临床综述自主性和辅助性呼吸力学一

临床综述：自主性和辅助性呼吸力学（一）临床综述：自主性和辅助性呼吸力学

CriticalCare,9(DOI10./cc)Clinicalreview:RespiratorymechanicsinspontaneousandassistedventilationDanielCGrinnan1andJonathonDeanTruwit21Fellow,DepartmentofPulmonaryandCriticalCare,UniversityofVirginiaHealthSystem,Virginia,USA2ECatoDrashProfessorofMedicine,SeniorAssociateDeanforClinicalAffairs,Chief,DepartmentofPulmonaryandCriticalCare,UniversityofVirginiaHealthSystem,Virginia,USA摘要：肺疾患改变肺部生理，其表现为呼吸力学的变化。因此，呼吸力学监测使得临床医生更接近的监测肺疾患过程。这里我们综述呼吸力学的原则和临床应用。原则包括顺应性、弹回率、阻力、阻抗、气流和呼吸功。我们讨论了在正常和疾病下的这些原则。当肺疾患严重性增加时，需要机械通气。我们讨论了机械通气时压力容量曲线在辅助受损的肺顺应性上的使用。此外，我们讨论了停止机械通气的生理参数。顺应性呼吸生理中，肺顺应性表示肺自主性膨胀和自主性回缩到休息位的能力。肺顺应性取决于下面的方程：C=△V/△P，C为顺应性，△V、△P分别为容量和压力变化。顺应性的反面即弹回率（E~1/C）。膨胀期间的呼吸压力受容量、胸（肺和胸壁）顺应性和胸廓对气流的阻力的影响。要准确测量顺应性，必须消除气流阻力的影响。这可以通过测量气流为0时的压力和容量，称为静态测量。因此，顺应性决定于不同肺容量状态下膨胀压的静态测量，并可以在膨胀或回缩期间测量[1]。绘制整个呼吸周期的压力测量允许一压力-容量（PV）曲线被建构（图1）。

图1压力容量曲线。为离体肺膨胀（吸气）和回缩（呼气）期间测量形成的压力容量曲线。曲线斜率为顺应性。曲线差别为滞后现象。曲线斜率等于顺应性。在PV曲线上吸气和呼气曲线分开；分离面积称为滞后现象。当来自于一应力的容量变化在力量去除后持续一段时间时，滞后现象在弹性结构中发展[2]。在肺，滞后现象是因为小气道陷闭和肺泡气液界面的表面张力（肺膨胀时必须克服）所致。当呼吸开始接近于残气量时，滞后程度提高；当呼吸开始到更高肺容量时，滞后程度降低[2]。胸壁和肺均影响呼吸顺应性。全胸顺应性小于单个胸或肺的顺应性，因为两者并联相加（弹回率、倒数、系列相加）[3]：Crs=Ccw×CI/(Ccw+CI)，Crs、Ccw、CI分别为呼吸系统、胸壁和肺顺应性（图2和表1）。

图2肺、胸壁以及肺-胸壁复合系统顺应性。在肺功能残气量，膨胀力和萎陷力相平衡。

表1胸内顺应性降低原因

顺应性降低可以由单一的强直胸壁或肺，或两者共同导致。差别可有临床显著性。为分离各自对全肺顺应性的影响，需要测量胸膜腔内压。胸膜腔内压最准确的代替指标是食道压力，可以通过放置食管球测量[1]。然而，临床实践中很少实施。而以中心静脉压代替，可接近于食道压力变化，但该技术仍需验证[1]。危重病人呼吸系统顺应性常规在床边记录。在机械通气病人，可通过测量呼气末肺泡压（Pex）和吸气末肺泡压（Ps，也叫静态或平台峰压值）获得顺应性，因此容量变化为潮气量（Vt）。肺泡压可以通过阻塞呼吸道容易的评估，因为呼吸道压力与肺泡压平衡。Pex是与呼吸末肺泡扩张相关的压力。在正常个体，当面向空气时通常为0。然而，使用PEEP时，Pex至少与PEEP相同大小，如果发生空气滞留可以增大，超出PEEP的相关压力称为自身-PEEP或内生性PEEP。临床医生需要知道床边Ps、Pex、自身PEEP和Vt以确定呼吸顺应性。例如，如果PEEP为5cmH2O，自身-PEEP为0cmH2O，Ps为25cmH2O，Vt为0.5l，那么Crs=△V/△P=0.5l/(25-5)=0.5/20=0.l/cmH2O或25ml/cmH2O。机械通气的正常个体，顺应性应该大于50-ml/cmH2O[4]。阻塞性肺疾患病人呼气相延长。在基线，大多数肺气肿患者顺应性增加（因为肺弹回率的降低）。如果Vt不能完全呼出，然后会有一定量气体将存留在肺泡内。如果这样持续几次呼吸后，将导致呼吸的“堆积”，直到完成一新的呼气末胸腔容量。当容量增加时（动力性充气过度），肺功能残气量将增加。作为结果，在PV曲线的更小顺应性部分潮式呼吸将出现（图３）。

图3肺气肿和纤维化的顺应性。表中为关于肺气肿和纤维化病人（a）胸壁、（b）肺、（胸壁－肺联合系统的压力－容积曲线的吸入支的顺应性。功能残气量（FRC），在垂直轴上代表跨胸壁压为0，肺气肿病人增高，其可导致动力性通气过度。与圈闭容积相关的压力差称为自身-PEEP。对于阻塞性肺疾患和行机械通气病人必须谨慎。通常，这些病人因呼吸道炎症行侵略性治疗（支气管扩张药治疗和皮质激素）。当呼吸次数减少时，呼气相延长。如果功能残气量增加，输送相同Vt可增加transalveolar压力，其可抑制静脉回流（产生低血压）或导致气胸。在动力性充气过度的病人的低血压的发展应该促使临床医生听诊肺部，并为自身-PEEP评估呼吸机。如果自身-PEEP可疑，病人应该进行脱机以确定当取消呼吸输送时，低血压是否解决（图4）。

图4呼吸机示踪方波、或恒流、方式。表示为在流量回到0之前（水平轴）呼吸机被触发产生一次呼吸。这表示自身-PEEP（呼吸末正压）存在并指导临床医生作进一步调查。

自身-PEEP可以在机械通气病人测量，通过制造一呼气末暂停。呼气末暂停动作使呼吸的压力传感器接近于呼气末肺泡压或自身-PEEP。一些呼吸即允许临床医生制造和控制呼气暂停，而另外一些呼吸机则作为一自动化功能执行呼气末暂停，该自动化功能只需要按压一个按钮。自身-PEEP的测量需要一个被动的患者，因为病人呼吸的相互作用将影响压力传感器的测量。在ICU，这个常需要镇静，并临时，瘫痪。在机械通气中要降低自身-PEEP值时，需要减慢呼吸次数，延长呼气相。这些目的的完成常需要通过深度镇静或瘫痪消除患者的努力。一旦病人努力被消除，随后接近的呼吸力学就很重要，包括自身-PEEP和顺应性。为避免肺发生气压性损伤，常允许一定程度的通气不足，称为允许性高碳酸血症。允许性高碳酸血症被证明是安全的，并使临床使用最低呼吸次数和Vt成为可能，因此当它们损害时而保护肺。需要机械通气的有自身-PEEP病人常与呼吸机不同步。在辅助呼吸模式期间，由自身-PEEP的病人常很难触发呼吸机产生一次呼吸。这种病人在产生需要触发呼吸机的胸膜腔内负压前首先必须克服自身-PEEP。可以在回路中使用外源性PEEP，强度小于Pex。此时病人需要产生触发呼吸机的压力减小，因为呼吸机的触发敏感性已集中在使用的外源性PEEP周围，而不是大气压。因此，更多的病人将能成功触发呼吸机。急性呼吸窘迫综合征（ARDS）在ICU很常见，特点是低顺应性。典型的是，吸气的开始发生在低容量（接近残气量），并需要高压力以克服表面张力和膨胀肺泡。压力和表面张力间的关系可以被拉普拉斯定律（心室产生的压力取决于心室肌收缩产生的张力）所解释，拉普拉斯定律表示压力与球状结构半径有关：P=2T/r，P=压力，T=表面张力，r=半径。下面我们讨论需要机械通气的ARDS患者的PV曲线规律。ARDS中的PV曲线和呼吸机管理肺和胸壁的PV曲线通过绘制不同Vt下相应压力而获得。如以前强调，斜率为肺和胸壁的顺应性。在近年，很多研究集中在使用PV曲线帮助选择最优机械通气患者的最优通气方式。机械通气的ARDS患者是注意的焦点。机械通气患者有很多方式进行测量PV曲线。每种方法都有优缺点[5]。一些方法需要在所有ICU不能获得的特殊设备。关于注射器技术，病人被移除机械通气，一21注射器被放在气管导管内。输送%氧气50-cc，传感器测量每一容量下的相应气道压[2]。这些数值绘制形成PV曲线。一个可选择的方法是使用多重阻塞技术。该方法中病人保持机械通气。不同Vt（从到cc）下测量平台压，绘制曲线。测量期间允许几次标准容量的呼吸以获得最准确的结果很重要。近期研究[5]表明，多重阻塞技术和注射器技术测量效率相近。第三种方法是持续低流量技术。机械通气时维持低呼吸流速（小于10L/min）可使阻力到允许PV曲线估计的最小化[2]。所有获得曲线的方法均需要病人处于被动状态以获得准确结果。镇静和瘫痪（可能需要）相关的风险在产生PV曲线前就应该考虑到。PV曲线随时间和压力的不同而变化[5]。在ARDS，PV曲线将作为疾病进展或消退产生变化[6]。在早期阶段（渗出阶段），PV曲线常显示低顺应性并有一好的分界低拐点（LIP）。当疾病进展（纤维化阶段），顺应性保持较低，但是LIP模糊[2]。ARDS也与快速变化的临床阶段相关。同一病人PV曲线波形可以变化几小时以上。因此，在设置呼吸机前，迄今为止的测量都需要，如果一个人信赖PV曲线的话。传统上，PV曲线通过0呼气末压力而计算[7-9]。当使用不同水平的PEEP计算时，PV曲线将变化[8，9]。此外，计算PV曲线前的病人的呼吸模式和通气水平可影响曲线形状[9]。这些缺点使得很难确定PV曲线是否可以信赖的在床边使用（图5）。

图5PV曲线（黑线）吸气支分为三部分。①（低顺应性）和②（高顺应性）在LIP分离。②和③（低顺应性）在高拐点（UIP）分离。本例中，LIP标记在②最大斜率和①最小斜率的交点处。UIP为②最大斜率减少20%处（一个计算值）。PV曲线呼吸相包括三部分。第一部分发生在低容量，并且是非线性、相当平坦（低顺应性）。当容量增加，曲线第二部分为线性且有一陡坡（较高顺应性）。曲线第三部分又为非线性且平坦（回到低顺应性）。曲线一二部分连接点称为LIP。LIP可以通过2部分曲线连接计算获得。作为选择，LIP也可以通过测量第二部分最陡点后从该点斜率减少20%点获得。研究评估观察者间的可靠性在变化。一些发现观察着可靠性好，而另一些发现有显著差异[2，5，7]。曲线第二部分和第三部分连接点称为高拐点（UIP）。UIP可通过与LIP相同方法测量（除UIP代表最大斜率点增加20%）。研究普遍认为观察者间有很好一致性并且测量方法间有很好的复合性[5，10]。LIP和UIP是代表顺应性变化点。过去，LIP被认为代表肺泡复原终点。吸气期肺泡开放被认为导致对肺有害的剪切力。因此，通过设置高于LIP的PEEP，剪切力水平可被减小[11，12]。保持PEEP高于LIP而平台压低于UIP，病人将在PV曲线的最大顺应性部分接受Vt。通过随后超时的PV曲线，呼吸机设置可个体化制定以提供最大优点和最小损害给需要机械通气的ARDS患者。年，Amato等[11]报道使用PV曲线作为指导机械通气的一项前瞻性、随机、控制实验的结果。PEEP水平维持在LIP以上2cmH2O（实验组），平台压为20cmH2O或更低。于“常规通气”（使用低PEEP、高Vt、高平台压）相比，28天死亡率有显著性差异（38%比71%），且实验组顺利停机速度有显著差异。该研究支持临床实践中设置PEEP在LIP以上2cmH2O。然而，因为平台压被控制，因此很难说死亡率的差异是因为PEEP。而且，对照组死亡率比预期的高，因为其他ARDS病人的研究一直发现死亡率控制在40%左右[13]。现在似乎是肺泡在整个PV曲线的呼吸支阶段恢复（不只是在LIP以下，如以前假设的）[14，15]。我们现在相信LIP代表导致肺泡复原增加的气道压水平。这种增加的复原持续在PV曲线的第二部分，并被斜率所影响，表示增加的顺应性。依次，UIP代表减少的肺泡复原点。吸气期肺泡复原开始在肺肺下垂部分并缓慢扩散到肺的下垂部分[16]。在肺泡将被复原前，肺不张区域可能需要吸气压超过40cmH2O[16]。很明显，在PV曲线的这个模型中，设置PEEP在LIP之上将不能减少剪切力，通过肺泡复原后开始吸气。持续复原模型也把LIP和PEEP分开[16]。以前，当LIP被认为代表肺泡复原的完成时，符合LIP的PEEP被认为可维持肺泡复原并阻止肺泡剪切力。然而，因为肺泡复原存在于PV曲线吸气支的整个过程，从吸气支可能很难确定“最佳PEEP”。而且，PEEP是一种呼气现象，相对于吸气曲线更符合呼气曲线[17]。因为在吸气支和呼吸支之间存在滞后现象，很难估计PEEP对吸气曲线的影响[17，18]

在需要机械通气的病人吸气阻力能容易的获得。气流压力梯度在恒速呼吸期间持续不变。一旦这种压力梯度建立，吸气阻力可以在呼吸周期的任意点测量，假设气道压、肺泡和胸壁膨胀压已知。驱动流动的压力梯度很容易在接近吸气末确定，减去来自于气道压峰值（动态峰压）的吸气末平台压（静态峰压或平台压）。因此，吸气阻力等于动态峰压减平台压，除以流动（Ri=[Pd-Ps]/V）。正常个体呼吸阻力很少超过每秒15cmH2O/l[4]。机械通气病人，峰压突然增加而没有平台压增加表示阻力突然增加。应该理解检查阻力增加的原因，因为最常见的原因（呼吸机回路问题，气道分泌物）可容易治疗。气管导管在决定阻力增加的原因中可能是重要性的[25]。因为导管内气流为涡流，阻力与导管半径负相关，为第五决定因素。因大多数气管导管比气管小，气流阻力明显增加[25]。为维持气流，压力梯度必须适当增加。机械通气（压力支持）传统模式的中止，压力支持水平被维持以克服气管导管阻力。自动导管补偿作用（Automatictube







































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