医学呼吸机波形分析课件

呼吸机波形分析 机械通气支持或通气治疗 的目的 la.能维持动脉血气/血pH的基本要求(即 PaCO2和pH正常, PaO2达到基本期望值如 至少50-60 mmHg) lb.无气压伤、容积伤或肺泡伤. lc.患者呼吸不同步情况减低到最少,减少镇 静剂、肌松弛剂的应用. ld.患者呼吸肌得到适当的休息和康复. 呼吸机工作过程 吸气控制参数 la. 时间控制: 通过预设的吸气时间使吸气 终止, 如PCV的设置Ti或I:E. lb. 压力控制: 上呼吸道达到设置压力时使 吸气终止,现巳少用, 如PCV的设置高压报警 值. lc. 流速控制: 当吸气流速降至预设的峰流 速%以下(即Esens), 吸气终止. ld. 容量控制: 吸气达到预设潮气量时,吸 气终止. 呼气控制参数 la. 时间控制: 通过设置时间长短引起呼气 终止(控制通气)。 lb. 病人触发: 呼吸机捡测到吸气流速到吸 气终止标准时即切換呼气(Esens)。 流量-时间曲线(F-T curve) A.指数递减波 B.方波 C.线性递增波 D.线性递减波 E.正弦波 F.50%递减波 G.50%递增波 H.调整正弦波 吸气流量波形 l方波: 是呼吸机在整个吸气时间内所输送的气体流量均按 设置值恒定不变, 故吸气开始即达到峰流速, 且恒定不变持 续到吸气结束才降为0. 故形态呈方形 l递减波: 是呼吸机在整个吸气时间内, 起始时输送的气体 流量立即达到峰流速(设置值), 然后逐渐递减至0 (吸气结 束), 以压力为目标的如定压型通气(PCV)和压力支持 (PSV=ASB)均采用递减波. l递增波: 与递增波相反, 目前基本不用. l正弦波: 是自主呼吸的波形. 吸气时吸气流速逐渐达到峰 流速而吸气末递减至0,(比方波稍缓慢而比递减波稍快). 吸气流量波形 AutoFlow(自动变流) lAutoFlow并非流速的波形, 而是呼吸机在VCV中 一种功能. 呼吸机根据当前呼吸系统的顺应性和阻 力及设置的潮气量, 计算出下一次通气时所需的最 低气道峰压, 自动控制吸气流量, 由起始方波改变 为减速波,在预设的吸气时间内完成潮气量的输送. AutoFlow 左侧为控制呼吸，由原方波改变为减速波形(非递减波), 流速曲线下的面积=Vt. 右侧当阻力或顺应性发生改变时, 每次供气时的最高气道压力变化幅度在+3 - -3 cmH2O之间, 不超过报警压力上限5cm H2O. 在平台期内允许自主呼吸, 适用于 各种VCV所衍生的各种通气模式 吸气流量波形(F-T curve)的临床应用 l吸气流速曲线分析-鉴别通气类型 左侧和右侧可为VCV的强制通气时, 由操作者预选吸气流速的波形，方波或递减波. 中图为自主呼吸的正弦波. 吸气、呼气峰流速比机械通气的正弦波均小得多. F-T curve的临床应用 l判断指令通气在吸气过程中有无自主呼吸 A为指令通气吸气流速波, B、C为在指令吸气过程中在吸气流速波出现切迹,提 示有自主呼吸.人机不同步, 在吸气流速前有微小呼气流速且在指令吸气近结束 时又出现切迹, (自主呼吸)使呼气流速减少 F-T curve的临床应用 l评估吸气时间 上图是VCV采用递减波的吸气时间: A:是吸气末流速巳降至0说明吸气时间合适且稍长, 在VCV中设置了”摒气时间 ”.( 注意在PCV无吸气后摒气时间). B:的吸气末流速突然降至0说明吸气时间不足或是由于自主呼吸的呼气灵敏度 (Esens)巳达标, 切换为呼气. 只有相应增加吸气时间才能不增加吸气压力情况下 使潮气量增加. F-T curve的临床应用 l从吸气流速检查有泄漏 当呼吸回路存在较大泄漏,(如气管插管气囊泄漏,NIV面罩漏气,回路连接有泄漏 )而流量触发值又小于泄漏速度,使吸气流速曲线基线(即0升/分)向上移位(即图 中浅绿色部分)为实际泄漏速度, 使下一次吸气间隔期延长, 此时宜适当加大流 量触发值以补偿泄漏量，在CMV或NIV中,因回路连接, 面罩或插管气囊漏气可 見及 。 F-T curve的临床应用 l根据吸气流速调节呼气灵敏度 左图为自主呼吸时, 当吸气流速降至原峰流速1025%或实际吸气流速降至10 升/分时, 呼气阀门打开呼吸机切换为呼气. 此时的吸气流速即为呼气灵敏度(即 Esens). 右侧图A因回路存在泄漏或预设的Esens过低, 以致呼吸机持续送气, 使吸气时 间过长. B适当地将Esens调高及时切换为呼气, 但过高的Esens使切换呼气过早, 无法满足吸气的需要. 故在PSV中Esens需和压力上升时间一起来调节, 根据F-T,和 P-T波形来调节更理想. F-T curve的临床应用 lEsens的作用 图为自主呼吸+PS, 原PS设置15 cmH2O, Esens为10%. 中图因呼吸频率过快、压力 上升时间太短, 而Esens设置太低, 吸气峰流速过高以致PS过冲超过目标压,呼吸机持 续送气,TI延长,人机易对抗. 经将Esens调高至30%, 减少TI,解决了压力过冲, 此Esens 符合病人实际情况. 呼气流速波形和临床意义 l呼气流速波形其形态基本是相似的,其差别在呼气 波形的振幅和呼气流速持续时间时的长短, 它取决 于肺顺应性,气道阻力(由病变情况而定)和病人是 主动或被动地呼气 。 呼气流速波形 1:代表呼气开始. 2:为呼气峰流速:正压呼气峰流速比自主呼吸的稍大一点. 3:代表呼气的结束时间(即流速回复到0), 4:即1 3的呼气时间 5:包含有效呼气时间4, 至下一次吸气流速的开始即为整个呼气时间,结合吸气 时间可算出I:E. TCT:代表一个呼吸周期 = 吸气时间+呼气时间 呼气流速波形 l初步判断支气管情况和主动或被动呼气 左侧图虚线反映是病人的自然被动呼气, 而实线反映了是患者主动用力呼气, 单纯从本图较难判断它们之间差别和性质. 尚需结合压力-时间曲线一起判断即 可了解其性质. 右侧图虚线反映气道阻力正常, 呼气峰流速大,呼气时间稍短, 实线反映呼气阻 力增加, 呼气峰流速稍小,呼气时延长. 呼气流速波形 l判断有无内源性呼气末正压(Auto- PEEP/PEEPi)的存在 图中吸气流速选用方波,呼气流速波形在下一个吸气相开始之前呼气流速突然回到 0, 这是由于小气道在呼气时过早地关闭, 以致吸入的潮气量未完全呼出,使部分气体 阻滞在肺泡内产生正压而引起Auto-PEEP( PEEPi). 注意图中的A,B和C, 其突然降至0 时呼气流速高低不一, B最高,依次为A, C. 实测Auto-PEEP压力大小也与波形相符合. Auto-PEEP在新生儿, 幼婴儿和45岁以上正常人平卧位时为3.0 cmH2O. 呼气时间 设置不适当, 反比通气，肺部疾病(COPD)或肥胖者均可引起PEEPi. 临床上医源性PEEP= 所测PEEPi 0.7or0.8. 如此即打开过早关闭的小气道而又不 增加肺容积. 呼气流速波形 l评估支气管扩张剂的疗效 图中支气管扩张剂治疗前后在呼气流速波上的变化, A: 呼出气的峰流速, B: 从峰流速逐渐降至0的时间. 图右侧治疗后呼气峰流速A增加, B有效呼出时间缩短, 说明用药后支气管情 况改善. 另尚可监测Auto-PEEP有无改善作为佐证. 呼吸相关的压力指标 l1. 经肺压（PL）： PL是指气道开口压（Pao）与胸膜腔压（Ppl）之 间的差值，即PL= Pao-Ppl。它反映在相应的肺容量时需要克服肺的 阻力，也是产生相应的肺容量变化消耗于肺的驱动压力。通常采用食 道囊管法检测食道中下三分之一交界处附近的压力（Peso）来反映 Ppl，即PL= Pao-Peso。静态下PL反映肺的弹性回缩力，动态时也包 括气道阻力(RAW)。所以，检测肺的弹性回缩力时，应该在呼吸气流 为零时测定PL。 l2经胸壁压（PW）：PW是指胸膜腔压（Ppl或Peso）与体表压力（ Pb）的差值，即PW=Ppl-Pb，它反映在相应的容量时胸廓的阻力，也 是产生相应的胸廓容量变化所消耗的驱动压力。Pb为大气压（参照零 点），所以，PW=Ppl。 l3经呼吸系统压（Prs）： Prs是指呼吸运动过程中所需 要克服的整个呼吸系统的总体压力，为经肺压（PL）和经 胸壁压（PW）的总和 Prs=PL+PW l4.气道压（Paw）：气道内压是指气道开口处的压力，常 用于正压通气过程中的监测，通常在呼吸机管道近病人端 或口腔处测定。 Paw在呼吸过程中动态变化，通常用气道 峰压（Ppeak）、平均气道压（MPaw）和呼气末正压（ PEEP）等指标来描述Paw的特征。Ppeak是指吸气过程 Paw的最高值；MPaw是指呼吸周期中Paw的平均值。 PEEP是指呼气相Paw。 l5.内源性呼气末正压（PEEPI）：在病理情况下，呼气末 肺容量位高于功能残气容量位，此时呼吸系统的静态弹性 回缩压升高，肺泡压也升高，这种升高的肺泡压称为 PEEPI。由于肺内病变的不均一性，不同区域的PEEPI是不 一致的。PEEPI根据测定的方法分为静态内源性呼气末正 压（PEEPIstst）和动态内源性呼气末正压(PEEPIdyn)。 PEEPIstst通常在充分镇静麻醉的前提下采用吸呼气末气道 阻断法测定；PEEPIdyn检测采用食道囊管法测定吸气流量 始动前吸气肌肉产生的食道负压的变化值。理论上讲， PEEPIdyn 比PEEPIstst低，PEEPIstst代表的PEEPI平均水 平；而PEEPIdyn代表气体进入肺泡前所需克服的最低值 PEEPIstst。 呼吸系统顺应性 l顺应性(compliance, C)是指单位压力改变(P)所 产生的容量变化(V)，是反映弹性回缩力的大小 指标（弹性回缩力=1/C）。 呼吸系统的顺应性（Crs）包括肺的顺应性(CL)和 胸廓顺应性(CL)。根据其检测方法的不同，顺应 性又分为动态顺应性和静态顺应性。 呼吸系统顺应性 l1.肺顺应性(CL)：肺顺应性(CL)=肺容积改变（V）/经 肺压（PL） 与肺弹性的因素有： 肺弹性组织、表面张力和肺血容积等 ，其中主要是表面张力和肺弹性组织。 l2.胸壁顺应性(CW)：胸壁顺应性(CW)= 肺容积改变（V ）/经胸壁压（PW） 影响胸壁顺应性的因素有：胸壁呼吸肌张力和胸壁弹性回 缩压(P(W)stat)。 l3.呼吸系统顺应性(CRS)：CRS是CL与CW的总和。由于肺 与胸壁属于串联连接，呼吸系统的弹性回缩力(ERS)是肺 弹性回缩力(EL)和胸廓弹性回缩力(ECW)的总和，CRS与 CL和CW的关系可以通过下式表示： 1/CRS=1/CL+1/CW 呼吸系统顺应性 l4. 静态顺应性（Cstat）：Cstat是指在呼吸周期中 ，气道阻断使气流量为零时测得的顺应性。 l5. 动态顺应性（Cdyn）：Cdyn是指在呼吸周期中 ，不阻断气流的条件下，通过寻找吸气末与呼气 末的零流量点而测得的顺应性。在测定Cdyn时， 由于没有足够的时间让呼吸系统内的压力达到平 衡，其结果不仅与呼吸系统的弹性有关，而且受 气道阻力的影响，使Cdyn Cstat。当气道阻塞 严重（肺排空的时间常数延长）或呼吸频率增快 （呼气时间缩短）时，这种影响尤为明显。 呼吸系统顺应性 l6. 频率依赖性顺应性：肺Cdyn受呼吸频率的影响，在潮气量相同的 情况下分别测定Cdyn与Cstat，两者的比值(CdynCstat)就是频率依 赖性顺应性。正常人即使呼吸频率超过60次分，CdynCstat能保 持在0.8以上。 l7.比顺应性：CL受肺容积的影响，为了可比性，将CL /FRC作为评价 肺组织弹性的指标。 l8. 呼吸系统的有效静态顺应性( effective CRSstat)：Effective CRSstat 就是呼吸机给予的潮气量(V)与经呼吸系统压变化（气道平台压 (PRSplat)与PEEP的差值）的比值，即：Effective CRSstat= V/ (PRsplat-PEEP) l9. 呼吸系统的有效动态顺应性(effective CRSdyn)：Effective CRSdyn 就是呼吸机给予的潮气量(V)与气道峰压(Ppeak)与PEEP的差值的比 值，即： Effective CRSdyn=V /( Ppeak -PEEP) 由于气道峰压包括克服气道阻力，Effective CRSdyn同时受到呼吸系 统顺应性和气道阻力的影响。 呼吸系统顺应性 l呼吸系统的压力-容量曲线是S形。在正常人 ，呼吸肌肉完全松弛的平衡容量位，即FRC ，肺和胸廓的弹性回缩力完全平衡，即肺 和胸廓的顺应性相等。正常呼吸发生的压 力和容量变化处于S形曲线的中段容量区域 内，其顺应性最大，呼吸克服肺弹性所做 的功是最小的。在高肺容量区域，呼吸系 统的顺应性减少的。 呼吸阻力指标 l呼吸系统的阻力分弹性和非弹性阻力。 弹性阻力：通过肺和胸壁的顺应性的检测来反映 。 非弹性阻力 ：包括气道阻力(RAW)惯性阻力(Rin)重力 (Rgr)和肺组织与胸廓的变形阻力(Rdis)。在多数 情况下，气道阻力是非弹性阻力的最主要的组成 部分。 呼吸阻力指标 l1. 气道阻力(RAW)：RAW是指气流通过气道进出肺泡所消 耗的压力，用单位流量所需要的压力差来表示。即： RAW=（Pao-Palv）/F Pao为气道开口压， Palv为肺泡 内压。 阻力常用的表示单位为每秒1升的气流所消耗的压力（ cmH2O/升/秒）。 l2. 机械通气的总阻力(Rtot)：在机械通气过程中，气管插 管的阻力(Rtube)通常与呼吸系统的阻力(RRS)一样大甚至 比后者大。气管插管和呼吸系统的阻力呈串联和相加的关 系。因此机械通气时的总阻力(Rtot)为： Rtot=RRS +Rtube 有关呼吸做功指标 l1.呼吸做功（WOB）：WOB是指呼吸运动时气体 进出呼吸道和肺的过程中，用以克服气道的阻力 肺和胸壁的弹性阻力等所消耗的能量。其动力 来源有呼吸肌肉（自主呼吸时）和/或呼吸机（机 械通气时）。WOB压力容量的改变。由于压 力和容量的变化呈非线性，所以WOB的计算需要 用压力和容量变化的积分。即：WOB=P*dV (11) WOB通常用焦耳/每升通气量(Wi J/L)来表示。正 常人平静呼吸的做功约为 0.3-0.5J/L，在呼吸衰 竭的病人中可以成数倍的增加。 有关呼吸做功指标 l2. 吸气做功（Wi）和呼气做功(Wex)：呼吸做功 分为吸气做功（Wi）和呼气做功(Wex)，在平静 呼吸时，呼吸功全部由吸气肌肉完成。吸气肌肉 所做的功中，大约50%用于克服气流阻力转换为 热量散发，另50%储存于肺组织和胸壁中，并用 于呼气做功。但在通气要求增加或呼气阻力增加 时，呼气肌肉需参与完成呼气做功。 l3.呼吸机做功：机械通气时，呼吸机参与呼吸做 功。当控制通气时，呼吸机完成所有的呼吸做功 ；当辅助通气时，呼吸肌肉和呼吸机共同完成呼 吸做功。 压力-时间曲线 lVCV的压力-时间曲线(P-T curve) 图为VCV,流速恒定(方波)时气道压力-时间曲线, 气道压力等于肺泡压和所有气道阻力 的总和, 并受呼吸机和肺的阻力及顺应性的影响. 当呼吸机阻力和顺应性恒定不变时, 压力-时间曲线却反映了肺部情况的变化. 压力-时间曲线 lA至B点反映了吸气起始时所需克服通气机和呼吸系统的所 有阻力,A至B的压力差(P)等于气道粘性阻力和流速之乘 积(P=RF), 阻力越高或选择的流速越大, 则从A上升至 B点的压力也越大,反之亦然. lB点后呈直线状增加至C点为气道峰压(PIP),是气体流量打 开肺泡时的压力, 在C点时通气机输送预设潮气量的气道峰 压. lA至C点的吸气时间(Ti)是有流速期, D至E点为吸气相内”吸 气后摒气”为无流速期. l与B至C点压力曲线的平行的斜率线(即A-D), 其 P=VtErs(肺弹性阻力), Ers=1/C即静态顺应性 的倒数, Ers=VT/Cstat). 压力-时间曲线 lC点后压力快速下降至D点, 其下降速度与从A上升至B点速 度相等. C至D点的压力差主要是由气管插管的内径所决定, 内径越小C-D压差越大. lD至E点即平台压是肺泡扩张进行气体交换时的压力, 取决 于顺应性和潮气量的大小. D-E的压力若轻微下降可能是吸 入气体在不同时间常数的肺泡区再分佈过程, 或整个系统( 指通气机和呼吸系统)有泄漏. 通过静态平台压测定, 即可 计算出气道阻力(R)和顺应性(C), PCV时只能计算顺应性而 无阻力计算. lE点开始是呼气开始, 依靠胸廓、肺弹性回缩力使肺内气体 排出体外(被动呼气), 呼气结束气道压力回复到基线压力 的水平(0或PEEP). PEEP是呼气结束维持肺泡开放避免萎 陷的压力. 压力-时间曲线 l平均气道压(mean Paw 或Pmean) 平均气道压(MAP)在正压通气时与肺泡充盈效果和心脏灌注效果相关(即气体 交换),在一定的时间间隔内计算N个压力曲线下的区域面积而得, 直接受吸气时 间影响. 气道峰压, PEEP, 吸/呼比和 肺含水量均影响它的升降. 图中A-B为吸 气时间, B-C为呼气时间, PIP=吸气峰压,呼吸基线=0或PEEP. 一般平均气道压 =10-15cmH2O, 不大于30cmH2O. 压力-时间曲线 l在VCV中根据压力曲线调节峰流速(即调整 吸/呼比) VCV通气时, 调节吸气峰流速即调正吸气时间(Ti)或I/E比. 图中A处因吸气流速 设置太低, 吸气时间稍长, 故吸气峰压也稍低. 在B处设置的吸气流速较大, 吸气 时间也短, 以致压力也稍高, 故在VCV时调节峰流速既要考虑Ti, I/E比和Vt, 也 要考虑压力上限. 结合流速,压力曲线调节峰流速即可达到预置的目的. 压力-时间曲线 lPCV的压力-时间曲线 虚线为VCV, 实线为PCV的压力曲线. 与VCV压力-时间曲线不同, PCV的气道压力 在吸气开始时从基线压力(0或PEEP) 增至预设水平呈平台样並保持恒定, 是受预 设压力上升时间控制. PCV的气体流量在预设吸气时间内均呈递减形. 在呼气相, 压力下降和VCV一样回复至基线压力水平, 本图提示了在相同频率、吸气时间、 和潮气量情况下PCV的平台样压力比VCV吸气末平台压稍低. 呼吸回路有泄漏时 气道压将无法达到预置水平. 压力-时间曲线 l 压力上升时间(压力上升斜率或梯度) 图为PCV或PSV(ASB)压力上升时间在压力,流速曲线上的表现. a,b,c分别代表三种不 同的压力上升时间, 快慢不一. 调节上升时间即是调节呼吸机吸气流速的增加或减 少, a,b,c流速高低不一, 导致压力上升时间快慢也不一. 吸气流速越大, 压力达标时 间越短(上图)， 相应的潮气量亦增加. 反之亦然. 流速图a有短小的呼气流速波是由 于达到目标压有压力过冲, 主动呼气阀释放压力过冲所致, 压力上升时间的名称和 所用单位各厂设置不一.如Evita 设定的是时间0.05-2.0s(4), PB-840是流速加速 %FAP50-100%, 而Servo-i为占吸气时间的%. 压力-时间曲线临床意义 l评估吸气触发阈和吸气作功大小 图为CPAP模式, 根据吸气负压高低和吸气相内负压触发面积(PTP=压力时 间乘积), 可初步對患者吸气用力是否达到预置触发阈和作功大小作定性判断. 负 压幅度越大,引起触发时间越长,PTP越大,病人吸气作功越大. 图中a. 吸气负压小, 吸气时间短, 吸气相面积小, 吸气作功也小. b. c. 吸气负压大, 吸气时间长, 吸气相 面积大, 吸气作功也大. 是否达到触发阈在压力曲线上,可見及触发是否引起吸气同步. 压力-时间曲线临床意义 l 评估平台压 在PCV或PSV时, 若压力曲线显示无平台样压力, 如图A所示, PCV的吸气时间巳消 逝, 但压力曲线始终未出现平台样压力. 应先排除压力上升时间是否设置太长, 呼 吸回路有无漏气. 如为VCV时,设置的吸气流速是否符合病人需要或未设置吸气后 摒气(需同时检查流速曲线和呼出潮气量是否达标以查明原因). 此外有的呼吸机因 吸气流速不稳定, 也会出现这种情况。 压力-时间曲线临床意义 l呼吸机持续气流对呼吸作功的影响 图中, 呼吸机提供的持续气流增加 时, Paw在自主呼吸中基线压力下是降 低的, 同时呼气压力增加(因呼气时持 续气流使阻力增加). 正确使用持续流 速使吸气作功最小, 而在呼气压力并 无过份增加, 在本病例中,当持续气流 为10-20 L/min时, 在吸气作功最小, 呼气压力稍有增加. 但持续气流增至30 L/min则呼气作 功明显增加. 本图是患者自主呼吸 (CPAP=5cmH2O), 流速波形为正弦波, 图中的病人呼吸流速和潮气量均无变 化. 压力-时间曲线临床意义 l识别通气模式 自主呼吸和压力支持通气的压力-时间曲线 图中均为自主呼吸使用了PEEP,左侧图在A处曲线在基线处向下折返代表吸气, 而B处曲线向上折返代表呼气, 此即是自主呼吸, 若基线压力大于0的自主呼吸称之 为CPAP. 右侧图吸气开始时有向下折返波以后压力上升, 第一个为PCV-AMV, 第二个为 自主呼吸+PSV, PS一般无平台样波形出现(除非呼吸频率较慢且压力上升较快), 注意压力支持通气是必需在患者自主呼吸基础上才可有压力支持, 而自主呼吸的 吸气时间并非恒定不变, 因此根据吸气时间和肺部情况同时需调节压力上升时间 和呼气灵敏度. 压力-时间曲线临床意义 l控制机械通气(CMV)和辅助机械通气 (AMV)的压力-时间曲线 CMV(左侧)和AMV(右侧)的压力-时间曲线 图中基线压力未回复到0, 是由于使用了PEEP. 且患者触发呼吸机是使用了压力 触发左侧图在基线压力均无向下折返小波(A), 呼吸机完全控制患者呼吸, 为CMV模 式. 右侧在吸气开始均有向下折返的压力小波, 这是患者吸气努力达到触发阈使呼吸 机进行了一次辅助通气, 为AMV模式. 若使用了流速触发, 则不论是CMV或AMV, 在 基线压力可能无向下折返小波, 这需