床旁呼吸力学监测及其在机械通气中的应用

呼吸力学的概念

(respiratorymechanics或lungmechanics)

——以物理力学的观点和方法对呼吸运动进行研究的一门学科——以压力、容积和流速的相互关系解释呼吸运动现象第一页，共109页。动态呼吸力学研究压力与流速的相互关系静态呼吸力学研究压力与容积的相互关系第二页，共109页。学习呼吸力学的意义呼吸生理是机械通气的灵魂呼吸力学是呼吸生理的灵魂1．加深对呼吸生理和病理生理的认识2．合理运用机械通气的基础3．研究新型通气模式的需要4.研制呼吸监护仪和治疗仪的需要第三页，共109页。呼吸力学的学习方法认识到呼吸力学的重要性不要有畏难情绪注重基本概念和理论注重在机械通气实践中应用和提高第四页，共109页。呼吸系统的力学特性弹性(elastic)：弹性阻力（elastance）粘性(resistive)：粘性阻力（resistance）惯性(inertial)：惯性阻力阻力可存在于呼吸系统的各个部位：气道阻力，肺组织阻力，胸廓阻力第五页，共109页。

气道阻力（Raw）

概念：气体在气道内流动所产生的磨擦力

Raw＝8ηl/(πr4)具有容积和流速依赖性吸气阻力和呼气阻力第六页，共109页。弹性阻力与顺应性

顺应性：C＝ΔV/ΔP

除与呼吸系弹性有关外，还与肺容积有关静态顺应性（Cst）与呼吸系弹性有关动态顺应性（Cdyn）与呼吸系弹性和气道阻力及呼吸频率有关第七页，共109页。气管插管对阻力的影响第八页，共109页。肺过度充气

(pulmonaryhyperinflation)静息平衡位（restingequilibriumposition）功能残气量（functionalresidualcapacity，FRC）肺过度充气：呼气末肺容积（EELV）超过FRC分类：静态肺过度充气：恒定外力作用，如PEEP（staticpulmonaryhyperinflation，SPH）动态肺过度充气：呼气不完全（dynamicpulmonaryhyperinflation，DPH）第九页，共109页。呼吸系统容积与呼吸系统压力变化FRCPalv=0PEEPPEEPiΔVdynΔVstTotalPEEP第十页，共109页。时间常数（τ）对任一呼吸系统，其容积变化(∆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τ来表示：

τ＝RC或VT/F正常为0.4秒决定气体在肺内的分布和排空速度第十一页，共109页。遵循指数函数规律的变化过程：肌松状态下压力控制通气（PCV）时的吸气压力变化肌松状态下任何模式下的呼气压力的变化自主呼吸状态下被动呼气时的压力变化第十二页，共109页。肺区的概念快肺区：气道阻力小，肺弹性差气体分布和排空快慢肺区：气道阻力大，肺弹性好气体分布和排空慢第十三页，共109页。基本参数的测量基础原始参数计算公式计算模型第十四页，共109页。呼吸力学监测的三要素压力（pressure，Ｐ）气体，液体，电－机械压力传感器流速（flow，Ｆ）压力式流速仪：伯努利方程

F＝ΔP/R＝（ΔPπr4）/(8ηl)非压力式流速仪：热金属丝（hotwire）型第十五页，共109页。Fleisch流量传感器第十六页，共109页。容积（volume）肺量计计算流量对时间的积分呼吸电抗体描法（RIP）单向阀强迫振荡法（FOT）气体稀释法第十七页，共109页。运动方程（equationofmotion）

P＝F×R+VT/Crs＋I×dV/dt+PEEPi——P为驱动压力，PEEPi为内源性呼气末正压，VT为潮气量，Crs为呼吸顺应性，R为粘滞阻力，F为流速，I为惯性阻力，dV/dt为加速度运动方程是整个呼吸力学监测的基础！第十八页，共109页。呼吸力学研究的机械模型（lungmodel）

1.线性单室模型反映了整个呼吸系统“平均”的呼吸力学状况适合于健康人和限制性肺疾病不适合严重的COPD、ARDS和主支气管狭窄2.线性双室模型适用于COPD、ARDS、单侧肺和主支气管狭窄等3.非线性单室模型适用于ARDS和肺纤维化第十九页，共109页。第二十页，共109页。容积控制通气的呼吸力学曲线第二十一页，共109页。不同部位压力波形第二十二页，共109页。第二十三页，共109页。气道峰压（PD）的影响因素吸气流速气道阻力潮气量胸肺顺应性呼气末正压（PEEP）内源性呼气末正压（PEEPi）第二十四页，共109页。平台压（PS）的影响因素潮气量胸肺顺应性PEEP内源性呼气末正压（PEEPi）第二十五页，共109页。流速或气道阻力对气道峰压产生影响，但对平台压无影响顺应性的变化对气道峰压和平台压都产生相同影响第二十六页，共109页。虚点面积在特定的时间间隔上所计算的压力相加求其均数即平均气道压第二十七页，共109页。平均气道压(Pmean)数个周期中气道压的平均值与影响PD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第二十八页，共109页。内源性呼气末正压（PEEPi）概念

在肺的弹性回缩下导致呼气末肺泡内呈正压，称为PEEPi。PEEPi的存在说明呼气末肺容积未能回到正常FRC状态，即存在动态肺过度充气（DPH）。第二十九页，共109页。PEEPi产生的机制—等压点学说第三十页，共109页。PEEPi的影响因素呼气阻力增加呼吸系统顺应性增高通气量过大呼气时间不足呼气气流受限呼气肌的作用第三十一页，共109页。PEEPi的类型不伴有肺过度充气的PEEPi伴有肺过度充气但无气流受限的PEEPi伴有肺过度充气和气流受限的PEEPi第三十二页，共109页。PEEPi的临床意义增加呼吸功增加肺损伤的危险性对循环系统的影响对肺通气的影响：导致呼吸肌疲劳，肺泡通气量降低对气体交换的影响：通气的不均衡分布对临床所测呼吸系统顺应性的影响第三十三页，共109页。PEEPi的监测方法:间接观察

①胸围增大；②患者呼吸费力；③心血管功能恶化；④呼气末有持续呼气气流，呼气的最后部分突然被吸气中断；⑤压力控制通气时潮气量或每分通气量下降；⑥不能用呼吸系统顺应性下降解释的平台压升高；⑦容量控制通气时气道压力升高。

第三十四页，共109页。第三十五页，共109页。PEEPi对气道压的影响第三十六页，共109页。PEEPi的监测方法:直接测量呼气末气道阻断法同步记录气道口压力与流速法食道球囊法间断气道阻断法

Mueller动作法第三十七页，共109页。

呼气末阻断法测定PEEPiPEEPi阻断第三十八页，共109页。

食道球囊法测定PEEPi

FlowVolPawPes第三十九页，共109页。

PEEPi的临床应用

降低PEEPi：COPD，哮喘延长呼气时间降低气道阻力减少分钟通气量消除呼气肌的作用增加PEEPi：ARDS，肺间质纤维化第四十页，共109页。呼气末正压（PEEP）PEEP与CPAP的概念PEEP的生理学效应COPD：减少呼吸功ARDS：使萎陷肺泡复张，减少分流，改善顺应性和V/Q比值支气管哮喘：有争议第四十一页，共109页。胸内压（Ppl）/食道压（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：食道球囊法第四十二页，共109页。影响食道压测定的因素影响胸内压的因素：重力作用——要求测量部位与体位前后一置食道测压管因素：气囊的构造和大小，导管的构造和大小，充气量，气囊位置压力传导介质呼气肌用力：可使胸内压增加食道变形：体位变化时可使食道变形食道肌肉收缩：表现为ΔPes/ΔPpl↓心脏跳动第四十三页，共109页。食道球囊位置的判断第四十四页，共109页。食道压测定的临床应用反映胸内压反映自主呼吸努力对肺动脉嵌顿压（PCWP）的影响计算跨膈压第四十五页，共109页。有关压差的概念第四十六页，共109页。流速吸气峰流速（PIFR）呼气峰流速（PEFR）平均吸气流速（VT/TI）第四十七页，共109页。流速波形

FH第四十八页，共109页。容积控制通气中的吸气流速波形

第四十九页，共109页。第五十页，共109页。容积1．VT，VC，FEV1.02．分钟通气量（VE）3．补呼气容积（ERV）4．功能残气量（FRC）5．呼气末肺容积（EELV）第五十一页，共109页。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第五十二页，共109页。第五十三页，共109页。第五十四页，共109页。计算公式顺应性总静态顺应性（Cst）=VT/(Ps-PEEP-PEEPi)肺静态顺应性（Clst）=VT/(Ps-Ppl-PEEP-PEEPi)总动态顺应性（Cdyn）=VT/(PD-PEEP－PEEPi)胸壁顺应性＝总顺应性－肺顺应性有效顺应性（Ceff）＝VT/PD气道吸气阻力Raw,max=(PD-Ps)/FRaw,min=(PD-P1)/F第五十五页，共109页。传统方法的局限性需完全消除自主呼吸的影响测量的数据不能完全等同和应用于自主呼吸难以获得判断自主呼吸活动的指标流速恒定第五十六页，共109页。阻力和顺应性的其他测定方法最小平方匹配法（LSF）强迫振荡法（FOT）优点：可用于被动呼吸和自主呼吸宜于持续监测

第五十七页，共109页。时间常数的测定经典方法：通过测定呼吸系统的阻力和顺应性直接计算存在的问题：适用于单室模型，对于COPD，不同肺区具有不同的时间常数，并且由于气道塌陷，吸气相和呼气相的呼吸力学是不同的。通常吸气相的时间常数低于呼气相。未将呼吸机管路的阻力计算在内，往往低估了实际的时间常数。不能对每一次的呼吸周期进行持续监测。第五十八页，共109页。第五十九页，共109页。第六十页，共109页。第六十一页，共109页。其他简化方法TC＝VT/PEFR

该方法适用于线性单室模型，不存在动态肺充气，且肌肉放松时TC75％VT＝VT75％/PEFR75％

第六十二页，共109页。呼吸功（WOB）总呼吸功（Wtot）：病人和呼吸机所做的功之和病人呼吸功（Wpat）:在自主呼吸中测得的病人所做的功呼吸机呼吸功（Wven）：机械通气时呼吸机所做的功附加功（Wimp）：克服呼吸机管路和气管插管所做的功生理功（Wphy）：克服呼吸系统阻力所做的功弹性呼吸功（Wela）：克服呼吸系统弹性阻力所做的功粘性阻力呼吸功（Wres）：克服呼吸道粘滞阻力所做的功Wtot＝Wpat＋Wven＝Wimp＋Wphy第六十三页，共109页。呼吸功的组成第六十四页，共109页。呼吸功的测定方法计算公式WOB=Pdv，为压力－容积曲线下的面积WOBp=(PEE－POES)dV+2*CCW/VT

其中PEE为呼气末食道压，POES为每一次呼吸开始的食道压，CCW为胸壁顺应性（假定为0.2L/cmH2O）第六十五页，共109页。呼吸功的图解法第六十六页，共109页。影响呼吸功测定的因素食道压的准确性胸壁顺应性：呼吸肌必须放松肺气容积和气道口测定容积的不一致性胸腹部的变形：如腹胀和人机对抗时，呼吸肌未完全放松其他未考虑的呼吸功的组成部分第六十七页，共109页。呼吸功的单位J/min：每一次呼吸的呼吸功×呼吸频率正常值为3.9J/minJ/L：(J/min)/MV，个体越大，其值越大，并与呼吸阻力成正相关，便于个体间比较。正常值为0.47J/L第六十八页，共109页。监测呼吸功的意义选择通气模式调节呼吸支持水平指导撤机：<0.75J/L脱机多能成功评价呼吸机管路对呼吸功的影响定量评价人机协调性第六十九页，共109页。压力－时间乘积（PTP）概念PTP＝肌肉收缩时间×肌肉产生的压力变化真实地反映了呼吸肌的努力，与呼吸氧耗的相关性比呼吸功更好。计算方法：通过食道压曲线进行计算

PTP＝{（POEE-PES）+（Vol/CCW）}dt/tmin第七十页，共109页。第七十一页，共109页。呼吸中枢驱动力影响呼吸中枢驱动力的因素呼吸前负荷呼吸后负荷呼吸肌的功能状态

第七十二页，共109页。吸气0.1秒末闭合气道压（P0.1）测定方法：FRC位阻断气道0.1秒无流速变化无容积变化与呼吸阻力无关P0.1仅反映呼吸中枢的驱动作用第七十三页，共109页。第七十四页，共109页。P0.1的临床应用监测呼吸中枢的化学感受反应调节PSV的压力支持水平指导撤机第七十五页，共109页。影响P0.1测定的因素呼气末肺容积：气道塌陷:使气道压力的变化在相当的程度上滞后于食道压的变化，使实测压力明显低于实际值。胸壁变形：使呼气末肺容积发生改变呼气肌用力：使呼气末肺容积低于FRC驱动压力波形：压力－流速时相滞后第七十六页，共109页。呼吸中枢驱动力

平均吸气流速（VT/TI）与PCO2水平直接相关，重复性好过低估计呼吸中枢驱动水平呼吸肌肌电图（EMG）所有呼吸肌肌电的综合反映受附近肌肉肌电的影响大，个体间可比性差第七十七页，共109页。呼吸肌肌力肺活量（VC）最大吸气压（MIP）反映所有呼吸肌肌力的总和跨膈压（Pdi）=Ppl-Pab=Peso-Pga反映膈肌肌力第七十八页，共109页。呼吸肌耐力

——指呼吸肌维持一定的力量或作功时对疲劳的耐受性。耐力比力量更重要。MV/MMV膈肌张力－时间指数（TTdi）TTdi=Pdi/Pdimax*Ti/TtotEMG高频波/低频波，表明呼吸肌耐力呼吸浅快指数（f/VT）第七十九页，共109页。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第八十页，共109页。压力－容积环（P-V环）静态P－V环动态P－V环第八十一页，共109页。第八十二页，共109页。第八十三页，共109页。大注射器法描记P-V曲线第八十四页，共109页。呼吸机法描记P-V曲线第八十五页，共109页。低流速法描记P-V曲线第八十六页，共109页。临床应用调节PEEP：Pinflex+2～3cmH2O计算呼吸系统顺应性（Crs）调节潮气量：使气道压低于Pdeflex测定肺泡复张容积第八十七页，共109页。

Step1:测量PEEP所致的FRC(吸气末撤掉PEEP并延长呼气