呼吸生理与机械通气

1、巴州人民医院呼吸科巴州人民医院呼吸科马超马超 1.呼吸系统的解剖生理呼吸系统的解剖生理2.肺通气：气体的吸入与呼出肺通气：气体的吸入与呼出3.胸膜腔负压胸膜腔负压4.肺通气的阻力肺通气的阻力5.肺换气肺换气呼吸器官可分为呼吸器官可分为1.1.上呼吸道上呼吸道 2 2. .下呼吸道下呼吸道. 3. 3.肺脏肺脏. .肺功能分为通气和换气肺功能分为通气和换气. .通气通气即空气靠胸廓和横膈运动使空气即空气靠胸廓和横膈运动使空气经气管吸入和呼出肺脏经气管吸入和呼出肺脏. .而换气而换气是空气中氧气从肺泡进入肺毛细是空气中氧气从肺泡进入肺毛细血管血液中血管血液中, ,二氧化碳正好相反二氧化碳正好相反.

2、 .气体交换即弥散气体交换即弥散: :呼吸气体在呼吸气体在肺脏内和其周围的毛细血管为人肺脏内和其周围的毛细血管为人体提供氧和排出二氧化碳体提供氧和排出二氧化碳. .呼吸机即是仿造肺通气的仪器呼吸机即是仿造肺通气的仪器过滤过滤湿化、加温湿化、加温粘液腺粘液腺 湿润湿润 加温加温 除尘除尘自然呼吸自然呼吸机械通气机械通气过滤、湿化、加温过滤、湿化、加温鼻腔：温度30-34，相对湿度80%-90% ；隆突：温度37，相对湿度达95%以上；肺泡：温度37，相对湿度100%；在正常情况下，吸入气体在进入肺泡的时候就已经达到核心体温(37 )和100%的相对湿度，这是气体交换和气道纤毛清理功能的最佳条件。

3、无论何种湿化方式，都要求近端气道内的气体无论何种湿化方式，都要求近端气道内的气体温度达到温度达到37，相对湿度，相对湿度100%，以维持气道黏，以维持气道黏膜完整，纤毛正常运动及气道分泌物排出，以膜完整，纤毛正常运动及气道分泌物排出，以降低降低VAP/HAP的发生的发生中华医学会重症医学分会保持气道湿润，保障纤毛的正常运动保持气道湿润，保障纤毛的正常运动稀释痰液，使痰液及时排除并保持呼吸道通畅稀释痰液，使痰液及时排除并保持呼吸道通畅消炎抗菌，预防肺部感染消炎抗菌，预防肺部感染下呼吸道（传导）：下呼吸道（传导）：F气管气管F支气管支气管F各级分支各级分支F终末细支气管（终末细支气管（1616级）

4、级）呼吸时气管内径的变化呼吸时气管内径的变化吸气时因胸廓扩张和横膈吸气时因胸廓扩张和横膈下降下降, ,气管长度及内径均气管长度及内径均增大增大, ,肺泡充气肺泡充气. .呼气时则呼气时则相反相反. .休息时呼吸作功很小休息时呼吸作功很小, , 气气管插管后由于插管内径小管插管后由于插管内径小于总气管内经一半于总气管内经一半, ,吸气吸气时阻力增加时阻力增加1616倍倍, ,吸气作吸气作功显著增加功显著增加, ,故有故有“插管插管补偿补偿”功能即功能即TCTC或或ATC,ATC,用用于自主呼吸模式于自主呼吸模式. .机械控制呼吸时呼吸作功机械控制呼吸时呼吸作功由呼吸机承担由呼吸机承担. . 气管

5、内径气管内径 吸气吸气呼气呼气吸气力和弹性回缩力吸气力和弹性回缩力 吸气时因横膈下降和胸廓吸气时因横膈下降和胸廓扩张导致肺泡呈负压两使扩张导致肺泡呈负压两使空气进入肺泡空气进入肺泡. .呼气时因肺和胸廓弹性回呼气时因肺和胸廓弹性回缩力使肺泡压大于大气压缩力使肺泡压大于大气压使气体排出肺外使气体排出肺外. .在机械通气中吸气力即在机械通气中吸气力即“吸气触发吸气触发”, ,肺弹性即肺弹性即 “顺应性顺应性”吸气肌力吸气肌力吸气吸气呼气呼气肺弹性肺弹性22下呼吸道（呼吸区）：下呼吸道（呼吸区）：呼吸性细支气管呼吸性细支气管肺泡管肺泡管肺泡囊肺泡囊肺泡肺泡分泌粘液：由粘膜腺分泌分泌粘液：由粘膜腺分泌

6、减少水分丢失减少水分丢失形成一道物理屏障形成一道物理屏障组成粘液毯，通过纤毛摆动将颗粒物质组成粘液毯，通过纤毛摆动将颗粒物质排除体外排除体外通过抗体或免疫因子起到抗感染作用通过抗体或免疫因子起到抗感染作用纤毛运动：下呼吸道纤毛运动向上，鼻粘纤毛运动：下呼吸道纤毛运动向上，鼻粘膜纤毛运动向后。膜纤毛运动向后。作用：能将纤毛顶部大约作用：能将纤毛顶部大约5m厚的粘液连厚的粘液连同附着在粘液中的小颗粒异物朝着一个方同附着在粘液中的小颗粒异物朝着一个方向推送，都朝向咽部，或被吞下，或被吐向推送，都朝向咽部，或被吞下，或被吐出。出。驱动：呼吸中枢驱动：呼吸中枢原动力：呼吸运动（吸气与呼气）原动力：呼吸运

7、动（吸气与呼气）直接动力：肺泡气与大气之间的压力差直接动力：肺泡气与大气之间的压力差隔肌和肋间肌收缩隔肌和肋间肌收缩胸内容积增大胸内容积增大胸膜内负压变大胸膜内负压变大肺扩张肺扩张肺内压变负肺内压变负外界空气流外界空气流( (压压) )入肺中入肺中胸膜内压胸膜内压肺内压肺内压肺内气量肺内气量 机械通气和自主呼吸的压力变化机械通气和自主呼吸的压力变化休息时自主呼吸的肺休息时自主呼吸的肺内压吸气为负压内压吸气为负压, ,呼呼气为正压气为正压, ,与胸内压与胸内压之差为之差为8cmH2O.8cmH2O.机械通气时机械通气时, ,肺内压肺内压吸、呼气均为正压吸、呼气均为正压, ,吸气开始和呼气末才吸气

8、开始和呼气末才为零为零, ,肺内压和胸内肺内压和胸内压均比自主呼吸时稍压均比自主呼吸时稍高一些高一些. .肺内压肺内压胸内压胸内压机械通气机械通气 肺内压肺内压胸内压胸内压自主呼吸自主呼吸吸气吸气呼气呼气循循 环环 系系 统统循环系统由心脏、动脉、静脉、毛细血管和它们循环系统由心脏、动脉、静脉、毛细血管和它们中间所含血液所组成中间所含血液所组成. .循环系统将来自肺部带氧的动脉血运输至细胞循环系统将来自肺部带氧的动脉血运输至细胞, ,同时将携满二氧化碳但缺少氧气的静脉血运输至同时将携满二氧化碳但缺少氧气的静脉血运输至肺部吸收氧气排出二氧化碳肺部吸收氧气排出二氧化碳. .血液占人体重血液占人体重

9、8%,8%,血液分为两部份其中红血球、血液分为两部份其中红血球、白血球和血小板占血液总量白血球和血小板占血液总量45%,(45%,(即血球压积即血球压积) )剩剩余的是血浆占余的是血浆占5555心脏剖面图心脏剖面图412213561.右和左心房右和左心房2.右和右和左心室左心室3.下腔静脉腔下腔静脉腔:PEEP（呼气末正压）（呼气末正压）影响回心血量影响回心血量4.肺动脉肺动脉:测肺血流量测肺血流量5.肺静脉肺静脉6.主动脉主动脉7.上腔静脉上腔静脉:PEEP影响回心血量影响回心血量7动、静脉血管系统动、静脉血管系统全身的动脉由主动脉分支出全身的动脉由主动脉分支出来将含有丰富氧气和养料输送来将

10、含有丰富氧气和养料输送至各脏器至各脏器. .全身的静脉将血液全身的静脉将血液( (含较多的含较多的二氧化碳二氧化碳) )经上、下腔静脉返回经上、下腔静脉返回心脏心脏. .全身的毛细血管网是氧气、全身的毛细血管网是氧气、二氧化碳和其他养料在血液和二氧化碳和其他养料在血液和细胞之间交換的场所细胞之间交換的场所. .呼吸、循环系统的总结呼吸、循环系统的总结呼吸系统功能是提供细胞所需的氧气並将代谢产生呼吸系统功能是提供细胞所需的氧气並将代谢产生的的COCO2 2排出肺外排出肺外, ,循环系统为上述过程提供循环系统为上述过程提供. .呼吸系统由鼻、咽喉、胸廓、气管、支气管、肺、呼吸系统由鼻、咽喉、胸廓、

11、气管、支气管、肺、肺泡所组成肺泡所组成. . 鼻腔有加温、湿润和清洁空气作用鼻腔有加温、湿润和清洁空气作用. . 气管、支气管为空气进入肺泡提供了通道气管、支气管为空气进入肺泡提供了通道. . 肺泡是气肺泡是气体交換的场所体交換的场所. .循环系统包含心脏、血管和血液循环系统包含心脏、血管和血液, ,红血球是血液中氧红血球是血液中氧和二氧化碳的携带者和二氧化碳的携带者. . 心脏作用是将血液泵入血管运心脏作用是将血液泵入血管运输至全身各脏器输至全身各脏器. .血管分为动、静脉血管分为动、静脉, ,动脉将血液带离心脏动脉将血液带离心脏, ,静脉将血静脉将血液带回心脏液带回心脏. . 毛细血管是血

12、液中的气体、养料和代谢毛细血管是血液中的气体、养料和代谢产物的交换场所产物的交换场所. .胸膜和胸膜腔胸膜和胸膜腔胸膜是薄而光滑的浆膜，覆盖胸膜是薄而光滑的浆膜，覆盖于胸壁内面，膈上面，纵膈侧于胸壁内面，膈上面，纵膈侧面和肺表面，胸膜分脏层胸膜面和肺表面，胸膜分脏层胸膜和壁层胸膜两层。胸膜腔是由和壁层胸膜两层。胸膜腔是由紧贴于肺表面的脏层胸膜和紧紧贴于肺表面的脏层胸膜和紧贴于胸廓内壁的壁层胸膜形成贴于胸廓内壁的壁层胸膜形成的一密闭的潜在腔隙。的一密闭的潜在腔隙。胸膜腔内压胸膜腔内压(intrapleural pressure）是指胸膜腔内的）是指胸膜腔内的压力压力,简称胸内压简称胸内压 。胸膜

13、腔内。胸膜腔内压都低于大气压，以大气压为压都低于大气压，以大气压为零则胸膜腔内压为负压，故简零则胸膜腔内压为负压，故简称为胸内负压。称为胸内负压。正常人胸膜腔内压在平静呼气正常人胸膜腔内压在平静呼气末约为末约为-3-5mmHg，平静吸，平静吸气末约为气末约为-5-10mmHg。胸膜内层的压力有两个：其一是肺内压，使肺泡扩张，其胸膜内层的压力有两个：其一是肺内压，使肺泡扩张，其二是肺的回缩力，使肺泡缩小。因此胸膜腔内的压力实际二是肺的回缩力，使肺泡缩小。因此胸膜腔内的压力实际上是这两种方向相反的力的代数和，即：上是这两种方向相反的力的代数和，即： 胸内压胸内压= =肺内压肺内压- -肺回缩力肺回

14、缩力在吸气末和呼气末，肺内压等于大气压在吸气末和呼气末，肺内压等于大气压 。若以大气压力。若以大气压力为零位标准：为零位标准： 胸内压胸内压= -= -肺回缩力肺回缩力可见，胸内负压是由肺的回缩力造成的可见，胸内负压是由肺的回缩力造成的 人胸廓的生长发育比人胸廓的生长发育比肺快，决定了肺的自然容肺快，决定了肺的自然容积总是小于胸廓，因而使积总是小于胸廓，因而使肺处于被动扩张的状态。肺处于被动扩张的状态。肺扩张肺扩张抑制胸廓过度扩张抑制胸廓过度扩张减低气道阻力减低气道阻力有利于静脉血、淋巴向心脏回流有利于静脉血、淋巴向心脏回流气胸正常潮气量潮气量( (TV)TV)补气量补气量( (IRV)IRV

15、)补呼气量补呼气量( (ERV)ERV)肺残气量肺残气量( (RC)RC)功能残气量功能残气量( (FRC)FRC)肺活量肺活量( (VC)VC)肺总容量肺总容量( (TLC)TLC)吸气量吸气量( (IC)IC)潮气量潮气量( (TV)TV)补气量补气量( (IRV)IRV)补呼气量补呼气量( (ERV)ERV)肺残气量肺残气量( (RC)RC)功能残气量功能残气量( (FRC)FRC)肺活量肺活量( (VC)VC)肺总容量肺总容量( (TLC)TLC)吸气量吸气量( (IC)IC)功能残气量功能残气量( (FRC)FRC)：平静呼气后肺内残留的气量平静呼气后肺内残留的气量 FRC=RC+E

16、RV FRC=RC+ERVF功能残气量功能残气量( (FRC)FRC)的临床意义：的临床意义：n如果没有如果没有FRCFRC，呼气末期肺泡将完全塌陷，产生静呼气末期肺泡将完全塌陷，产生静- -动脉血分流动脉血分流nFRCFRC增加提示肺泡扩张，增加提示肺泡扩张，FRCFRC减少说明肺泡缩小或减少说明肺泡缩小或塌陷塌陷F机械通气：机械通气：PEEP PEEP 增加功能残气量增加功能残气量( (FRC)FRC)F弹性阻力弹性阻力( (静态阻力静态阻力) )n肺和胸廓的弹性阻力，占肺和胸廓的弹性阻力，占2/32/3F非弹性阻力非弹性阻力( (动态阻力动态阻力) )n粘性阻力和惯性阻力，占粘性阻力和惯

17、性阻力，占1/31/3，以气道粘性阻力为主，以气道粘性阻力为主F弹性阻力：肺泡和胸廓存在弹性阻力：肺泡和胸廓存在自然回缩的力，构成弹性阻自然回缩的力，构成弹性阻力，也就是肺的力，也就是肺的顺应性顺应性(C)F顺应性代表弹性物体的扩张顺应性代表弹性物体的扩张性性,定义为容量改变与压力改定义为容量改变与压力改变的比值。变的比值。 C=V/PFC的倒数（的倒数（1/C）则为弹性阻）则为弹性阻力力。高顺应性高顺应性低顺应性低顺应性肺通气的阻力肺通气的阻力高顺应性高顺应性/ /低弹性低弹性阻力阻力低顺应性低顺应性/ /高弹性高弹性阻力阻力相同的压相同的压强强肺通气的阻力肺通气的阻力静态（静态（Cst）：

18、每次吸气或呼气后，屏气，测定肺）：每次吸气或呼气后，屏气，测定肺容积和跨肺压变化，即可测得。容积和跨肺压变化，即可测得。动态（动态（Cdyn）：不阻断气流时测得。）：不阻断气流时测得。肺通气的阻力肺通气的阻力动态顺应性 Crs, dyn =静态顺应性 Crs, st = PEEPPpeakVtPEEPPplatVtPB840可通过吸气暂停键测得静态顺应性新生儿新生儿3-5ml/cmH2O婴儿婴儿10-20 ml/cmH2O儿童儿童20-40 ml/cmH2O成人成人70-100ml/cmH2O无肺部疾病的气管插管患者无肺部疾病的气管插管患者 50-70 ml/cmH2O肺通气的阻力肺通气的阻力

19、肺通气的阻力肺通气的阻力生理因素生理因素肺容积肺容积性别性别年龄年龄身高身高体位体位病理因素：病理因素：弥漫性肺间质纤维化：顺应性降低弥漫性肺间质纤维化：顺应性降低心脏疾病：肺水肿，顺应性降低心脏疾病：肺水肿，顺应性降低ARDSARDS：肺水肿、肺泡塌陷，顺应性降低：肺水肿、肺泡塌陷，顺应性降低顺应性下降对病人的影响：顺应性下降对病人的影响：为了维持原有的潮气量，吸气努力增加，呼吸为了维持原有的潮气量，吸气努力增加，呼吸肌做功增加，严重可导致呼吸衰竭肌做功增加，严重可导致呼吸衰竭V/Q失调，引起低氧血症失调，引起低氧血症肺水肿时，吸气使血管周围组织的压力变负，肺水肿时，吸气使血管周围组织的压力

20、变负，致使流体自血管流向外周组织致使流体自血管流向外周组织肺泡扩张受限，呼吸表现为浅而快肺泡扩张受限，呼吸表现为浅而快主要为气道阻力，即气体在气道中流动时所产主要为气道阻力，即气体在气道中流动时所产生的阻力生的阻力呼呼 吸吸 阻阻 力力呼吸机输送气体到肺泡所呼吸机输送气体到肺泡所须的压力须的压力, ,以克服气体流以克服气体流速流经气道时所存在的阻速流经气道时所存在的阻力力, , 以以RawRaw表示表示. .阻力决定于气道的长度、阻力决定于气道的长度、内径、分叉和内壁情况内径、分叉和内壁情况, ,及气体流速的形态及气体流速的形态. .形态呈层流即阻力低形态呈层流即阻力低. . 湍流产生漩涡而阻

21、力高湍流产生漩涡而阻力高. .阻力尚决定于流速大小呈阻力尚决定于流速大小呈正相关正相关. .层流层流湍流湍流 November 20, 2021 | Confidential42 |时间常数的定义（体现病人个体差异）时间常数的定义（体现病人个体差异）：TC理论上呼气时间为 5个TC，气体方能 排出，临床实践中 呼气时间为3-5个时 间常数即可弥弥 散散 膜膜高原缺氧环境PaCO2PaCO2与通气量相关与通气量相关PaCO2=0.86VCO2/VE(1-VD/VT)PaCO2=0.86VCO2/VE(1-VD/VT)VCO2VCO2为二氧化碳产量，为二氧化碳产量，VDVD为死腔量，为死腔量，VE

22、VE为分钟通气量为分钟通气量呼吸时从鼻到肺泡以上的气道对气体交呼吸时从鼻到肺泡以上的气道对气体交换来说是无用的空间，称为死腔。成人换来说是无用的空间，称为死腔。成人一般为一般为150ml。肺泡通气量肺泡通气量 分 钟 通 气 量 死 腔 通 气 量 分 钟 通 气 量 死 腔 通 气 量（潮气量（潮气量VT死腔量死腔量VD）Rf350ml150ml立位肺各部通气血流比 VA QC VA/QC上肺野 0.6 ：0.2 3.0 中肺野 1.0 ：1.0 1.0下肺野 2.4 ：3.8 0.6全 体 4.0 ：5.0 0.8VA/QCPaO2肺炎、阻塞性肺疾患等正常肺通气量和血流量分别为正常肺通气量

23、和血流量分别为4L/min和和5Lmin，两者比值为两者比值为0.8机体能够有效调节机体能够有效调节V/Q比值，当体位改变或者肺比值，当体位改变或者肺部病变时，局部通气量减小，可产生低氧性肺部病变时，局部通气量减小，可产生低氧性肺血管收缩，减少局部血流量，使其他通气好的血管收缩，减少局部血流量，使其他通气好的部位血流量增加部位血流量增加当肺部病变超过机体调节范围，就会出现当肺部病变超过机体调节范围，就会出现V/Q比比例失调例失调减小（减小（0.8）：肺血流量不足，常见于肺血管）：肺血流量不足，常见于肺血管痉挛或栓塞痉挛或栓塞 造成的局部灌注减少，此时只有部造成的局部灌注减少，此时只有部分静脉血

24、进行氧合，动脉血含量减少，亦可造分静脉血进行氧合，动脉血含量减少，亦可造成低氧血症成低氧血症1. .呼吸的过程是肺通气呼吸的过程是肺通气分佈分佈弥散弥散( (气体交换气体交换)血血气气, ,正常吸气是主动的呈负压正常吸气是主动的呈负压, ,呼气是被动的呼气是被动的. .吸、呼气吸、呼气结束时压力均为零结束时压力均为零. .2.2.顺应性代表肺的扩张性顺应性代表肺的扩张性, ,阻力代表气道对气体流速的阻力代表气道对气体流速的阻力阻力, ,气流分为层流和湍流气流分为层流和湍流, ,吸气作功代表吸气肌用力吸气作功代表吸气肌用力情况情况. .3.V/Q3.V/Q比失調会引起低氧血症比失調会引起低氧血症(PaO(PaO2 2 60mmHg).-反馈控制反馈控制) )吸气相控制逻辑：吸气相控制逻辑：吸气阀开放、呼气阀关闭；