Drager呼吸机机械通气中的曲线与环.docx

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Curves and Loops in Mechanical Ventilation Dräger 机械通气中的曲线与环 Frank Rittner, Martin Döring 目录 1. 通气曲线模式 1.1 压力—时间图 1.2 流速—时间图 1.3 容量—时间图 1.4 曲线模式的诠释 2. 环—从各方面来说都是一个好东西 2.1 PV环 2.1.1 静态PV环 2.1.2 动态PV环 2.1.3 PV环的诠释 2.1.4 插管前后的PV环 2.2 其它的环 2.2.1 流速—容量环 3. 趋势回顾 3.1 一个撤机过程的文档记录 3.2 基于峰压和平台压的肺参数 4. 二氧化碳曲线图—定位问题区域 4.1 生理性的二氧化碳曲线 4.2 二氧化碳曲线的诠释 1. 通气曲线模式 Evita系列呼吸机提供了通气中压力和呼吸气体流速变化的直观图示，此外Evita4、EvitaScreen和PC软件EvitaView还显示了呼吸容量的变化。呼吸机屏幕上能同时显示两到三个曲线，尤其是同时显示压力、流速和容量，更便于发现呼吸系统或肺导致的改变。压力、流速和容量的渐进变化在同等程度上取决于呼吸机的性能与设置，以及肺的呼吸功能。一个呼吸周期由吸气相和呼气相组成，正常情况下它们各自都包括一个气体流动阶段与一个气流暂停阶段。在吸气相的气流暂停阶段，没有通气容量传递到肺中。 1.1 压力—时间图容量控制，恒定流速压力—时间图显示了气道压力的变化，压力单位mbar（或者cmH2O），时间单位s。在预设容量及恒定流速的情况下，气道压力取决于肺泡压力和所有的气道阻力，并且能被呼吸机与肺的特定阻力及顺应性值所影响。呼吸机的这些值可认为是常量，因此压力—时间图就能对肺的状态及肺状态的改变作出推论。阻力 = 气道阻力；顺应性 = 系统（肺、管路等）总的顺应性从吸气相A点开始，B点的压力产生于系统的气阻，其值等于阻力R和流速V的乘积，∆p=R×V，这个关系式以及后面的式子都是在没有内源性PEEP的情况下有效。 B点后压力呈线性增加，直到C点峰压，BC段压力曲线的斜率取决于吸气流速V和总的顺应性C，∆p∆t=VC。C点时呼吸机到达设定的潮气量，此时V=0。然后压力快速降至D点平台压，该压力降值与吸气初始由气阻产生的压力（B点）相等，线段AD与BC平行。接着D点到E点有轻微的压力下降，这可能与肺的弹性回缩及系统泄漏有关。平台压由顺应性和潮气量决定，E点平台压与F点呼气末正压（PEEP）的压力差为∆p=Pplat-PEEP=VTC，由此也可以得到有效顺应性的计算公式C=VT（Pplat-PEEP）=∆V∆p。在平台期间，吸气流速为零，此时没有容量传输到肺中。呼气从E点开始，它是一个胸廓弹性回缩的被动过程，该压力变化可由呼吸机的呼气阻力乘以呼气流速得到∆p=R×Vexp。呼气结束时压力达到PEEP。压力模式在压力通气模式（例如PCV/BIPAP）下，压力曲线大为不同。其中，压力从环境压力或者PEEP开始快速增加，达到吸气压力Pinsp，然后在呼吸机设定的吸气时间Tinsp内保持恒定。呼气相的压力降与容量通气模式相同，因为它们都是如前所述的胸廓弹性回缩被动过程，直到下次呼吸开始处的PEEP。通常来说，压力曲线显示只反映了呼吸机的测量压力，肺的真实压力只有在考虑了所有的影响因素后才能计算得到和评估。 1.2 流速—时间图流速—时间图分别显示了吸气流速Vinsp和呼气流速Vexsp。流速单位L/min，时间单位s。传输容量由流速积分得到，也就是流速曲线下的面积。吸气相的流速曲线取决于或者至少是被呼吸机设定的通气模式所强烈影响。只有呼气相的流速曲线可用来推导肺及系统的总的气阻和顺应性。常规临床实践中，恒定流速和减速流速已成为呼吸机控制的标准波形，直到现在为止也没有证据建议使用其它流速波形能得到特定的治疗成效。在恒定流速情况下，吸气开始时流速快速上升到呼吸机的设定值，然后保持恒定，直到传送完呼吸机设定的潮气量VT（曲线下的矩形面积），暂停时间（平台时间）开始后流速快速回到零，暂停时间结束后呼气流速开始，此时只取决于通气系统的气阻以及肺和气道的参数。恒定流速是传统容量控制通气模式的典型特征。在减速流速情况下，流速在达到初始高值后持续下降，正常情况下流速在吸气相降到零。减速流速是压力控制通气模式的典型特征。肺（肺泡）与呼吸系统之间的压力差由呼吸机维持在一个恒定水平，以驱动产生气体流速。随着肺里的填充容量增加，肺里的压力也升高。换句话说，吸气时的压力差持续下降，流速也持续减少。吸气结束时肺里的压力与呼吸系统的压力相等，此时流速为零。在吸气结束及呼气流速为零时，压力控制通气模式的顺应性可用呼吸机测量的潮气量计算C=VT∆P，其中∆P=Pinsp-PEEP。 1.3 容量—时间图容量—时间图显示了吸气和呼气期间传输容量的变化，容量单位ml，时间单位s。吸气时容量持续增加，流速暂停（平台时间）时容量保持不变，这个最大容量值指出了传输的潮气量，并不代表肺里的整个容量，此时未考虑功能残气量（FRC）。呼气时因为是被动呼气，传输容量下降。当压力、流速和容量同时显示时，它们之间的关系尤其明显。 1.4 曲线模式的诠释顺应性改变当顺应性改变时，平台压和峰压随之也改变相同的压力差值△p。顺应性增加→平台压和峰压降低；顺应性减少→平台压和峰压上升。吸气时气道阻力改变当吸气时气道阻力改变，峰压随之改变，平台压维持不变。阻力增加→峰压上升；阻力减少→峰压降低。呼气时的肺阻力不能从压力曲线上得到，因为肺泡压不可知，但是它可以从呼气流速曲线上推导而来（请看呼气阻力增加时的流速曲线）。自主呼吸在机械通气时，如果患者有自主呼吸，那么将会发生人机对抗。此时减少吸气时间，甚至是改变通气模式为强制通气期间允许患者自主呼吸，将是值得考虑的选择。BIPAP和AutoFlow即是合适的通气模式。流速曲线的适应变化在容量控制通气模式中，AutoFlow使得流速自动变化，以尽可能最小的气道压力输送设定的潮气量。典型容量控制通气模式的恒定流速（方波）变为减速流速波形，同时即使患者肺顺应性发生改变，输送的潮气量也保持不变。通过设置Pmax，Dräger呼吸机也能在输送恒定潮气量时限定压力。如果患者顺应性改变，那么这个设定值必须重新设置。吸气时间不足情况下的流速曲线吸气时流速不回零意味着吸气时间短，不足以得到设定压力下该获得的容量。呼气时间不足情况下的流速曲线如果呼气时流速不回零，那么说明呼气时间短，不足以完成呼气过程，也指出存在内源性PEEP。这将导致容量控制通气时肺压升高。 Evita呼吸机有可能直接测量内源性PEEP和陷闭潮气量。内源性PEEP对气体交换和肺的血液循环影响很大。但是某些情况下可能有目的地尝试建立内源性PEEP（反比通气IRV），呼气阻力增加情况下的流速曲线更平缓的呼气流速曲线指出呼气阻力增加，有可能是因为雾化治疗使得呼气过滤器潮湿或堵塞。这将导致呼气时间增加，以及PEEP偏移设定值。 2. 环—从各方面来说都是一个好东西 2.1 PV环 2.1.1 静态PV环（传统型）静态PV环（压力—容量曲线）可通过大注射器方法得到，它的特点就是当呼吸气体流速为零时测量并记录各个压力及容量点。使用大注射器，肺容量逐步增加，在每次容量增加几秒后测量压力。通过连接这些测量点就得到PV环。通过大注射器方法测量的PV环 PV环的上、下拐点容量与压力的关系反映了顺应性（C=∆V∆P），因此PV环显示了随着容量增加，顺应性如何改变。PV环有上、下两个拐点。当使用大注射器方法时，呼气容量测量值不回零，目前原因尚不明确，但是测量时的误差以及氧气消耗应该占重要比重。在曲线低段（A）每次容量增加后压力快速升高，一旦超过肺开放压（下拐点）则曲线呈线性（B），如果达到了肺顺应性的极限（上拐点），则每次容量增加后压力再次升高（C）。通常，机械通气应尽可能发生在线性顺应性区域（B）。可通过设置PEEP来实现下拐点，然后必须选择通气容量（IPPV/CMV，SIMV）或者吸气压力（BIPAP，PCV）来保证不超过上拐点。 2.1.2 动态PV环机械通气中产生的PV环不满足记录测量压力时呼吸气体流速为零的条件。呼吸气流因为管路、气道等固有的阻力产生一个额外的压力梯度。因此PV环不能精确指示顺应性的变化。吸气流速越大，额外的压力梯度越大，误差就越大。呼吸机在呼气开始时打开呼气阀至环境压力或者设定的PEEP，因此PV环的压力显示也几乎立即下降到这个值。然而，在静态PV环中，这个压力下降也是一个渐进过程。对控制通气获得的PV环来说，通常肺充盈得越慢，其上升曲线就越好的反映了顺应性变化。一些研究表明，只要吸气流速恒定，机械通气时记录的PV环与标准程序记录的PV环对应关系良好。它们主要是基于这么一个假定，在恒定流速时吸气阻力产生的压力差保持不变，吸气环的陡峭度将只反映胸廓和肺的弹性阻力。尽管呼吸机记录的PV环发生偏移（上升支移位），它仍保持了原始形状，由此可推导得出顺应性。这也说明在减速流速波形（BIPAP，PCV等）的通气模式中，不可能从PV环得到肺顺应性的任何结论。 2.1.3 PV环的诠释恒定流速下的容量控制机械通气吸气时，肺被设定的气体流速充盈，在这个过程中呼吸系统的压力逐渐增加，肺压也以相同程度增加，吸气结束时二者达到相同的压力值（平台压）。呼气时，呼吸机充分打开呼气阀以维持PEEP设定压力水平。此时，肺压与PEEP之间的压力差导致呼吸气流从肺中流出，肺容量慢慢下降。这就是为什么机械通气时PV环为逆时针的缘故。即使在压力控制通气中PV环也是逆时针。吸气开始时，呼吸机产生一个比肺压高很多的压力，并在整个吸气相期间保持恒定。在此压力差下，气流快速进入肺中，肺容量慢慢增加，然后肺压升高，压力差减少，气流减缓，这就产生了一个减速气流波形。呼吸机在吸气期间产生恒定的呼吸系统压力水平，导致压力控制通气的PV环或多或少呈箱子形状。由此环图不能得出肺顺应性的任何推论。但是，当吸气末呼吸气流为零时，A、B点之间连线的陡峭度确实代表了动态顺应性的测量。需要注意的是，这是以吸气末和呼气末气体流速为零为前提条件才成立。 CPAP自主呼吸自主呼吸时PV环是顺时针的。患者的吸气努力在肺里产生一个负压，该负压然后被呼吸机系统测量。呼吸机总是尽力为患者提供足够的呼吸气体来保证设定的CPAP压力维持在恒定水平，尽管有难免的轻微负压力偏差。A区域面积就是患者对抗呼吸机吸气阻力所做的功。 CPAP（ASB/P.supp.）的PV环同步患者吸气努力的呼吸支持（ASB/P.supp.，SIMV等）的一个典型特征就是在零点上面有一个小的扭曲。患者首先在肺里产生负压，一旦达到触发门限，呼吸机在呼吸系统里产生一个正压。 A区域面积是患者触发呼吸机需要做的功，B区域面积代表了患者触发后呼吸机支持患者呼吸所做的功。顺应性变化情况下的PV环当顺应性降低时，即肺的弹性减少，并且呼吸机设置保持不变，容量控制通气的PV环的变得更平坦。 PV环吸气支的陡峭度变化与肺顺应性变化成一定比例。阻力变化情况下的PV环在恒定流速通气中如果阻力改变，则PV环的右支陡峭度不变，位置移动。反映肺过度膨胀的PV环段在恒定流速通气时，如果PV环吸气支的上部开始变得更平坦，那么这指出肺的某些区域可能发生过度膨胀。 ASB/P.supp.的PV环在ASB/P.supp.期间，如果患者仅仅只是触发呼吸，那么就只能达到与当前肺顺应性一致的支持压力所对应的容量。但是如果患者在整个呼吸支持阶段都有吸气努力，那么他将在支持压力不变的情况下吸入更多容量。 PV环高度的变化就代表了患者吸气努力的强度测量。如果设定的压力支持呼吸得到的潮气量（无患者自己的呼吸）小于患者需求，则患者会被提示进行一次吸气努力。另一方面，支持压力应该至少能够补偿人工气道阻力（管路）。 2.1.4 插管前后的PV环正如前面动态PV环所述，呼吸机测量压力的Y型口之后有更进一步的压力降，例如管路末端和生理气道处。插管前后CPAP的PV环在CPAP下的纯自主呼吸显示为一个窄的PV环。纵轴左边的面积越窄，说明对抗呼吸机吸气阻力所做的功越小。另一方面，纵轴右边的面积只取决于呼吸机的呼气阻力。因此整个PV环面积可作为呼吸机质量的评估比较，前提是使用同一套呼吸管路及测量系统，另外需要注意的是某些呼吸机即使没有设定支持压力，也会额外提供一个小的支持压力（3mbar）。窄的PV环就意味着患者呼吸作功少，这并不是在所有情况下都正确。呼吸管路直径越小，患者对抗管路阻力所做的功越多，PV环的面积越大。同时，病变的气道阻力更进一步增大了PV环面积。来自压力支持的帮助（ASB）病理改变或者插管所致的气道阻力增加，导致患者呼吸做功增加。辅助自主呼吸就是用来补偿这些气道阻力。如果环路的吸气支正好在CPAP设定值的垂直线上，则只补偿了管路阻力。如果吸气支在CPAP线右侧，则补偿了管路阻力及气道下端的病理阻力。如果支持压力不适当，患者被强制吸气，那么管路末端可能产生负压。不幸的是，管路末端的PV环通常得不到。在管路末端的测量因为黏液和分泌物同样也容易产生错误。错误的测量将导致错误的解释。目前我们必须估计最优支持压力来补偿气道阻力。 2.2 其它的环除了压力-容量环（PV环）外，还有其它的参数组合。 2.2.1 流速—容量环流速—容量环偶尔用来获得关于吸引术时的气道阻力和支气管治疗时患者反应的信息。痰液等导致的气道阻力增加可识别为锯齿状的环。一个更平滑的环可以确认吸引等操作已成功改善了气道阻力。对于阻塞性疾病患者，只有当设定PEEP大于内源性PEEP时，环的呼气支才改变形状。但是，环的形状不变并不意味着一定就和限定的流速相关。 3. 趋势回顾趋势图连续显示通气波形的测量值，它可用来作为通气过程的后期评估。多种情况下都可应用趋势图，而且每种情况会要求不同的观察周期。例如评估撤机过程，则需要在一个图里显示几天或几周的波形，这样对于突发事件就可以查看尽可能详细的信息。因为通气参数的多种组合使得趋势图应用多种多样，下面只是其中一些设计示例，便于读者对进一步的可能应用作出思考。 3.1 一个撤机过程的文档记录从上面的趋势图中可以看到SIMV的呼吸频率是如何降低的。每次呼吸频率降低，则分钟通气量有降低，尽管患者的自主呼吸补偿了该降低的分钟通气量。第二个趋势图更进一步显示了撤机过程及其效果。在一个特定的保持恒定的IMV频率上，只有支持压力减少。开始时患者补偿该减少的支持压力，尽管后面可以看到持续的分钟通气量降低，在那之后呼吸机支持再次增加。 3.2 基于峰压和平台压的肺参数正如前面曲线那一节所描述的，从峰压和平台压的变化可对气道阻力和肺顺应性作出推论，因此这些参数的趋势图与R、C趋势图等效。容量控制通气期间，如果峰压增加，同时平台压不变，则说明气道阻力增加，这有可能是因为吸引不充分引起气道分泌物堵塞。如果峰压和平台压都增加，则说明顺应性下降。 4. 二氧化碳曲线图—定位问题区域现代患者监护允许记录、显示和处理各种参数数据。依赖于选择的参数及观察者的经验，各种通气变量及这些变量的实时曲线显示，可对患者状态和治疗效果得出结论。二氧化碳曲线，一个特定呼吸周期期间的CO2分压直观图示，或者更长一段时间内的潮气末CO2分压趋势图，通常都可用来定位问题区域。沿着CO2在人体内的路径，很多点都可以产生非生理性的二氧化碳曲线，并且通气中由于机械介入还有其它一些影响因素。新陈代谢中CO2浓度复杂的依赖性，循环参数，气体交换和肺通气，以及呼吸机设置使得可在早期同时监测这些功能并发现问题。CO2监测极大改善及保障了患者安全。另一方面，非生理性的二氧化碳曲线过于复杂，很难解释。 CO2监测通常允许早期发现问题，但是这些问题需要使用其它方式进一步检验。 Evita系列呼吸机使用一个近患者端的市场上主流的传感器在吸气相和呼气相测量CO2分压，然后以实时曲线显示测量值，由此可推断组织解剖学上的死区及CO2量。上图显示了呼吸机测量的潮气末CO2分压，并且其长时间的发展进程可从趋势图得到。下面是一个生理性的二氧化碳曲线，一个异常形状的CO2曲线，带有一段简短解释的趋势图，以及可能原因的示例。 4.1 生理性的二氧化碳曲线 A-B：排空气道的上部死区曲线上这部分的CO2浓度为零，因为它分析的是呼气初始阶段期间未参与气体交换进程的上气道空气。 B-C：来自下部死区和肺泡的气体 CO2浓度持续增加，因为此时分析的空气部分来自气道上部，部分来自富含CO2的肺泡。 C-D：肺泡气体这阶段为肺泡稳定期，曲线上升非常缓慢，此时分析的空气主要来自肺泡区域。 D：潮气末CO2分压代表了在呼气末达到的呼出CO2的最高可能浓度，它就是潮气末CO2（etCO2），表示参与肺泡气体交换的最后部分空气，也是某些条件下动脉血CO2分压的可靠指标。潮气末CO2浓度的正常值约为5.0-5.3%，5.1-5.3kPa或38-40mmHg。 D-E：吸气 CO2浓度快速下降，因为吸气开始时不含CO2的新鲜气体进入气道。 4.2 二氧化碳曲线的诠释指数下降的pCO2 可能原因：心肺旁路心搏停止肺栓塞大量失血血压骤降持续的低pCO2 可能原因：高分钟通气量导致的换气过度低体温休克后无平台的持续低pCO2 可能原因：肺泡通气不充分 COPD 上气道堵塞管路部分闭合 pCO2骤降为零可能原因：偶然的拔管气道彻底狭窄连接断开食管插管（1-2次潮气量后下降） pCO2的渐进增加可能原因：新陈代谢和体温的增加（MV恒定）开始出现换气不足有效的肺泡通气减少 pCO2骤降，但仍高于零可能原因：管路系统泄漏部分气道狭窄咽喉管路 pCO2平台不是水平线可能原因：哮喘通气分布问题（异步排空）恒定的高pCO2 可能原因：药物导致的呼吸抑制新陈代谢中碱中毒（呼吸补偿）分钟通气量不足 PS（我的理解）: 请一定记住并在实践中应用这三个公式 → （1）气道阻力 R=∆P∆F=∆P∆V∆t ，表示维持一定气体流量所需要的压力差；（2）肺顺应性 C=∆V∆P ，表示单位压力变化所引起的容量变化；（3）呼吸功 W=P×V ，呼吸作功可表示为压力和容量的乘积。 Huanghua, Engineer Medical Engineering Department, The 309th Hospital of PLA, Beijing 21

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