机械通气的呼吸力学基础(修改)

1、机械通气的呼吸力学基础 空军总医院呼吸科 张 波主要内容 重要的呼吸力学指标 呼吸力学指标测定的方法和意义 呼吸力学曲线的分析 新的通气模式What are the New Advancements Respiratory Mechanics Compliance, Resistance & auto-PEEP” Under the instruction of respiratory mechanics to apply individualized ventilation Lung protection strategy正压通气与负压通气的比较正压通气与负压通气的比较Volume

2、Change Gas FlowPressure Difference 自 主 呼 吸 机 械 通 气重要的呼吸力学指标压力 阻力 容量 峰压力 吸气阻力 吸气潮气量平台压力 呼气阻力 呼气潮气量 平均气道压力 弹性阻力 可压缩气量胸膜腔内压力 呼气末肺容积 autoPEEP重要的呼吸力学指标 顺应性静态顺应性动态顺应性呼吸系统顺应性 肺顺应性（C=V/ P，正常肺0.2-0.3L/cmH2O） 胸壁顺应性（C= V/ Ppl，正常0.2 L/cmH2O） 流速 呼吸功 P-V曲线 P0.1呼吸力学三要素 压力（P）、阻力（R）、流速（V） P= R RV 流速对时间积分得到容量 压力和流速为可

3、控因素 控制压力时阻力改变可导致容量降低 （V VT T=Ti=Ti V） 控制流速时阻力增大可导致压力增高timePressurePEEPPIPPplatAlveolar Distending (recoil) Pressure difference (Pdis)Flow-Resistive Pressure difference (Pres) Pressure componentsdP = R x Flow + dV / C st不同通气方式下在不同部位测得压力的含义不同通气方式下在不同部位测得压力的含义测压部位和通气方式测压部位和通气方式 所克服的阻力所克服的阻力 PVPV曲线的斜率曲线

4、的斜率自主呼吸时的食道内压 肺吸气和呼气阻力 肺顺应性机械通气时的食道内压 胸壁的吸气和呼气阻力 胸壁顺应性自主呼吸时隆突上气管 整个呼吸装置（气管插管、 整个呼吸设备的顺应性 插管内压力 呼吸管路、呼吸机）阻力机械通气时隆突上气管 肺和胸壁的吸气和呼气阻力 呼吸系统的顺应性 插管内压力自主呼吸时气道开口处 呼吸管路和呼吸机的吸气和 呼吸管路的顺应性 （Y型管接口处） 呼气阻力、机械通气时气道开口处 肺和胸壁阻力加气管插管阻力 呼吸系统顺应性压力监测部位流速监测部位Components ofInflation PressureComponents ofInflation PressureBeg

5、in ExpirationPaw (cm H2O)Time (sec)Begin InspirationPIPPIPPplateau(Palveolar)Transairway Pressure (PTA) Exhalation Valve OpensExpirationExpirationInspiratory Pause床旁监测气道压力的意义 峰压力增高而平台压无改变 气道阻力增高（分泌物堵塞、气管痉挛） 峰压力与平台压同时增高 提示肺或胸壁扩张受限 明显腹胀 肺不张 气胸 肺水肿、ARDS、肺炎 autoPEEP 人-机对抗 气道峰压降低（管路漏气、气囊漏气）肺（气道）阻力与顺应性的改变

6、都可导致气道压力的改变通过气道压力的改变可以推测病变的性质和部位 NormalNormal PPlat(Normal Compliance)Increased PIPIncreased PTA(increased Airway ResistanceIncreased Airway Resistance DECREASED COMPLIANCETime (sec)Paw (cm H2O)Low CompliancePIPPPlatPIPPPlatNormal PPlat(Normal Compliance)Increased PPlat(Decreased ComplianceNormalPIP

7、Respiratory Mechanics As pressure rises or decreases in patients on mechanical ventilation, it is important to know why High pressure can result from either stiffness of the lung/thorax or resistance to flow Causes of stiffness or resistance to flow and therefore treatment are different Resistance气道

8、阻力的计算公式和意义气道阻力的计算公式和意义lRI=（PIPPpla）/吸气末流速吸气末流速lRE=（PplaPEEP）/最大呼气流速最大呼气流速 l气管插管产生的阻力在总的呼吸阻力中占气管插管产生的阻力在总的呼吸阻力中占很大比例，与管腔内径关系最大，流速和很大比例，与管腔内径关系最大，流速和气管插管长度也对阻力有一定的影响气管插管长度也对阻力有一定的影响l改变吸入气体的性质，如氦改变吸入气体的性质，如氦- -氧混合气也可氧混合气也可减低吸气阻力，减少呼吸功。减低吸气阻力，减少呼吸功。l在在COPDCOPD和哮喘患者采用高压力和高流速通和哮喘患者采用高压力和高流速通气时肺泡内压不会有很大的升高

9、气时肺泡内压不会有很大的升高气道阻力 大气道以湍流为主，占总阻力的80% 小气道以层流为主，占总阻力的20% 正常人气道阻力为1cmH2O/L/S 哮喘和COPD患者气道阻力为5-10cmH2O/L/S 8号气管插管阻力为5 cmH2O/L/S 7号气管插管阻力为8 cmH2O/L/S 气管插管时气道阻力相当于中度哮喘发作Airway Resistance CalculationsResistance =PIP - PlateauPeak FlowResistance = 20 - 151 L / sec= 5 cmH20 / L / secPlateau Pressure 15 cmPIP

10、20 cmVTE 500 ccPeak Flow = 60 L/minVolume Change = Pressure Difference x Compliance of the BalloonVolumePressureD D VD D PC = D D VD D P complianceStatic Mechanics Concepts Measurements are typically displayed as compliance and resistance Compliance - measures the stiffness of the lung StaticNo flow

11、 dynamicflow and resistance肺顺应性监测的意义肺顺应性监测的意义l静态顺应性（静态顺应性（Cs）反映肺和胸壁的弹性）反映肺和胸壁的弹性（弹性阻力）特征（弹性阻力）特征,排除了气道阻力成分排除了气道阻力成分l动态顺应性（动态顺应性（Cd）反映气道的阻力（非）反映气道的阻力（非弹性阻力）和呼吸系统弹性（弹性阻力）弹性阻力）和呼吸系统弹性（弹性阻力）特征，气道阻力可明显影响特征，气道阻力可明显影响Cd的水平的水平l顺应性的动态变化趋势更有意义顺应性的动态变化趋势更有意义Static Mechanics CalculationsCompliance = Volume Pres

12、sure orCompliance = ml cmH20Resistance = Pressure Flow orResistance = cmH20 / L / SEC 顺应性测定要求The gold standard for measuring compliance and resistance utilizes a volume breath delivered with a square wave flow and adequate plateau40PCIRCcmH2OINSPLminEXPPLOT SETUP302010 010-2080604020020-804060V.0481

13、2s2610UNFREEZECompliance Calculations 500 15-5= 50 ml/cmH20Compliance =VtePlateau - PEEPPlateau Pressure 15 cmPEEP 5 cmVTE 500 ccPeak Flow = 60 L/minVTE 500 cc10 cmH20区分肺顺应性和胸壁顺应性的意义 CRS=（CLCW）/（CL+ +CW） 胸壁顺应性相对稳定时，胸壁顺应性相对稳定时，CRS的动态变化的动态变化可代表肺的顺应性改变可代表肺的顺应性改变 评价评价PEEP对血流动力对血流动力 学的影响学的影响Crs = Vt / dP

14、dist (aw)Ccw = Vt / dPdist (pl)CL = Vt / Pdist (aw - pl) 机械通气时气体在肺内分布特点机械通气时气体在肺内分布特点l自主呼吸时吸入气体主要进入肺的下垂区域和肺周自主呼吸时吸入气体主要进入肺的下垂区域和肺周边胸膜下部位边胸膜下部位l机械通气时气体主要分布在肺非下垂区和大气道内机械通气时气体主要分布在肺非下垂区和大气道内l在在ARDSARDS时，病变分布以双侧肺下垂区域为主，机械时，病变分布以双侧肺下垂区域为主，机械通气时气体主要进入非下垂区域通气时气体主要进入非下垂区域lCOPDCOPD和哮喘患者除存在肺内气体分布不匀外，还存和哮喘患者除存

15、在肺内气体分布不匀外，还存在较严重的小气道塌陷在较严重的小气道塌陷l气流的波形（方波和正弦、加速波和减速波）对气气流的波形（方波和正弦、加速波和减速波）对气体的分布无明显影响体的分布无明显影响 机械通气时肺内气体分布机械通气时肺内气体分布MVexpinspSBexpinspFroese, Bryan 1974Pleural pressure-13 cm H2O+4 cm H2O-2 cm H2O-10 cm H2OMVSBRoussos et al 1976Relaxed diapragmTensed diapragmP-V曲线的测定方法 大注射器法大注射器法 吸气阻断法吸气阻断法 持续气流法

16、持续气流法 准静态顺应性准静态顺应性 测定注意事项测定注意事项 镇静、肌松镇静、肌松 近口端压力和流速监测近口端压力和流速监测 注意干扰因素（如明显腹胀）注意干扰因素（如明显腹胀）大注射器法 费时、费力 需脱开呼吸机 安全性差 不易标准化 很少应用VolumePressure持续气流法持续气流法Slow (5-10 lpm) inspiratory flow with large Vt and ZEEP The inspiratory curve of the dynamic P-V loop closely approximates the static curve The flow-res

17、istive pressure component could be subtractedEasy to perform, fast and relatively comfortablePressureVolumeLPIflexUPIflexinspirationStatic curveUpper And Lower Inflection Points02040602040-600.2LITERS0.40.6PawcmH2OVTUpper And Lower Inflection Points02040602040-600.2LITERS0.40.6PawcmH2OVTAlveolar ove

18、rdisentionAlveolar collapsePTUpper And Lower Inflection Points02040602040-600.2LITERS0.40.6PawcmH2OVTAlveolar collapsePTLower inflection points are thought to be a point of critical opening pressurePEEP对血流动力对血流动力 学的影响学的影响 Ppl=PEEPCL/（CL+CW） 正常人正常人CLCW，故，故Ppl1/21/2（PEEP） 相当于大约一半的胸腔内压（相当于大约一半的胸腔内压（PEE

19、P 或或PEEPi）传递到）传递到胸膜腔，引起胸内压增高。胸膜腔，引起胸内压增高。 当肺实变、肺顺应性减小时，传递比例减少。而胸壁当肺实变、肺顺应性减小时，传递比例减少。而胸壁顺应性减小时，气道内压力向胸膜腔内传递增加。顺应性减小时，气道内压力向胸膜腔内传递增加。 ARDSPEEP水平在水平在15cmH2O以下，可不必考虑对以下，可不必考虑对PCWP读数的影响。读数的影响。 肺顺应性增大（肺气肿）或胸壁顺应性减小时较低水肺顺应性增大（肺气肿）或胸壁顺应性减小时较低水平的平的PEEP就可能干扰肺毛细血管楔压的判断，测定值就可能干扰肺毛细血管楔压的判断，测定值高于实际水平。高于实际水平。PEEP对

20、血流动力对血流动力 学的影响学的影响 Compensation of the PCWP for PEEP: Compliant lungs corrected PCWP = PCWP - PEEP (mm Hg) Noncompliant lungs corrected PCWP = PCWP - 1/4 PEEP (mm Hg) PEEP (cm H2O) /1.36 = PEEP (mm Hg)Auto-PEEP检查方法 呼气末阻断气流法 当存在严重气道狭窄及气体陷闭时不能反映真实的肺泡压力，用平台压更准确 吸气末肺容积（VEI） 食道内压测定Auto-PEEP ManeuverPress

21、 Exp Pause key to schedule automatic expiratory pause maneuverDuring the next exhalation, the inspiratory and expiratory valves will close and pressure will equilibrate between the circuit and the patient PTEnd Exp Holdauto PEEP临床迹象 不能解释的心动过速、低血压，特别是机械通气治疗刚开始时（由人工通气过度为机械通气时） 患者触发每次呼吸非常费力 患者的吸气努力并非每次

22、都能触发呼吸 下一次吸气开始时呼气（喘鸣音）仍在进行 压力流速图形显示异常Air TrappingInspirationExpirationTime (sec)Flow (L/min)Air TrappingAuto-PEEPauto PEEP监测auto PEEP的处理 改变呼吸机参数 增加呼气时间， 减少通气频率， 减少潮气量 降低病人的通气需要 减少碳水化合物的摄取，减少死腔通气，治疗焦虑、寒战、疼痛、发热 减低呼吸道阻力（用大口径的气管插管，经常吸痰避免分泌物潴留，应用支气管扩张剂） 加用适当的外源性PEEP，一般为PEEPi的75%左右死腔通气问题 解剖死腔 正常人100-150ml

23、 机械通气时可明显增大（延长管、湿化器） 肺泡死腔 肺栓塞时VD/VT可显著增大（0.6） COPD、Asthma时V/Q比例失衡， VD/VT增大 VD/VT增大将导致分钟通气量显著增大呼吸力学测定的质量控制 No significant leaks Compliance should subtract out circuit compliance, especially in pediatrics Manual calculations often contribute to errorsRespiratory Mechanics Requirements For Accuracy The

24、 patient must be at rest during peak and plateau pressure measurements Adding plateau should not restrict exhalation and create auto-PEEP Plateau time must not be too short or too long Patient Effort During Inspiratory Plateau PTDiaphragm EffortsPlateau Pressure = ?Plateau Time Too Short 500 20-5= 3

25、3 ml / cmH20 500 15 - 5= 50 ml / cmH20Results in falsely low compliance values !Displayed Plateau Pressure 20 cmPEEP 5 cmActual Plateau Pressure 15 cm VTE 500 ccPTInsufficient Exhalation Time(Auto-PEEP) 500 20-10= 50 ml / cmH20 500 20 - 5= 33 ml / cmH20Results in falsely low compliance values !VTE 5

26、00 ccPTPlateau = 20PEEP = 5Lung PEEP = 10Static Compliance Leaks and/or Too Long a Plateau 500 15-5= 50 ml / cmH20 500 10 - 5= 100 ml / cmH20Results in falsely high compliance values !Displayed Plateau Pressure 10 cmPEEP 5 cmActual Plateau Pressure 15 cm VTE 500 ccPTAir LeakAir LeakVolume (ml)Air Le

27、akAir LeakInspirationExpirationVolume (ml)Air Leak in mLNormalAbnormalResponse to BronchodilatorBeforeTime (sec)Flow (L/min)PEFRAfterLong TEHigher PEFRShorter TEInadequate Inspiratory Flow Adequate FlowTime (sec)Inadequate FlowPaw (cm H2O)Inadequate Inspiratory FlowFlow (L/min)Time (sec)NormalAbnorm

28、alPatients effortFlow versus TimeLung Compliance Changes and the P-V LoopPreset PIPVT levelsCOMPLIANCEIncreasedNormalDecreasedPressure Targeted VentilationOptimising PEEPVPPEEP: 3 cmH2OVPPEEP: 8 cmH2OVolume vs TimeExpirationInspiratory Tidal Volume呼气阻力增加 Prolonged expiratory flow indicates an obstru

29、ction to exhalation and may be caused by obstruction of a large airway, bronchospasm, or expiratory valve failure of the ventilatorTimeFlow吸气时间过短Spontaneous inspiration is easy but exp is impededLonger I-times may cause asynchrony123456SEC123456PawcmH2060-20120120SECVL/min.Attempts to ExhaleInsufficient Expiratory Time Expiratory flow is unable to return to baseline prior to the initiation of the next mechanical breath Incomplete exhalation causes gas trapping, dynamic hyper-expansion an