医药卫生呼吸力学与呼吸机波形及其临床意义课件

呼吸力学与呼吸机波形呼吸力学与呼吸机波形 及其临床意义及其临床意义 浙江大学医学院附属第一医院 方强 吸 气 自主呼吸自主呼吸 呼 气 O2 CO2 CO2 O2 呼吸 u氧气和二 氧化碳在 组织间与 外界环境 的交换 O2CO 2 呼吸呼吸 u通气 -机械运动 -压力差 u弥散 -分子运动 -浓度梯度 u灌注 呼吸道呼吸道 u管道 + 气囊的模型 u气道 (管子) u肺泡 (气囊) 胸膜腔压力 三向弹簧三向弹簧 胸腔内压胸腔内压 气管压 近气道压 胸膜压肺泡压 自主吸气 容量变化 气流 压力改变 机械通气 压力变化 容量改变 气流 吸气 机械通气 自主呼吸 Pressure Time 肺泡内压力变化 术语: Flow and Volume 分钟通气量 = 潮气量 x 送气频率 Pressure Flow Time 潮气量 Volume Flow Rate Time Volume = Flow X Time 切换 vs. 限制 切换 Pressure TimeTime 限制 Pressure Pressure Flow Time 容量控制通气（PCV） u 流量恒定 u 恒定的潮气量 u 不受肺阻力影响 u 变化的压力 增加吸气压力增加吸气压力 顺应性 Volume Pressure 容量控制通气（PCV） Guaranteed tidal volume, not affected Guaranteed tidal volume, not affected by the changes in pulmonary mechanicsby the changes in pulmonary mechanics What is measured? u压力Pressure u时间Time u流速Flow (dV /dt ) u容量Volume (calculated) time Volume Flow Volume Pressure D V D P C = D V D P 顺应性顺应性 静态和动态顺应性静态和动态顺应性 Volume PressurePressure TV Plateau PrPlateau Pr. .Peak Pr.Peak Pr. 动态顺应性曲线 静态顺应性曲线 动力学特性 动力特点动力特点: : Cdyn = dV / dP Cdyn = dV / dP Volume Pressure dP dV Hysteresis 静态和动态压力 time Pressure PEEP PIP Pplat 肺泡膨胀 (recoil) 压力差 (Pdis) 流速阻抗 压力差 (Pres) 基本计算 Cst = dV / (Pplat-PEEP) R = (PIP-Pplat) / Flow time Pressure PEEP PIP Pplat dP = R x Flow + dV / C st 慢速冲气法 u 慢吸气流速S (5-10 lpm) 大 Vt 和 ZEEP u 动态 P-V 环 接近静态曲线 u 由流速阻抗产生的压力减 小 u 容易做, 省时 和相对舒服 Servillo: AJRCCM 1997 Lu: AJRCCM 1999 Pressure Volume LPIflex UPIflex inspiration Static curve 顺应性 u顺应性描述呼吸系统各个部分的弹性特征 。 u顺应性为容量改变除以压力变化。 u顺应性（C）=容量变化（V）/压力变化 （P）或 顺应性=ml/cmH2O u呼吸系统的顺应性包括胸壁顺应性和肺顺 应性。 u总静态顺应性是在吸气末和呼气末均无主 动的呼吸气流时测出。 u总动态顺应性是在主动吸气时测出。 u它们反映容量压力关系的两项指标，根 据流速-时间曲线、压力-时间曲线和压力- 容量环也可以评估病人的顺应性。 “管道特征” R = D P D F 气道阻力气道阻力 压力差 = 流速 x 管道阻力 压力差 = 流速 x 阻力 dPdP = Q x R = Q x R R = 8 L (visc.) p r 4 气道阻力气道阻力 C= D V D P R = D P D F 顺应性和阻力顺应性和阻力 阻力和回缩力 动态特性 dP = dV / Cdyn 阻力 DPresistive = R x Flow 静态顺应性 dPdistensive = dV / Cst dP = dPresist. + dP dist. dP = R x Flow + dV / C st 3 个水平的呼吸力学 动态特性: dP = dV / Cdyn 阻力: dP = R x Flow 静态顺应性: dP = dV / Cst 气道阻力 dP = Raw x Flow 增加阻力: dP = Rimp x Flow 胸廓顺应性 dP = dV / Ccw 肺顺应性 dP = dV / CL Volume Flow Rate Time 容量 = 流速 X 时间 机械通气时工作的目标机械通气时工作的目标 u保证和维持适当的气体交换 u尽可能减小肺损伤的危险 u减小病人的呼吸功 u尽可能使得病人的痛苦减少 理想的呼吸状态 u理想呼吸的界定: - 呼吸机与病人自主吸气和呼气同 步 - 尽可能在低气道压下维持适当及 恒定的潮气量和分钟通气量 - 对肺的力学变化和病人的需求迅 速反应 - 保证最低的呼吸作功 辅助机械通气时的WOB u在高水平的机械通气支持下，相 当的病人的呼吸功是高的 u在辅助通气下仍病人用力的吸气 u病人的WOB 增加可以导致或加 重呼吸肌疲劳和呼吸困难 Marini, et al.: Am Rev Resp Dis 134:61;1986 Marini: Prob Crit Care 4:184;1990 影响病人影响病人WOBWOB的决定因素的决定因素 u在辅助通气主要影响病人呼吸作 功的因素是最大吸气流速(peak flow) u在低流速时病人呼吸功达到总吸 气作功的65% u当送气流速增加时WOB 减少 Ward, et al.: Anaesthesiology 69:29;1988 Sassoon, et al.: Chest 93:571;1988 呼吸作功 u什么功? u如何测量? 呼吸作功 “WOB 在床边肺功能留下一个没解 决的难题” From: Monitoring of Pulmonary Functions in Goldschmidt: Assisted Ventilation of the Neonate 1996 uWOB是热量和氧的消耗 u大约 70% 是消耗在克服弹力，30% 对抗管道阻力。 WOB 测量 P A B C D E V WOB = 0 ti P x Vdt u 弹性功: ABCA u 阻力功 -吸气: ADCA -呼气: ACEA WOB的测量 WOB = 0 ti P x Vdt uPaw: 呼吸机作功: 机械力推动气体进入肺 ，表现为呼吸系统作功总量。（病人+呼 吸机） uPeso: 病人作功: 呼吸肌作功, 表现为肺的 呼吸功 。 uPawPtr:克服支气管阻力的功。 WOB意义 - 病人作功是呼吸机依赖最敏感的 指标。 - 比较呼吸机和病人的功在脱机过 程中非常有用。 - 顺应性和阻力变化 、吸气努力、 压力支持水平、PEEP、不适合的吸 气时间、灵敏度的改变模式的变化 WOB可以改变。 - WOB提高提示脱机过程有不当。 P-V P-V 环和环和 WOBWOB P V P V P V 顺应性和阻力正常 顺应性正常阻力增加顺应性降低阻力正常 Methods of Rrs Measurement u同容量法 (Krieger) u弹性减小法 (Neergard) u被动呼气法 (Comroe) u峰呼气法 (Jonson) u呼气时间常数法 (Bergman) u加力振动法 (Goldman) u吸气压 / 流速 法 (Suter) 评价静态 P-V 曲线 u用一个大的注射器逐步 膨胀肺，分次测定个容量 时的压力 . -耗时 -操作麻烦 -难以标准化 -病人必须肌松， 连接特殊设备 -冒低氧血症的风 险 Volume Pressure 机械通气 u 机械通气的基本原理遵循了流体力学的原则。 u 通气支持的过程及目的是改变肺容量，包括气体 的流量及压力输送到病人的气道增加肺容量。 u 气体在一个特定环境中运动用流体力学的原则去 研究可以用上述三个参数来描述，因为流量参数 中包含了时间的概念，所以描述呼吸机送气、气 体在呼吸管路中的运动、病人气道和肺组织对送 入气体的反应涉及上述四个参数既压力（P）、 容量（V）、流量（F）和时间（t）。 容量变化容量变化 时间时间 正压通气 气流增加气流增加 压力差压力差 Key-words uPressure uFlow uTime uVolume 术语: PIP & MAP A=A1+A2+An Pressure Inspiration + Exhalation A Mean Airway Pressure Peak Inspiratory Pressure Time 术语: PEEP, I:E Ratio Pressure Time Positive End Expiratory Pr. T insp.T exp. I : E = 1 : 2 I : E = 4 : 1 PEEP PIP PIP PEEP T insp. 术语: Flow and Volume Minute Ventilation = Tidal Volume x Breath Rate Pressure Flow Time Tidal Volume 压力 u 压力应该包括呼吸机的送气压力、呼吸回路内 的压力、病人气道内的压力。 u 上述管路的口径不同，即使在相同压力下流速 也不同，在相同的时段经过的容量不同。 u 目前还不能检测气道内的参数，只能检测近人 工气道的参数。 u 近气道的参数来反映病人气道对气流的反应以 及肺泡对压力和容积的反应。从而可以推测肺 通气功能的状态。 压力 u把不同时段压力变化的轨迹连接起来就形 成一条压力曲线，通过它可以了解大气道 不同时相和时段的压力。同样的方法可以 得到流速曲线和容量曲线。 u把上述除时间参数以外的参数两两组合在 二维坐标中，可以得到压力容积曲线、容 积流速曲线、压力流速曲线。 环 Pressure Volume Volume Flow Insp. Expir. Insp. Expir. 压力-时间曲线 波形各段意义波形各段意义 uA/ 触发: -病人 (assisted) -呼吸机 (controlled) uB/ 限制: -流速 -压力 uC/ 切换: -容量 -时间 A B C 切换与限制 Cycled Pressure TimeTime Limited Pressure 在吸气相所记录的测量值 图2. 在吸气相和呼气相中所评估的变量 二、压力时间曲线 压力通常在呼吸机回路（如丫形管处，吸气端 或呼气端）中测量。虽然气管插管的管子在总气管内 分隔出来，但压力仍与气道压力有关，压力传感器可 测至150cmH2O，而且应是抗湿化，抗液体或病人的 分泌物。 压力时间曲线的临床应用：区分呼吸类型，计 算平台压，评估吸气触发所作功，评估整个呼吸时相 ，调节峰流速，计算静态呼吸动力学的参数。 1234 56 30 -10 Paw cmH20 Sec 压力-时间曲线 Pressure Time Curve Volume Expiration 1234 56 30 Paw cmH20 Sec Volume 压力-时间曲线 V . Inspiration Pressure Time Curve Volume Expiration 1234 56 30 Paw cmH20 Sec Volume 压力-时间曲线 V . Expiration Pressure Time Curve Volume Expiration 1234 56 30 Paw cmH20 Sec Volume Pressure Inspiration 压力-时间曲线 V . Pressure Time Curve Volume Expiration 1234 56 30 Paw cmH20 Sec Volume Pressure 压力-时间曲线 V . Inspiratory Time Pressure Time Curve Volume Expiration 1234 56 30 -10 Paw cmH20 Sec Volume Pressure Expiration 压力-时间曲线 压力曲线的临床应用 压力-时间曲线的临床意义 u区别各种通气模式和特殊通气方式 u估计触发的做功 u计算吸-呼时比，估计呼气时间是否充足。 u估计是否达到充分的平台压 u观察压力上升速度估计所用吸气流速是否 适合 u测定静态呼吸力学参数 u显示压力波型形态 1234 56 30 -10 Paw cmH 20 Sec 病人呼吸机同步 1234 56 30 -10 Paw cmH20 Sec Adequate Flow 病人呼吸机同步 Volume ventilation delivering a preset flow and volume 1234 56 30 -10 Paw cmH 20 Sec Air Starvation What options do we have? 病人呼吸机同步 The patient is outbreathing the set flow 控制通气控制通气 Volume VentilationPressure Ventilation Pressure Flow time Pressure Flow time Assist/Control SIMV + Pressure Support Pressure supported spontaneous + Patient, or machine- initiated mandatory breaths Paw CPAP Synchronized IMV A/C 5 bpm SIMV 5 bpm 12 sec Assist Window SIMV vs. Assist/Control Pressure Time 如何影响如何影响 MAPMAP A = PIP C = Base Line B = Rise Time D = Frequency 流速-时间曲线 1234 56 SECV . LPM 120 120 EXH 流速-时间曲线 INSP 吸气 1234 56 SECV . LPM 120 120 EXH INSP 呼气 流速-时间曲线 1234 56 SECV . LPM 120 120 EXH INSP Inspiration 流速-时间曲线 1234 56 SECV . LPM 120 120 EXH 流速-时间曲线 Insp. Pause Expiration INSP 流速-时间曲线的临床意义 u吸气流速和呼气流速 u呼吸类型的鉴别 u判别是否存在内源性PEEP u观察患者对支气管扩张剂的反应 u选择PCV时合适的吸气时间 u发现漏气及速度 u显示流速波形的形态 1234 56 SECV . LPM 120 120 递减流速有更多的气体向前 1234 56 SECV . LPM 120 120 峰流速相同递减流速延长吸气时间 1234 56 SECV . LPM 120 120 减少呼气时间引起Auto-PEEP 1234 56 SECV . LPM 120 120 发现 Auto-PEEP Zero flow at end exhalation indicates equilibration of lung and circuit pressure Note: There can still be pressure in the lung behind airways that are completely obstructed 1234 56 SECV . LPM 120 120 The transition from exp. to insp. occurs without the exp. flow returning to zero 发现 Auto-PEEP 1245 What do you suppose is happening here? 120 LPM SEC 120 LPM V . LPM 1234 56 SECV . LPM 120 120 Expiratory flow tracing of missed insp. efforts due to Auto-PEEP missed effort missed effort 1234 56 30 -10 Paw cmH20 Sec Denotes Auto-PEEP Maneuver and equilibrium point Assessing an Equilibrium Point between lungs and circuit Total PEEP Set PEEP minimum adequate time for maneuver Auto-PEEP 检测 1234 56 SECV . LPM 120 120 改变流速对吸气时间的影响 120 1234 56 SECV . LPM 120 INSP 改变流速对吸气时间的影响 return you to a short insp time 1234 56 SEC 1234 56 VT 600 cc -20 120 120 SEC V . LPM 0 450cc 1234 56 SEC 1234 56 VT -20 120 120 SEC V . LPM 0 500cc450cc Lost VT 600 cc Pressure Flow 流速不足流速不足 1234 56 30 -10 Paw cmH20 Sec What if your pressure curve in PCV starts looking like this. What do you suppose is happening? Pressure higher than set 1234 56 30 -10 Paw cmH20 Sec 评估PCV正确的吸气时间 Too Long Optimal Answer - 吸气时间太长 Patient is starting to exhale prematurely. 1234 56 SEC 1234 56 Paw cmH20 60 -20 120 120 SEC V . LPM 异常波形纠正 How do you know that the problem is with the patient? 120 1234 56 SEC 1234 56 Paw cmH 20 60 -20 120 SEC V . LPM No flow as pressure rises 异常波形纠正 How do you know that the problem is with the patient? 这种情况时压力支持可以选择 P T Patient allowed to breath spontaneously during inspiratory time in PCV 主动呼气阀 P Time V . Time Any ideas whats represented here? What is this? What is this? FAP = 1 FAP = 50 FAP = 100 流速加速率 压力释放 压力过冲 FAP = 1 FAP = 50 FAP = 100 流速加速率 压力通气 u 恒定的压力 . u 递减, 可变的流量 u 时间切换: (A) -Pressure Control u 流速切换: (B) -Pressure Support Pressure Flow AB Time Cycled Flow Cycled 压力通气波形压力通气波形 Flow Pressure Tinsp. PIP Peak Flow 25% Pressure ControlPressure Support 1234 56 60 Paw cmH20 Sec What is this? 1234 56 60 Paw cmH20 Sec 压力过冲伴反冲 1234 56 SECV . LPM 120 120 发生了什么？ 压力支持 1234 56 SECV . LPM 120 120 Expiration starts before inspiratory flow returns to zero 呼气灵敏度设置15 % 压力支持 1234 56 SECV . LPM 120 120 ESENS setting is 20 % 压力支持 呼气灵敏度 Flow Peak Flow (100%) Time TS 5%TS 5% Leak Set (max)Set (max) Tinsp Tinsp. . TinspTinsp. ( . (effeff.) .) 1234 56 SECV . LPM 120 120 通过评估呼气流速变化来评估呼气阻力 1234 56 SECV . LPM 120 120 注意低呼气流速与长呼气时间的关系 1234 56 SECV . LPM 120 120 INSP 高呼气流速和 呼气时间减小 显示小呼气阻力 容积-时间曲线 2 345 6 SEC VT 800 ml 1 容量-时间曲线 2 345 6 SEC VT 800 ml 1 Inspiration 容量-时间曲线 2 345 6 SEC VT 800 ml 1 Expiration 容量-时间曲线 容量-时间曲线的临床意义 u肺内气体陷闭 u呼吸回路漏气 压力-容积环 u水平轴描述压力，纵轴描述容量 020 406020 40 60 0.2 Paw cmH20 VT LITERS 0.4 0.6 压力-容积环 020 406020 40 60 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERS 指令呼吸 Inspiration 02040 60 20 40 60 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERS Inspiration Expiration 指令呼吸 压力-容量环 Volume Pressure Volume Pressure 020 406020 40 60 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERS 自主呼吸 Inspiration Expiration 020 406020 40 60 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERS Inspiration Expiration 辅助呼吸 020 406020 40 60 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERS 这是？ 020 406020 40 60 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERS 切换时的减压 020 406020 40 60 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERSWhat would cause this to get worse? 020 406020 40 60 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERS Higher pressure = more decompression 020 406020 40 60 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERS Dotted loop changes to solid loop - any ideas? 020 406020 40 60 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERS Indicates a drop in Compliance (higher pressure for the same volume) Did you say changing compliance? 020 406020 40 60 .2 .4 Paw cmH20 VT LITERS .6 C D A B What does this represent? What is A? What is B? What is C? And how about D? 020 406020 40 60 Paw cmH20 VT LITERS “D” = Lower Inflection Point AB “A” represents PEEP “B” Represents Inspiratory Pressure 过度膨胀 .6 .2 .4 “C” = Upper Inflection point 最佳PEEP V P PEEP: 3 cmH2O V P PEEP: 8 cmH2O Changing Lung Volume in CV