2022年医学专题-呼吸力学

呼吸力学长治市中医(zhōngyī)研究所肺病科第一页，共八十七页。呼吸力学(lìxué)的概念

一门学科——研究对象：呼吸运动——研究方法：物理(wùlǐ)力学从力学的角度来描述和解释呼吸运动现象呼吸力学三要素：压力，流速，容积第二页，共八十七页。肺的解剖(jiěpōu)结构第三页，共八十七页。力物体之间的相互作用使物体获得加速度和发生变形功力使物体沿力的方向通过一段距离动力导致作功的力阻力(zǔlì)阻碍物体运动的力与呼吸相关(xiāngguān)的力学概念第四页，共八十七页。力、功的关系(guānxì)功=力×距离压力=力/面积力=压力×面积功=压力×面积×距离呼吸功=压力×容积正常(zhèngcháng)呼吸做功为2.5-3J/min；最高可达10-15J/min,超过该界限，则需要进行机械通气。第五页，共八十七页。呼吸(hūxī)运动的机械动力膈肌、肋间内外肌胸锁乳突肌、斜角肌、腹壁肌肉(jīròu)、胸背部肌肉(jīròu)等第六页，共八十七页。胸内压、肺内压1.胸内负压

平均大约为-6.7cmH2O,随呼吸周期变化。安静吸气时-10.6cmH2O，安静呼气末-2.7cmH2O.

临床上用食管内压力代表胸内压。胸内负压来源：肺组织的弹性回缩力和肺泡壁表面张力。胸内负压也作用于胸腔内的心脏和大静脉，降低(jiàngdī)中心静脉压，有助于静脉回流和右心充盈。第七页，共八十七页。胸内压、肺内压肺内压：即肺泡内压，正常人在呼吸暂停，声带开放，气道通畅(tōngchàng)时，肺内压与大气压相等。吸气时肺内压低于大气压，呼气时高于大气压。肺内压正0负吸气吸气吸气呼气呼气呼气第八页，共八十七页。正常人呼吸器官的压力、容量(róngliàng)关系1.肺容量在功能残气量（FRC）时（占肺总量40%），肺内压为0。2.肺容量大约等于肺总量的67%时，胸廓在天然位置，不表现弹性(tánxìng)力量。3.肺容量超过67%以上时，胸廓与肺的弹性回缩力方向相同，共同构成扩张阻力。4.功能残气量时，用力呼气，则呼吸肌的收缩力完全用于克服胸廓向外张开的弹性力量。第九页，共八十七页。呼吸系统(hūxīxìtǒnɡ)的压力梯度胸膜(xiōngmó)腔内压肺泡内压气道内压经胸压经肺压经胸壁压经气道压第十页，共八十七页。呼吸系统(hūxīxìtǒnɡ)的压力梯度1.胸膜腔内压

正常时功能(gōngnéng)残气位的胸膜腔内压为-5cmH2O2.肺泡内压其大小决定于胸膜腔内压与肺向内收缩的压力之差机械通气时，肺泡内压直接受吸气压力影响，故要注意避免通气压力过高而造成的肺损伤及对循环功能的影响。第十一页，共八十七页。呼吸系统(hūxīxìtǒnɡ)的压力梯度3.气道内压吸气或呼气末，气流停止时，从肺泡到口鼻，气道内各处压力相等，吸气时，从口鼻到肺泡的压力递减，呼气时则递增。呼吸运动中，气道内任意二点间的压力差，决定于其间气道阻力的大小和气流的速度(sùdù)。4.经胸压相当于肺泡内压与胸廓外大气压之差，是扩张或压缩胸廓、肺脏的总压力。第十二页，共八十七页。呼吸系统(hūxīxìtǒnɡ)的压力梯度5.经肺压相当于肺泡内压与胸膜腔内压之差，是扩张或收缩肺的压力。6.经胸壁压相当于胸膜腔内压与胸廓外大气压之差，是扩张或收缩胸壁的压力。7.经气道压相当于气道内外(nèiwài)压力之差，胸腔内气道的经气道压，也是胸膜腔内压与气道内压之差。第十三页，共八十七页。肺顺应性概念物理概念，指单位压力改变时，所引起(yǐnqǐ)的肺容积的变化。是弹性物体的共同特性。肺的弹性E和压力P、体积V的关系：E=ΔP⁄ΔV以“顺应性（C）”表示C=1/EC==潮气量（L)/压力差（kPa)反映呼吸系统的“软”、“硬”弹性阻力正常时占总阻力的70%主要影响因素(yīnsù)肺胶原纤维肺泡表面活性物质肺容量（P-V曲线）第十四页，共八十七页。肺顺应性呼吸器官总顺应性

正常(zhèngcháng)人体总顺应性约：0.1L/cmH2O1————肺和胸廓总顺应性=1——肺顺应性+1——胸廓(xiōngkuò)顺应性第十五页，共八十七页。肺顺应性临床上，总顺应性有三种不同表示方法(fāngfǎ)：①静态顺应性—反映肺与胸廓的弹性②动态顺应性—反映肺与胸廓的弹性外，还包括克服阻力成分③比顺应性—顺应性（C）/功能残气量（FRC）（此值在不同性别和年龄之间大致相同）第十六页，共八十七页。影响肺顺应性的主要(zhǔyào)因素生理因素：肺容积、性别、年龄、身高、体位、运动。病理因素：①肺弹性阻力减低(jiǎndī)时顺应性增加：如肺气肿②肺弹性阻力增加时顺应性减小：如肺水肿、炎症、肺不张，肺间质纤维化。③肺外疾患：胸膜疾病、胸壁肌肉疾病、膈肌抬高、肥胖等。④心脏疾患：如二尖瓣狭窄、间隔缺损等。第十七页，共八十七页。顺应性下降对病人(bìngrén)的影响增加呼吸功造成通气血流比失调，引起低氧血症病人(bìngrén)的呼吸表现为浅而快第十八页，共八十七页。顺应性增加对病人(bìngrén)的影响病人在潮气量呼吸时所需的跨肺压较小，呼吸功也较小。但同时也可使小气道狭窄闭锁，增加气道阻力导致肺内气体分布不均，严重限制(xiànzhì)呼气流速。第十九页，共八十七页。气道阻力(zǔlì)(Raw)呼吸道阻力通常以每秒内1升通气量所产生的压力来表示R气道=压力差为口腔与肺泡的压差正常时占总阻力的近30%鼻和声门(shēngmén)占R气道的75%小气道占R气道的10%机械通气时R气道=峰压力-平台压————气体流量第二十页，共八十七页。气道阻力(zǔlì)(Raw)Hagen-Poiseuille(哈根-泊肃叶定律）

Raw=

（η为流体(liútǐ)黏度；r为管的半径；l为管道长度）气道直径是影响阻力的重要因素。呼吸道阻力的正常值在成人：1-3cmH2O/L/S.发生于直径2mm的细支气管以上部位。

8ηl——πr4第二十一页，共八十七页。影响(yǐngxiǎng)气道阻力升高的因素1.气道分泌物增多(zēnɡduō)、积聚。2.气道粘膜的肿胀。3.支气管痉挛。4.肺气肿。5.异物。6.肿瘤性狭窄。第二十二页，共八十七页。等压点理论(lǐlùn)第二十三页，共八十七页。等压点理论(lǐlùn)等压点的位置对于正常人，等压点的位置主要取决于肺容积。80-70%的肺活量的肺容积水平时，等压点处于肺叶(fèiyè)支气管；＜40%肺活量的肺容积水平后等压点迅速向上游气道移动。25%肺活量水平时，等压点位于细支气管水平。第二十四页，共八十七页。时间常数(shíjiānchánɡshù)（τ）任一呼吸系统，其容积变化(ΔV)与压力变化(ΔP)呈指数函数的关系，其函数特征可以用时间常数(shíjiānchánɡshù)来表示：τ＝RC——即容积变化(ΔV)与压力变化(ΔP)的相互关系取决于阻力和顺应性第二十五页，共八十七页。时间常数(shíjiānchánɡshù)（τ）正常肺的时间常数为0.2秒。时间常数决定气体在肺内的充盈和排空速度。假定潮气量为1000ml,则在呼气的0.2秒末，有630ml气体呼出；在0.4秒末，共有(ɡònɡyǒu)865ml气体呼出；0.6秒末，共有950ml气体呼出，几乎完成了呼气相。顺应性和阻力发生变化，势必影响到τ。100%37%正常(zhèngcháng)COPDVTτ=0.2τ=0.9正常肺和COPD患者呼气相第二十六页，共八十七页。时间常数(shíjiānchánɡshù)（τ）由于肺部病变(bìngbiàn)的影响，使不同肺区的充盈和排空速度有所不同。快肺区---充盈和排空速度较快的区域慢肺区—充盈和排空速度较慢的区域第二十七页，共八十七页。第二十八页，共八十七页。机械通气时的呼吸(hūxī)力学监测监测动力(dònglì)监测阻力监测功第二十九页，共八十七页。对动力(dònglì)的监测呼吸机所提供的正压既要保证正压通气(tōngqì)的疗效，又要防止其负面影响第三十页，共八十七页。对阻力(zǔlì)的监测C=R弹==平台压可以更好地反映(fǎnyìng)肺泡内压R气道=ttPF气道峰压气道平台(píngtái)压吸气相呼气相用以克服气道阻力（P1）用以克服弹性阻力（P2）第三十一页，共八十七页。对功的监测(jiāncè)W吸气(xīqì)=P·△V压力(yālì)容量压力容量压力容量正常R气道↑C↓第三十二页，共八十七页。机械通气时呼吸力学指标的监测(jiāncè)及临床应用呼吸力学监测(jiāncè)的三要素①压力（pressure，Ｐ）气道开口压，食道压，隆突压②流速（flow，Ｆ）③容积（volume）计算流量对时间的积分050100-50-100Flow(L/min)Time第三十三页，共八十七页。常用(chánɡyònɡ)压力指标气道峰压（PD）气道平台压（Ps）气道平均(píngjūn)压（Pmean)

内源性呼气末正压（PEEPi）呼气末正压（PEEP）tP气道峰压气道平台(píngtái)压用以克服气道阻力（P1）用以克服弹性阻力（P2）呼气末正压第三十四页，共八十七页。气道峰压（PIP）作用：用于克服胸肺粘滞阻力和弹性阻力气道峰压（PIP）的影响因素顺应性潮气量PEEP气道和气管内导管阻力吸气(xīqì)流速第三十五页，共八十七页。第三十六页，共八十七页。第三十七页，共八十七页。第三十八页，共八十七页。气道峰压的临床意义气道峰压是设置(shèzhì)压力报警限的根据设置值约实际气道峰压之上5-10cmH2O以不高于45cmH2O为宜气道峰压与气压伤的关系第三十九页，共八十七页。气道峰压增加(zēngjiā)的临床意义

不伴有平台压的增加(zēngjiā)气道问题伴有平台压的增加肺实质或间质问题或肺含气状态变化第四十页，共八十七页。平台(píngtái)压（PS）作用:用于克服胸肺弹性阻力。平台压（PS）的影响(yǐngxiǎng)因素顺应性PEEP潮气量第四十一页，共八十七页。第四十二页，共八十七页。第四十三页，共八十七页。平台(píngtái)压的临床意义

计算静态顺应性可近似代表肺泡压的大小肺损伤的关系较气道峰压更为密切临床严格限制平台(píngtái)压不超过35cmH2O第四十四页，共八十七页。第四十五页，共八十七页。平均(píngjūn)气道压(Pmean)

数个周期中气道压的平均值与影响PIP的因素及吸气时间长短有关(yǒuguān)近似于平均肺泡压其大小与对心血管系统的影响直接相关第四十六页，共八十七页。内源性呼气(hūqì)末正压（PEEPi）在肺的弹性回缩下导致呼气末肺泡内呈正压，称为PEEPi。PEEPi的存在说明(shuōmíng)存在动态肺过度充气（DPH）。第四十七页，共八十七页。第四十八页，共八十七页。PEEPi的影响(yǐngxiǎng)因素

◆气道阻力增加◆呼吸系统弹性下降◆气道动态(dòngtài)塌陷◆通气量过大◆呼气时间不足◆呼气肌的作用第四十九页，共八十七页。PEEPi的类型(lèixíng)

伴有气流(qìliú)受限的PEEPi不伴有气流受限的PEEPi第五十页，共八十七页。PEEPi的直接(zhíjiē)生理学作用

肺泡内正压增加(zēngjiā)肺容积第五十一页，共八十七页。PEEPi的临床意义

增加呼吸功,导致呼吸肌疲劳，肺泡通气量降低对循环系统(xúnhuánxìtǒng)的影响增加肺损伤的危险性对临床所测呼吸系统顺应性的影响第五十二页，共八十七页。PEEPi的监测方法:间接(jiànjiē)观察

胸围增大(zēnɡdà)患者呼吸费力心血管功能恶化呼气末有持续呼气气流压力控制通气时潮气量或每分通气量下降容量控制通气时气道压力升高胸片显示局部肺过度充气第五十三页，共八十七页。PEEPi的监测(jiāncè)方法:直接测量

呼气(hūqì)末气道阻断法同步记录食道压力与流速法第五十四页，共八十七页。PEEPi的临床(línchuánɡ)应用

降低PEEPi：COPD，哮喘降低气道阻力减少分钟通气量延长呼气(hūqì)时间消除呼气肌的作用增加PEEPi：ARDS，间质性肺病延长吸气时间第五十五页，共八十七页。呼气(hūqì)末正压（PEEP）PEEP与CPAP的概念在呼气末期将气道压力维持(wéichí)在高于大气压的水平，称为呼气末正压（positiveendexpiratorypressure,PEEP)

机械通气时的呼气末正压称为PEEP自主呼吸时应用呼气末正压称为CPAP第五十六页，共八十七页。呼气(hūqì)末正压（PEEP）PEEP的生理学效应1.COPD：减少呼吸功，防止气道动态塌陷2.哮喘：有争议(zhēngyì)3.ARDS：使萎陷肺泡复张/防止肺泡再萎陷,减少分流，改善V/Q比值和顺应性第五十七页，共八十七页。呼气(hūqì)末正压（PEEP）PEEP=0PEEP=12第五十八页，共八十七页。低位拐点(ɡuǎidiǎn)、高位拐点(ɡuǎidiǎn)PEEP高于低位拐点2-3cmH2OPIP不超过(chāoguò)高位拐点传统(chuántǒng)通气保护性通气第五十九页，共八十七页。胸内压（Ppl）/食道(shídào)压（Pes）胸内压与食道压的关系食道内压能较好地反映胸内压绝对值有一定的差别两者的变化幅度和趋势(qūshì)一致测量方法：食道球囊法第六十页，共八十七页。食道压测定的临床(línchuánɡ)应用反映胸内压反映自主呼吸努力(nǔlì)计算跨膈压第六十一页，共八十七页。阻力和顺应性的测定方法：阻断(zǔduàn)法吸气末阻断(zǔduàn)法呼气末阻断法第六十二页，共八十七页。气道阻力(zǔlì)计算公式

Raw=(PIP-Ps)/F第六十三页，共八十七页。气道阻力(zǔlì)增加的原因与气管内导管有关管腔狭小，扭曲，牙齿咬合，痰痂形成(xíngchéng)与气道有关气道痉挛，分泌物增加第六十四页，共八十七页。顺应性计算公式总静态(jìngtài)顺应性（Cst）=VT/(Ps-PEEP-PEEPi)总动态顺应性（Cdyn)=VT/(PD-PEEP-PEEPi)肺静态顺应性（Clst）=VT/(Ps-Ppl-PEEP-PEEPi)胸壁顺应性＝总顺应性－肺顺应性第六十五页，共八十七页。顺应性改变(gǎibiàn)原因

肺僵硬：肺水肿，实变，纤维化，肺不张胸壁僵硬：脊柱侧弯或其他胸壁畸形，肥胖，腹水或腹胀肺受压：气胸、胸腔积液动态(dòngtài)肺充气第六十六页，共八十七页。呼吸(hūxī)力学曲线（环）推算指标：顺应性、呼吸功气流受限和肺过度充气的判断确定潮气量和最佳PEEP判断触发灵敏度是否合适人－机协调的监测气道分泌物过多的判断支扩药物效果的判断呼吸机管道(guǎndào)系统密闭性的判断第六十七页，共八十七页。压力(yālì)－容积环（P-V环）静态P－V环压力导致(dǎozhì)的容积变化只与弹性阻力有关动态P－V环压力导致的容积变化与弹性及气道阻力有关第六十八页，共八十七页。临床(línchuánɡ)应用调节PEEP：LIP+2～3cmH2O计算呼吸系统顺应性（Crs）调节潮气量：使气道压低于UIP判断(pànduàn)肺泡复张的潜在可能性测定肺泡复张容积第六十九页，共八十七页。第七十页，共八十七页。呼吸功能不全或衰竭(shuāijié)的病理生理改变呼吸力学改变模式参数通气策略有创通气(tōngqì)无创通气(tōngqì)以呼吸力学为核心的机械通气第七十一页，共八十七页。第七十二页，共八十七页。以呼吸力学为核心的机械通气

—COPD急性(jíxìng)加重合并呼吸衰竭第七十三页，共八十七页。COPD的病理(bìnglǐ)改变（1）内径＞2mm的中央气道内径＜2mm的外周气道气道纤维化和胶原沉积气道狭窄、气流受限肺实质（呼吸性细支气管、肺泡和毛细血管）结构破坏、含气量↑肺气肿、肺弹性(tánxìng)回缩力↓肺血管第七十四页，共八十七页。COPD的病理(bìnglǐ)改变（2）第七十五页，共八十七页。COPD的病理生理(shēnglǐ)改变气道分泌物↑，纤毛(xiānmáo)功能↓气流受限，肺过度充盈（hyperinflation）内径＜2mm的外周气道狭窄肺实质改变气体交换障碍V/Q失调肺动脉高压导致(dǎozhì)肺心病全身影响第七十六页，共八十七页。COPD病理(bìnglǐ)生理改变的临床表现第七十七页，共八十七页。几个(jǐɡè)相关概念肺过度充盈（pulmonaryhyperinflation）FRC较预计值升高松弛容量（Vr，relaxationvolume）呼气末，肺的弹性回缩力与胸廓的弹性牵拉力相等时的肺容量有时，规定(guīdìng)FRC=Vr肺动态过度充盈（pulmonarydynamichyperinflation）呼气末肺容量高于Vr“动态过度充盈”与“过度充盈”的关系第七十八页，共八十七页。从呼吸