氣道屏障功能與機(jī)械通氣

氣道屏障功能與機(jī)械通氣第1頁/共42頁氣道濕化及防御功能

吸入的空氣是在經(jīng)過鼻咽部，口咽部和氣管時(shí)被加溫加濕的。在到達(dá)第一級和第二級支氣管時(shí)溫度達(dá)到體溫并被水蒸氣飽和。呼氣時(shí)大約有四分之一在吸氣時(shí)被加上的熱量和水分被回收。為準(zhǔn)備下一次呼吸，身體會從系統(tǒng)儲備中提取熱量和水分補(bǔ)充給氣道粘膜。粘液纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)起著保護(hù)氣道免受吸入病原體侵害的作用。下氣道的分泌物把病原體吸附并由粘液纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)把它們移出氣道以便被吞咽下去。這個系統(tǒng)受到吸入的濕度的影響。由于吸入氣體的濕度不足會導(dǎo)致轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)緩慢下來并可能造成分泌物積聚，延長病原體體內(nèi)停留的時(shí)間和小氣道部分閉合。第2頁/共42頁吸氣時(shí)氣體溫度與濕度調(diào)節(jié)32°C鼻咽和口咽31mg/L,相對濕度90%36°C

氣管42mg/L,相對濕度100%37°C等溫飽和界面(ISOTHERMICSATURATIONBOUNDARY)44mg/L,相對濕度100%22°C室內(nèi)空氣10mg/L,相對濕度50%第3頁/共42頁吸氣時(shí)氣體溫度與濕度調(diào)節(jié)

在吸氣階段，空氣被加溫加濕。大約四分三

(75%)的熱量和水分來自鼻咽和口咽粘膜，剩下的四分一

(25%)由氣管粘膜提供。例如：我們呼吸的典型的室內(nèi)空氣為

22°C和

絕對濕度10mg/L(相對濕度50%)。當(dāng)它們通過鼻咽和口咽時(shí)被加溫到

32°C左右（含有

31mg/L的水蒸氣，即相對濕度為

90%。）氣管進(jìn)一步給這些空氣加溫加濕到大約

36°C和

42mg/L，即相對濕度

100%。吸進(jìn)的空氣在到達(dá)支氣管的時(shí)候?qū)_(dá)到

37°C并含有44mg/L的水分。也就是說達(dá)到深層體溫并被水蒸氣飽和。我們把肺臟內(nèi)達(dá)到這一水平的位置叫做“等溫飽和界面

IsothermalSaturationBoundary”(ISB)。第4頁/共42頁鼻咽腔橫切面示意圖鼻咽腔內(nèi)具有非常大的表面積可供濕熱交換。鼻中隔的大腔隙里有很多血管通過，有豐富的毛細(xì)血管床與吸入空氣之間的擴(kuò)散距離很小，是一個十分有效的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。第5頁/共42頁呼氣時(shí)，濕熱的回吸收25%的熱量和水分在呼氣時(shí)回收1,2大部分是在鼻咽和口咽回收1.Ingelstedt,1996.2.Cole,199333°C30mg/L,85%RH第6頁/共42頁呼氣時(shí)，濕熱的回吸收

在呼氣期間，四分一(25%)在吸氣時(shí)被加上的熱量和水分會被回收。大部分是在鼻咽和口咽回收，沒被回收的熱量和水分

(例如：

75%丟失在室內(nèi))必須由系統(tǒng)儲備來補(bǔ)充以準(zhǔn)備下一次呼吸。上氣道也能過濾空氣傳播的病原體以防止它們到達(dá)下氣道。如果污染物真的到達(dá)下氣道，它們就由粘液纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)移走。第7頁/共42頁氣道防御機(jī)制

通過粘液與纖毛運(yùn)動系統(tǒng)將吸附吸入的病原體失效或運(yùn)走。防護(hù)系統(tǒng)的效率取決于吸入氣體的溫度和濕度。氣道屏障功能示意圖第8頁/共42頁氣道防御機(jī)制粘液纖毛系統(tǒng)包括三層：1)第一層包括有纖毛上皮細(xì)胞，杯狀細(xì)胞和粘膜下腺，覆蓋著從鼻咽到細(xì)支氣管

(16層分支)。每一個纖毛上皮細(xì)胞具有

250條毛發(fā)狀結(jié)構(gòu)叫做纖毛，這些纖毛在一層薄薄的低粘稠度的液體內(nèi)以大約每秒

10-15次的速度來回?cái)[動。2)這一層叫做水合層或溶膠層。這一層的厚度十分重要，因?yàn)槔w毛幾乎全部都處在這一層之中。

(纖毛作鞭子狀擺動

)。3)第三層是漂浮在溶膠層上面的粘液層。這層粘膠狀的粘液層直接暴露在吸入的空氣中并通過它粘粘的表面吸附吸進(jìn)的病原體。這些粘液經(jīng)由纖毛的運(yùn)動不斷地被拉向口咽部。當(dāng)纖毛拉動這些粘液塊移動時(shí)，粘液塊會被拉長然后彈向被拉的方向。氣道屏障功能示意圖第9頁/共42頁

呼吸道的廓清功能：-呼吸道分泌的粘液和纖毛的運(yùn)動，-肺表面活性物質(zhì)氣道防護(hù)機(jī)制第10頁/共42頁氣道防御機(jī)制粘液吸附污染物并使其失去作用纖毛撥動粘液和污染物上行使之被吞咽下去。粘液纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)CourtesyofSpinger-Verlag,1992第11頁/共42頁氣道防御機(jī)制通過這張粘液纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的電鏡照片

(放大

2400倍)，我們可以看到在纖毛層(粗毛地毯狀)上面的粘液。在粘液里可看到象白點(diǎn)一樣的纖毛頂尖。粘液吸附吸入的病原體并使其失去作用。纖毛擺動粘液和吸附在里面的污染物從下氣道上行到能夠被吞咽的位置。第12頁/共42頁氣道防御機(jī)制

電鏡照片顯示一個杯狀細(xì)胞正在分泌出粘液作為對病原體侵入的反應(yīng)，纖毛正向粘液的方向擺動過來并準(zhǔn)備把它拿起來并運(yùn)走。CourtesyofSpinger-Verlag,1992第13頁/共42頁纖毛的運(yùn)動向前擺動

(1-3)伸展與粘液接觸向前運(yùn)動回?cái)[

(4-8)與粘液脫離與溶膠層一道折回原來的位置第14頁/共42頁纖毛的運(yùn)動

纖毛在溶膠層里以十分協(xié)調(diào)的方式移動粘液，當(dāng)每條纖毛向前擺動時(shí)(1-3)，它們會在水樣的溶膠層里伸展，頂尖與粘液接觸。它們以弧狀的方式擺動，把粘液拉扯著推向咽部。在回?cái)[時(shí)

(4-8)，纖毛在溶膠層內(nèi)向后回折到原來的位置，與粘液沒有接觸。這樣，纖毛只是在向前運(yùn)動期間與粘液接觸并移動粘液。第15頁/共42頁纖毛的運(yùn)動

氣道粘液是一種具有粘稠伸縮彈性的物質(zhì)。它的伸縮彈性有助于粘液的移動。當(dāng)纖毛拉動著粘液塊向前移動時(shí)，它會伸展并彈向被拉的方向。每條纖毛擺動時(shí)都比鄰近的纖毛稍稍地慢了半拍，從而造成一個波浪形的纖毛活動(就象體育場里的墨西哥波浪)。當(dāng)粘液全部覆蓋了大多數(shù)的纖毛細(xì)胞，一股連續(xù)不斷的粘液流就將形成。第16頁/共42頁

由杯狀細(xì)胞和粘膜下腺體分泌的漿液和粘液性液體組成粘液毯,粘附外來粒子,細(xì)菌等,依靠纖毛的波浪式擺動向上排出.纖毛-粘液運(yùn)輸系統(tǒng)第17頁/共42頁

纖毛的頂端可以接觸到凝膠層，發(fā)揮“刷子”樣的運(yùn)輸功能.確保黏液毯的持續(xù)流動確保黏液層覆蓋在纖毛頂端協(xié)調(diào)一致的（方向、頻率）擺動確保有效的清除速率.

纖毛的作用第18頁/共42頁表面活性物質(zhì)在上皮層與分泌液之間形成潤滑層表面活性物質(zhì)穩(wěn)定肺泡作用

表面活性物質(zhì)促進(jìn)無纖毛區(qū)域外來顆粒的排出作用表面活性物質(zhì)降低粘液粘度,促進(jìn)痰液排出表面活性物質(zhì)促進(jìn)巨噬細(xì)胞吞噬病原菌表面活性物質(zhì)的作用第19頁/共42頁

表面活性物質(zhì)促進(jìn)肺泡的StopandGo運(yùn)輸機(jī)制呼氣吸氣肺泡表面擴(kuò)大肺泡表面縮小表面活性物質(zhì)分子分散表面活性物質(zhì)分子聚集表面張力增加表面張力降低異物顆粒附著于肺泡壁上由于氣流產(chǎn)生推擠的作用,異物顆粒則容易向上移動1.表面活性物質(zhì)分子1第20頁/共42頁

表面活性物質(zhì)促進(jìn)巨噬細(xì)胞吞噬病原菌表面活性物質(zhì)缺乏，病原菌聚集表面活性物質(zhì)包裹病原菌，促進(jìn)巨噬細(xì)胞的吞噬*OlivieriD.,Ambroxolforthepreventionofchronicbronchitisexazerbations.Respiration51:42-51第21頁/共42頁吸氣階段-氣體濕、熱調(diào)節(jié)

如果吸入的空氣溫度低于深層體溫，那么當(dāng)較涼的空氣經(jīng)過并廣泛暴露在鼻，口咽表面時(shí)，熱量就會從粘液，溶膠層以及下面的組織里獲取。隨著這些空氣變熱，它們?nèi)菁{水蒸氣的能力就會增加，這樣水分就會從粘液，溶膠層里蒸發(fā)出來直至空氣被飽和為止。第22頁/共42頁吸氣階段-氣體濕、熱調(diào)節(jié)

這個加溫和蒸發(fā)水分的過程將使粘膜變涼。粘膜需由系統(tǒng)儲備補(bǔ)充水分和熱量。但是補(bǔ)充的速度是有限制的，如從氣道提取太多熱量和水分的話氣道就會出現(xiàn)問題。

第23頁/共42頁呼氣階段-氣體

濕、熱回收

當(dāng)溫暖濕潤的氣體從下部氣道呼出來時(shí)會與較冷的粘膜表面接觸并形成冷凝。這樣有一部分原來在吸氣時(shí)被加上的水分和熱量會重新回到粘膜里以準(zhǔn)備下一次吸氣。第24頁/共42頁有創(chuàng)通氣氣管插管繞過了上氣道和肺防護(hù)功能輸送干冷的醫(yī)用氣體第25頁/共42頁有創(chuàng)通氣

當(dāng)病人進(jìn)行有創(chuàng)通氣時(shí)，氣管插管繞過了鼻咽和口咽及一部分氣管，

95%的熱量和水分是在這些部位被加上去的。氣管插管也阻止了例如打噴嚏，咳嗽，作嘔和吞咽等自然的防護(hù)機(jī)制，只剩下粘液纖毛清理系統(tǒng)成為最后的的氣道防護(hù)機(jī)制。干冷的醫(yī)用氣體直接輸送到下氣道和支氣管，在這里被強(qiáng)迫進(jìn)行熱，濕交換。干冷的醫(yī)用氣體將使位于氣管插管末端以下的粘液纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)動能力下降。

第26頁/共42頁有創(chuàng)通氣－熱，濕交換吸氣階段干燥分泌物減慢粘液纖毛清理呼氣階段較少的粘膜水分回收等溫飽和界面ISB下移第27頁/共42頁有創(chuàng)通氣－熱，濕交換

吸氣階段

在有創(chuàng)通氣期間，鼻咽和氣管的大部分都被氣管插管繞過。如吸入低于深層體溫未被飽和的氣體，濕化所需要的水分就要從任何濕潤的表面提取，這可能來自氣管插管，氣管下部，支氣管以及所有現(xiàn)成的分泌物。第28頁/共42頁有創(chuàng)通氣－熱，濕交換

吸氣階段

從氣道提取濕度的程度取決于氣體的濕度水平，也就是說濕度水平越低，就會有越多的水分被提取。

從氣管插管內(nèi)的分泌物提取水分使得吸痰變得困難并增加了氣管插管閉合的危險(xiǎn)，容易成為病原體富集的溫床。從氣管和支氣管提取水分將使粘液干涸，溶膠層變薄，這將會減慢粘液纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)，導(dǎo)致病原體和分泌物的清理緩慢下來。第29頁/共42頁有創(chuàng)通氣－熱，濕交換

呼氣階段

可用作冷凝的粘膜表面變少，這樣在呼氣階段回收的水分就減少了。這個持續(xù)不斷的干燥伴隨低水分補(bǔ)充的過程導(dǎo)致等溫飽和界面向下部氣道進(jìn)一部下移。第30頁/共42頁插管患者

向患者輸送與體溫相同、濕度處于飽和(37°C和44mg/L)的氣體使粘液纖毛系統(tǒng)維持正常工作，還能保持分泌物的清除，減少受感染的風(fēng)險(xiǎn)和保證氣體交換的正常進(jìn)行。

保持分泌物的清除，氣體交換得以保證第31頁/共42頁有創(chuàng)模式37°C,44mg/L37°C,44mg/L+3°C-3°C40°C,44mg/L第32頁/共42頁有創(chuàng)模式

有創(chuàng)模式就是將來自呼吸機(jī)的低溫干燥氣體加熱到

37°C而且還加濕至飽和氣(44mg/l)。濕化器顯示飽和氣的溫度(正常大約為

37°C)，這表示患者正在獲得最佳的濕度水平。

然后當(dāng)氣體通過吸氣管道時(shí)會再被加熱絲增加三攝氏度。這個加熱過程減少了冷凝，并克服了管道內(nèi)不能加熱的死空間降溫引起的冷凝，從而確保最接近體溫與飽和濕度的氣體輸送到患者。第33頁/共42頁面罩患者接受面罩/鼻罩進(jìn)行氧氣治療的患者，例如持續(xù)正壓氣道通氣(CPAP)或無創(chuàng)正壓通氣(NIPPV)，其還沒有受到損壞的上氣道是能夠?qū)ξ氲臍怏w在進(jìn)入下氣道前進(jìn)行調(diào)節(jié)的。不巧的是，與平常呼吸的空氣相比，治療吸入的氣體流量更高，又涼又干，常常使人感到不舒服和難以接受。濕化可以改善這種狀況使治療更有效可行。濕化的氣體還可以減少鼻咽部和喉咽部的水分損失從而維持分泌物的質(zhì)量。第34頁/共42頁無創(chuàng)模式34°C,32mg/L+3°C31°C,32mg/L第35頁/共42頁無創(chuàng)模式

無創(chuàng)模式將低溫干燥的氣體加熱到

31°C，加濕到32mg/l的飽和濕度。然后為了減少產(chǎn)生在吸氣管的冷凝，這些氣體再被加熱絲多加熱3攝氏度，到患者時(shí)已達(dá)到34攝氏度，濕度仍保持在32mg/l。

這樣設(shè)定可防止在患者皮膚上生成的冷凝，也大約和正常的皮膚溫度一致。第36頁/共42頁冷凝的控制

在有創(chuàng)模式里，如吸氣管加熱絲無法在15分鐘或更長時(shí)間內(nèi)保持加熱2°C，這時(shí)設(shè)定的水罐溫度就會以每15分鐘0.5°C的幅度下跌至35.5°C，目的是將積聚在呼吸管道內(nèi)冷凝減至最