呼吸机波形(流速、压力和容量波形的基本原理).ppt

呼吸机波形,流速、压力和容量波形的基本原理jiangwx1997,流速测定,流速通常在呼吸机环路（从进气口到呼气阀之间的管道）中测知，流量感应器根据设计类型不同而有些许差异，但大部分都可以测量一个较大的范围（-300+150lpm），但会由于假呼吸运动、水气、呼吸道分泌物等而影响其准确性。流速波有两个组成部分：吸气波和呼气波，他描述了流速大小、持续时间和机控呼吸下的流速释放方式（正压通气下），或者病人自主呼吸下的流速大小，持续时间和流速需求。,吸气流速波机控呼吸,呼吸机送气开始开始吸气取决于以下两点：1)到达了预设的呼吸周期时间，即“时间循环”2）病人吸气努力达到了触发辅助通气的阈值，通常是一个吸气负压或吸气流速增量，那就是“病人循环”。前者常出现在控制呼吸模式，后者常出现于辅助呼吸模式。吸气峰流速在容控性呼吸机上，预设流速是很有必要的，流速设置也可以设置潮气量和吸气时间来间接得到。假设设置了一个恒定流速的容控性呼吸机，峰流速就是设置值。当流速不恒定，即流速波形是曲线波，流速在吸气时不同时间点上表现为不同的值。此时中间流速或称平均流速通过下式计算：流速（lpm）=潮气量（l）/时间（s）*60。吸气末停止送气这个转换可能达到了预期的容量送气、流速、压力或吸气时间。吸气流速的持续时间常与吸气时间相应，容控呼吸机上，吸气时间常取决于预设的潮气量、峰流速和流速释放方式（波型），有的也可以直接设置。因此，吸气时间可以长于峰流速持续时间，尤其当应用吸气暂停时。整个呼吸周期时间（tct）取决于预设的呼吸次数tct=60/rate。,恒流速波形延迟时间效应,上图的流速波型是方波，从吸气开始即达到峰值，直到吸气末都是一个恒定值，在实际应用当中，像上图那样“真正的”方波是不可能达到的，因为流速输送系统都有一个固定的延迟时间，在这段时间内，流速从0达到预设的峰流速。同样，在吸气末流速从峰值降至0也需要一段时间。延迟时间效应会在吸气开始和吸气末使波形出现轻微的倾斜。,恒流速波形受环路回缩力的影响,在早期低驱动压高内部顺应性的呼吸机，气流输送受到环路回缩力的影响很大，新一代呼吸机设计了低内部顺应性和高驱动压力，使环路回缩力对送气的影响减少了。在一个较高的吸气峰压下，峰流速逐步减小，会导致吸气时间的延长。如下图，实线是受环路回缩力影响后的波形，虚线是“真正的”方波，两者包围的面积相同，即潮气量相同。,流速波形可选择波型,越来越多的新一代容控型呼吸机具备了一些其他可选择的波型，包括递增波、递减波和正弦波，在预设同一个峰流速下，不同的波形会导致吸气时间改变，而曲线包围的面积即潮气量是不变的。,吸气流速波自主呼吸,自主呼吸流速波形的特点通常取决于病人呼吸需求的特点。就是说，波形大小、持续时间与病人的呼吸需求相对应。此时由于没有预设值，系统响应时间对波形的影响非常小，通常波形类似于正弦波。,吸气开始吸气流速大小吸气结束吸气流速持续时间（吸气时间）,呼气流速波,呼气，不论是机控或是自主呼吸，都是一个被动的过程。呼气流速波的大小、持续时间、形状取决于顺应性，顺应性包括病人顺应性和呼吸机环路顺应性。呼吸机环路顺应性受到环路长度、材质、型号（内径）的影响，并且，气流通过呼气阀时的阻力（容量测算系统）也是重要因素。病人肺顺应性改变或呼气时动用呼吸肌，都会对波形产生影响。下图是一个机控吸气动作（虚线）后的呼气流速波形。在呼吸机测算中呼气流速在0基线以下。,呼气流速波,呼气开始呼气峰流速呼气峰流速在机控呼吸和自主呼吸时是不尽相同的，因为通常机控呼吸潮气量比自主呼吸的大，所以在正压通气下，机控呼吸的呼气峰流速比自主呼吸的要高。呼气结束在这个点上与下一个机控吸气相连接，这对于评定吸呼比（i:e）有重要意义，而且此时有产生气道陷闭的可能。呼气流速的持续时间与有效呼气时间不同。有效呼气时间即整个呼吸周期时间减去实际的吸气时间。tct整个呼吸周期时间。,呼气流速波气道阻塞,病人呼气阻力对呼气流速波的细小影响会得到修正，而呼气流速波的明显变化常体现了病人顺应性的改变、气道阻力明显变化或是病人烦躁动作。例如呼气阻力增大（分泌物堆积甚至气道阻塞）会降低呼气峰流速并延长呼气时间。,了解呼气时间是否延长十分重要。阻塞后，呼气时间超过正常，峰流速下降。呼气不完全，可能引起内源性peep。,呼气流速波被动及主动呼气,而在下图可以发现，如果病人在呼气时动用呼吸肌，会增加呼气峰流速，缩短呼气时间。观察呼气流速波可帮助确认病人的呼吸需求。,压力测定,呼吸机上，测定压力的部位通常在环路病人端y形管处，也有在环路吸气支和呼气支内部测知。尽管从环路内部测得的压力与气道压不尽相同，但往往以此作为参照，了解气道压的情况。压力感应器通常可以测知最高150cmh2o的压力，但会因环路内积水、分泌物堵塞等影响准确性。自主呼吸和机控呼吸的压力波形是不同的，但他们的组成结构是一样的。压力波形对评估呼吸周期结构（呼气相向吸气相转换点）、时间系数及病人与呼吸机的相互作用都有帮助。,压力波形自主呼吸,吸气时压力下降压力下降的幅度取决于病人吸气的峰流速大小，感应器触发灵敏度、以及气流传送系统的反应时间。（assist、simv中自主触发的呼吸）呼气时压力升高升高的幅度与呼气时的气流阻力有关，包括病人阻力和环路阻力。压力大小随着呼气峰流速的变化而相应变化。呼气时动用呼吸肌，呼气峰流速会增大，因此当病人烦躁或用力呼气时，压力会急剧增高。此外，持续高流量送气也会导致呼气压力增高。,压力波形机控呼吸,最大膨胀压或称吸气峰压。它取决于病人及环路的顺应性、阻力，并和潮气量、吸气流速相关吸气时间正压持续时间,肺膨胀压吸气暂停,“膨胀压”指达到一个固定潮气量时的压力。膨胀压分两个部分流速抵抗压和肺扩张压。下图表示了机控呼吸中的一次吸气暂停。（吸气流速结束后，肺保持膨胀的动作）,气道峰压受到流速和容量变化影响后，近口端气道的最大压力。气道平台压肺泡膨胀时（没有气流进出的情况下）的压力。肺泡是最低一级的呼吸道单位，最大肺泡压是一个平台压，而不是峰压。,压力波形受阻力、流速、顺应性影响（固定潮气量）,在一个固定的潮气量下，压力波形会随着流速大小、输送方式（方波、正弦波等）、气道阻力、肺顺应性的不同而相应改变。下图显示在同一潮气量下，气道阻力增大；流速增大；肺顺应性下降时峰压和平台压的不同改变。,呼气压基线抬高,测定的“呼气压”其实是呼气是呼吸机环路内的压力，前图分别描述了自主呼吸和机控呼吸的压力波形。压力从0开始上升直至恢复到0基线，但如果应用了呼气末正压，压力曲线开始和结束都会在预设的peep值上。也就是说，peep抬高了基线。,呼气压力抬高,抬高呼气压基线可以通过调整peep或呼气阀实现，也可以由缩短呼气时间，使呼气不完全来达到，但是这样会引起内源性peep的产生，并会使呼气末压力逐渐增高。下图是一个实例。要注意的是，大多数呼气压是在呼吸机环路内测定的，因而小气道塌陷引起的呼气末肺泡正压（内源性peep），在这种测量方法下是不能探知的。,平均压,除了膨胀压和呼气压，平均气道压是另一个重要的测量数据。平均气道压描述了气道平时的平均压力和正压通气对肺泡稳固性及心脏充盈的影响。平均压受峰压和peep的影响，并与i：e有关。在两种呼吸状况同时存在的情况下也可以测的。平均压不能清楚地在压力波形上反映出来。它通常由连续间隔很短时间测知的一系列压力所得，即将这些间隔测得的压力的总和，除以相应的数量。（p1+p2+p3+pn）/n,自主触发的辅助通气,是否是自主触发的辅助通气，可以从压力波形中看出。非自主触发的机控呼吸的吸气开始是由时间循环触发的，压力从基线开始上升。而自主触发的辅助通气，先有压力的下降，到达了预设的触发灵敏度随之呼吸机送气，压力升高。下图是一次由病人触发的辅助通气。注意压力持续下降至预设的触发灵敏度以下一段时间后，辅助通气才开始，压力上升，这一段时间即为响应时间。,机控呼吸中病人努力不够,若触发灵敏度设置过大或病人呼吸极浅，只能看到压力下降而不能触发辅助通气，如下图。相反的，灵敏度设置过小则易受外界因素影响。,和都是病人的一次浅呼吸，但未达到预设的触发灵敏度，所以没有进行辅助通气，这种情况下，病人的吸气努力会a)从储气罐或持续气流中供气；b)按一定流速供给，以保持基线压平稳（漏气补偿）；c)不供气达到了一个机控呼吸的时间循环，呼吸机不管病人动作，予以一次强制通气，此时易出现对抗动作。,时间测算,当呼吸过程中出现上述未能触发辅助通气的呼吸时，时间的测算也会受到影响。此时测得的只有吸气时间和正压持续时间是准确的，而呼气时间、i：e等都会出现不符的情况。,机控呼吸的吸气时间正压持续时间机器测得的总呼吸循环的时间（tct）机器测得的呼气时间病人实际的呼气时间：机器测得的i：e：病人实际的i：e,压力测定pcv、psv,在pcv和psv模式中，压力是预设的，是一个独立可变量，而流速和潮气量是根据压力的预设值和病人状况而变化的非独立可变量。相对的，在容控呼吸中，流速和潮气量是独立可变量，可以预设，而压力是非独立可变量。,上图中，pcv和psv的压力波形相似，psv吸气由病人触发，pcv既可以有病人触发也可以由时间循环触发。而从吸气向呼气转换，psv由流速决定，pcv由预设的吸气时间决定。但在压力波形中不易区分。,容量波形,容量通常结合流速信号在呼气阀中测得。下图是一个典型的容量波形。,上升支表示输送给病人的容量，在容控模式中，通常就是预设的潮气量（除非启用了“自动顺应性补偿*”功能）。压控模式中，容量取决于预设压力、吸气时间和肺阻力的影响。下降支表示呼出气容量，通常与输送容量相符，除非环路有漏气，或者病人有气胸、支气管胸膜篓等疾病。容量波形有一个很重要的作用就是区别一些不正常现象是呼吸机本身的问题如环路漏气，还是具体设置及病人本身问题（如设置不当引起内源性peep）所引起的。,自动顺应性补偿,自动顺应性补偿：在容控模式下，新一代呼吸机可以自动补偿两次呼吸间由于螺纹管扩张所导致的容量损失。通常在自检中，呼吸机会测得环路的顺应性，由此来计算这一部分容量损失，然后自动调节峰流速或吸气时间以补充相应的损失量。下图描述了启用该功能后容量、压力、流速的变化。,在启用自动顺应性补偿时，呼吸机会送一个比预设潮气量大的容量，而有效潮气量则基本不变，但是要注意这个较大的容量要在有效呼气时间内排完。充分的呼气时间可以避免不必要的内源性peep。,第二部分,机械通气目的,提供足够的肺泡通气量（va）在安全的供氧浓度下达到适宜的动脉氧分压胸腔压升高的情况下避免发生气压伤病人舒适合适的呼吸肌负担,最小压力下，保证足够的肺泡通气量（va）维持肺泡稳固提高人机同步性，使病人舒适撤机时的呼吸机支持,容控性呼吸机设置,潮气量（vt）合适的vt取决于所需的肺泡通气量和因此所需要的通气压力。在一个固定ve和死腔下，过小的潮气量意味着较快的呼吸频率，此时肺泡通气量下降。va=（vtvtd）f=vevtdf,但是，过大的潮气量在通气量上升的同时，根据呼吸系统顺应性的特点，肺泡扩张压以指数级别上升。,这种关系在下图中也可以体现。给一个顺应性较差的肺三个不同的潮气量，观察其压力变化。,临床应用中，潮气量通常根据理想体重来设置，以保证通气量及使vtvtd。利用机控呼吸下的压力-容量环可以有助于选择一个合适的肌控呼吸潮气量。事实机上，因为早期流速、环路顺应性、漏气等原因还需要一些额外的容量，新型呼吸机对于这些因素有一定补偿功能。,呼吸频率（f）在cmv模式下，所需的ve和vt决定了机控呼吸的频率。在a/c模式下，最小ve（底限）和vt决定了后备通气的频率。而在simv/imv中，我们必须预先判断病人自主呼吸的情况结合所需的ve来决定后备通气的频率。在撤机早期，机控呼吸的频率应设得较高一些以保证病人所需的通气量，并且此时可以开始评估患者自主呼吸能力。在后期，由于病人呼吸能力的增强，机控呼吸数应该相应减少。mmv的应用可在simv或cpap模式过渡撤机时（用或不用ps均可）保证患者的基本通气量。而呼吸频率过快会造成呼气不完全，形成内源性peep。,吸气流速吸气流速关系到吸气和呼气时间和所造成的肺内压。在潮气量和频率不变的情况下，高吸气流速会使吸气时间缩短，呼气时间延长（i:e下降），以及在气道内形成较高的流速抵抗压。相反的，低吸气流速延长吸气时间，产生较低的流速抵抗压。,如果病人顺应性极差，过高的流速会频繁引起高压报警，导致通气不能进行。而流速过慢，病人要求不能满足，有时会导致呼吸频率过快，容易造成呼气不完全，形成peepi。随之肺的容量基线抬高（功能残气量frc增加）。此时可以改用pcv模式以维持气道压在一定水平。,容控模式下，如果气体陷闭较严重，峰压会逐渐升高直至达到高压报警/限制，如果呼气时间太短，甚至会出现基线压抬高。不同的呼吸机在这种情况下处理方法亦有区别，大多数呼吸机在下一次呼吸时仍以原来参数进行通气，某些呼吸机会开放呼气阀直至压力回至基线。而有些呼吸机可设置高peep报警，达到此上限时会开放呼气阀直至压力回到基线值后再开始下一次通气。出现这种情况时，可以发现呼吸机机控呼吸频率不稳定，同时间隔一段时间就出现连续高压报警（排除病人呛咳）。,上图中达到压力报警的呼吸tct延长，给予额外的呼气时间呼出陷闭气体。此时呼气容量大于吸气容量，而这部分差值就近似于前几次呼吸陷闭的气体量。如果这种情况在短期内多次出现，那实际通气量将比预设小很多。,吸气暂停(ins-pause)吸气暂停可以延长气体交换时间，有利于改善氧和。但过长的吸气暂停，或者在本来呼气时间就短的病人上应用会造成呼气不完全，出现peepi。而且容易出现人机对抗。,吸气触发灵敏度（i-sens,i-trigger）合适的触发灵敏度可有效减少病人吸气功。若触发灵敏度设置过大或病人呼吸极浅，只能看到压力下降而不能触发辅助通气。相反的，灵敏度设置过小则易受外界因素影响。(如环路内积水),其他流速波型、辅助功能（如压力增强、导管补偿）等在容控呼吸机上应用亦有助于通气顺利进行，维持安全的压力水平。,压控型呼吸机设置,吸气压（pi）吸气压是通过一个设计成可以快速达到所选择的压力的流量循环系统来实现的。此时，供气流速会趋向于减慢但可以随着病人努力需求而变化。pi和吸气时间的相互作用、病人的肺顺应性、气道阻力、和病人吸气努力（如果存在）决定了最后的潮气量,吸气时间（ti）吸气时间就是吸气压维持的时间，ti是为pc呼吸（时间切换或流速切换）所制定的而非针对于ps呼吸（流速切换）。在pc呼吸时，送气时间是否达到或超过ti，决定于所设的pi及病人的肺顺应性、气道阻力、和病人吸气努力（如果存在）。而潮气量则取决于所有这些因素的相互作用。,呼吸频率（f）压控性呼吸机频率变化及相关调整如同容控呼吸一样。也可以由于参数的变化（频率过快，ti过长等）造成呼气不完全，形成peepi。注意与容控不同的是，peepi在压控呼吸中会造成潮气量下降，而压力波形没有明显变化。,吸气上升时间（risetime）较快的吸气上升时间可以加大患者潮气量，有效减少吸气功，改善同步性。0.1s0.3s0.6s,呼气触发灵敏度（e-trigger）主要针对于ps呼吸。ps模式下吸气是由三种机制中的一种所终止：基本的方法是流量的下降；其二为压力上升超过目标设定值；第三是吸气时间超过一个特定的最大时限。一般e-trigger设定为流速的百分率。yamada与du19将从吸气切换到呼气的影响因素数学模型化。特别是他们确定了在病人神经吸气时间末流量与吸气流量峰值之间的关系与二个因素有关：（1）呼吸时间与病人神经吸气时间之比，（2）设定压力支持水平与最大吸气肌肉压力之比。结果他们报道了病人神经吸气时间与吸气峰值流量之比可以从1到85，取决与呼吸力学与通气驱动。如此，在设定吸气终止标准条件下，一个病人可能在呼吸机达到终止流量之前或之后结束吸气。可变的吸气终止标准明显会增大病人-呼吸机同步的可能性。按照我们的经验，吸气终止同步的问题主要多见于慢性阻塞性肺疾病患者采用需要很低的固定流量或很小的峰值流量百分比来终止吸气的呼吸机进行通气治疗。过高的e-trigger会造成吸气过早中断，通气不能有效完成。而过低的e-trigger则会使吸呼不能及时切换。,最小压力下，保证足够的肺泡通气量（va）维持肺泡稳固提高人机同步性，使病人舒适撤机时的呼吸机支持,肺实变的证据之一就是肺泡不稳固、塌陷。它使v/q降低，而在正压通气时，病变肺泡往往在呼气时塌陷，对v/q的影响尤其明显。,肺泡塌陷可以通过以下两种方法改变：1）应用peep；2）应用长吸气时间。,peep对肺泡塌陷的影响也可以从压力-容量环上看到。同时，压力-容量环有助于决定应用多少水平的peep来尽可能改善肺泡塌陷。上图是应用了peep后的影响。peep通过抬高气道基线压来预防肺泡塌陷。此时，在潮气量不变的情况下，所有的压力数值都相应提高。,除应用peep外，延长吸气时间是另一种方法。延长吸气相，而呼气相相应缩短,吸气时间如果足够长，就会出现吸呼比倒置（反比通气），本来只占呼气时间1/3-1/2的吸气时间会超过呼气时间。可以通过吸气暂停或降低流速下降速度来实现，压控模式中可直接设置。吸气时间延长主要通过以下两点来影响肺泡通气1）较长气体交换时间；2）peepi。要使长吸气时间对肺泡的影响达到最大，则要在通气时迅速扩张肺泡（如应用pcv）。,呼气时间过短造成的内源性peep对稳固肺泡的作用类似于应用peep,由呼气时间过短引起的peepi在容控和压控的模式下共同的特点是呼气末流速波未回到基线，而peepi在两种模式中造成的影响是不同的。前者主要表现为压力的改变，后者则是容量的改变,peepi的测量,仅从呼吸机上测量peepi的值是比较困难的，因为近口端测得的压力数值不能体现肺泡内peepi得值。但是，我们可以通过以下几种方法来估计peepi得值容控模式下，呼气不完全情况下，比较气道峰压的改变压控模式下，呼气不完全情况下，比较潮气量改变，估计陷闭气体量呼气保持,容控模式下，呼气不完全情况下，比较气道峰压的改变,压控模式下，呼气不完全情况下，比较潮气量改变，估计陷闭气体量,呼气保持,呼气保持是现在呼吸机测算peepi最常用的方法。值得注意的是，有自主呼吸的病人往往不能坚持呼气保持，从而影响测量结果。因此最好给于完全的镇静肌松，吸纯氧4分钟以上再开始测量，以保证病人安全和结果准确性。,最小压力下，保证足够的肺泡通气量（va）维持肺泡稳固提高人机同步性，使病人舒适撤机时的呼吸机支持,提高人机同步性最重要的就是减少病人的额外做功，减少病人在自主呼吸时的强制负担。强制负担指的是呼吸机支持的病人在自主呼吸时送气系统给予的负担，即病人克服送气系统所做的功。以下是强制负担的两大来源触发灵敏度和系统响应时间气管导管的阻力,触发灵敏度和系统响应时间,气管导管的阻力,因此要尽量使用低顺应性、低阻力的环路、气管导管，设置合适的触发灵敏度，选择响应时间短的呼吸机。此外，持续气流（continuousflow）的应用，也可以改变上述问题。“导管补偿功能”在吸气相的工作就是以此为基础的。,上图中持续气流逐渐增加，压力波形在基线下的面积也相应减小（减少吸气功），而呼气压增加（增加了呼气时的流速抵抗）。最理想的持续气流水平，就是作最小的吸气功，同时呼气压增加最小。上图的例子中20lpm是最佳的流速水平。可以看见基线上下部分面积基本相同当环路出现漏气时，基线压会下降并可能触发一次辅助通气，我们可以降低触发灵敏度，但同时会增加患者的吸气功。因而最好选用有漏气补偿的呼吸机。呼吸机的漏气补偿功能也使以持续气流为基础的。,减少气管导管的阻力，可以换用更粗的导管或加用一定水平的ps。,导管补偿（atc,tc）,“导管补偿（atc,tc）”是近年来新兴的呼吸机辅助功能，它的作用就是减少导管阻力。有以下两式：ptrach=pcircuit-ptubeptube=kflow2,吸气相时，加以一个不断变化流速大小的持续气流对抗导管阻力ptube，根据式，流速升高后ptube相应增加，但变化较之环路内所测压力pcircuit来说要小，所以二者之间的压力差增大，这部分差额就用来对抗导管阻力。,而呼气相时，通过降低基线压造成压力差。但是要在应用peep时才能实现，而且因此造成基线压频繁波动，不利于通气。,辅助呼吸的同步,机械通气中辅助呼吸和自主呼吸触发机制是相同的。一次完全的辅助通气，（包括应用高水平的ps）必须要完全满足患者的呼吸要求。,容控型辅助呼吸,比较辅助呼吸和控制呼吸的压力波形能帮助评估同步性。如果辅助通气时所给予的流速达到病人要求的话，压力波形在基线上的部分类似于控制呼吸的压力波形。,调节流速大小，或流速波型对容量辅助的病人可以改善同步性。而在某些呼吸机上，有“流速增强”功能可以减少病人吸气功，改善同步性。,还有呼吸机有“压力增强”功能，实际上，这种技术是在容量辅助的情况下同时给予压力支持，是病人在容量辅助下深吸气造成的不同步情况。低水平压力增强弥补了部分呼吸机供给和病人需求之间的差距。高水平的压力增强提供了足够的流速满足病人需求。在波形图上表现为光滑、无凹面的压力曲线。类似于压力控制呼吸的方波。,压力增强这种影响也可以在压力-容量环上观察到,压控型辅助呼吸,通常因为在压控呼吸时，吸气流速由机器调节来达到所需压力水平，流速可以随病人要求波动，因而同步性要优于容控性呼吸。尽管如此，由于呼吸机总是有响应时间，因而呼吸机感知病人吸气（近口侧气道压变化）总是比病人吸气要求（胸腔压改变）要滞后。所以在吸气早期，最容易出现人机不同步。通常呼吸机都被设定成送气早期以预定的速度达到最大流速，这个速度取决于所设吸气压、吸气时间等，对于吸气努力大的病人，可能在吸气早期流速要求比较高，新一代的压控性呼吸机都有“早期可调整流速”功能，（也叫“压力斜坡”、“吸气上升时间”等）作用见下图。,虽然关于压力通气时的流量同步研究提示很多病人由于通气需求的加大，就需要很快的上升时间，也有的病人因为上升时间很快而造成初试系统压力超过设定水平或呼气切换过早。在这些病人用较慢的上升时间将会较好。,最小压力下，保证足够的肺泡通气量（va）维持肺泡稳固提高人机同步性，使病人舒适撤机时的呼吸机支持,撤机是恢复呼吸肌功能的过程，因此，部分辅助可帮助恢复呼吸肌功能，即将一部分呼吸机的负担转交由病人自己承担，而只有当病人可以承受这一部分负担时，撤机才能继续进行。撤机负担