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1、呼吸力学监测 呼吸力学监测 呼吸运动引起胸内压的变化，胸内压的变化引起肺内压的变化，肺内压变化引起肺泡的通气。因此肺通气是通过呼吸道内压力的变化过程产生的。从物理力学观点研究呼吸的运 动过程，不但能更全面地了解呼吸生理，而且也为呼吸器官疾患病理生理的探索提供了新的 途径。 吸气时，吸气肌肉收缩的力量用于克服两种阻力以使肺的容量扩大：第一是胸廓壁和肺 组织的弹性阻力，第二是以呼吸道气流摩擦阻力为主的非弹性阻力。如阻力增大，则实现一 定的肺泡通气量所需要的肌肉收缩力量相应加大。相反，如阻力减少，则所需要的收缩力量 亦可减少。呼吸系统疾病往往导致弹性或非弹性阻力增加，加重呼吸肌肉的工作量，成为呼 吸
2、困难原因之一。 平静呼气之末，呼吸肌肉完全静息时，肺并不完全萎缩，仍存有大约相当于肺总量40的功能残气量。此时肺组织的向内弹性力量与胸廓壁的向外弹性力量相等，两种力量造 成胸膜腔负压，保持肺的一定容量。在此基础上要吸人空气，就必须用吸气肌肉的收缩力量 扩张胸廓，在胸膜腔内造成更大的负压。这是负压吸气式的呼吸。在呼吸肌麻痹时则用口对 口人工呼吸方法或人工通气机将空气压人肺内，使肺扩张，吸入空气。吸气后除去压力，借 胸廓和肺脏弹性力量又使肺内空气流出体外，造成呼气。这是间歇性正压吸气式呼吸。正压 吸气与负压吸气的原理是一致的，都是增加肺内外的压力差：正压吸气时是肺内压高于肺外 (胸廓外)大气压，负
3、压吸气时是肺外(胸膜腔)压低于肺内压。 (一)呼吸器官的压力容量曲线 肺内压力(应当称为跨肺压，指肺内压高于肺外压的压力差)的变化与肺的容量变化之间有依从关系，压力越高，肺容量越大。代表两者之间的数量关系的曲线称为压力容量曲线 从呼吸器官(肺+胸廓)的压力容量曲线可以看到，在肺容量为功能残气量 (大约等于肺总量的40)时，肺内压为“零”，即肺内压与大气压相等。这时，肺脏向内缩回的弹性力量数值与胸廓向外张开的弹性力量数值相等，方向相反，互相抵消(同时也造成此时的胸膜腔负压)。在肺容量大约等于肺总量的67时，胸廓是在它的天然位置上，不表现弹性力量(此时的胸内负压仅反映肺脏的回缩力)在肺容量超过肺总
4、量的67以上时，胸廓与肺脏的弹性回缩力都向内，方向相同，共同构成肺扩张的阻力。在功能残气量基础上用力呼气，使肺容量小于肺总量的大约40以下时，呼气肌肉的收缩力量完全用于克服胸廓向外张开的弹性力量。 (二)呼吸系统的压力梯度 肺脏是一个“相对”被动运动的器官，当呼吸系统内有一定压力梯度(PaoPpl)存在时，肺脏就扩张。胸膜腔负压的存在，使气体进入肺脏；正压机械通气时气道内压高于大气压，能把气体送人肺部，故胸膜腔、肺泡和呼吸道内所产生的压力变化，成为呼吸运动时影响和促进通气的动力因素。 1胸膜腔内压(Ppl) 胸膜腔内压直接受呼吸肌活动的影响，正常时功能残气位的胸膜腔内压为049肋(5cmH20
5、)，吸气时负压增加，呼气时减少。胸膜腔负压作用于胸腔内大静脉，有利于静脉血液回流。因重力的作用，直立位时胸膜腔负压从肺尖部到肺底部逐渐减少。 2肺泡内压(PA) 肺泡内压决定于胸膜腔内压与肺向内收缩压力之差。吸气时，因胸膜腔负压的增加，超过了肺弹性收缩压的增加，使肺泡内压低于大气压，气体进入肺内，直至肺泡压与大气压相平衡，气流停止。呼气时，吸气肌松弛，胸膜腔内负压减少至低于肺弹性收缩压，肺泡压上升超过大气压，气体流向肺外。肺泡压力也直接作用于肺泡周围毛细血管，引起局部血流的改变。机械通气时，肺泡内压直接受吸气压力的影响，应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。 3气道内压(Pa
6、o) 当吸气或呼气末，气流停止时，从肺泡到鼻、口腔，气道各处的压力相等。吸气时从口、鼻腔到肺泡的压力递减，呼气时则递增。在呼吸运动中，气道内任意二点间的压力差，决定于其间气道阻力的大小及气流的速度。 4经胸压(Prs) 相当于肺泡与胸廓外大气压之差(PAPbs)，是扩张或压缩胸廓、肺脏的总压力。机械通气时的经胸压为通气机驱动呼吸的压力。 5经肺压(PI) 相当于肺泡内压与胸膜腔内压之差(PA-Ppl)，是扩张或收缩肺的压力。经肺压的大小，主要与肺顺应性有关，肺顺应性减低时经肺压增大。 6经胸壁压(Pw) 相当于胸膜腔内压与胸廓外大气压之差(PplPbs)，是扩张或压缩胸壁的压力，其大小决定于胸
7、壁的顺应性。 7经气道压 相当于气道内外压力之差，胸腔内气道的经气道压，也是胸膜腔内压与气道内压之差。机械通气时，有时可通过增加呼气阻力或呼气末压力的方法，来增加呼气时或呼气末的气道内压，减少经气道压以防止气道陷闭。 (三)顺应性 1顺应性的基本概念 顺应性(compliance)是一个物理学概念，是弹性物体的共同特性，指单位压力改变时所引起的肺容积的变化。呼吸系统顺应性的研究是呼吸力学中的一个重要问题。肺脏是一个具有弹性的器官，肺顺应性与肺脏的物理学特性密切相关。肺弹性除与肺的弹性组织有关外，还受表面张力的影响。此外，肺血容积等因素也影响肺组织的弹性。 在呼吸生理中表达肺的弹性(E)和压力(
8、P)、体积(V)的关系时，则肺的弹性可用下列方程式来表示： E=PV 呼吸器官的弹性阻力在呼吸功能测定中以顺应性(C)表示，顺应性为弹性阻力的倒数，二者的关系是： C=1E 顺应性通常以单位压力改变所产生的体积改变来表示： 肺顺应性(CL)=潮气量(L)压力差kPa(cmH2O) 顺应性必须在静力条件下，即无气流条件下测定，以排除气道阻力的影响。压力差系指胸腔与呼吸道口压差，通常以食管压力代替。正常时肺的顺应性甚好，就是说较小的压力可引起较大的体积改变。 呼吸器官的总顺应性约11LkPa(011LcmH2O)，它包括胸廓的顺应性与肺组织的顺应性，三者的关系是： 1总顺应性=1肺顺应性+1胸廓顺
9、应性 胸廓顺应性与肋骨骨架、肋间肌和胸壁组织有关，肺顺应性部分与表面张力有关(低肺容量时)，部分与肺组织(肺泡、呼吸道、血管、肺间质等)有关。 总顺应性受胸廓和呼吸肌的影响，只能在一定程度上反映肺病变情况，但由于测定方法比较简单(压力差为作用于胸廓的压力改变，应用通气机的病人可用气道压代替)，便于在应用通气机的病人测量，在呼吸衰竭监测中有一定实用价值。 临床上，总顺应性有三种不同表示方法： 1、静态顺应性：指气体进入肺内后气流暂时阻断，即在流速为零的间歇内，肺同部分压力趋于相对平衡时测得的顺应性，它反映肺和 胸廓的弹性。 2、效动态顺应性：在应用通气机过程中测得的顺应性，由于测定不是在流速 为
10、零时进行的，除了反映肺和胸廓弹性外，还包括克服气道阻力成分，通常有效动态顺应性 比静态顺应性小10-20。 3、顺应性(specific compliance)：Marshall首先提出肺的顺应 性与肺容量大小有关，在肺容量不变时，同样压力改变引起肺体积变化较小，即肺顺应性较 差。同样的压力改变对成人肺引起的体积变化要比婴儿为大，这显然是婴儿肺脏较小所致。 同理，肺叶切除后肺顺应性亦减小。为确切了解肺的弹性特点，顺应性的改变要以单位肺容 量表示。测量时潮气量的水平亦应控制。为校正肺容量大小对顺应性影响，用单位功能残气 量来表示顺应性称比顺应性：即：CLFRC。此值在不同性别与不同年龄之间基本相
11、同。 2顺应性的影响因素 (1)生理因素：肺容积：肺顺应性与肺容积相关。性别：肺顺应性的测定显示男性比女性高40，但男性的肺总量、功能残气量等也较女性高3040。因此，实质上不同性别之间肺组织的弹性无内在的差异。年龄：自儿童至成人期，肺顺应性逐渐增加，这与肺弹性纤维网的增加有关；另外，胸廓与肺脏生长不平行，胸廓增长较肺脏快，因此对肺组织的牵拉作用也增加。身高：动态、静态肺顺应性与身高呈明显的正相关关系。肺顺应性随身高增长而增加。体位：肺顺应性在坐位最高，俯卧位次之，仰卧位最低。运动：运动时较平静呼吸时，肺顺应性有明显的增加。 (2)病理因素：肺弹性阻力减低时顺应性增加，如肺气肿；肺弹性阻力增加
12、时顺应性减 小，如肺水肿、炎症、肺不张及间质纤维化等。 1 肺气肿：肺气肿病人的静态肺顺应性增加，这与肺弹性阻力下降有关。肺弹性阻力的异常是由于肺胶原纤维和弹力纤维排列和结构的变化；另与肺泡气腔体积的增大相关。 2 支气管哮喘：支气管哮喘病人也可发生上述类似改变。 3 肢端肥大症：因有肺容积的增加，静态肺顺应性成比例的增加，而肺弹性阻力正常。4弥漫性肺间质纤维化：动态和静态肺顺应性均减低，最大静态肺弹性阻力通常是增加 的。这与肺容积的减少和肺泡的“硬化”有关。 5 肺外疾患：肺外的许多疾病，如脊髓灰质炎、胸廓成形术、胸膜疾病、膈肌抬高、肥胖和胸壁肌肉疾病等，肺和胸壁的顺应性均可降低。 6心脏疾
13、病：许多心脏疾病如二尖瓣狭窄、间隔缺损等，均有肺顺应性的下降。这与心脏扩大、胸腔积液和肝脏肿大所致的功能肺单元的数量减少有关，间质性肺水肿可影响肺组 织的弹性，肺动脉高压也参与了作用。 7急性呼吸窘迫综合征(ARDS)、肺水肿和肺炎等：正常肺泡气腔的减少，使肺顺应性下降。 3顺应性下降对病人的影响 肺顺应性下降后，为了维持原有的潮气量，就必须增 加跨肺压，因而使吸气力增加，呼吸肌作功也增加，严重时可导致呼吸衰竭。肺部疾病所 致的顺应性下降，在肺内各部分的变化并不一致。不同的顺应性可影响肺内气体分布，造成 V/Q比例失调，引起低氧血症。肺水肿时，肺顺应性下降，吸气时血管周围组织的压力变负，致使流
14、体自血管内流向血管周围组织。顺应性下降后，肺泡扩张受限，为了维持每分钟通气量，病人的呼吸表现为浅而快。 4顺应性增加对病人的影响 顺应性增加后，病人在潮气量呼吸时所需的跨肺压较小， 呼吸功也较小。由于跨肺压对维持小气道的通畅具有重要作用，跨肺压的下降可使小气道狭 窄闭锁，增加气道阻力导致肺内气体分布不均，严重限制呼气流速。如肺气肿病人的肺顺应性增加，功能残气量也增加，病人在肺过度充气的情况下进行呼吸。残气量和肺总量之比为正常的2倍，严重影响肺功能，最后可导致呼吸衰竭。 5顺应性在机械通气和呼吸监护中的应用 确定最佳PEEP水平：产生最大顺应性 的PEEP为最佳PEEP，并与心肺功能相一致，也就
15、是产生最大的氧运输和最小的死腔。肺顺应性可作为选择产生最佳气体交换的PEEP水平的指标。判断PEEP的治疗反应和ARDS 的时期。辅助诊断机械通气的并发症，肺顺应性的变化可发现机械通气的病人临床情况的 突然恶化，并提供某些支持性依据。客观评价胸部物理治疗的效果，胸部物理治疗后肺顺 应性的增加，这与小气道分泌物的清除与功能肺单元的增加有关。 (四)气道阻力 气道阻力(airway resistance，Raw)是非弹性阻力的主要成分，占呼吸功的30，次要成分为组织阻力，占5。在胸廓畸形、肺内肿物、胸膜炎、大量腹水等情况下组织阻力增加。呼吸道阻力是气体在流动过程中与呼吸道内壁之间发生摩擦所造成。流
16、速愈快，管径愈细，阻力愈大。呼吸道阻力通常以每秒(sec)内1L通气量所产生的压力差来表示： 气道阻力(Raw) = 压力差(kPa) 流速(L/S) (注：压力差为口腔与肺泡的压差) 在机械通气机的流速仪上，可测定气体流量，从而计算出Raw：(峰压力平台压力)气体流量。 由上述可知，当呼吸道阻力增大时，为了维持流速不变，需要更大的压力差，在自主呼 吸病人需增加吸气力量，应用通气机时要加大驱动压力。呼吸道阻力的正常值在成人吸气时 为017kPaLs(17cmH20Ls)，呼气时为019kPaLs(19cmH20L/S)，支气管阻塞时可增至1kPaLs(10cmH2O/L/S)，支气管平滑肌痉挛
17、、粘膜水肿、充血和分泌物的阻塞，导致管径变窄，产生紊流，均可使气道阻力明显增加。 肺容量对呼吸道阻力有重要影响，肺容量减少时，由于气道内径偏小，阻力增大，在很 低肺容量时，特别是在肺底，由于肺扩张不够，呼气时小气道可完全闭合，使部分气体滞留 于肺泡内，影响气体交换。高肺容量时，由于肺扩张，支气管内径增加，阻力减小，故COPD病人，残气量增加，在较高肺容量进行呼吸，以节省体力。 下列情况时气道阻力可增加： (1) 支气管哮喘： 哮喘发作时气道阻力增加， 而且在缓解期气道阻力也可较正常人高2 -3倍。呼气时气道阻力较吸气时为高。支气管哮喘时的阻力增加可被支气管扩张剂所缓 解。 (2) 肺气肿：气道
18、阻力常常增加，但受支气管扩张剂的影响并不明显。肺气肿时气道阻 力的增加主要是呼气时气道萎陷所致。其次，用力呼气时胸腔内形成正压，增加了对支气管 的压迫。第三，由于肺气肿时肺泡排空并不一致，增大的肺泡可压迫周围肺泡管，引起肺泡 管阻塞。 (3) 其他阻塞性通气障碍：由于慢性支气管炎、肿瘤、瘢痕组织等原因引起的阻塞性通 气障碍，均可引起气道阻力的增加。 (4) 医源性气道阻力的增加：气管插管或气管切开管的过长或过细，或管道内有阻塞 时，均可引起气道阻力的增加。 机械通气时机械力学监测 在通气机吸气及呼气管道内分别安置流量传感器和压力传感器，并接受吸、呼气时间信息，经电子计算器自动计算并将肺机械力学
19、各参数迅速显示于视屏。利用肺机械力学的各项指标，可更好判断机械通气的疗效，及时发现各种问题以避免严重并发症的发生。 (1)峰压力(peak pressure)：即气道峰压，是整个呼吸周期中气道的最高压力，在吸气末测得。正常值0916kPa(916cmH20)。机械通气过程中应努力保持峰压39kPa (40cmH20)，若高于此值，气压伤的发生率即显著增加。测定时手按吸气末屏气(inspiratory hold)钮，才能使测出值准确。 (2)暂停压(pause pressure)：又称吸气平台压，是吸气后屏气时的压力，如屏气时间足 够长(占呼吸周期的10或以上)，平台压可反映吸气时肺泡压，正常值
20、049127kPa(5 13cmH20)。机械通气期间应努力保持平台压343kPa(35cmH20)，若高于此值，气压伤 的发生率显著增高。近年认为：监测平台压比气道峰压更能反映气压伤的危险性。过高的平台压和过长的吸气时间也增加肺内血循环的负荷。 (3)吸气阻力(inspiratory resistance)：表示吸气末肺和气道对吸人气流的阻力。吸气阻力的计算为：(峰压一平台压)吸气末流量。正常值为0515kPaLs(5-15cmH20L S)。支气管阻塞、分泌物聚积、大气道异物均可使吸气阻力增加。 (4)呼气阻力(expiratory resistance)：表示呼气时肺和气道的阻力。呼气阻
21、力的计算：平台压一早期呼气压)早期呼气流量。正常值为：0312kPaLs(312cmHzOLs)。 呼气阻力明显高于吸气阻力为支气管阻塞表现，支气管哮喘、喘息型支气管炎均可致呼气阻力增加，吸气与呼气阻力之间的差异也可因不同气流导致测定值的变异。 (5)顺应性(compliance)：通气机自动显示的一般为肺和胸的静态总顺应性(Cst)，其 计算公式为： Cst = V/P = /压力改变= 呼气潮气量/ 正常值为50100mlcmH20。 急性呼吸衰竭、ARDS、肺水肿、严重肺炎等均可使Cst显著降低。肺气肿则Cst增高。当Cst25mlcmH20时，欲撤机是困难的。若患者原来顺应性很低，以后逐步恢复到3550mlcmHzO，说明病情在逐渐好转。 (6)呼气末肺内压(end expiratory lung pressure)：表示呼气末肺泡内压。呼气末肺内压与平台压一起提供了平均肺内压的指标。加用呼气末正压(PEEP)时，呼气末肺内压显示的数值比预置值更可靠，正常值：0kPa。没有预置PEEP而呼气末肺内压显示正值，表明患者 有肺内气体陷闭和内源性PEEP(PEEPi)。测定PEEPi时需按压呼气屏气钮(expiratory hold switch)，测定结果才较准确。
