比例压力支持(PPS)的原理及应用

1、.PAGE ：.；比例压力支持(PPS)的原理及运用上海交通大学附属第一民医院呼吸科 汪均陶编PPS的原理和运用目前常用的通气方式均不能矫正病人吸气力和通气效果之间的生理变化关系,以致发生人机对抗,通气缺乏或过度景象. 近年来因计算机开展Younes等人提出了按病人瞬间吸气力大小根据设定的辅助比例, 呼吸机提供同步的压力支持,从而提高机械通气质量,能够具有良好的临床前景.PPS和原理1.1 呼吸生理肺的通气决议两个要素的相互作用1.是吸气的动力即使气体流动的压力. 2. 是阻止气体流动的阻力即吸气的阻力. (图1) 图1. 气道阻力和流速: 左以下图阻力不变, Paw=+5cmH2O, 右以下

2、图阻力不变, 因流速添加使气道压力也添加, Flow由60 L/min增至120 L/min, Paw即增至+10 cmH2O.R=5cmH2OR=5cmH2O吸气动力来源于横隔膜等吸气肌收缩使胸内压(Pmus)降低以致肺内压低于大气压,此压力差使气体进入肺内(图2). 无论负压吸气, 呼吸肌肉作功(左以下图) 还是呼吸机加压通气, 呼吸肌肉不作功(右以下图) 都需求使气流经过呼吸道进入肺泡. (见以下图2)VPaw:气道压力 Pamb:大气压 Pmus:吸气肌力 R:阻力 C:顺应性 V:吸气流速 V :潮气量图2: 呼吸肺动力机制模型呼吸阻力(Rrs)来源于气道粘性阻力(Rrs)和肺的弹性

3、阻力(Ers), 并随气道总阻力(Raw)而变化, 气道粘性阻力(Rrs)和气体流速成正相关,而弹性阻力和肺的容积成正相关. 故吸气时胸内压(Pmus)所需的压力即为抑制这两个阻力之和. 故Pmus=Rrsflow Ersvolume 故Pmus主要决议于呼吸肌收缩力量.当神经传导病变或呼吸肌疲劳时,Pmus下降.当气道阻力(Rrs)或弹性阻力(Ers)添加时,Pmus下降缺乏以抑制呼吸系统阻力使肺的吸气压力-容积曲线向右下移位, 以致在正常呼吸时的下、上折返点的压力差(P)不能引起相应的容积差(V)变化! 即发生通气量下降.( 图3)图3. 正常肺压力-容积曲线(下、上平坦部分即下、上折返点

4、或称上、下拐点和中间的陡直段) 1.2 常用的通气方式对肺吸气压力-容积曲线的影响机械通气时吸气压力除Pmus外,尚有呼吸机提供的压力(即Paw= Pvent).在VCV和SIMV时, 呼吸频率, 流速, 潮气量和通气量由呼吸机所设定, 故通气量不受呼吸肌作功的影响. Paw随吸气力的添加而下降. 吸气力与通气量无关.在PCV或ASB(PS)时需设定Paw, 通气量随吸气力加强而添加, 此仅使原向右下移位的肺压力-容积曲线呈程度型上移(见图4), 仍无法矫正吸气力和通气效果之间的生理变化, 以致易产生人机对抗, 病人作功添加, 通气缺乏或过度的机械通气副作用.PEEP=FRCPPS任务原理肺内

5、压. 图4. LIP=下折返点(低位拐点) UIP=上折返点(高位拐点) (1)COPD,(2)Asthma,(3)Normal,(4)ARDS.自主呼吸是神经中枢周期性激活吸气肌而产生的. 吸气肌收缩所产生的压力(Pmus)受a.吸气肌力大小, b.肺容积, c.吸气流速这三个要素的影响. 在吸气过程中吸气力和其产生的压力(Pmus)之间关系也不断改动,当病人的吸气流速和潮气量需求辅助时,假设提供一个与吸气力(Pmus) 相应成比例的压力支持等于将病人的瞬间吸气力予以放大. 此即是PPS. 其原理如下:吸气过程中的恣意瞬间向呼吸系统提供的压力(Pappl)用于对抗气管粘性阻力(Rrs)和肺弹

6、性阻力(Ers),至于胸廓惯性阻力可忽略不计.那么Pappl = Pres + Pela 公式1Pres代表粘性阻力,由气体流速经气道所产生,代表呼吸系统压力和流速之间的关系.即Pres = Flow(V) Rrs Pela代表肺的弹性回缩力,是由大于功能残气(FRC)的肺容积所产生.即Pela = Volume(V) Ers在自主呼吸时独一提供压力的是呼吸肌肉,因此Pmus = Pappl = Flow Rrs Volume Ers 公式2在吸气早期,Pappl主要由粘性阻力(cmH2O/L/s)成分构成,以后逐渐下降. 而弹性阻力(cmH2O/L)成分在吸气早期可忽略不计,后期逐渐添加.而

7、Pmus的添加方式是由产生流速的压力决议的. 在吸气早期流速逐渐添加,近吸气时间中点处到达峰值,随后逐渐下降,在自主吸气末降至0. 此时Pmus亦巳下降,一旦低于Pela(肺弹性回缩力),产生流速的压力转为反向,吸气停顿转为呼气.机械通气时压力和通气量的关系一样,公式可改为Pappl = Pmus + Paw = Flow Rrs Volume Ers 公式3公式3中Paw代表呼吸机所产生的压力. 在PAV时,呼吸机提供与病人吸气力成正比例的Paw,此时Pappl = Pmus + Paw = Pmus + PventPaw = K1 Volume K2 Flow其中K1是Paw和吸气容积的比

8、值,单位与弹性阻力一样为cmH2O/L, K2是Paw和吸气流速的比值,单位与粘性阻力一样为cmH2O/L/s. 如此Pmus = Pappl Paw =(Volume Ers Flow Rrs)(K1 Volume K2 Flow)PPS为辅助通气方式,不需直接设定Paw,通气量和呼吸频率,而是设定潮气量辅助时的压力(VA)(cmH2O/L),流速辅助时的压力(FA)(cmH2O/L/s)和辅助比例K1,K2(即辅助百分比). 其中VA=Ers K1 用于抑制弹性阻力; FA=Rrs K2 用于抑制气道粘性阻力. 运用PPS时,患者吸气肌收缩产生Pmus,触发呼吸机送气的同时,PPS系统的流

9、量传感器感知患者吸气瞬间产生的流速和容量, 经过快速反响以设定的辅助比例所产生的Paw支持通气.此即公式3. 所述Pmus+Paw= FlowRrs.VolumeErsPPS辅助通气时,吸气的每一瞬间, 呼吸机提供的压力(Paw)随Pmus的加强而升高,本质为呼吸肌的吸气力按设定的辅助比例加强, Pmus减弱时,Paw也随之降低,当Pmus+Paw低于呼吸系统弹性回缩压力时,吸气终止,开场呼气,完成一个呼吸周期. Paw如此周而复始进展通气辅助.经过Paw辅助,患者控制每一个呼吸周期的呼吸方式, 而Pmus决议了呼吸机送气的开场,维持和终止. 自主呼吸和呼吸机送气时相可坚持良好的同步性. 患者

10、可按本身的不同通气需求相应调理呼吸方式.1.4 PPS与PS的差别1.4.1 常用的PS,呼吸机提供的PS是恒定的, 呼吸肌吸气力的大小对PS并无影响, 结果呵斥通气支持缺乏或支持过度(见以下图)PmusPawPSPS压力支持设定后恒定不变Paw患者吸气力发生变化而PS并不相应改动Pmus1.4.2 PPS与PS(ASB) 在压力支持上的本质差别图4中左侧是通常用的压力支持(ASB),它对插管阻力的补偿从插管顶端直至肺泡是非选择性地完全以压力支持来补偿,且主要是对肺泡的补偿(即仅用于补偿肺弹性阻力), 而用于抑制气管粘性阻力并未补偿. 图的右侧是选择性补偿,插管部份的插管阻力以方形波流速自动补

11、偿. 对病理性支气管阻力以相应的流速辅助耒补偿, 对病理性肺泡的弹性那么以容积辅助耒补偿. 故PPS比ASB更为合理,并可完全取代ASB (图5).选择性补偿非选择性补偿P图5. PS, TC和PPS作用部位 : 不同的气道阻力和肺顺应性可选择性补偿.1.4.3 PPS支持程度与患者吸气力大小成比例(见以下图)PmusPawPPSPPSPawPmus 运用了PPS后Paw的支持程度与患者吸气力大小成比例地添加.PPS的运用条件2.1 呼吸中枢功能正常与ASB(PSV)类似,PPS为辅助通气方式之一,要求患者正常自主呼吸. 无自主呼吸即无PPS. 因此自主呼吸不稳定患者运用PPS时, 应设定呼吸

12、暂停通气备用,并需设定呼吸暂停报警, 以保证运用PPS的平安性.2.2 吸气相要位于肺压力-容积曲线的陡直段从PPS的原理可知,吸气时Paw作用于肺压力-容积曲线的陡直段最理想,即肺泡随吸气压力的变化成等比例扩张(见图6).因此不同病变对运用PPS也应有所不同.图6.肺内压力-容积图(下、上平坦部分即第一、二拐点和中间陡直段)COPD患者气道阻力添加和功能残气添加导致气道陷闭,气体阻滞产生PEEPi. 吸气肌必需先抑制PEEPi,翻开陷闭的气道才干产生吸气气流,此时吸气正处于压力-容积曲线的平坦段(下折返点), 即吸气压力有明显变化而肺容积仅轻度添加. PPS方式假设不同时设定PEEP, Pm

13、us必需先抑制PEEPi,才干触发通气, PEEPi不同程度地减弱了通气辅助. 故COPD运用PPS时需加用PEEP, 扩张陷闭的气道,使PPS作用于吸气压力-容积曲线的陡直段. PEEP设置应是PEEPi的80%.ARDS患者肺泡大量萎陷,肺顺应性显著降低. 吸气压力-容积曲线具有特征性的低位折返点,曲线起始段平坦,低位折返点后即变为陡直段.假设不设定PEEP导致吸气早期肺泡不易扩张,同样减弱通气辅助效果. 因此ARDS患者运用PPS时,PEEP需设置在低位折返点时的压力加2-3 cmH2O. 使PPS作用于吸气压力-容积曲线的陡直段.PPS的设定原那么和方法3.1根据肺的R,C计算添加的作

14、功量Pmus Pvent= RFlow + 1/CVolume 要使 Pmus = 0 那么 Pvent= RFlow 1/CVolume 流速辅助 容量辅肋Flow: 表示得到一定通气量的流速 PPS满足自主呼吸Volume: 表示患者需求的通气量多少 所需的流速和容量3.1.1 Evita 4 的CPAP+PPS设置界面Volume Assist3.1.2 Evita 4 的流速辅助(Flow Assist) 和容积辅助(Volume assist) ( 见以下图)流速辅助: 流速添加必导致气道压力上升(Paw), Evita 4 流速辅助设置时其单位是mbar/L/s.容积辅助: 容积添

15、加也导致气道压力上升, Evita 4 容积辅助设置时其单位是 mbar/L. 流速、容积与压力的关系参阅以下图.然后根据期望值来设定FA和VA的大小.压力支持成比例的吸气流速(mbar/L/s)压力支持成比例的吸入容量(mbar/L)3.1.3 PPS-压力曲线的特点PPPPVolume AssistP3.1.4 PPS与PS(ASB)同步性比较(见图7)图7阐明:图左侧为ATC(插管阻力补偿PPS,PEEP=5mbar, VAPS=13mbar, FPPS=2mbar/L/s)图右侧为IPS(间歇性PS-非完全同步, 流量触发为33 ml/s = 2.0L/min, 压力上升时间为26 m

16、bar/s.图底部为呼吸机与患者自主呼吸的同步性情况, PPS完全同步, 而PS虽然流量触发巳设置为最小值(成人), 但呼吸机仅能与患者间歇性同步给予压力支持.图7 PPS与PS同步性比较3.2 PPS设定的原那么3.2.1 同时设定FA(流速辅助)和VA(容积辅助)生理气流为减速气流, 吸气早期阻力以气道粘性阻力(Rrs)为主. Pmus主要用于抑制Rrs; 而肺弹性阻力(Ers)吸气早期较低,随吸气进展和肺泡扩张而逐渐添加, 故在吸气中晚期Pmus主要用于抑制Ers. 可见吸气过程中Pmus用于抑制Rrs和Ers的比例不恒定. 大多数机械通气患者除疾病本身导致Rrs和Ers添加外, 尚有气

17、管插管和呼吸机管道所产生的额外助力的添加. 故运用比例辅助通气(PAV)时: 单独设定VA(用于抑制弹性阻力),因气体流速上升受限必然导致通气支持缺乏, 患者易感气体供应缺乏, 导致或加重呼吸窘迫.单独设定FA (用于抑制气道粘性阻力), 必然导致肺泡通气量缺乏或呼吸肌作功添加. 故急性呼衰患者单独采用VA,患者呼吸肌作功降低, 但该效果因缺乏FA而极大地被抵消. 假设同时采用VA和FA, 患者觉得最温馨. 故运用PPS时,必需同时设置VA和FA. (见图8)8Res和Ela所作的呼吸功(WOB)图8为三种呼吸形状: 左图的SB=自主呼吸时的抑制气道总阻力所作之功(WOBres)和抑制弹性阻力

18、所作之功(WOBela). 中图为加用40%的VA后,Vt有所添加, WOBela减少, 但WOBres随之添加, WOBtotal无显著变化. 右图加用50%的FA后, WOBres明显减少而WOBela轻度添加, Vt也轻度添加但WOBtotal添加幅度很小. 所以VA+FA同时设置效果最正确.3.2.2 辅助比例小于100%实际上辅助比例达100%时,患者呼吸肌作功可减小至0. 但由于呼吸机本身技术隐定性的限制和由于PPS本身作用机理这两个要素易发生脱逸景象(即过度补偿): VA过度补偿可出现: (a)呼吸机继续送气出现高容量报警或可见及患者自动运用呼气肌呼气, (b)是流速曲线快速上升

19、到一个高程度后忽然下降中断. FA过度补偿使呼吸机明显处于误触发且不能用设定流量触发来纠正. 发生脱逸景象导致呼吸机继续送气, 产生肺过度膨胀或气压伤. 因此PPS辅助比例以低于80%以下最为平安.3.2.3 根据患者需求和病情变化适当调整辅助比例PPS合理设定条件之一是准确测定Rrs和Ers. 目前在VCV下采用肌肉松弛剂控制通气,静态测定气道阻力和胸肺总顺应性, 但患者清醒后自主呼吸过程中Rrs和Ers并非固定不变, 而PPS的辅助比例那么是根据恒定的Rrs和Ers设定的. 因此运用PPS过程中设定的辅助比例并非恒定不变, 而需根据患者通气支持的温馨程度及时予以调整. 另外,在阻力添加情况

20、下, 患者添加呼吸肌的作功来提高Paw以坚持所需的通气量, 此易引起呼吸肌的疲劳, 反而降低呼吸肌收缩做功才干, 从而降低了Paw,最终导致肺泡通气量的缺乏. 由此可见,通气辅助过程中尚需结合病情变化及时调整辅助比例.3.3 PPS设定方法神经肌肉或肺组织等发生病变时均可采用PPS通气, 但不同疾病对PPS有不同的设定要求.3.3.1神经传导系绝和呼吸肌疾病设定方法格林-巴利综合症,重症肌无力或呼吸肌疲劳的主要病理生理改动为Pmus降低, 而Rrs和Ers正常. 运用PPS时,应根据Pmus下降的程度设定辅助比例, 使吸气压力恢复正常, 维持正常肺泡通气量. 如呼吸肌作功才干仅为正常的一半,

21、那么K1和K2应设置为50%.( Paw=K1VolumeK2Flow)同等的比例补偿因病变所降低的呼吸肌作功.3.3.2 Rrs和Ers升高时设定方法COPD, ARDS和重症肺炎, Rrs和Ers均明显升高. 呼吸肌负荷加重, Pmus不能完全抑制升高的阻力, 使肺泡通气量降低. 运用PPS时应根据升高阻力占总阻力的比例设定辅助比例, 由呼吸机来完成升高的阻力功, 使患者的呼吸肌仅用于抑制正常情况下的阻力作功,从而在恢复肺吸气压力-容积正常变化关系和同时, 防止呼吸肌疲劳. 比如弹性阻力由正常情况下15 cmH2O/L 上升到40 cmH2O/L(Ers=1/C,由此按肺顺应性降低来计算即

22、=1/151/40=66.6-25=41.6 ml/cmH2O , 将此值与正常值比即41.6/66.6=62.5%, 此即为辅助的比例), 气道阻力由4 cmH2O/L/s 上升到6 cmH2O/L/s(即6-4=2 cmH2O/L/s, 将此添加值2和正常值4来比即2/4=50%), 那么K1需设置为62.5%, K2为50%.3.3.3上述两种病变同时存在时设定方法对于存在神经传导系统,呼吸肌肉病变和阻力增高患者而言. 运用PPS时设定比例产生的Paw既要补偿呼吸肌无力降低的呼吸功, 同时要抑制病变额外添加阻力功. 同样坚持患者呼吸肌仅完成正常情况下的阻力功.3.4详细设置VA和FA的方

23、法:有三种根据上述气道闭合法测算结果来决议VA和FA. 计算公式为 Rrs = PIPPplat/PIF 和Ers = PplatPEEP/Vt, 在静态条件下测定的Ers和Rrs后其80%即为预设的VA和FA值, 以后需结合气道峰压和潮气量来调整VA和FA的设置;CPAP那么设置为PEEPi的50-80%程度,且以不提高平均气道压(Pmeab)为宜.脱逸法: 将VA和FA均设置在最小值(VA= 2 cmH2O/L, FA= 1 cmH2O/L/s), 然后逐渐添加VA, 每次 2 cmH2O/L直至出现脱逸景象此时的VA相等或略高于Ers,其80%或脱逸时的VA减少2 cmH2O/L即为预设

24、的VA值.调理FA,每次添加1 cmH2O/L/s, 当流速辅助过大时, 呼吸时机出现误触发景象, 此时的FA值即相等于Rrs, 其80%为预设的FA值. FA过大时会出现压力脱逸.根据患者自觉温馨程度来调理: 呼吸系统具有极敏感的机制可觉察压力-流速关系(气道阻力变化或压力-容积关系(顺应性变化)的异常. 负荷变化很小时,不会引起肌肉负荷添加, 但易被患者觉察并有不适服的觉得. 故用患者本身觉得来调理FA和VA是一种根本可行的方法.PPS的特点4.1坚持患者对呼吸方式的控制,减少人机对坑PPS辅助呼吸时不需设定Vt, f, 和气道压力等参数, 而是经过自主呼吸的大小决议Paw的高低和时相.

25、Paw程度随Pmus的添加而成比例扩展, Pmus决议了呼吸机辅助的开场、维持和终止, 患者控制每一呼吸周期的呼吸方式使自主呼吸和呼吸机坚持良好的同步性.与常用通气方式相比, PPS有以下几方面优点:(1)减少人机对抗, 降低呼吸肌无效作功, 防止呼吸肌疲劳. (2)可根据患者不同通气需求随时调整呼吸方式. 如发热,寒战等代谢添加在CO2产生添加情况下,患者可自动调整呼吸频率,呼吸节律和吸气力量, 添加肺泡通气量以排出CO2, 维持体内酸碱平衡和内环境稳定. (3)减少镇静剂和肌松剂的运用, 保管呼吸道去除才干和自主呼吸, 缩短机械通气时间, 防止发生呼吸机依赖.4.2降低气道峰压正压通气可改

26、善低氧血症和CO2滞留, 但对循环功能可产生不同程度影响. 主要是使中心静脉压升高,静脉回流减少, 右心室后负荷添加,同时胸内压升高使其顺应性降低,心室充盈受限, 心脏前负荷减低, 最终使心输出量和氧保送量减少. PSV和VCV常用通气方式与PPS同属正压通气. 但PSV和VCV通气时患者呼吸肌仅在早期吸缩作功,在吸气中晚期停顿收缩; 而PPS, 在吸气过程中呼吸肌一直收缩作功, 且吸气末收缩力最大产生的Pmus也相应提高,与常用通气方式比较,在潮气量一样情况下气道峰压因此相应降低, 从向减少正压通气对循环功能的干扰, 同时有利于发扬肺维护性通气作用.4.3 防止通气支持缺乏或肺泡过膨胀.PS

27、V等传统通气方式无法恢复吸气压力和肺容积之间的生理变化关系, 由前图3可知,每一呼吸周期中,仅某一吸气压力对应的肺容积与生理情况相符, 其他吸气压力对应的容积均低于或高于生理情况下两者间的对应关系, 故易产生肺泡通气缺乏或通气过度. 而PPS可恢复吸气压力和肺容积之间正常变化关系. 患者控制每一呼吸周期的呼吸方式,在辅助比例一定的前提下, 患者根据本身需求而调理吸气之力, 进而改动Paw辅助程度, 调整潮气量的大小, 防止肺泡过度膨胀,以免发生气压伤, 发扬重要的肺维护作用.PPS的运用研讨近年来, PPS在不同领域的运用研讨获得了长足进展5.1 PPS在不同疾病患者中的运用研讨限制性通气妨碍

28、: Mols G等人对正常束缚其胸、腹部人为呵斥限制性功能妨碍, 导致呼吸系统顺应性降低, 分别进展PSV和PPV通气, 其中PPS只给予VA辅助. 结果与PSV相比, 在PPS方式下病人觉得最温馨; 同一患者运用PPS的不同呼吸周期中,潮气量,呼吸肌作功和峰流速的变化较PSV时明显.阐明PPS不仅协调吸气力和通气效果之间关系, 而且患者可根据本身需求调整呼吸方式.急性呼吸衰竭: Navalesi P着重讨论自主呼吸与PPS不同辅助比例(20%,40%,60%,80%的VA, 合并或不合并固定比例的FA时患者呼吸方式和呼吸肌作功差别. 结果阐明高于40%VA合并FA呼吸频率显著降低, 呼吸肌作功显著下降; 这些效应髓VA辅助比例升尚而添加. 提示急性呼吸衰竭患者运用PPS时需同时设定VA和FA,不仅改善肺泡通气且显著降低呼吸作功.阻塞性通气功能妨碍: 以COPD为对象, Appendini L等比较了自主呼吸, CPAP, PPS及CPAP+PPS对患者呼