呼吸生理与机械通气的应用

呼吸生理与机械通气1

呼吸系统解剖与生理上呼吸道：鼻、咽、喉下呼吸道：气管、支气管、支气管树、肺泡2呼吸概念及其意义：

机体与外界环境之间的气体交换过程.呼吸过程：O2CO2O2CO2肺血液循环组织细胞

肺通气

肺换气

气体运输

组织换气外呼吸内呼吸3

呼吸系统的结构与功能1、呼吸道:勾通肺泡与外界环境的气体通道

上呼吸道：鼻、咽、喉

呼吸道—

下呼吸道：气管、支气管及在肺内的分支

呼吸道的主要功能

：（1）调节气道阻力：通过调节气道阻力从而调节进出肺的气体的量、速度和呼吸功（2）保护功能

：对吸入气体进入加温、湿润、过滤、清洁作用和防御反射等保护功能。

4

2、呼吸道平滑肌：气管至终末细支气管管壁，形成完整的网格结构受交感神经和迷走神经的双重支配，调节呼吸道管径吸气：交感神经（＋）平滑肌舒张，管径增大呼气：迷走神经（＋）平滑肌收缩，管径减小神经递质的作用：胆碱类物质：迷走神经类作用去甲肾上腺素类物质：交感神经类作用5

3、

肺泡:肺泡气与血液进行气体交换的场所

64、胸廓与胸膜腔（1）胸廓（2）呼吸肌

1）吸气肌：膈肌、肋间外肌（主）；

斜角肌、胸锁乳突肌（辅）

2）呼气肌：腹肌、肋间内肌

（3）胸膜腔负压

7

肺通气的原理肺通气的动力

>

肺通气的阻力

肺通气肺通气的动力

直接动力:大气与肺泡气之间的压差

(大气压-

肺内压）

原动力：呼吸运动呼吸运动

胸膜腔内压变化

肺内压改变

大气压与肺内压压差改变

肺通气8呼吸运动定义：是指呼吸肌收缩舒张引起的胸廓扩大和缩小。参与呼吸的肌肉：主要吸气肌：膈肌和肋间外肌主要呼气肌：肋间内肌和腹肌辅助吸气肌：斜角肌、胸锁乳突肌等9（1）平静呼吸：节能的最佳呼吸方式(主动、被动）

吸气：主动

呼气：被动

（2）用力呼吸：耗能高（主动、主动）

吸气：主动

呼气：主动

10肺通气的阻力弹性阻力

肺弹性阻力

肺的弹性回缩力

(1/3)

肺泡表面张力

(2/3)

胸廓弹性阻力非弹性阻力

气道阻力（主要）

惯性阻力

组织粘滞阻力

肺通气的阻力11肺容积和肺容量肺容量：静态肺容量、动态肺容量静态肺容量潮气量（VT）：平静呼吸时每次吸入或呼出的容量。约400～500ml。深吸气量（IC）：从平静呼气末作最大吸气时所能吸入的气量，它是潮气量与补吸气量之和，衡量最大通气潜能补吸气量（IRV）：平静吸气末，再做最大吸气所能吸入的气量。补呼气量（ERV）：平静呼气末，再做最大呼气所能呼出的气体量。功能残气量（FRC）：平静呼气末肺内残留的气体量。残气量（RV）：最大呼气末肺内残留的气体量。肺活量（VC）：最大吸气末缓慢而完全呼出的最大气体量。VC＝IRV＋VT＋ERV。肺活量（TLC）：最大吸气末肺内所含的气体量。TLC＝VC＋RV。12

肺通气量每分通气量：每分钟进出肺的气体总量.

每分通气量=潮气量(TV)

呼吸频率(R)6~9L

13

无效腔和肺泡通气量

无效腔

：解剖无效腔

+肺泡无效腔

=生理无效腔解剖无效腔:鼻~呼吸性细支气管内不参与交换的气体量.反应呼出气与肺泡气的差异：

肺泡无效腔:肺泡内未参与气体交换的气体量.(每分)肺泡通气量:每分钟吸入肺泡的新鲜空气量.(每分)肺泡通气量

=(潮气量

-无效腔气量)

呼吸频率

(500-150)

15=4250ml

14呼吸气体的交换气体的扩散影响气体扩散速率的因素

1.气体的分压差

2.气体的分子量和溶解度

3.扩散面积和距离

4.温度15

影响肺换气(气体交换)的因素

1.呼吸膜的厚度

反比

呼吸膜---6层：是肺泡气与血液之间的物理屏障.单纯扩散.

厚度大

扩散速率小

换气障碍

PO2

PCO2

病理：肺水肿、肺炎、肺间质纤维化

2.呼吸膜的面积

正比

面积

小

扩散速率小

换气障碍

PO2

PCO2

病理：

肺炎、肺不张、肺实变163.通气/血流比值（VA/Q比值）每分钟肺泡通气量(VA)和每分钟肺血流量(Q)之间的比值

正常

成人

安静

状态下

:

VA

（肺泡通气量）=4.2L/min

Q（每分钟肺血流量）=5L/min

正常VA/Q比值为0.84VA/Q

（>0.84）

：通气过剩(VA)

或血流不足(Q)

肺泡无效腔增大

通气不足

PO2

PCO2

VA/Q

（<0.84）

：通气不足VA

或血流过剩Q

功能性动-静脉短路

肺泡通气不良

PO2

PCO2

17通气／血流比值V/Q增大V/Q减小正常18机械通气机械通气是指患者通气和/或换气功能出现障碍时，运用器械使患者恢复有效通气并改善氧合的方法19机械通气的历史20机械通气的历史负压呼吸机(“铁肺”)1928年Boston儿童医院无创通气首次用于临床20世纪40至50年代脊髓灰质炎爆发流行时广泛使用Theironlungcreatednegativepressureinabdomenaswellasthechest,decreasingcardiacoutput.IronlungpoliowardatRanchoLosAmigosHospitalin1953.21机械通气的历史22机械通气的历史23机械通气的历史正压呼吸机1955年麻省总医院首次使用有创通气现已成为机械通气的标准24机械通气的目的纠正急性呼吸性酸中毒：纠正低氧血症降低呼吸功消耗，缓解呼吸肌疲劳防止肺不张对于可能出现肺膨胀不全的患者(如术后胸腹活动受限、神经肌肉疾病等)，机械通气可通过增加肺容积而预防和治疗肺不张

为安全使用镇静剂和肌松剂提供通气保障稳定胸壁在某些情况下(如肺叶切除、连枷胸等)，由于胸壁完整性受到破坏，通气功能严重受损，此时机械通气可通过机械性扩张使胸壁稳定，以保证充分的通气。25机械通气应指征经积极治疗后病情仍继续恶化；意识障碍；呼吸形式严重异常，如呼吸频率>35～40次/min或<6～8次/min，节律异常，自主呼吸微弱或消失；血气分析提示严重通气和氧合障碍：PaO2<50mmHg，尤其是充分氧疗后仍<50mmHg；PaCO2进行性升高，pH动态下降。26机械通气的相对禁忌证气胸及纵隔气肿未行引流者肺大疱和肺囊肿低血容量性休克未补充血容量者严重肺出血气管-食管瘘但在出现致命性通气和氧合障碍时，应积极处理原发病(如尽快行胸腔闭式引流，积极补充血容量等)，同时不失时机地应用机械通气。27机械通气部分概念28四大要素TIMEFLOWPRESSUREVOLUME29FlowFlow越大吸气时间越短

Peakairwaypressure↑、Gasdistribution变差Flow越小吸气时间越长

呼气时间縮短Peakairwaypressure↓、Gasdistribution变好，但有可能因呼气不完全而产生并发症(auto-PEEP30FlowPatternsConstantflow：Volumeventilation的主要flow型式Ascendingflow：可能有助于气道阻力过高时的气体分布；如statusasthmaticus目前尚无临床研究支持ascendingflow在临床上的值Descendingflow：Pressureventilation的主要flow型式适用于compliance差或低血氧的病人31名詞解释Trigger:设定结束呼气的条件（开始吸气）Limit:设定某一個值不能超过該limitCycle:设定结束吸气动作的条件（开始呼气）32TriggerTimetrigger:先设定一个rate时间到了就启动Pressuretrigger:先设定一个pressuresensitivity(e.g.–2cmH2O)当PAW降到baseline以下的预设值时就启动Sensitivity设太低时有可能会auto-triggerFlowtrigger:机器必需是continuousflow(e.g.6L/min)再设定一個flowsensitivity(e.g.3L/min)当airwayflow降到baseline以下的预设值)时就启动较省力33CycleTimecycle时间到了就切換成呼气Flowcycle当flow降到initialflow的某個%时切換成呼气(e.g.PSV=25%)Volumecycle当volume达到預先设定的值时切換成呼气

(e.g.Assistvolumeventilation)E.g.VCV,IMVPressurecycle当pressure达到預先设定的值时切換成呼气(e.g.IPPB)较少用于ICU34机械通气模式按通气类型分为定压型呼吸机定容型呼吸机35定压和定容呼吸机优缺点比较36基本模式有两种：控制通气和辅助通气

控制通气时，通气机触发呼吸并且承担全部的呼吸功，即完全通气支持（Fullventilatorysupport,FVS）

辅助通气时，患者触发和完成全部或部分呼吸周期，而通气机只是给予一定的呼吸支持，即部分通气支持（Partialventilatorysupport，PVS）37无创正压通气（NoninvasivePressureSupport，NIPSV）

为经鼻或面罩流量触发压力支持通气，避免了气管插管或气管切开及其并发症。因此具有减少痛苦，保持上呼吸道的正常生理功能、正常进食、讲话等优点设定呼吸道内吸气正压水平（IPAP）和气道内呼气正压水平（EPAP）38呼吸机与患者的连接39适应证：患者出现较为严重的呼吸困难，动用辅助呼吸机，常规氧疗方法(鼻导管和面罩)不能维持氧合或氧合障碍，有恶化趋势时，应及时使用NPPV。

40无创通气基本条件基本要素病人清醒病人合作合适医护人员(培训、医护人员与病员比）合适的设备（面罩、呼吸机）紧急人工气道建立和监护的保障条件血流动力学稳定无急性面部损伤、颅底骨折等41NIPSV临床应用的禁忌症禁忌证：意识障碍，呼吸微弱或停止，无力排痰，严重的器官功能不全(上消化道大出血、血流动力学不稳定等)，未经引流的气胸或纵隔气肿，严重腹胀，上气道或颌面部损伤、术后、畸形，不能配合NPPV或面罩不适等

42更改有创通气遇到下列情况应中止无创通气，建立人工气道后，改换为有创通气不能耐受面罩者——极少见病情加重而无创通气不能及时纠正需建立人工气道处理大量分泌物者生命体征极不稳定，需建立人工气道者无创通气治疗无效，病情进行性加重支持压力>30cmH2O43但无创通气也有以下缺点：1、无创通气病人常有憋闷感，2、人机配合协调需有积极的心态并经相当时间的适应过程；2、死腔量较大；3、经常发生漏气；

4、特别是遇呕吐等时如不及时发现易发生窒息等并发症；5、应用不当或配合不佳反可增加氧耗量加重心衰。故应严密观察，如有必要及时改用常规正压通气。44控制机械通气（ControlledMechanicalVentiation，CMV）

CMV(CV)又称指令通气，呼吸机以预设频率定时触发，并输送预定潮气量。即呼吸机完全代替患者的自主呼吸。换句话说，患者的呼吸方式（呼吸频率、潮气量、吸呼时比和吸气流速）完全由呼吸机控制，由呼吸机来提供全部呼吸功。45控制指令通气(CMV/IPPV)46CV主要用于（1）患有严重呼吸抑制或呼吸暂停，如麻醉、中枢神经系统功能障碍、或药物过量等。（2）可最大限度减轻呼吸肌负荷，降低呼吸氧耗，有利于呼吸肌休息和恢复疲劳。（3）为心肺功能储备差的患者提供最大呼吸支持，以减少呼吸用力，缓解急性冠状动脉缺血47（4）在实施“非生理性”特殊通气方式，如反比通气、分侧肺通气、低频通气以及在闭合性颅脑损伤时，为减少脑血流和降低颅内压故意采用的过度通气等。（5）对患者呼吸力学的监测，如呼吸阻力、顺应性、PEEPi、潮气末CO2

浓度、呼吸功等，只有在CV控制通气时测定才准确可靠。48辅助通气

（AssistedVentilation，AV）AV是在患者吸气用力时依靠气道压的降低（压力触发）或流量的改变（流量触发）来触发，触发后呼吸机即按预设潮气量（或吸气压力）、频率、吸气和呼气时间将气体传送给患者。49辅助/控制模式（Assist/ControlVentilation，A/C）

结合AV和CV的特点，通气靠患者触发，并以CV的预设频率作为备用。A-CV模式大多以容量切换型通气来实行，应用容量切换A-CV时，需预设触发敏感度、潮气量（VT）、频率（备用频率）、吸气流速和流速波型通气机以预先设定的频率释放出预先设定的潮气量。在通气机触发呼吸的期间，患者也能触发自主呼吸，当通气机感知患者的自主呼吸时，通气机可释放出一次预先设定的潮气量。患者不能自己改变自主呼吸触发呼吸的潮气量。

50volume(mL)pressure(cmH2O)flow(L/min)VA/C

Control51volume(mL)pressure(cmH2O)flow(L/min)patient-triggeredbreathventilator-triggeredbreathVA/C

Assist5253辅助通气指通气机在患者吸气用力达到触发灵敏度时提供预设参数的通气控制通气指不论患者自主呼吸如何，通气机按预设频率，间隔一定时间给予预设参数的通气A/C可以是容量控制通气也可以是压力控制通气。A/C需要预设频率，预设频率的实质就是设置了时间触发阈值实际f>后备f实际Ve=实际VtX实际F54Assist-ControlVentilationTimeorpatienttriggerSetparameter:frequencysensitivitytypeofbreath(volumeorpressure)55A/C的应用指征

呼吸中枢的驱动力正常，但是呼吸肌衰竭以致于不能完成呼吸功

呼吸中枢的驱动力正常，但是由于所需要的呼吸功增加，使呼吸肌不能完成全部呼吸功。

56A/C模式的优缺点

正常情况下，A/C模式与SMV相比，患者所作的呼吸功较少由于每次呼吸都是在正压通气下产生A/C模式可多方面影响患者的血流动力学状态。

57间歇指令通气（IntermittentMandatoryVentilation，IMV）

定义：呼吸机以预定的频率输送固定的潮气量（或压力），在两次指令通气间歇期，允许患者自主呼吸自主呼吸时的通气量取决于患者自主呼吸的呼吸肌群力量。IMV和A/C模式的差别在于患者能触发产生自主呼吸的通气量，A/C模式中，潮气量是由通气机产生的恒定通气量；而在IMV模式中，潮气量是由患者自己控制的，因而是可变的。

58IMV模式通气治疗期间，如果患者有自己的通气周期，但IMV不能监测患者的自主呼吸努力，因而通气机仍可能给予一次强制通气。这就造成了呼吸的“重叠”。如发生在患者自主呼吸期间或终末，这次机械通气无效，这就造成了患者-通气机之间的非同步

59同步间指令制通气（SynchronizedIntemittentMandatoryVentilation，SlMV）

SlMV时，患者能获得预先设定的潮气量和接受设置的呼吸频率，在这些通气机设定的强制通气期间，患者能触发自主呼吸，自主呼吸潮气量的大小与患者产生的呼吸力量有关。SlMV与lMV不同，lMV模式通气时，通气机在一定的时间内给予患者以强制通气，而与患者的呼吸状态无关；然而，SIMV模式通气时通气机释放的强制通气量与患者的吸气负压相同步。如果患者不能产生吸气负压，则通气机能在预定的时间内给予强制通气。60ABtimepressureassist

window

SIMV61volume(mL)pressure(cmH2O)flow(L/min)spontaneousbreathmandatorybreathSIMV62volume(mL)pressure(cmH2O)flow(L/min)pressuresupportbreathmandatorybreathSIMVwithPSV63SIMV的优点⑴降低平均气道压⑵呼吸肌的连续应用，使呼吸肌功能得到维持和锻炼，避免呼吸肌萎缩，有利于适时脱机⑶改善V/Q比例⑷应用SIMV，自主呼吸易与呼吸机协调，减少对镇静剂的需要64⑸增加患者的舒适感；⑹能较好维持酸碱平衡，减少呼吸性碱中毒的发生；⑺可根据患者需要，提供不同的通气辅助功，并具有预设指令通气水平的安全性65SIMV通气波形66持续气道正压（CPAP）/呼气末正压（PEEP）持续气道正压（CPAP）是自主呼吸条件下，在呼吸周期的全过程中使用正压的一种通气模式。应有稳定的呼吸驱动力和适当潮气量，在通气时通气机不给予强制通气或其他通气支持，因而患者需完成全部的呼吸功。PEEP是指令通气条件下，整个呼气期压力保持正值。

67CPAP的生理作用等于PEEPCPAP与PEEP区别在于，CPAP是患者自主呼吸的情况下，基础压力升高的一种通气模式，与是否应用通气机无关；而PEEP也是基础压力升高的一种通气，但是患者同时也应有其他方式的呼吸支持(如：A/C，SIMV等)。

68CPAP/PEEP的作用治疗低氧血症对抗内源性PEEP降低气道阻力保护肺组织69CPAP/PEEP改善氧合的机制使未通气的肺泡复张增加呼气末肺容量(FRC)改善通气/血流比例减少肺内分流70PEEP的副作用通过增加胸腔内压力，减少静脉回流，降低心输出量，可能伴血压下降降低肾脏.肝脏及内脏灌流通过妨碍颅内静脉回流增加颅内压临床应用PEEP治疗应以2cmH2O的幅度增加或减少，以避免上述副作用71PEEP值>15cmH2O,肺泡容积增加不明显，而压力可继续增加，从而肺泡压力伤及容量伤的机会增加。临床上根据病人情况选择“理想PEEP”(TheidealPEEP)的标准：①吸入FiO2≤0.5，②PaO2≥60mmHg,③足够的心输出量。72

CPAP7374压力支持（Pressuresupport，PSV）

PSV定义：患者吸气触发后，呼吸机提供一恒定的气道正压以克服吸气阻力和扩张肺脏。当患者触发吸气时，通气机以预先设定的压力释放出气流，并在整个吸气过程中保持一定的压力。

气流以减速波的形式所释出，PSV为一种流量切换的通气模式

PSV模式可单独应用或与sIMV联合应用。PSV与PEEP同时应用过程中，吸气峰压（PIP）等于PSV水平加上PEEP的水平。Patient-triggered,pressure-limited,flow-cycled只需设定輔助压力值及sensitivity。吸气压力:恒定潮气量:取决于患者的顺应性

75volume(mL)pressure(cmH2O)flow(L/min)trigger

PSV

PSV

PSV

PSV

PSV

PSV

PSV

PSVPSV76PSV的优缺点

呼吸功下降同步性能较好对患者较弱的呼吸及潮气量进行适当放大平均气道压力较低VT多变，不能确保适当的肺泡通气77压力控制通气（PressureControlledVentilation，PCV）

PCV为一种预先设定呼吸频率，每次呼吸都得到预设的吸气压力的支持

模式:CMV,A/C,IMV,SIMV参数:RR,Pinsp(abovePEEP),PEEP,Ti,FiO2等吸呼切换:时间切换流速形式:递减波,可满足吸气需求吸气压力:恒定潮气量:取决于患者的顺应性78压力通气Constantinsp.pressureDecelerating,variableinspiratoryflowrateTimecycled:(A)PressureControlFlowcycled:(B)PressureSupportPressureFlowABTimeCycled

FlowCycled79压力通气波形FlowTinsp.PIPPeakFlow25%PressureControlPressureSupport80VolumeControl(VCV)模式:CMV,A/C,IMV,SIMV参数:RR,VT,PEEP,Ti,FiO2等吸呼切换:容量切换流速形式:恒速波,递减波吸气压力:递增潮气量:预置，恒定81VolumeVentilationConstantflowrateGuaranteedtidalvolumedeliveryNotaffectedbylungimpedanceVariablepressurePressureFlowTime82VolumeVentilationPressureVentilationPressureFlowtimePressureFlowtime83容量控制通气中，流速是操作者预先设定，流速低于患者需要的流速，会出现流速饥饿，高于患者需要的流速，会增加气道压力，预设流速和患者需要流速的不一致是引起人机对抗的原因之一。吸气时间实际F>设置F时，吸气时间不变，呼气时间变短，要注意患者实际的呼气时间是否足够，警惕PEEPi84临床常用机械通气模式有：1、辅助-控制通气（A-CV），2、同步间歇指令通气（SIMV），3、压力支持通气（PSV），4、SIMV+PSV，5、小潮气量低PEEP（1.6～1.7kpa）容许性高碳酸血症的开放肺通道通气，6、呼气末正压通气（PEEP）等85据2000年AmJRespirCritCareMedEsteban等对南北美洲、西班牙、葡萄牙的412个内科、外科ICU调查发现临床医生最常用的通气模式仍是A-CV、PSV、SIMV、SIMV+PSV；我国国内急诊、ICU也是如此。此现象说明许多通气新模式尚有待进一步研究证明其确切效果