icu病房七种最新呼吸机的评估

ICU 病房七种最新呼吸机的评估 压力支持(PS) 和压力 辅助/控制 通气 : 有无差别? Purris Williams RRT, Matt Muelver, Joe Kratohvil RRT, Ray Ritz RRT FAARC Dean R HessPhd RRT FARRC,and Robert M Kacmarek Phd RRT FARRC Respiratory Care Oct. 2000 Vol 45 No 10 (注: 所有作者均为麻省医院呼吸监护中心会员 , 上行作者为波士顿, 麻省医院呼吸管理师. 下行作者均为哈佛医学院麻醉系会员,博士,呼吸管理师, Robert M Kacmarek 是国际上公认 的呼吸机权威专家多次发表各种呼吸机性能的比较文章,见解甚为客观公正. ) 背景 近 15 年来, 呼吸机通气重点是在以压力为目标的使用上 . 压力支持通气广泛在病人 和模拟肺上进行研究, 并认为其有利点在于可按病人需要而更改输送气体流量. 而压力控制 通气(PC 或 PCV) 提倡用于 ADRS 病人, 是由于它可限止肺泡峰压(或气道峰压) 和其呈指 数样的递减流速波. 辅助/控制 (A/C) 几乎是容量控制通气的专用朮语, 仅少量涉及压力通 气辅助/控制(P A/C). 当用容量控制通气时, 病人以吸气负压大小来触发预设触发灵敏度的 呼吸机. 而用压力支持(PS) 时, 呼吸机按病人需要更改输送气体的流量以达到所需的气道 峰压. 对压力通气来说可有两种迭择(P A/C, PS). 在使用容量型辅助/控制的同等条件下,理 论上可使用压力型辅助/控制 (P A/C). 它比压力支持通气(PS) 优点是具有预设的呼吸频率 和设定的吸气时间(Ti), 但 PS 对病人的结束吸气予以控制. 在气体输送和呼吸机响应的差 异上并无明确规定, 若有的话仅在以压力为目标的 PS 和 P A/C 辅助模式之间. 大多数 ICU 病房的新生代呼吸机均提供压力支持(PS)和压力 辅肋/控制(P A/C) 的通 气, 这两种模式之间工作差异是吸气转换为呼气的机制方面. 压力支持的主要机制是吸气峰 流速降至预定水平时即转为呼气, 而压力 辅助/控制(P A/C)的机制是预定的吸气时间. 在一个有自主呼吸的模拟肺用 PS 和 P A/C 工作方式来比较七种 ICU 病房最新生代呼 吸机的工作. 事先假定除转换为呼气外, 在 PS 和 P A/C 之间所评估的变量中并无差别,并 假定在所评估的呼吸机中在响应上也无差别. 材料和方法 模拟肺 一个盒中有风箱的模拟肺用于模拟自主呼吸(图 1). 在硬盒和风箱之间的空间其作用相 当于胸腔. 硬盒与 1/8 吋(3.2 mm) 内径 的 T 形硬管相连接 . 通过 T 形管引入气体流量, 由 图 1. 实验装置图解:P aw=气道压力. P pl=模拟肺的胸内压. Flow=流速. 详见本文叙述 T 形管 流速仪 模拟肺 呼吸机 压差传感器 压力传感器 气流 胸内压 2 于气体喷射吸引效应在模拟胸腔内(即硬盒内) 产生负压. 气源(50 psi 氧气) 与压力调节器 和比例电磁阀相连, 一个程序操作发生器控制着电磁阀的打开, 调节压力调节器更改气体流 量经 T 形管使胸腔内压发生改变 , 且程序操作器模拟一个经修改的方形流速波. 这样吸气 按需流速, 呼吸频率, 和吸气时间(Ti) 在摸拟肺内均可独自控制. 在流速为 60 升/分时一 个线性电阻器产生的气道阻力为 8.2 cmH2O. 模拟肺的顺应性(50 ml/cmH2O) 由调节风箱 上的弹簧来决定. 在本文研究中模拟肺的设定如下: 自主呼吸, 呼吸频率为 12 次/ 分, 吸气 时间(Ti)为 1.0 秒, 经修改过的方形波而吸气峰流速分三档即 40,60,80 升/分. 所选择波形是 由于它最近似应力高的病人.( 註: 所用器材,设備和检测仪器均用日本产品牌和型号或其他 厂方专用产品, 未採用呼吸机厂方的另部件, 以示公正, 以下涉及的有关部件也如此,不一 一列出详见原文). 所比较的呼吸机 对七种 ICU 病房用呼吸机作了评估: (1) Bear 1000 (Thermo Resp. Group,Palm Spring,California) (2) Drger Evita 4 (Drager, Telford,Pennsylvania) (3) Hamilton Galileo(Hamilton Medical,Rhazuns,Switzerland (4) Puritan-Bennett840(Mallinckrodt,Pleasanton,California) (5) Puritan-Bennett 740(Mallinckrodt,Pleasanton,California) (6) Siemens Servo 300A(Siemens-Elema,Solna,Sweden) (7) Tbird AVS(Thermo Resp.Group,Palm Spring,California) 每个呼吸机均用标准有加热导线的呼吸回路(Hudson Resp. Care,Temecula,California) 和 Conchatherm IV 湿化器(生产厂方同前) 与模拟肺相连接 (表 1.). 湿化器在本文研究中并 不加热,以免水份积聚在模拟肺内! 表 1. 七种呼吸机的设置细节 测量与定标 流速仪放在模拟肺的气道开口处(見图 1.), 流速仪所测压力的误差为2 cmH2O, 其所 3 测的压力差经放大, 数字化和转为流速讯号是用 WINDAG 程序(即图形计算机处理程序). 流速仪另由一精密流量计定标为 1 升/秒(60 升/分). 气道开口处和模拟胸腔内的压力是用 压差式传感器测定. 所有压力传感器用水柱式压力计作两点定标:即 0 cmH2O 和 20 cmH2O. 压力讯号的放大和数字化用 WINDAG 程序. 数据收集和分析 所有讯号在 100Hz 数字化並用 WINDAG 记录. WINDAG 回放软件用于分析数据. 每 个实验设置均作三次呼吸来分析. 在吸气相所记录的测量值 吸气相的开始到结束由模拟胸内压的改变所决定, 胸内压的负折返(即向下降) 说明吸 气相的开始而以后的正折返( 即向上升) 说明吸气的结束(见图 2.). 图 2. 在吸气相和呼气相中所评估的变量 PIP=吸气峰压 PEEP=呼气末正压(基线压力) PT =吸气触发压力 DT =吸气触发滞后时间 T-PTP=触发,压力 -时间乘积 DB =吸气基线滞后时间 DTOT=总吸气滞后时间 DE =呼气滞后时间 Paw =气道压力 PE =平台压结束以上的呼气压力改变 说明: 1. 从吸气开始至气道压力降至基线下最低压力所需的吸气时间是“吸气触发滞后时间” (DT). 2. 从基线下最低压力至回复到基线压力所需的时间是“吸气基线滯后时间”(D B). 3. 从吸气开始至回复基线压力所需的时间即“总吸气滯后时间”(D TOT=DT+DB). 4 4. 在吸气触发过程中,基线压力 (PEEP) 和基线下最低压力之间的差数是“吸气触发压 力”(P T). 5. 在触发过程中, 在基线压力(PEEP) 下的气道压力-时间曲线内的面积是“触发,压力 -时间乘积”(T-PTP). 呼吸机输送的峰流速均记录在案. 6. 在吸气相过程中, 计算了基线上、下的气道压力-曲线内的面积, 以占理想吸气面积 百分比耒表示(“吸气面积 ”, Area I %). 7. 由胸内压曲线所確定的吸气时间(Ti), 在气道峰压(PIP) 和基线压力(PEEP) 之间的 差数所占有的长方形面积是“理想吸气面积”(见图 2.). 8. 实际总吸气面积等于吸气面积(Area I ) 加“触发压力-时间乘积”(T-PTP) 的面积 之和.( 见图 2.). 在呼气相所记录的测量值 9. 由胸内压的改变所確定的吸气结束和此时气道压力(Paw) 回复到吸气末压力( 即平 台压) 之间的时间是“呼气滞后时间 ”(DE)( 图 2) 10. 在平台压以上的呼气压力变化(P E) 是在呼气开始吋在气道峰压以上的压力变化. 11. 呼气开始后气道压力下降至基线压力的速度是以在呼气时的压力- 吋间曲线內的面 积耒表示即呼气面积(Area E ). 实验协定 所有呼吸机(PB-740 除外) 的 PEEP 均设置为 5 cmH2O, 而压力支持(PS) 分 10,15, 20 cmH2O 三挡, 压力 辅助/控制 (P A/C) 相应的 PIP(吸气峰压) 为 15,20,25 cmH2O. 在 P A/C 中, 吸气时间(Ti) 为 1.0 秒, 预设的呼吸频率为 8 次/分. 在所有的呼吸机上流量触发的设 置尽可能地灵敏而又不会引起” 误触发”. 吸气压力上升时间设置为最快. 有吸气终止可调 的(即呼气灵敏度)呼吸机, 其吸气终止标准是设置在吸气峰流速的 25%(见表 1.). PB-740 仅 作 PS 的比较因其无 P A/C 控制型式. 统计学上的分析 所有数值均是均数标准差(XSD), 评估的因变量如下列: DT(吸气觖发滯后时间) DB(吸气基线滞后时间) DTOT(总吸气滞后时间=D T+DB) PT(吸气触发压力) T-PTP(触发-压力时间乘积) Peak flow(PF 峰流速) Area I%(吸气面积%) Area E (呼气面积) PE(平台压以上的呼气压力) DE(呼气滞后时间) 每个因变量对每个自变量(如呼吸机 ,PC 或 PS, 和模拟肺的吸气流速) 的评估是用单次 方差来分析(ANOVA). 对自变量之间的关系评估是用双次方差分析. 事后的有关分析是用 Scheffe 检验来完成. 统计学上有意义限定为 P10%的差异). 对其他 8 的变量並非这样, 見表 2, 表 3. 其中列出在 PS 和 PCV 中所有实验设置所得数据. 有少数 確实有统計学意义; 在大多数主要设置值中其差异未 10%. 为此另外的数据仅代表 PS. 9 10 11 峰流速的结果 注意从图 6 到图 10 和表 4 所列出的: 当模拟肺的峰流速被改变后, 在所评估的变量之 间有明显的差异. 在所有呼吸机中模拟肺的峰流速对压力触发有很大差別(图 6) 如同触发, 压力- 时间乘积一样也有很大差异(P10%的差异是指与峰流速为 40 升/分相比较而言. 在各呼 吸机中模拟肺的各峰流速之间也存在差异(P10% 差异). 图 7. 模拟肺的峰流速为 40,60,80 升/分时在所设置的 PS 压力中, 其触发,压力-时间乘 积(T-PTP)的比较 . *P10%的差异是指与峰流速为 40 升/ 分相比较而言. 在各呼吸 机中模拟肺的各峰流速之间也存在差异(P10%差异 ). 当模拟肺流速增加时这两个变量(即 P T 和 T-PTP)均增加其在各呼吸机中有所不同. 各峰流速的触发压力比较 PT 触发,压力-时间乘积(T-PTP)的比较T-PTP 12 大多数的呼吸机当模拟肺的流速增加时和在各档流速时,在吸气面积%上均有明显差异 (P10%的差异是指与峰流速为 40 升/ 分相比较而言. 在各呼吸机中模拟肺的各峰 流速之间也存在差异(P10%差异). 图 9. 模拟肺的峰流速为 40,60,80 升/分时在所设置的 PS 压力中, 其平台压结束以上的 呼气压力的比铰. *P10%的差异是指与峰流速为 40 升/ 分相比较而言. 在各呼吸机中模拟肺的 各峰流速之间也存在差异(P10%差异). 吸气面积%的比较 Area I % 平台压结束以上的呼气压力的比较 13 在各呼吸机中呼气面积(图 10) 也有变化, 且在各呼吸机的每档模拟肺峰流速时也是这 样(P10%的差异是指与峰流速为 40 升/ 分相比较而言. 在各呼吸机中模拟肺的 各峰流速之间也存在差异(P10%差异). 所有模拟肺的各峰流速的触发滞后时间(D T) , 呼吸机输送的峰流速(VPF) 和呼气滞后 时间(D E) 均列于表 4. 增加模拟肺的峰流速可使触发滞后时间变短, 但在各呼吸机中有所 不同(P0.01+10%差异). 吸气基线滞后时间 (D),总吸气滞后时间(D TOT=DT+DB)和呼气滞后 时间(D E)在模拟肺峰流速增加时均增加, 且在各呼吸机均有差别(P0.01+10% 差异). 当模拟 肺峰流速增加时在某些呼吸机输送的峰流速也增加,且有明显差别(P0.01+10%差异). 呼气面积的比较 14 15 设置压力的结果 对所有模拟肺峰流速其压力支持(PS)的结果列于表 5. 在各呼吸机中和设置的压力之 间均存在差异(P0.01+10%差异). 一般来说差异的幅度不似模拟肺峰流速改变那么大. 除 呼气面积外,对大多数比较值来说,各呼吸机在设置稍高压力情况下对理想的功能至少有所变 化. 呼气面积在最低的设置压力下对每一种呼吸机均是最小的. 16 17 讨 论 本文研究主要发现摘要如下: 1. 在 PS 和 PCV(P A/C)之间在气体输送和呼吸机响应上本质上无差异,但从吸气 转换为呼气时这两者之间肯定有差异. 2. 在各呼吸机中比较了所有评估的变量,它们之间存在着明显的差异. 3. 当模拟肺峰流速增加时,大多数呼吸机的响应时间均减少. 4. 增加压力设置值导致呼吸机性能更接近它们的理想功能. 压力支持(PS)和压力 辅助/控制(PCV=P A/C) 的比较 压力支持(PS)作为辅助通气的方式巳广泛被研究 ,而压力 辅助/控制(P A/C)这一方式较 少被评估. 压力 辅助/控制( 压力控制经常被视作为 PCV 而设置合适的灵敏度)主要是作为 呼吸机一种工作方式应用于治疗严重 ARDS 病人,且经常使用反比通气. 辅助/控制(A/C) 这 一术语经常用于定容型通气,而较少应用这种模式于定压型通气(P A/C). 虽然本文这次比 较所显示的 PS 和 P A/C 在呼吸机的响应和输送气体本质上是同样的方式.在呼吸机工作时 这两种方式之间唯一差别是转换到呼气的方法. PS 的吸气终止是输送的气体流速降至预定 的水平,PS 的吸气终止的次要标准是压力增至设置水平 (1-20 cmH2O)以上和吸气时间超过 了最大的预置时间(2-5 秒). 在 P A/C 其主要转换机制是设置的吸气时间(Ti),假如气道压力 达到预置的高压限值时吸气也会终止. PS 和 P A/C 工作之间主要差别是呼气过程中所衍生的变量. 在图 5 所看到的平台压结 束以上的呼气压力和呼气滞后时间(T E), 这两者在 PS 中均比 P A/C 中稍大. 这种差异可能 是实验方法和所用的模拟肺所引起的结果. 在 P A/C 中经常设置吸气时间(Ti)为 1.0 秒, 而 PS 的吸气终止标准是厂方预定的(如 Bear, Drager, Bird, PB740, Siemens) 或由我们设置在 吸气峰流速降至 25%(如 Hamilton, PB840). PS 所有设置值中在吸气相结束以前,由于模拟 肺的流速波形并不降低至零( 因波形被修改过), 在呼吸机确定吸气结束之前 ,模拟肺巳终止了 吸气相. 此可说明在 PS 中所有呼气变量有稍大变化的原因. 触发 影响触发的主要因素是模拟肺的峰流速. 模拟肺峰流速高时对触发的响应是延长的,这 在以往其他作者己报导过. 基线下压力负折返以触发呼吸机的吸气可分为两个相 . 实际触 发相由最大压力的改变(P T)和达到此压力的所需时间 (DT)所组成. 第二个相是回复到原基线 压力所需的时间即吸气基线滞后时间(D B). DT 和 PT 主要由病人的吸气动作所影响, 增加吸 气动作可在稍短的吸气时间内达刭较大的触发压力(P T), 呼吸机的机械响应则是响应差的呼 吸机会引起较大的 DT 和 PT. DB(吸气基线滞后时间)是受呼吸机所建立的系统流量的速度和设置压力的大小所影响. 我们的数据说明在大多数呼吸机中当设置的压力增加时,D B 会降低有的呼吸机还稍大于其 他呼吸机,此点厂方解释是为了在吸气相早期即达到设置的压力以免气道压力过份增加(超 过设置水平). 设置压力越高起始流速更快而无目标压的过冲. 在这些呼吸机中当模拟肺峰 流速改变可看到 DB 的微小差异, 而在触发的灵敏度和达到峰压之间所设定的时间间隔是按 正常进行的. 这种呼吸机可更正确地调整流速在启动吸气时避免压力过冲. T-PTP(触发,压力- 时间乘积)是所有这些变量混合而成 ,且当按需流速增加时它也增加 . 在表 4,表 5 中 DT(吸气滞后时间)是这些变量中最稳定的 ,且这个能更正确地反映呼吸机 按 18 需/触发 系统的响应时间. 其他因素能说明与触发有关的变量是灵敏度和压力上升时间的设置. 在某些呼吸机我 们可能不恰当地设置了灵敏度以说明它们的响应情况, 我们并不相信情况就是这样. Bear 1000 呼吸机我们设置压力上升时间在零点(此是设置范围的中间位: 零点以上为正,以下力负), 在使用正的压力上升时间时, 气道压力快速超过设置压力和在吸气过程中反复地下降至基 线(即气道压无法维持稳定)( 见图 11). 图 11. 上图为流速(即设置的压力上升时间用以控制输送气体流量的快慢), 下图为气道 压力- 时间曲线. 本图是在 PS 通气中用 Bear 1000, 压力上升时间设置为最大 , 呼气末压力 为 5 cmH2O, 吸气压力为 15 cmH2O 时所见及的不稳定曲线. 吸气面积 本分析是基于这种设想, 即在以压力为目标的通气中, 理想的气道压力曲线是在吸气开 始时,压力即从基线压力立即增至设定的压力,并维持此压力直至吸气结束. 呼吸机用最快的 速度输送气体和最短的总吸气滞后时间(D TOT),其性能最好 . 很明显,对某些病人这种吸气压 力波形可能并不理想. 但我们并未在吸气面积 %(Area I%),吸气基线滞后时间(D B),总吸气滞 后时间(D TOT),或触发-压力时间乘积(T-PTP) 这些变量上来评估改变吸气上升时间后的结果. 我们认为降低上升时间而 DB, DTOT, 和 T-PTP 会上升, 结果引起吸气面积%的下降. 流速-时间曲线 吸气 呼气 压力-时间曲线 19 呼气的变量 在所有呼吸机中的呼气变量的差异是下列问题的结果:呼吸机感受模拟肺吸气相结束的 能力, 呼气阀打开的速度和对呼气流速的阻力. 平台压结束以上的压力(P E)最能反映模拟肺 或病人在吸气的终止和机械吸气的结束之间的协调情况. 假如模拟肺结束吸气是在呼吸机 结束吸气动作之后和同时, 呼气压力(P E)应当是零, 前提是呼气阀能迅束打开且呼气流速的 阻力並不太大, 假如模拟肺在呼吸机之前结束吸气, 呼气压力(P E) 将大于零, 增加的幅度决 定于吸气终止的次要标准如增加的压力超过了设置水平; 呼气阀的工作和呼气的阻力等情 况. 在所有 PS 评估中, 模拟肺均在呼吸机之前终止了吸气, 结果所有上述变量均影响呼气 压力(P E). 应当说明这可能是由于模拟肺的方形流速波经修改过所致, 因其在吸气结束之 前流速不可能降低到零. 在 P A/C 过程中, 呼吸机和模拟肺之间协调情况是较好的, 导致了稍低的呼气压力 (見图 5). 在所有的呼吸机中, 增加了模拟肺的流速即增加了 PE . 此是由于较大的潮气量所 引起; 也是模拟肺的弹性回缩力稍大的结果. 呼气滞后时间(D E) 大多受呼吸机打开呼气阀的能力和呼吸机系统开始降压的影响. 增 加模拟肺峰流速和降低气道压力使大多数呼吸机对 DE 的影响是相反的, 因为这些变量都 增加了模拟肺吸气末流速. 任何呼吸机的呼气面积大多受设置的压力或吸气末肺内压和模拟肺峰流速的影响, 且 是所有呼气变量的混合反映, 它也反映了呼气的全部阻力. 在用了更可靠的阀门和较少的阻 力, 呼气面积可能小一点, 但有关这方面的响应时间和呼气阻力未被测量. 我们推测那些呼 气面积最低的呼吸机有最可靠的呼气阀和呼气流速的阻力是最小的. 与其他研究的比较 在 PS 或 P A/C 中有关呼吸机性能的比较数据报告较少. Hirsh 等人报告在模拟肺峰流 速为 40 升/分时, 老式呼吸机在 10 cmH2O 的 PS 和 10 cmH2O 的 PEEP 耒评估其触发压力 是相同的(0.05-3.8 cmH2O). 但我们所评估的其他变量,Hirsh 均未评估. Nishimura 等人用 Siemens 300A 的儿童模式, 在模拟肺峰流速为 4 升/分时 , 触发压力为 1.5 cmH2O 和总滞 后时间为 70 ms 与本文数据相同 . 本文的数据和 Bunnburaphong 等人在评估双水平压力呼 吸机是一致的, 他们