机械通气基础知识

机械通气

河北医科大学第四医院ICU朱桂军朱桂军MechanicalVentilation基本概念呼吸支持技术

(respiratorysupporttechnique)机械通气

(mechanicalventilation)正压通气

(positivepressureventilation)通气机(ventilator)

呼吸机(respirator)

对象：自然通气和/或氧合功能出现障碍

器械：主要是呼吸机（ventilator）

目标：恢复有效通气并改善氧合

目的：是为治疗原发病争取时间

机械通气的概念学习机械通气的方法呼吸生理学基础注重病理-生理理论与知识的学习病人的病理-生理机械通气的病理-生理学效应呼吸力学床旁呼吸力学监测呼吸机工作原理及各自特点临床实践，床旁观察机械通气学习中的误区过分夸大机械通气的治疗作用忽略综合治疗的作用忽略机械通气并发症及防止方法过分依赖通气模式与参数的调节忽略查体忽略病理-生理的学习呼吸机的基本原理

---呼吸机本质上是一种气体开关机械通气的开始1952年 Denmark脊髓灰质炎流行BlegdamHospital31名呼吸肌麻痹患者27名相继死亡麻醉科医生BjanIbsen 气管插管机械通气的开始75名病人手法通气24小时内动员250名医学生用手捏气囊260名护士参加床边护理消耗250筒氧气27名工人更换氧气筒死亡率从87%降低到40%以下机械通气的开始机械通气的开始机械通气的开始负压呼吸机(“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Theironlungcreatednegativepressureinabdomenaswellasthechest,decreasingcardiacoutput.IronlungpoliowardatRanchoLosAmigosHospitalin1953.机械通气机aconventionalvolumeventilator,aPuritan-Bennettmodel7200呼吸生理基础

机械通气既是一门技术，又是一种“艺术”，除了有关的临床及医用电子技术知识外，“呼吸生理学”实际上是机械通气的“灵魂”，是否对呼吸生理有全面深入的理解，是运用机械通气成败的关键之一。肺的容积划分呼吸器官的压力

肺泡通气及无效腔解剖无效腔 120-150ml每次呼吸进出终末呼吸单位的气量称为肺泡通气量（VA）

每分通气量（MV）=潮气量×呼吸频率 每分肺泡通气量=（潮气量－无效腔）×呼吸频率

静态死腔与动态死腔 生理无效腔呼吸力学的基本内容流体力学特性基本要素压力流速容量阻力相互作用静止状态：压力和容积的关系流动状态：压力、阻力和流速的关系呼吸系统的基本特性气道阻力：层流；湍流，管径Raw＝8ηl/(πr4)呼吸系统顺应性静态顺应性；动态顺应性胸廓顺应性；肺顺应性时间常数（τ）

τ＝Cst×Raw呼吸机：呼吸力学的体现根据需要进行呼吸支持力学测量反应呼吸系统的力学特征波形分析：人机互动，存在的问题应用原则：人机协调，机随人走最终目标：成功脱机呼吸机力学工作原理运动方程（equationofmotion）

P＝V×R+VT/C+PEEP

P驱动压，V流速，R气道粘滞阻力，VT潮气量，C顺应性运动方程——呼吸力学的基础P＝V×R+VT/C+PEEPResistance=airwayresistanceCompliance=complianceoftheentiresystem(lungs,hosesetc.)P＝V×R+VT/C+PEEP气道阻力(Raw)概念：气体在气道内流动所产生的磨擦力。具有流速和容积依赖性；分为吸气阻力和呼气阻力。Raw=P/flowP=flowx8ηl/

r4(Hagen-Poiseuille

定律)Raw=

P/flow=8ηl/

r4气管插管对阻力的影响气道阻力(Raw)新生儿 30-50mmHg/L/sec婴儿 20-30mmHg/L/sec儿童 20mmHg/L/sec成人 2-4mmHg/L/sec气道阻力增加的原因分泌物过多—分泌物潴留粘膜水肿(哮喘,气管炎,肺水肿)肺气肿(气道压迫)异物肿瘤所致狭窄气道峰压（PIP）和平台压（Pplat）PIP：当呼吸机向患者送气时，气道压力迅速升高，当吸气末气道压力达到的最大值即为PIP。Pplat：在吸气末（当设定的潮气量输送完成后）呼气前，不再供给气流，气道压从峰压有所下降，形成一个平台压。吸气末暂停时间:<呼吸周期的20%PIP和Pplat的影响因素PIP的影响因素气道和气管内导管阻力吸气流速潮气量胸肺顺应性总呼气末正压Pplat的影响因素潮气量胸肺顺应性总呼吸末正压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气道峰压及平台压的临床意义气道峰压气道峰压是设置压力报警限的根据实际气道峰压之上5~10cmH2O＜45cmH2O为宜气道峰压与气压伤关系平台压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＜35cmH2O顺应性PVttVtPplat–PEEPPIP–PEEPC=V/P呼吸系统顺应性动态顺应性

Crs,dyn=静态顺应性

Crs,st=呼吸系统顺应性静态顺应性总顺应性（Crs）：肺容积改变/经胸廓压肺顺应性（CL）：肺容积改变/经肺压胸壁顺应性（Ccw）：肺容积改变/经胸壁压动态顺应性肺容积改变/峰压－PEEPtotal呼吸系统顺应性新生儿 3-5ml/mmHg/kgBWt婴儿 10-20ml/mmHg/kgBWt儿童 20-40ml/mmHg/kgBWt成人 70-100ml/mmHg/kgBWt呼吸系统顺应性静态顺应性无肺部疾患的气管插管患者

50-70ml/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,膈肌抬高时间常数力学变化的函数关系吸气过程属指数增长函数呼气过程属指数减少函数τ是描述函数特征的时间常数，反应了整个呼吸系统的力学特征τ＝Cst×Raw时间常数(τ)增长函数(%Vt)减少函数(%Vt)00100163.336.7286.513.5395.14.9498.21.8599.30.7吸气和呼气过程中容积改变和τ的关系时间常数机械通气波形类型3ScalarsPressure-timeFlow-timeVolume-time3LoopsPressure-volumeFlow-volumePressure-flow压力、流速、容量和时间4个基本参数两两组合，构成2种类型6种平面直角坐标图，即：Flowvs.timeVolumevs.timePressurevs.timeScalarsP-VLoopF-VLoopP-FLoopControlAssistedSpontaneousLoops正压通气的生理学效应气体分布不同V/Q不同对心血管系统影响不同呼吸功耗不同人机协调性不同自主呼吸与正压通气的区别自主呼吸与正压通气的差异自主呼吸随机体情况变化而变化时间-压力曲线上观察：PaTTPaTiTe机械通气对机体脏器功能的影响清醒状态自主呼吸麻醉状态自主呼吸肌松状态正压通气呼吸系统正压通气对呼吸系统的影响对通气的影响：肺泡通气量增加，减少呼吸功呼吸肌废用性萎缩对气道阻力的影响对肺力学性质的影响改善肺顺应性：肺泡复张降低肺顺应性：肺泡过度扩张正压通气对呼吸系统的影响对换气的影响通气血流比（V/Q）改善：改善肺泡通气，减少分流恶化：肺泡过度充气，心输出量降低；肺泡低通气弥散增加：减轻肺水肿，增加FRC和提高压力梯度降低：回心血量减少，使肺血管床容积下降机械通气对肺循环的影响肺血流分布模式图肺循环为低压循环，容易受重力的影响，West等根据肺泡压（PA）及肺动脉压（Pa）、肺静脉压（Pv）的相互关系，将肺分为三个相限/界面（Zone）PA在肺内无差异，受重力影响Pa及Pv变化较大，直立状态下肺尖部位PA>Pa>Pv，肺毛细血管受肺泡压影响而无血流，形成肺泡死腔；正常自主呼吸状态无此表现，多出现在人工呼吸或低血容量的情况。ZoneⅡ最为理想Pa>PA>Pv，符合生理状态ZoneⅢ时Pa>Pv>PA，血流与气道压力无关，仅由肺毛细血管动静脉压力差（Pa-Pv）决定机械通气对肺循环的影响值得注意的是：理论上肺动脉高压的患者应用PEEP，不应造成ZoneⅠ的出现或增加，且可能减少或抑制漏出，改善肺水肿；实际上ARDS等患者肺病变并非是均匀一致的，正常肺组织可能受PEEP影响而导致ZoneⅠ的产生动物实验证实，PEEP的应用，对肺水肿实验动物病变部分能有效改善换气、减少分流；而正常肺组织则过度膨胀，血流减少机械通气对肺循环的影响机械通气对气道加湿加温的影响清除异物和气体的加温加湿是上呼吸道的主要作用吸入气体最佳条件：温度25℃-35℃、相对湿度100%、绝对湿度30-40mg/L过冷及干燥的气体，致气道黏膜干燥，分泌物粘稠、潴留；同时影响肺表面活性物质的分泌，最终导致肺不张、肺炎温度过高状态下加温，易导致湿度过大，稀释肺表面活性物质，使其活性减低对循环系统的影响：心肺交互作用胸内压变化静脉回流障碍：前负荷↓肺容积变化心脏及大血管受压（类心包填塞）：充盈受限肺血管受压，右心负荷增加——CO↓，SBP↓气道压力血流动力学改变平均气道压＞7cmH2O或PEEP＞5cmH2O肺的力学性质前负荷心脏的功能状态健康心脏：主要与前负荷有关心功能不全：?对循环系统的影响：心肺交互作用降低前负荷降低后负荷：降低心室跨壁压减少呼吸功耗，改善氧合为吗啡、安定等药物的使用保驾正压通气治疗左心功能不全正压通气对DO2的影响DO2由呼吸、循环和血红蛋白水平共同决定

DO2

=CaO2×CO

(CaO2=Hb×SaO2×1.34+PaO2×0.0031)DO2直接与组织氧供有关，在调节通气参数时需应兼顾呼吸与循环系统正压通气对肺损伤的影响加重肺损伤肺保护性通气策略减轻肺损伤正压通气对其他脏器的影响肾脏消化系统中枢神经系统——继发于呼吸-循环系统正压通气的生理学效应原发与继发双向性全身性机械通气的应用指征通气泵衰竭：呼吸中枢冲动发放减少和传导障碍；胸廓的机械功能障碍；呼吸肌疲劳换气功能障碍：功能残气量减少；V/Q比例失调；肺血分流增加；弥散障碍需强化气道管理者：保持气道通畅，防止窒息；使用某些有呼吸抑制的药物时

具体适应症中枢性呼衰：脑部炎症、外伤、肿瘤、脑血管意外、药物中毒等肺部疾病：COPD、ARDS、支气管哮喘、间质性肺病、肺炎、肺栓塞等严重的胸部疾患或呼吸肌无力胸部外伤或胸部手术后心脏疾病，心肺复苏需行机械通气的参考指标呼吸衰竭一般治疗方法无效呼吸频率>35～40次/分或<6～8次/分呼吸节律异常或自主呼吸微弱或消失呼吸衰竭伴有严重意识障碍PaO2<50mmHg，尤其是吸氧后仍<50mmHgPaCO2进行性升高，pH动态下降意识障碍pH<7.20～7.25并有动态下降趋势——PaCO2水平仅供参考合理氧疗条件下PaO2<35～45mmHg慢性阻塞性肺疾病（COPD）FiO2>50%，PaO2<60mmHgPaO2<60mmHg，PaCO2>45mmHg或pH<7.3PaO2<60mmHg，氧疗过程中PaO2急剧下降，增加FiO2反应不佳ARDS绝对适应证：心跳呼吸骤停呼吸浅表伴神志障碍相对适应证：PaCO2>45mmHg以前曾气管插管者在使用糖皮质激素的情况下又再发严重哮喘持续状态支气管哮喘适应症的理解绝对适应症预防性应用

早期应用----时机禁忌症和相对禁忌症大咯血，气道梗阻气胸及纵隔气肿未行引流者肺大疱气管食管瘘低血容量性休克未补充血容量者毁损肺，重度肺纤维化——在出现致命性通气和氧合障碍时，机械通气无绝对禁忌症！上机注意事项充分估计预后宜早不宜晚社会和经济因素准备好上机所需设备机械通气的方式无创通气有创通气无创、有创通气的区别具有相同的正压通气原理两者的根本区别：呼吸机与患者的连接方式不同，无创通气：以口/鼻面罩和患者相连有创通气：需建立有创人工气道（气管插管或气管切开）无创通气和有创通气优劣的比较无创通气不需建立有创人工气道呼吸机相关肺炎等严重并发症明显减少患者易于接受上、停呼吸机调节余地大无法提供有效的气道管理不能确保通气支持水平无创通气应用时机的把握（1）

患者需要正压通气

不太需要有创人工气道的保护和支持时

——应用无创通气无创通气应用时机的把握（2）无创通气有创通气非机械通气适应证与禁忌证适应证:任何中重度呼衰无禁忌证者各种呼衰无指证或拒绝有创通气者预防呼衰：如外科术后支持康复治疗，家庭机械通气禁忌证:病情需要保证气道安全非高碳酸血症所致神志改变频繁呕吐、严重腹胀、近期胃部损伤急性面部损伤心血管情况不稳定NPPV在急性呼衰中的应用COPD急性加重COPD急性加重时NPPV应用指征中重度气促伴有使用辅助呼吸肌或反常呼吸轻中度酸中毒（PH7.30~7.35）和高碳酸血症（PaCO245~60mmHg)RR≥25次/分Chest.2003Aug;124(2):699-713中断标准1、不能耐受面罩2、不能改善气体交换或呼吸困难3、需气管插管来处理分泌物或保护气道4、血流动力学不稳定5、心电图不稳定，有心肌缺血迹象或显著室性心律失常6、因CO2潴留而神志不清病人，治疗30分钟后神志无改善

机械通气模式机械通气模式的定义机械通气呼吸类型可分为四类：指令（控制）、辅助、支持和自主呼吸。由什么来触发通气，通气期间吸气流速由什么来限制，通气由什么来切换。“机械通气模式”，实际上就是指令，辅助、支持和自主呼吸的理想结合和不同组合。

由机器和患者控制时相的变化特殊结合来定义呼吸类型

通气方式触发限制切换指令（控制）机器

机器机器辅助患者机器机器支持患者机器

患者自主患者患者患者机械通气模式的定义通气模式：呼吸机每一次呼吸周期中气流发生的特点，包括以下四个环节：吸气开始（吸气触发）吸气阶段（流速波形、潮气量）呼气开始（呼气触发）呼气阶段机械通气模式吸气开始（吸气触发）患者或呼吸机触发吸气阶段（流速波形、潮气量）流速是否恒定，（方波or减速波）；潮气量是定容or定压呼气开始（呼气触发）时间、容量、流速吸气阶段触发(Trigger)和切换(Cycle)压力触发流速触发时间触发容量触发

压力切换容量切换时间切换流速切换常用的机械通气模式控制通气（CMV）辅助控制通气（ACMV）间歇指令通气（IMV）同步间歇指令通气（SIMV）持续气道正压（CPAP）/呼气末正压（PEEP）压力支持通气（PSV）

如何理解和选择机械通气模式？理解每一种机械通气模式的原理、特点依据患者的病理生理状态选择模式

提供最佳通气和氧合最大程度降低机械通气对机体的不利影响模式选择个体化关键在于：使用者的理解程度，熟练程度，使用经验(一)是否危急(二)何指标报警(三)是否报警设置不当(四)是否参数设置不当(五)是否病情变化(六)有无故障呼吸机的参数设置与调节呼吸机的参数设置与调节潮气量（每分通气量）呼吸频率吸呼比（吸气流速）吸气压力吸氧浓度触发灵敏度呼气末正压（PEEP）报警界限潮气量（TidalVolume,TV）TV依标准体重设定，范围5-15ml/kg体重。目前多设为8-10ml/kg体重。小潮气量为6-8ml/kg。TV过低，会出现肺不张、低氧血症，低通气。TV过高，会出现气压伤，呼吸性碱中毒，减少心输出量，过度肺充气。呼吸频率

（Respiratoryrate,RR）呼吸频率一般12-20次/min，低呼吸频率高TV，保证MV。呼吸频率过快，可能会出现呼吸性碱中毒、内源性PEEP、气压伤等。呼吸频率过低，则会出现低通气、低氧血症、增加呼吸功。吸呼比

(InspiratoryExpiratoryRatio,I:E)吸呼比=吸气时间（Ti）/呼气时间（Te）吸呼比一般选择1：1.5－2.0有阻塞性通气功能障碍，可选择1：2－2.5有限制性通气功能障碍，多选择1：1－1.5必要时，可应用反比通气1－2：1。流速波形减速波与方波波形相比，使气道峰压更低、气体分布更佳、氧合改善更明显。吸气压力

（inspiratorypressure,IP）压力控制呼吸时，吸气压力水平决定潮气量的大小根据患者的实际潮气量大小和气道压力情况调节，应尽可能保持低水平，开始可设定在20cmH2O以内压力支持（pressuresupport,PS）根据患者情况，逐渐调整压力水平，当减至5－6cmH2O时，可以考虑停用压力支持。最小压力支持水平：克服气道阻力的压力支持。

PIP-Pel最小的压力支持水平=

×60

吸气峰流速（L/min）

压力支持水平一般设置在10－20cmH2O。吸入气氧浓度（FiO2）>50％O2应警惕氧中毒PaO2≥60mmHg时的最低FiO2吸气峰压

（PeakInspiratoryPressures，PIP）呼吸机向患者送气时，气道压力迅速升高，当吸气末气道压力达到的最大值即为PIPPIP与气道阻力、潮气量、呼吸系统顺应性、吸气流速、PEEP有关PIP不宜过高，最好限制在40cmH2O以内，以减少气压伤平台压或吸气末静态压

（PlateauPressures，Pel）在吸气末（当设定的潮气量输送完成后）呼气前，不再供给气流，气道压从峰压有所下降，形成一个平台压吸气末暂停时间：<呼吸周期的20%。Pel与潮气量、呼吸系统顺应性、PEEP有关Pel反映最大肺泡压，应尽量使Pel<35cmH2O，以减少气压伤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平均气道压

（meanairwaypressure,MAP）连续数个呼吸周期中气道内压的平均值，其大小与吸气峰压、平台压、呼气末压力、I：E有关吸气正压增大，I：E增大，呼吸频率增快，吸气末正压时间延长，呼气末正压均可使平均气道压升高平均气道压的意义在于它对循环功能的影响。应尽量使平均压低于25cmH2O呼吸末正压(positiveend-expiratorypressure,PEEP)（1）先给3-5cmH2O的PEEP，以后逐渐增加，直至达FiO2≤0.6时PaO2≥60mmHg时的最低PEEP。若PEEP达15cmH2O仍达不到目标值，需再增加PEEP水平，即可能因过多降低心输出量而减少组织的氧输送。必要时应插漂浮导管进行监测。（2）逐步增加PEEP，监测顺应性最好时的PEEP水平即是最佳PEEP；（3）对ARDS患者可应用P-V曲线，加用略高于低拐点的PEEP。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（Auto-PEEP

）。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）。PEEPi产生的机制—等压点学说PEEPi的影响因素呼气阻力增加呼吸系统顺应性增高呼气气流受限通气量过大呼气时间不足呼气肌的作用PEEPi的临床意义增加呼吸功导致呼吸肌疲劳，肺泡通气量降低增加肺损伤的危险性对循环系统的影响对气体交换的影响：通气的不均衡分布对临床所测呼吸系统顺应性的影响本图所示病人无auto-PEEPTime(s)(L/min)123456V.120-120INSPEXH呼气末流速为0表示肺与呼吸机回路的压力达到平衡，也就是说没有

auto-PEEPAuto-PEEP本图所示病人有auto-PEEP(PWYE>PLUNG

时气流才能进入病人肺内)123456V.(L/min)120-120INSPEXH呼气转换为吸气时呼气流速未回零，也就是说存在auto-PEEPTime(s)Auto-PEEP

Auto-PEEP

呼气流速衰减曲线不平滑也表示有Auto-PEEP-120123456V.120INSPEXHmissedeffortmissedeffortTime(s)(L/min)触发灵敏度压力触发灵敏度

-0.5至-1.5cmH2O流量触发灵敏度

1-3L/min

压力触发灵敏度1气道压力下降的快慢（患者吸气力的大小）。吸气力越大，A--B间隔越短。2压力触发灵敏度的设定值，设定值越小，A--B间隔越短。流量触发灵敏度1气道压力下降的快慢（患者吸气力的大小）。吸气力越大，间隔越短。2压力触发灵敏度的设定值，设定值越小，间隔越短。报警界限每分通气量的报警的上、下界限一般分别设置在预置每分通气量的上下20%-30%左右。气道压力报警上限为气道峰压之上5-10cm左右。呼吸机治疗期间的监测基本监测血气分析：前、中、后胸片：人工气道的位置；肺部感染；并发症的诊断与鉴别诊断循环功能呼吸生理效果观察机械通气的并发症气管插管、切开有关的并发症机械通气直接引起的并发症气管插管、切开有关的并发症插管初期并发症（1）损伤（2）循环系统紊乱导管存留期间的并发症（1）导管阻塞（2）导管误入一侧总支气管（3）导管脱出（4）呛咳（5）气管粘膜溃疡（6）皮下、纵隔气肿机械通气直接引起的并发症通气不足通气过度或呼吸性碱中毒气压伤