呼吸力學與呼吸機波形及其臨床意義

1、呼吸力學與呼吸機波形及其臨床意義,浙江大學醫(yī)學院附屬第一醫(yī)院方強,,,,,,,吸 氣,,,自主呼吸,,呼 氣,,,,O2,CO2,,,CO2,O2,呼吸,氧氣和二氧化碳在組織間與外界環(huán)境的交換,,,,,,,,O2,CO2,呼吸,通氣機械運動壓力差彌散分子運動濃度梯度灌注,呼吸道,管道 + 氣囊的模型氣道 (管子)肺泡 (氣囊),,,三向彈簧,胸腔內壓,,,,,,,,,,,,氣管壓,近氣

2、道壓,胸膜壓,肺泡壓,,,,,,,,,,,自主吸氣,,,,容量變化,氣流,壓力改變,機械通氣,,,,壓力變化,容量改變,氣流,,,,,,,吸氣,機械通氣,自主呼吸,Pressure,Time,,,肺泡內壓力變化,術語: Flow and Volume,分鐘通氣量 = 潮氣量 x 送氣頻率,Pressure,,,,,,,,,,,Flow,,Time,潮氣量,,,,Volume = Flow X Time,切換 vs. 限制,,,,Pres

3、sure,Flow,,,Time,容量控制通氣（PCV）,流量恒定恒定的潮氣量不受肺阻力影響變化的壓力,增加吸氣壓力,順應性 ?,,,,,,,,,,,,Volume,Pressure,,容量控制通氣（PCV）,Guaranteed tidal volume, not affected by the changes in pulmonary mechanics,What is measured?,壓力Pressure時間Time

4、 流速Flow (dV /dt )容量Volume(calculated),,,,,time,Volume,Flow,,,順應性,靜態(tài)和動態(tài)順應性,,,動力學特性,動力特點:Cdyn = dV / dP,,,,,Volume,Pressure,,,,dP,dV,Hysteresis,靜態(tài)和動態(tài)壓力,,,,time,Pressure,,,,PEEP,PIP,Pplat,,,肺泡膨脹 (recoil) 壓力差 (Pdis),流速阻

5、抗 壓力差 (Pres),基本計算,Cst = dV / (Pplat-PEEP)R = (PIP-Pplat) / Flow,,,,time,Pressure,,,,PEEP,PIP,Pplat,,,dP = R x Flow + dV / C st,慢速沖氣法,慢吸氣流速S (5-10 lpm) 大 Vt 和 ZEEP 動態(tài) P-V 環(huán) 接近靜態(tài)曲線由流速阻抗產生的壓力減小容易做, 省時 和相對舒服Ser

6、villo: AJRCCM 1997Lu: AJRCCM 1999,Pressure,,,,Volume,,,,LPIflex,UPIflex,,,,inspiration,,Static curve,,,順應性,順應性描述呼吸系統(tǒng)各個部分的彈性特征。順應性為容量改變除以壓力變化。順應性（C）=容量變化（ΔV）/壓力變化（ΔP）或 順應性=ml/cmH2O呼吸系統(tǒng)的順應性包括胸壁順應性和肺順應性。總靜態(tài)順應性是在吸氣末和呼氣末

7、均無主動的呼吸氣流時測出。,,總動態(tài)順應性是在主動吸氣時測出。它們反映容量—壓力關系的兩項指標，根據流速-時間曲線、壓力-時間曲線和壓力-容量環(huán)也可以評估病人的順應性。,,“管道特征”,,,,,,,,R =,,D P,D F,氣道阻力,壓力差 = 流速 x 管道阻力,壓力差 = 流速 x 阻力,,,,,,,,,dP = Q x R,氣道阻力,順應性和阻力,阻力和回縮力,動態(tài)特性dP = dV / Cdyn,阻力DPre

8、sistive = R x Flow,靜態(tài)順應性dPdistensive = dV / Cst,dP = dPresist. + dP dist. dP = R x Flow + dV / C st,3 個水平的呼吸力學,動態(tài)特性:dP = dV / Cdyn,阻力:dP = R x Flow,靜態(tài)順應性:dP = dV / Cst,氣道阻力dP = Raw x Flow,增加阻力:dP = Rimp x

9、Flow,胸廓順應性dP = dV / Ccw,肺順應性 dP = dV / CL,容量 = 流速 X 時間,機械通氣時工作的目標,保證和維持適當的氣體交換盡可能減小肺損傷的危險減小病人的呼吸功盡可能使得病人的痛苦減少,理想的呼吸狀態(tài),理想呼吸的界定:呼吸機與病人自主吸氣和呼氣同步盡可能在低氣道壓下維持適當及恒定的潮氣量和分鐘通氣量對肺的力學變化和病人的需求迅速反應保證最低的呼吸作功,輔助機械通氣時的WOB,在

10、高水平的機械通氣支持下，相當的病人的呼吸功是高的在輔助通氣下仍病人用力的吸氣病人的WOB 增加可以導致或加重呼吸肌疲勞和呼吸困難Marini, et al.: Am Rev Resp Dis 134:61;1986Marini: Prob Crit Care 4:184;1990,影響病人WOB的決定因素,在輔助通氣主要影響病人呼吸作功的因素是最大吸氣流速(peak flow)在低流速時病人呼吸功達到總吸氣作功的65%當

11、送氣流速增加時WOB 減少 Ward, et al.: Anaesthesiology 69:29;1988Sassoon, et al.: Chest 93:571;1988,呼吸作功,什么功? 如何測量?,呼吸作功,“WOB 在床邊肺功能留下一個沒解決的難題”From: Monitoring of Pulmonary Functionsin Goldschmidt: Assisted Ventilation of th

12、e Neonate 1996WOB是熱量和氧的消耗 大約 70% 是消耗在克服彈力，30%對抗管道阻力。,WOB 測量,P,A,,,,,,,,B,C,D,E,V,WOB = ∫0 ti P x Vdt彈性功: ABCA阻力功吸氣: ADCA呼氣: ACEA,,,WOB的測量,WOB = ∫0 ti P x VdtPaw: 呼吸機作功: 機械力推動氣體進入肺，表現(xiàn)為呼吸系統(tǒng)作功總量。（病人+呼吸機） Peso: 病人

13、作功: 呼吸肌作功, 表現(xiàn)為肺的呼吸功 。Paw—Ptr:克服支氣管阻力的功。,WOB意義,病人作功是呼吸機依賴最敏感的指標。比較呼吸機和病人的功在脫機過程中非常有用。順應性和阻力變化 、吸氣努力、壓力支持水平、PEEP、不適合的吸氣時間、靈敏度的改變模式的變化WOB可以改變。 WOB提高提示脫機過程有不當。,,,P-V 環(huán)和 WOB,P,,,V,,,,,P,,,V,,,,P,,,V,,,,,,順應性和阻力正常,順應性正常阻力增

14、加,順應性降低阻力正常,Methods of Rrs Measurement,同容量法 (Krieger)彈性減小法 (Neergard)被動呼氣法 (Comroe)峰呼氣法 (Jonson)呼氣時間常數法 (Bergman)加力振動法 (Goldman)吸氣壓 / 流速 法 (Suter),評價靜態(tài) P-V 曲線,用一個大的注射器逐步膨脹肺，分次測定個容量時的壓力 .耗時操作麻煩難以標準化病人必須肌松，連接特殊設備

15、冒低氧血癥的風險,,Volume,Pressure,,,,,,,,,,,機械通氣,機械通氣的基本原理遵循了流體力學的原則。通氣支持的過程及目的是改變肺容量，包括氣體的流量及壓力輸送到病人的氣道增加肺容量。氣體在一個特定環(huán)境中運動用流體力學的原則去研究可以用上述三個參數來描述，因為流量參數中包含了時間的概念，所以描述呼吸機送氣、氣體在呼吸管路中的運動、病人氣道和肺組織對送入氣體的反應涉及上述四個參數既壓力（P）、容量（V）、流量（F

16、）和時間（t）。,,,,,,,,,,,容量變化,時間,正壓通氣,氣流增加,壓力差,Key-words,PressureFlowTimeVolume,術語: PIP & MAP,術語: PEEP, I:E Ratio,術語: Flow and Volume,Minute Ventilation = Tidal Volume x Breath Rate,Pressure,,,,,,,,,,,Flow,,Time,Tidal V

17、olume,,,,壓力,壓力應該包括呼吸機的送氣壓力、呼吸回路內的壓力、病人氣道內的壓力。上述管路的口徑不同，即使在相同壓力下流速也不同，在相同的時段經過的容量不同。目前還不能檢測氣道內的參數，只能檢測近人工氣道的參數。近氣道的參數來反映病人氣道對氣流的反應以及肺泡對壓力和容積的反應。從而可以推測肺通氣功能的狀態(tài)。,壓力,把不同時段壓力變化的軌跡連接起來就形成一條壓力曲線，通過它可以了解大氣道不同時相和時段的壓力。同樣的方法可以得

18、到流速曲線和容量曲線。把上述除時間參數以外的參數兩兩組合在二維坐標中，可以得到壓力容積曲線、容積流速曲線、壓力流速曲線。,環(huán),,,,,,Pressure,Volume,Volume,Flow,,,,,Insp.,Expir.,Insp.,Expir.,,,壓力-時間曲線,,波形各段意義,A/ 觸發(fā):病人 (assisted)呼吸機 (controlled)B/ 限制:流速壓力C/ 切換:容量時間,,,,A,B,C,,,

19、,切換與限制,在吸氣相所記錄的測量值,,圖2. 在吸氣相和呼氣相中所評估的變量,二、壓力—時間曲線 壓力通常在呼吸機回路（如丫形管處，吸氣端或呼氣端）中測量。雖然氣管插管的管子在總氣管內分隔出來，但壓力仍與氣道壓力有關，壓力傳感器可測至150cmH2O，而且應是抗?jié)窕挂后w或病人的分泌物。 壓力—時間曲線的臨床應用：區(qū)分呼吸類型，計算平臺壓，評估吸氣觸發(fā)所作功，評估整個呼吸時相，調節(jié)峰流速，計算靜態(tài)

20、呼吸動力學的參數。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,6,30,-10,P,aw,cmH,2,0,Sec,,壓力-時間曲線,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Pressure Time Curve,,Volume,Expiration,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,6,30,P,aw,cmH,2,0,Sec,,,,,,Volume,,壓力-時間曲線,V,.,Expirati

21、on,,,,,,,,,,,,,,,,Pressure Time Curve,,Volume,Expiration,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,6,30,P,aw,cmH,2,0,Sec,,,,,,Volume,,,,Pressure,Inspiration,,壓力-時間曲線,,,V,.,,,,,,,,,,,,,,,,Pressure Time Curve,Expiration,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2

22、,3,4,5,6,30,P,aw,cmH,2,0,Sec,,,Volume,,Pressure,,壓力-時間曲線,V,.,,,,,,,,Inspiratory Time,,,,,,,,,,,,,,,,Pressure Time Curve,Expiration,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,6,30,-10,P,aw,cmH,2,0,Sec,,,,Volume,,Pressure,Expiration,,壓力-時間

23、曲線,,,壓力曲線的臨床應用,,壓力-時間曲線的臨床意義,區(qū)別各種通氣模式和特殊通氣方式估計觸發(fā)的做功計算吸-呼時比，估計呼氣時間是否充足。估計是否達到充分的平臺壓觀察壓力上升速度估計所用吸氣流速是否適合測定靜態(tài)呼吸力學參數顯示壓力波型形態(tài),,,,,,,,,控制通氣,Volume Ventilation,Pressure Ventilation,,,,Pressure,Flow,time,,,,Pressure,Flow,t

24、ime,,,,,,,,,,,,,,,,Assist/Control,SIMV + Pressure Support,Pressure supported spontaneous + Patient, or machine-initiated mandatory breaths,,,Paw,,,,,,,,,,,,,,,,CPAP,,,,,,Synchronized IMV,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A/C 5

25、 bpm,SIMV 5 bpm,,,12 sec,,,,,,,,,,,,,,,,,SIMV vs. Assist/Control,,,,,,,,,,,,,,,,Pressure,Time,如何影響 MAP,A = á PIP,C = á BaseLine,B = á Rise Time,D = á Frequency,流速-時間曲線,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

26、,,,,,1,2,3,4,5,6,SEC,V,.,LPM,120,120,EXH,,,,,,流速-時間曲線,INSP,吸氣,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,6,SEC,V,.,LPM,120,120,EXH,,,INSP,Inspiration,,,,,,,,流速-時間曲線,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,6,SEC,V,.,LPM,120,120,EXH

27、,,,,,,流速-時間曲線,,,,,,,Insp. Pause,,Expiration,INSP,,流速-時間曲線的臨床意義,吸氣流速和呼氣流速呼吸類型的鑒別判別是否存在內源性PEEP觀察患者對支氣管擴張劑的反應選擇PCV時合適的吸氣時間發(fā)現(xiàn)漏氣及速度顯示流速波形的形態(tài),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,6,SEC,V,.,LPM,120,120,,,,,,,,峰流速相同遞減流速

28、延長吸氣時間,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,6,SEC,,,,,,,,1,2,3,4,5,6,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

29、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,600 cc,-20,120,120,SEC,,,,,0,,,,,450cc,,,,,,,Pressure,Flow,流速不足,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,壓力通氣,恒定的壓力 .遞減, 可變的流量時間切換: (A)Pressure Control流速切換: (B)Pressure Support,,,,Pressure,Flow

30、,A,B,,,,,,,,,,,,,Time Cycled,,Flow Cycled,壓力通氣波形,,,,,,,Flow,Pressure,,,,,,Tinsp.,,PIP,,,,,,,,,,Peak Flow,25%,Pressure Control,Pressure Support,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,6,60,P,aw,cmH,2,0,Sec,,,,,,,,,,,,,

31、,,,,,,,What is this?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,6,60,P,aw,cmH,2,0,Sec,,,,,,,,,,,,,,,,,,,壓力過沖伴反沖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1,2,3,4,5,6,SEC,V,.,LPM,120,120,,,Expiration starts before inspiratory flow returns to

32、 zero,,呼氣靈敏度設置15 %,,壓力支持,,,,,,,,呼氣靈敏度,,,Flow,Peak Flow (100%),,,,Time,,,TS 5%,,,,,Leak,,,Set (max) Tinsp.,,Tinsp. (eff.),,,,,,,容積-時間曲線,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2,3,4,5,6,SEC,VT,800 ml,,,,,,,,,,,,,,,,,1,,,,,容量-時間曲線,,,,,,,,,

33、,,,,,,,,,,,,,,2,3,4,5,6,SEC,VT,800 ml,,1,,,,,Inspiration,,容量-時間曲線,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2,3,4,5,6,SEC,VT,800 ml,,1,,,,,,Expiration,,容量-時間曲線,容量-時間曲線的臨床意義,肺內氣體陷閉呼吸回路漏氣,壓力-容積環(huán),水平軸描述壓力，縱軸描述容量,,,,,,,,,,,,,壓力-容量環(huán),,,Volume,Pre

34、ssure,,,,,,,Volume,Pressure,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,最佳PEEP,,,,,V,P,,,V,P,,,,,,Changing Lung Volume in CV:,Paw = Lung Volume,,臨床應用：,計算吸氣面積計算順應性計算阻力評估肺泡過度膨脹衡量壓力支持水平及其做功,典型的P-V環(huán),,,Volum

35、e,Pressure,,,Volume,Pressure,,,,Volume,Pressure,,,,,Controlled Assisted Spontaneous,評估吸氣流速,Volume,Volume,Pressure,Pressure,Normal,Insufficient Flow,Pressure Volume Loops,,Cusping,,,,,,

36、,,過度膨脹,Overdistension occurs when the volume limit of some components of the lung has been exceededAbrupt decrease in compliance at the termination of inspirationResults in a terminal “Beaking” of the P/V Loop,,,,,,,,V

37、olume,Pressure,,,,,Volume,Pressure,Zone ofOverdistention,“Safe”Window,Zone ofDerecruitmentand Atelectasis,Injury,Injury,最佳肺容量（安全窗）,膨脹過度肺泡痿陷,Mean Airway pressure 25 cm H2O,CT Scan :ARDS pig model 30 kg,,Optimized Lu

38、ng Volume Strategy:,Mean Airway Pressure 40 cm H2O,CT Scan :ARDS pig model 30 kg,,Optimized Lung Volume Strategy:,,CDP= FRC,,,,,CT 1,CT 2,CT 3,Paw = CDP,ContinuousDistendingPressure,,急性呼衰時V-P曲線拐點的意義,上拐點提示：壓力導致局部肺泡過度膨

39、脹下拐點代表：使肺泡開始打開的最小壓力,,Volume,Pressure,,,,LPIflex,UPIflex,,,,,,,,容積-流速環(huán),,流速-容量環(huán),Volume,Flow,,,,,Volume,Flow,,,,,臨床應用,評價支氣管擴張劑的療效評估是否漏氣評估吸氣阻力和呼氣流速受阻,,,,F,V,,,,V,F,氣道阻塞,重度阻塞,漏氣,,,Volume,,,,,,,,,Pressure,,,,,,Volume,Flow,V