肺压力-容积曲线的临床应用及进展

肺压力肺压力 容积曲线的临床应用及进展容积曲线的临床应用及进展 来源 中华急诊医学杂志 作者 沈鹏 朱建刚 宋先斌 张茂 压力容积曲线 pressure volume curve P V 曲线 是反映呼吸系统力学特性的一项指标 在指导临床治疗以及反映疾病进 程等方面被寄予厚望 本文综述了这方面的临床应用与近年来的一些进展 1 P V 曲线曲线 P V 曲线是根据呼吸系统的压力和容量相关性描绘出的曲线 反映的是呼吸系统的顺应性 P V 曲线分为动态 P V 曲线 dynamic P V curve 和静态 P V 曲线 static P V curve 动态 P V 曲线反应气道阻力和肺 胸壁顺应性的综合影响 测定简便 但参杂了气道阻力等因素 并不能真正反映呼吸系统的顺应性 静态 P V 曲线是指理想状 态的肺容积随压力改变的曲线 相对而高 静态 P V 曲线更准确 但测定相对更繁琐 实际测试中 因为我们必需允许保持一定的呼吸 因此 呼吸系统并不能达到一个真正的稳态 这样所测量到的只是准静态 P V 曲线 quasi static P V curve 这一曲线的精确度 取决于研究者所能等待的呼吸系统达到稳态的时间 而我们可以通过 一种低速恒流的方式达到类似于静态的条件 已有研究证明 流速须 9 L min 以最大地消除呼吸系统固有阻力所引起的压力改 变 2 测定方法 测定方法 经典的准静态 P V 曲线测定方法主要有大注射器法 联合闭塞法 呼吸机法 和恒定低流速法 沿用多年并被大多数学者认为 标准 的大注射器 Super Syringe 法是 1975 年由 Harf 等提出的 描记时患者脱离呼吸机 用 2 3 L 容量的推进型大注射器和压力计与气管导管相接 在患者呼气达功能残气量 FRC 以后 推动大注射器 每次注气 100 mL 同时记录压力 直至压力达 45 cmH2O 1cmH2O 0 098 kPa 然后再以类似方法逐步放气测压力 为保证测压时的静态 每次注气后暂停 2 3 s 以便让肺内压力达到平衡 测定过程常持续 60 90 s 图 1 以容量为 Y 轴 以相应压力为 X 轴 描出 P V 曲线 图 2 此法的特点是描记可以记录吸气和呼气双相的准静态 P V 曲线 缺点是患者需脱开呼吸机 操作比较繁琐和耗时 有发生低氧 血症的危险 同时患者需要镇静甚至肌松 且无法去除测定时间内持续的气体交换 气体的可压缩性等影响 吸气闭塞法亦称呼吸机法 由大容量注射器法改进而来 由呼吸机给予大小不同的潮气量 获得不同的平台压 多个相对应的 潮气量和平台压描记在 X 轴上就能得到 P V 曲线 这种方法不需将患者与呼吸机断开 操作方便 但精度较差 费时较长 且 不适合所有的呼吸机 恒定低流速法以恒定的低流量气体 常为 3 9L min 氧气 为呼吸系统充气 同时以压力为 X 轴 容量为 Y 轴 流量的积分即 为容量或根据恒定流量乘以时间算出容量 描出 P V 曲线 图 3 此法运用比较简单并可以用某些呼吸机实现 但是此法可能会受到氧气消耗所带来的影响 并因为呼气流速的无法控制而无法 测定呼气相曲线 不管哪种测定方法 均需将患者充分镇静甚至肌松 以避免主动呼吸影响测定的准确性 3 生理意义 生理意义 正常人在直立 放松 清醒状态下的呼吸系统准静态 P V 曲线呈低段凹面向上高段凹面向下的 S 形 整个曲线是胸壁 膈肌 和胸腔 作用力与肺弹性回缩力之间相互作用的平衡 当两者相互作用里刚好抵消 肺容积达到平衡状态 此时的肺容积即为 功能残气量 FRC 而此时 肺泡内的压力也等于大气压 正常人仰卧位时 肺的 FRC 减少约 50 胸壁顺应性曲线轻度右移并轻度逆时针旋转 源于膈肌张力的变化以及胸廓顺应性 的轻度改变 4 临床意义 临床意义 任何累及胸壁 膈肌和胸腔 以及肺实质或气道 导致肺容积变化的疾病都可能改变肺的顺应性而导致 P V 曲线形态和位置上 的变化 其中 最具有代表性的是急性呼吸窘迫综合征 acute respiratory dstress syndrome ARDS 其他在肺间质病变 充血性心力衰竭以及肥胖等疾病中也有一定意义 1 ARDS P V 曲线使用和研究最多的是在 ARDS 的患者中 近年来 根据 P V 曲线采取的最佳 PEEP 和有效小潮气量策略结合允许性 高碳酸血症策略 permissive hypercapnia PHC 是目前 ARDS 机械通气治疗中的主要方法 ARDS 早期 水肿液受重力的影响向低位组织积聚 处于仰卧位时 从肺前侧至背侧 肺组织受到的静水压逐渐增大 因此 在肺的低下部位 陷闭或实变的肺泡远远多于高位区域 其力学的分布表现为肺的充气相 P V 曲线呈 S 型 可概括为三段两点 低位平坦段 表现为低顺应性 相当于正常或基本正 常的肺泡随压力的增大而扩张 下拐点 low inflection point LIP 相当于陷闭肺泡的开放点 中间陡直段 压力的升高和 肺容积的变化呈线性关系 相当于已张开的 陷闭 肺泡和正常肺泡在弹性限度内的等比例扩张 高位平坦段 顺应性下降 表 明肺处于过度扩张的危险中 后两段之间的交点称为上拐点 upper inflection point UIP 图 4 临床上主要根据 LIP 以及 UIP 设定机械通气的 PEEP 以及潮气量等 一般认为 PEEP 宜大于或者等于 PLIP 高于 PLIP 2cmH2O 左右的 PEEP 加压力限制模式机械通气与常规容量切换模式加 FiO2 指导的最小 PEEP 对照研究发现其肺功能改善明 显好于对照组 增加了早期撤机和肺功能恢复的机会 但亦有学者认为 PEEP 是代表呼气相的力学因素 而 PLIP 代表的是吸气相的力学因素 因此根据呼吸相的 P V 曲线设定 PEEP 似乎更加合理 由于肺水肿和肺泡萎陷 ARDS 患者的肺容量远远低于正常的肺容量 因而对正常肺而言较低的潮气量可造成肺的过度扩张 P V 曲线上提示肺过度扩张的标志是 UIP 的出现 其相对应的容量值和压力值分别代表 ARDS 肺所能承受的最大潮气量 VUIP 和平台压 PLIP 因此 须使 VT VUIP 或 P PUIP 使 VTcV UIP VT 下降 2 2 0 9 mL kg PCO2 从 44 10 mmHg 上升到 77 25 mmHg 1mmHg 0 133 kPa 而 Pa02 Fi02 无显著改变 但由于肺损伤的不均一性 UIP 可不出现在 P V 曲线上 因此 若曲线上出现 UIP 应使 VT VUIP Pplat PUIP 正常肺通 气至 V 时 其跨肺压约 35 cmH2O 50 cmH2O 大约相当控制通气时 Pplat35 cmH2O 超过此值 正常肺泡出现过度充气 并 可能导致肺泡破裂的发生 据此 UIP 若被掩盖 则应使 Pplat 35 cmH20 尽管 P V 曲线对于 ARDS 有着重要的意义 这一技术也似乎有着高度的安全性和可重复性 但 P V 曲线在 ARDS 的口常应用 中仍有着许多问题 P V 曲线与既往肺容积情况有很大的关系 因此 对于不同时期 不同患者或不同研究中的 P V 曲线的比 较 需要特别注意 P V 曲线反映的是成千上万个肺泡总体特性 对于拥有复杂的机械特性的肺来说 P V 曲线可能只是反映了健康的肺泡的特性 在一项对 ARDS 患者的肺 CT 扫描的研究中 研究者们在不同的肺损伤中 P V 曲线并不能准确的反应 CT 发现的肺复张或过 度充气 而一项利用电阻抗 X 线断层扫描的研究也得出了类似的结论 另一个问题是肺的复张是一个时间依赖的动态过程 单一的 P V 曲线并不能全面的反映这个现象 2 间质性肺病 间质性肺病的本质是肺泡出现纤维化 肺含气量减少 从而使 P V 曲线在容量轴上的值下降 图 5 尽管这一改变是因为气 体含量的减少 但这并不意味着胸腔内总容量的减少 甚至有研究表明由于组织和血容量变化的不确定性 胸腔总容量的变化 可以减少 不变或增加 代入 Salazar 和 Knowles 方程 v vmax Ae kP Vmax 为压力无穷大时的容量 A 为容量轴上的恒定截距 e 为自然常数 2 718 P 为静态气道压力 14 名患者中只有 2 人的 k 值是减小的 因此 P V 曲线对评估肺泡纤维化的敏感性并不高 3 充血性心力衰竭 充血性心力衰竭时 肺泡内被液体充满 从而使表面活性物质受损 含气鞋减少 这一现象与早期 ARDS 的变化 无心源性肺 水肿时 非常相似 动物研究发现 顺应性的降低程度远远大于气体体积的减少 而这一现象可能是由于小气道内液体形成液 栓导致迟滞现象加剧 在人群中尚缺乏有效的证据表明充血性心力衰竭时的 P V 曲线变化 但基于和 ARDS 早期类似的病理生理改变 P V 曲线的变 化也可能类似 有学者甚至认为 P V 在 ARDS 患者中的变化也可以用肺泡水肿解释 而不是所谓的肺泡塌陷 4 肥胖 Pelosi 等利用氦气测量 24 名患者全麻状态下时的肺功能残气量 FRC 其中 8 名患者体质量指数 BMI 25 kg m2 8 名 患者 BMI 在 25 至 40 kg m2之间 8 名 BMI 40 kg m2的肥胖患者 发现随着体质量指数的增加 FRC 明显减少 图 6 5 进展 进展 近年来 Lu 等等利用持续恒定低流量法描记准静态 P V 与 CT 扫描相比评价 PEEP 诱导的肺复张效果 显示了 P V 曲线与 CT 扫描有良好的相关性 这与隆云等的研究结果类似 因此 利用 P V 曲线测定作为指导临床机械通气策略 特别是 ARDS 患者 以及对肺复张效果的评价和呼吸系统顺应性的监测 将得到进一步的应用和发展 同时 应用 P V 曲线基础上测定肺复张后的呼气末肺容积变化 end expiratory ILung volume AEELV 使 P V 曲线评估 肺复张的效果得以量化 P V 曲线正在成为临床越来越实用和简便的工具 但