)性（Clst）=VT/(Ps-Ppl-PEEP-PEEPi)總動態(tài)順應(yīng)性（Cdyn）=VT/(PD-PEEP－PEEPi)胸壁順應(yīng)性＝總順應(yīng)性－肺順應(yīng)性有效順應(yīng)性（Ceff）＝VT/PD氣道吸氣阻力Raw,max=(PD-Ps)/FRaw,min=(PD-P1)/F第五十五頁，共109頁。傳統(tǒng)方法的局限性需完全消除自主呼吸的影響測量的數(shù)據(jù)不能完全等同和應(yīng)用于自主呼吸難以獲得判斷自主呼吸活動的指標(biāo)流速恒定第五十六頁，共109頁。阻力和順應(yīng)性的其他測定方法最小平方匹配法（LSF）強迫振蕩法（FOT）優(yōu)點：可用于被動呼吸和自主呼吸宜于持續(xù)監(jiān)測

第五十七頁，共109頁。時間常數(shù)的測定經(jīng)典方法：通過測定呼吸系統(tǒng)的阻力和順應(yīng)性直接計算存在的問題：適用于單室模型，對于COPD，不同肺區(qū)具有不同的時間常數(shù)，并且由于氣道塌陷，吸氣相和呼氣相的呼吸力學(xué)是不同的。通常吸氣相的時間常數(shù)低于呼氣相。未將呼吸機管路的阻力計算在內(nèi)，往往低估了實際的時間常數(shù)。不能對每一次的呼吸周期進行持續(xù)監(jiān)測。第五十八頁，共109頁。第五十九頁，共109頁。第六十頁，共109頁。第六十一頁，共109頁。其他簡化方法TC＝VT/PEFR

該方法適用于線性單室模型，不存在動態(tài)肺充氣，且肌肉放松時TC75％VT＝VT75％/PEFR75％

第六十二頁，共109頁。呼吸功（WOB）總呼吸功（Wtot）：病人和呼吸機所做的功之和病人呼吸功（Wpat）:在自主呼吸中測得的病人所做的功呼吸機呼吸功（Wven）：機械通氣時呼吸機所做的功附加功（Wimp）：克服呼吸機管路和氣管插管所做的功生理功（Wphy）：克服呼吸系統(tǒng)阻力所做的功彈性呼吸功（Wela）：克服呼吸系統(tǒng)彈性阻力所做的功粘性阻力呼吸功（Wres）：克服呼吸道粘滯阻力所做的功Wtot＝Wpat＋Wven＝Wimp＋Wphy第六十三頁，共109頁。呼吸功的組成第六十四頁，共109頁。呼吸功的測定方法計算公式WOB=Pdv，為壓力－容積曲線下的面積WOBp=(PEE－POES)dV+2*CCW/VT

其中PEE為呼氣末食道壓，POES為每一次呼吸開始的食道壓，CCW為胸壁順應(yīng)性（假定為0.2L/cmH2O）第六十五頁，共109頁。呼吸功的圖解法第六十六頁，共109頁。影響呼吸功測定的因素食道壓的準(zhǔn)確性胸壁順應(yīng)性：呼吸肌必須放松肺氣容積和氣道口測定容積的不一致性胸腹部的變形：如腹脹和人機對抗時，呼吸肌未完全放松其他未考慮的呼吸功的組成部分第六十七頁，共109頁。呼吸功的單位J/min：每一次呼吸的呼吸功×呼吸頻率正常值為3.9J/minJ/L：(J/min)/MV，個體越大，其值越大，并與呼吸阻力成正相關(guān)，便于個體間比較。正常值為0.47J/L第六十八頁，共109頁。監(jiān)測呼吸功的意義選擇通氣模式調(diào)節(jié)呼吸支持水平指導(dǎo)撤機：<0.75J/L脫機多能成功評價呼吸機管路對呼吸功的影響定量評價人機協(xié)調(diào)性第六十九頁，共109頁。壓力－時間乘積（PTP）概念PTP＝肌肉收縮時間×肌肉產(chǎn)生的壓力變化真實地反映了呼吸肌的努力，與呼吸氧耗的相關(guān)性比呼吸功更好。計算方法：通過食道壓曲線進行計算

PTP＝{（POEE-PES）+（Vol/CCW）}dt/tmin第七十頁，共109頁。第七十一頁，共109頁。呼吸中樞驅(qū)動力影響呼吸中樞驅(qū)動力的因素呼吸前負(fù)荷呼吸后負(fù)荷呼吸肌的功能狀態(tài)

第七十二頁，共109頁。吸氣0.1秒末閉合氣道壓（P0.1）測定方法：FRC位阻斷氣道0.1秒無流速變化無容積變化與呼吸阻力無關(guān)P0.1僅反映呼吸中樞的驅(qū)動作用第七十三頁，共109頁。第七十四頁，共109頁。P0.1的臨床應(yīng)用監(jiān)測呼吸中樞的化學(xué)感受反應(yīng)調(diào)節(jié)PSV的壓力支持水平指導(dǎo)撤機第七十五頁，共109頁。影響P0.1測定的因素呼氣末肺容積：氣道塌陷:使氣道壓力的變化在相當(dāng)?shù)某潭壬蠝笥谑车缐旱淖兓?，使實測壓力明顯低于實際值。胸壁變形：使呼氣末肺容積發(fā)生改變呼氣肌用力：使呼氣末肺容積低于FRC驅(qū)動壓力波形：壓力－流速時相滯后第七十六頁，共109頁。呼吸中樞驅(qū)動力

平均吸氣流速（VT/TI）與PCO2水平直接相關(guān)，重復(fù)性好過低估計呼吸中樞驅(qū)動水平呼吸肌肌電圖（EMG）所有呼吸肌肌電的綜合反映受附近肌肉肌電的影響大，個體間可比性差第七十七頁，共109頁。呼吸肌肌力肺活量（VC）最大吸氣壓（MIP）反映所有呼吸肌肌力的總和跨膈壓（Pdi）=Ppl-Pab=Peso-Pga反映膈肌肌力第七十八頁，共109頁。呼吸肌耐力

——指呼吸肌維持一定的力量或作功時對疲勞的耐受性。耐力比力量更重要。MV/MMV膈肌張力－時間指數(shù)（TTdi）TTdi=Pdi/Pdimax*Ti/TtotEMG高頻波/低頻波，表明呼吸肌耐力呼吸淺快指數(shù)（f/VT）第七十九頁，共109頁。呼吸力學(xué)曲線（環(huán)）推算指標(biāo)：順應(yīng)性、呼吸功氣流受限和肺過度充氣的判斷確定潮氣量和最佳PEEP判斷觸發(fā)靈敏度是否合適人－機協(xié)調(diào)的監(jiān)測氣道分泌物過多的判斷支擴藥物效果的判斷呼吸機管道系統(tǒng)密閉性的判斷第八十頁，共109頁。壓力－容積環(huán)（P-V環(huán)）靜態(tài)P－V環(huán)動態(tài)P－V環(huán)第八十一頁，共109頁。第八十二頁，共109頁。第八十三頁，共109頁。大注射器法描記P-V曲線第八十四頁，共109頁。呼吸機法描記P-V曲線第八十五頁，共109頁。低流速法描記P-V曲線第八十六頁，共109頁。臨床應(yīng)用調(diào)節(jié)PEEP：Pinflex+2～3cmH2O計算呼吸系統(tǒng)順應(yīng)性（Crs）調(diào)節(jié)潮氣量：使氣道壓低于Pdeflex測定肺泡復(fù)張容積第八十七頁，共109頁。

Step1:測量PEEP所致的FRC(吸氣末撤掉PEEP并延長呼氣