心肺功能不全的物理治疗诊断与治疗：呼吸力学及临床应用

1、呼吸力学及临床应用相关物理知识-基础力学理想气体 P1V1T1=P2V2T2道尔顿定律 P=P1+P2+Pn流体力学气体从气压高区域流向气压低的区域，速率是压力差于通道阻力的函数。气流的形态一般描述为层流或湍流 P=kv P=kv2如果进入层流区域的气体成分突然发生改变，则新的气体将进入管道中心，其前部呈锥形。文丘里原理 通俗地讲，这种效应是指在高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用文丘里面罩即氧气经狭窄的孔道进入面罩时在喷射气流的周围产生负压，携带一定量的空气从开放的边缘流入面罩，面罩边缝的大小改变空气与氧的比率。与呼吸相关的力学概念力物体之间的相互作用使物体获得加速度和发生变形功力

2、使物体沿力的方向通过一段距离动力导致作功的力阻力阻碍物体运动的力基础:运动方程示意图M:有一定质量物体. F:使M向前移动的力. K:牵拉M的弹簧,因弹性回缩力而产生的阻力称弹性阻力. R:M移动时与表面摩擦而产生的摩擦阻力称粘性阻力. 物体移动和加速时尚有惯性阻力(在呼吸阻力中可忽略不计). F=F弹+F摩+F惯呼吸系统: F相当于吸气用力. M+K=胸廓-肺,它的位移距离是肺容积变化(V).位移速度即气体流量(V),弹性阻力K以顺应性倒数表示(1/C). 气体流经气道的摩擦力是气道阻力(R), 呼吸运动方程:气体流动靠压力差推动. P=P摩+P弹 , Paw=RV + 1/CV.正常呼吸时

3、的力吸气相动力吸气肌收缩阻力弹性回缩力（R弹）气体与气体、气体与气道摩擦（R气道）呼气相动力弹性回缩力阻力R气道被忽略的阻力：惯性阻力、粘滞阻力呼吸系统:气道和肺泡的阻力气道粘性阻力（Rrs)肺泡弹性阻力(Ers)肺通气的阻力肺通气的动力是气体流速流经气道和进入肺泡所需要克服粘性阻力和弹性阻力所产生的压力 .非弹性阻力，包括气道阻力，惯性阻力和组织的粘性阻力，占总阻力的30%.弹性阻力（肺和胸廓的弹性阻力），占总阻力的70%,是平静呼吸时主要阻力.1.弹性阻力和顺应性: 弹性组织在外力作用而变形时，有对抗变形和弹性回缩的倾向，为弹性阻力. 以顺应性（compliance）来测量弹性阻力。顺应性

4、是指在外力作用下弹性组织的可扩张性.2. 弹性阻力(R)可用顺应性(C)的倒数来表示：通常以单位压力变化引起的容积变化来表示 气道阻力阻力R = P / flowPinPoutflowR吸气阻力PIPPplat层流和湍流气道对气体流速(量)所存在的阻力,(cmH2O/L/S)呼吸机输送气体到肺泡所须的压力,以克服此阻力.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.阻力尚决定于流速大小呈正相关.层流湍流吸气阻力Hagen-Poiseuille定律P = flow x 8l/r4层流Venturi定律P = flow2 x Kl/r2湍

5、流层流R = P / flow = 8l/r4气道阻力新生儿30 - 50 mmHg/L/sec婴儿20 - 30 mmHg/L/sec儿童 20 mmHg/L/sec成人 2 - 4 mmHg/L/sec非弹性阻力气道阻力: 气体流经呼吸道时气体分子间和气体与气道壁之间的摩擦力。主要分布于上呼吸道：鼻50% 、声门25%、气管和支气管15%，细支气管及以下10%。气道粘性阻力包括: 粘性阻力和惯性阻力,占30%，其中气道粘性阻力占90%以上。非弹性阻力只在气体流动时产生，为动态阻力.不论吸气还是呼气，非弹性阻力均阻碍通气，因此既是吸气阻力，又是呼气阻力。 气道阻力产生一定气流流速所需要的压力

6、差可以反映气道阻力 （Raw）。可用以下公式表示： Raw=(口腔压 肺泡压)/气道阻力的单位是以cmH2O/L/s表示。在病理情况下，如支气管哮喘、慢性支气管炎、肺气肿患者，常表现有气道阻力的增加，故可通过Raw了解病情的变化。而在使用呼吸机过程中若导管扭曲或痰液堵塞气道阻力均增加.影响气道阻力的因素：a.气道半径（r）的影响 R1/r4 b.气流流速：流速大，阻力大。c.气流形式:层流-阻力小；湍流-阻力大。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专业术语阻力名称 符号存在部位物理持性临床意义气道阻力Raw气道粘性直接反映气道阻塞情况肺阻力RL气道+肺组织粘性近似R

7、aw呼吸阻力Rrs气道+肺组织+胸廓粘性随Raw变化而变化呼吸总阻抗Zrs气道+肺组织+胸廓粘性+弹性+惯性巳逐渐彼Rrs所替代肺弹性阻力Ers,EL肺组织弹性(1/C)同肺顺应性顺应性C = V / PPVttVtPplat PEEPPIP PEEP呼吸系统顺应性新生儿 3 - 5 ml/mmHg/kg BWt婴儿10 - 20 ml/mmHg/kg BWt儿童20 - 40 ml/mmHg/kg BWt成人70 - 100 ml/mmHg/kg BWt呼吸系统顺应性静态顺应性无肺部疾患的气管插管患者50 - 70 ml/mmHg动态顺应性极少应用呼吸系统顺应性导致顺应性下降的原因肺实质改变

8、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/PCL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.高顺应性低顺应性当肺因弹性回力向内的力量和胸壁向外的力量相平衡时，呼吸肌完全松弛，胸腔内净压力为0，此时即功能残气位，肺内的含气量即FRC。即PEEP位, PEEP增加, FRC亦增加. 病理性的肺顺应性胸内压、肺内压1.胸内负压 平均大约为-6.7cmH2O,随呼吸周期变

9、化。安静吸气时-10.6cmH2O，安静呼气末-2.7cmH2O. 临床上用食管内压力代表胸内压。 胸内负压来源：肺组织的弹性回缩力和肺泡壁表面张力。 胸内负压也作用于胸腔内的心脏和大静脉，降低中心静脉压，有助于静脉回流和右心充盈。胸内压、肺内压肺内压：即肺泡内压，正常人在呼吸暂停，声带开放，气道通畅时，肺内压与大气压相等。吸气时肺内压低于大气压，呼气时高于大气压。肺内压正 0 负吸气 吸气 吸气呼气 呼气 呼气正常人呼吸器官的压力、容量关系1.肺容量在功能残气量（FRC）时（占肺总量40%），肺内压为0。2.肺容量大约等于肺总量的67%时，胸廓在天然位置，不表现弹性力量。3.肺容量超过67%

10、以上时，胸廓与肺的弹性回缩力方向相同，共同构成扩张阻力。4.功能残气量时，用力呼气，则呼吸肌的收缩力完全用于克服胸廓向外张开的弹性力量。呼吸系统的压力梯度胸膜腔内压肺泡内压气道内压经胸压经肺压经胸壁压经气道压呼吸系统的压力梯度1.胸膜腔内压 正常时功能残气位的胸膜腔内压为-5cmH2O2.肺泡内压 其大小决定于胸膜腔内压与肺向内收缩的压力之差 机械通气时，肺泡内压直接受吸气压力影响，故要注意避免通气压力过高而造成的肺损伤及对循环功能的影响。呼吸系统的压力梯度3.气道内压 吸气或呼气末，气流停止时，从肺泡到口鼻，气道内各处压力相等，吸气时，从口鼻到肺泡的压力递减，呼气时则递增。呼吸运动中，气道内

11、任意二点间的压力差，决定于其间气道阻力的大小和气流的速度。4.经胸压 相当于肺泡内压与胸廓外大气压之差，是扩张或压缩胸廓、肺脏的总压力。呼吸系统的压力梯度5.经肺压 相当于肺泡内压与胸膜腔内压之差，是扩张或收缩肺的压力。6.经胸壁压 相当于胸膜腔内压与胸廓外大气压之差，是扩张或收缩胸壁的压力。7.经气道压 相当于气道内外压力之差，胸腔内气道的经气道压，也是胸膜腔内压与气道内压之差。肺顺应性概念 物理概念，指单位压力改变时，所引起的肺容积的变化。是弹性物体的共同特性。肺的弹性E和压力P、体积V的关系：E= P V以“顺应性（C）”表示C=1/EC= =潮气量（L)/压力差（kPa)反映呼吸系统的

12、 “软”、“硬”弹性阻力正常时占总阻力的70%主要影响因素肺胶原纤维肺泡表面活性物质肺容量（P-V曲线）肺顺应性呼吸器官总顺应性 正常人体总顺应性约：0.1L/cmH2O1肺和胸廓总顺应性=1肺顺应性+1胸廓顺应性肺顺应性临床上，总顺应性有三种不同表示方法：静态顺应性反映肺与胸廓的弹性动态顺应性反映肺与胸廓的弹性外，还 包括克服阻力成分比顺应性顺应性（C）/功能残气量（FRC） （此值在不同性别和年龄之间大致相同） 影响肺顺应性的主要因素生理因素：肺容积、性别、年龄、身高、体位、运动。病理因素： 肺弹性阻力减低时顺应性增加：如肺气肿 肺弹性阻力增加时顺应性减小：如肺水肿、炎症、肺不张，肺间质纤

13、维化。 肺外疾患：胸膜疾病、胸壁肌肉疾病、膈肌抬高、肥胖等。 心脏疾患：如二尖瓣狭窄、间隔缺损等。顺应性下降对病人的影响增加呼吸功造成通气血流比失调，引起低氧血症病人的呼吸表现为浅而快顺应性增加对病人的影响病人在潮气量呼吸时所需的跨肺压较小，呼吸功也较小。但同时也可使小气道狭窄闭锁，增加气道阻力导致肺内气体分布不均，严重限制呼气流速。等压点理论等压点理论等压点的位置对于正常人，等压点的位置主要取决于肺容积。80-70%的肺活量的肺容积水平时，等压点处于肺叶支气管；40%肺活量的肺容积水平后等压点迅速向上游气道移动。25%肺活量水平时，等压点位于细支气管水平。时间常数（） 任一呼吸系统，其容积变

14、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来表示： RC 即容积变化(V)与压力变化(P)的相互关系取决于阻力和顺应性时间常数（）正常肺的时间常数为0.2秒。时间常数决定气体在肺内的充盈和排空速度。假定潮气量为1000ml,则在呼气的0.2秒末，有630ml气体呼出；在0.4秒末，共有865ml气体呼出；0.6秒末，共有950ml气体呼出，几乎完成了呼气相。顺应性和阻力发生变化，势必影响到。100%37%正常COPDVT=0.2=0.9正常肺和COPD患者呼气相时间常数（）由于肺部病变的影响，使不同肺区的充盈和排空速度有所不同。 快肺区-充盈和排空速度较快的区域 慢肺区

15、充盈和排空速度较慢的区域机械通气时的呼吸力学监测监测动力监测阻力监测功对动力的监测呼吸机所提供的正压既要保证正压通气的疗效， 又要防止其负面影响对阻力的监测C=R弹= =平台压可以更好地反映肺泡内压R气道=ttPF气道峰压气道平台压吸气相呼气相用以克服气道阻力（P1）用以克服弹性阻力（P2）对功的监测W吸气=PV压力容量压力容量压力容量正常R气道C机械通气时呼吸力学指标的监测及临床应用呼吸力学监测的三要素 压力（pressure，） 气道开口压，食道压，隆突压 流速（flow，） 容积（volume） 计算流量对时间的积分050100-50-100Flow(L/min)Time常用压力指标气道

16、峰压（PD）气道平台压（Ps）气道平均压（Pmean) 内源性呼气末正压（PEEPi）呼气末正压（PEEP）tP气道峰压气道平台压用以克服气道阻力（P1）用以克服弹性阻力（P2）呼气末正压气道峰压（PIP）作用：用于克服胸肺粘滞阻力和弹性阻力气道峰压（PIP）的影响因素顺应性潮气量PEEP气道和气管内导管阻力吸气流速气道峰压的临床意义气道峰压是设置压力报警限的根据 设置值约实际气道峰压之上5-10cmH2O 以不高于45cmH2O为宜气道峰压与气压伤的关系气道峰压增加的临床意义不伴有平台压的增加 气道问题伴有平台压的增加 肺实质或间质问题 或肺含气状态变化平台压（PS）作用:用于克服胸肺弹性阻

17、力。 平台压（PS）的影响因素顺应性PEEP潮气量平台压的临床意义计算静态顺应性可近似代表肺泡压的大小肺损伤的关系较气道峰压更为密切临床严格限制平台压不超过35 cmH2O平均气道压(Pmean)数个周期中气道压的平均值与影响PIP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）在肺的弹性回缩下导致呼气末肺泡内呈正 压，称为PEEPi。 PEEPi的存在说明存在动态肺过度充气（DPH）。PEEPi的影响因素 气道阻力增加 呼吸系统弹性下降 气道动态塌陷 通气量过大 呼气时间不足 呼气肌的作用PEEPi的类型伴有气流受限的PEEPi不伴有气

18、流受限的PEEPiPEEPi的直接生理学作用肺泡内正压增加肺容积PEEPi的临床意义 增加呼吸功,导致呼吸肌疲劳，肺泡通气量 降低 对循环系统的影响 增加肺损伤的危险性 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 胸围增大 患者呼吸费力 心血管功能恶化 呼气末有持续呼气气流 压力控制通气时潮气量或每分通气量下降 容量控制通气时气道压力升高 胸片显示局部肺过度充气PEEPi的监测方法:直接测量呼气末气道阻断法同步记录食道压力与流速法PEEPi的临床应用降低PEEPi：COPD，哮喘降低气道阻力减少分钟通气量延长呼气时间消除呼气肌的作用增加PEEPi：ARDS，间质性肺病延长吸气

19、时间呼气末正压（PEEP）PEEP与CPAP的概念 在呼气末期将气道压力维持在高于大气压的水平，称为呼气末正压（positive end expiratory pressure,PEEP) 机械通气时的呼气末正压称为PEEP 自主呼吸时应用呼气末正压称为CPAP呼气末正压（PEEP）PEEP的生理学效应1.COPD：减少呼吸功，防止气道动态塌陷2.哮喘：有争议3.ARDS：使萎陷肺泡复张/防止肺泡再萎陷,减少分流，改善V/Q比值和顺应性呼气末正压（PEEP）PEEP=0PEEP=12低位拐点、高位拐点PEEP高于低位拐点2-3cmH2OPIP不超过高位拐点传统通气保护性通气胸内压（Ppl）/食

20、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：食道球囊法食道压测定的临床应用反映胸内压反映自主呼吸努力计算跨膈压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气道阻力计算公式Raw=(PIP-Ps)/F气道阻力增加的原因与气管内导管有关管腔狭小，扭曲，牙齿咬合，痰痂形成 与气道有关气道痉挛，分泌物增加顺应性计算公式总静态顺应性（Cst）=VT/(Ps-PEEP-PEEPi)总动态顺应性（Cdyn)=VT/(PD-PEEP-PEEPi)肺静态顺应性（Clst）= VT/(Ps-Ppl-PEEP-PEEPi)胸壁顺应性总顺应

21、性肺顺应性顺应性改变原因肺僵硬：肺水肿，实变，纤维化，肺不张胸壁僵硬：脊柱侧弯或其他胸壁畸形，肥胖，腹水或腹胀肺受压：气胸、胸腔积液动态肺充气呼吸力学曲线（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PV环压力导致的容积变化只与弹性阻力有关动态PV环压力导致的容积变化与弹性及气道阻力有关临床应用 调节PEEP：LIP+23 cmH2O 计算呼吸系统顺应性（Crs） 调节潮气量：使气道压低于UIP 判断肺泡复张的潜在可能性 测定肺泡复张容积呼吸功能不全或衰竭的病理生理改变呼吸力学改变模 式参 数通 气 策 略有创通气无创通气以呼吸力学为核心的机械通气以呼吸力学为核心的机械通气COPD急性加重合并呼吸衰竭COPD的病理改变（1）内径2mm的中央气道内径2mm的外周气道气道纤维化和胶原沉积气道狭窄、气流