呼吸力学与呼吸机波形及其临床意义

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 CO2O2 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 Time Time 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 by 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 VD P 顺应性顺应性 静态和动态顺应性静态和动态顺应性 Volume Pressure TV Plateau 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 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 PD 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 dP = Q x R R = 8 L (visc.) p r 4 气道阻力气道阻力 C= D VD P R = D PD 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 WOB 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 PA B C D E VWOB = 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 。 uPaw Ptr: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 环和环和 WOB 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+AnPressure 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 Time Time 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。 1 2 3 4 5 6 30 -10 Paw cmH20 Sec 压力 -时间曲线 Pressure Time Curve Volume Expiration 1 2 3 4 5 6 30 Paw cmH20 Sec Volume 压力 -时间曲线 V. Inspiration Pressure Time Curve Volume Expiration 1 2 3 4 5 6 30 Paw cmH20 Sec Volume 压力 -时间曲线 V. Expiration Pressure Time Curve Volume Expiration 1 2 3 4 5 6 30 Paw cmH20 Sec Volume Pressure Inspiration 压力 -时间曲线 V . Pressure Time Curve Volume Expiration 1 2 3 4 5 6 30 Paw cmH20 Sec Volume Pressure 压力 -时间曲线 V. Inspiratory Time Pressure Time Curve Volume Expiration 1 2 3 4 5 6 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 1 2 3 4 5 6 30 -10 Paw cmH 20 Sec 病人呼吸机同步 1 2 3 4 5 6 30 -10 Paw cmH20 Sec Adequate Flow 病人呼吸机同步 Volume ventilation delivering a preset flow and volume 1 2 3 4 5 6 30 -10 Paw cmH20 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 Ventilation Pressure 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 MAP A = PIP C = Base Line B = Rise Time D = Frequency 流速 -时间曲线 1 2 3 4 5 6 SECV . LPM 120 120 EXH 流速 -时间曲线 INSP 吸气 1 2 3 4 5 6 SECV . LPM 120 120 EXH INSP 呼气 流速 -时间曲线 1 2 3 4 5 6 SECV . LPM 120 120 EXH INSP Inspiration 流速 -时间曲线 1 2 3 4 5 6 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 1 2 3 4 5 6 SECV . LPM 120 120 递减流速有更多的气体向前 1 2 3 4 5 6 SECV . LPM 120 120 峰流速相同递减流速延长吸气时间 1 2 3 4 5 6 SECV . LPM 120 120 减少呼气时间引起 Auto-PEEP 1 2 3 4 5 6 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 1 2 3 4 5 6 SECV. LPM 120 120 The transition from exp. to insp. occurs without the exp. flow returning to zero 发现 Auto-PEEP 1 2 4 5 What do you suppose is happening here? 120 LPM SEC 120 LPM V . LPM 1 2 3 4 5 6 SECV. LPM 120 120 Expiratory flow tracing of missed insp. efforts due to Auto-PEEP missed effort missed effort 1 2 3 4 5 6 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 1 2 3 4 5 6 SECV . LPM 120 120 改变流速对吸气时间的影响 120 1 2 3 4 5 6 SECV . LPM 120 INSP 改变流速对吸气时间的影响 return you to a short insp time 1 2 3 4 5 6 SEC 1 2 3 4 5 6 VT 600 cc -20 120 120 SEC V . LPM 0 450cc 1 2 3 4 5 6 SEC 1 2 3 4 5 6 VT -20 120 120 SEC V. LPM 0 500cc450cc Lost VT 600 cc Pressure Flow 流速不足流速不足 1 2 3 4 5 6 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 1 2 3 4 5 6 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. 1 2 3 4 5 6 SEC 1 2 3 4 5 6 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 1 2 3 4 5 6 SEC 1 2 3 4 5 6 P aw 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 A B Time Cycled Flow Cycled 压力通气波形压力通气波形 Flow Pressure Tinsp.PIP Peak Flow 25% Pressure Control Pressure Support 1 2 3 4 5 6 60 Paw cmH20 Sec What is this? 1 2 3 4 5 6 60 Paw cmH20 Sec 压力过冲伴反冲 1 2 3 4 5 6 SECV . LPM 120 120 发生了什么 ？ 压力支持 1 2 3 4 5 6 SECV . LPM 120 120 Expiration starts before inspiratory flow returns to zero 呼气灵敏度设置 15 % 压力支持 1 2 3 4 5 6 SECV. LPM 120 120 E SENS setting is 20 % 压力支持 呼气灵敏度 Flow Peak Flow (100%) Time TS 5% Leak Set (max) Tinsp. Tinsp. (eff.) 1 2 3 4 5 6 SECV . LPM 120 120 通过评估呼气流速变化来评估呼气阻力 1 2 3 4 5 6 SECV . LPM 120 120 注意低呼气流速与长呼气时间的关系 1 2 3 4 5 6 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 3 4 5 6 SEC VT 800 ml 1 容量 -时间曲线 2 3 4 5 6 SEC VT 800 ml 1 Inspiration 容量 -时间曲线 2 3 4 5 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 0 20 40 60204060 0.2 Paw cmH20 VT LITERS 0.4 0.6 压力 -容积环 0 20 40 60204060 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERS 指令呼吸 Inspiration 0 20 40 60204060 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 0 20 40 60204060 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERS 自主呼吸 Inspiration Expiration 0 20 40 60204060 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERS Inspiration Expiration 辅助呼吸 0 20 40 60204060 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERS 这是？ 0 20 40 60204060 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERS 切换时的减压 0 20 40 60204060 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERS What would cause this to get worse? 0 20 40 60204060 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERS Higher pressure = more decompression 0 20 40 60204060 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERS Dotted loop changes to solid loop - any ideas? 0 20 40 60204060 0.2 0.4 0.6 Paw cmH20 VT LITERS Indicates a dropin Compliance (higher pressure for the same volume) Did you say changing compliance? 0 20 40 60204060 .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? 0 20 40 60204060 Paw cmH20 VT LITERS “D” = Lower Inflection Point A B “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