机械通气基础知识

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机械通气
Mechanical Ventilation
朱桂军
河北医科大学第四医院ICU 朱桂军
基本概念
• 呼吸支持技术 (respiratory support technique)
• 机械通气 (mechanical ventilation )
• 正压通气 (positive pressure ventilation)
• 压力 • 流速 • 容量 • 阻力
• 相互作用
• 静止状态:压力和容积的关系 • 流动状态:压力、阻力和流速的关系
呼吸系统的基本特性
• 气道阻力:
层流;湍流,管径 Raw=8ηl/(πr4)
• 呼吸系统顺应性
静态顺应性;动态顺应性 胸廓顺应性;肺顺应性
• 时间常数(τ)
τ=Cst×Raw
呼吸机:呼吸力学的体现
BWt
呼吸系统顺应性
• 静态顺应性
• 无肺部疾患的气管插管患者 50 - 70 ml/mmHg
• 动态顺应性
• 极少应用
呼吸系统顺应性
导致顺应性下降的原因 • 肺实质改变
• ARDS, (支气管)肺炎, 肺水肿, 纤维化
• 表面活性物质功能障碍
• ARDS, 肺泡肺水肿, 肺不张, 误吸
• 肺容量减少
Iron lung polio ward at Rancho Los Amigos Hospital in 1953.
机械通气机
• a conventional volume ventilator,
a PuritanBennett model 7200
呼吸生理基础
机械通气既是一门技术,又是一种 “艺术”,除了有关的临床及医用电子 技术知识外,“呼吸生理学”实际上是 机械通气的“灵魂”,是否对呼吸生理 有全面深入的理解,是运用机械通气成 败的关键之一。
改善肺顺应性:肺泡复张 降低肺顺应性:肺泡过度扩张
正压通气对呼吸系统的影响
对换气的影响
通气血流比(V/Q)
改善:改善肺泡通气,减少分流 恶化:肺泡过度充气,心输出量降低;肺泡低通气
弥散
增加:减轻肺水肿,增加FRC和提高压力梯度 降低:回心血量减少,使肺血管床容积下降
机械通气对肺循环的影响
• 气胸, 膈肌抬高
时间常数
• 力学变化的函数关系
吸气过程属指数增长函数 呼气过程属指数减少函数
• τ是描述函数特征的时间常数,反应了整 个呼吸系统的力学特征
τ=Cst×Raw
时间吸气常和数呼气过程中容积改变和τ的关系
时间常数(τ) 增长函数(%Vt) 减少函数(%Vt)
0
0
100
1
63.3
36.7
平均气道压>7cmH2O或PEEP> 5cmH2O
肺的力学性质 前负荷 心脏的功能状态
健康心脏:主要与前负荷有关 心功能不全:?
正压通气治疗左心功能不全
• 降低前负荷 • 降低后负荷:降低心室跨壁压 • 减少呼吸功耗,改善氧合 • 为吗啡、安定等药物的使用保驾
正压通气对DO2的影响
DO2由呼吸、循环和血红蛋白水平共同决定
• 根据需要进行呼吸支持 • 力学测量反应呼吸系统的力学特征 • 波形分析:人机互动,存在的问题 • 应用原则:人机协调,机随人走 • 最终目标:成功脱机
呼吸机力学工作原理
运动方程(equation of motion)
P= V×R + VT/C + PEEP
P驱动压,V流速,R气道粘滞阻力,VT潮气量,C 顺应性
• 平台压 • 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 • 临床严格限制平台压<
35 cmH2O
顺应性
C = V / P
P
PIP – PEEP
V
Pplat – PEEP
t
Vt
t
呼吸系统顺应性
• 动态顺应性
Vt
Crs, dyn = Ppeak PEEP
• 静态顺应性
Vt
Crs, st = Pplat PEEP
正压通气的生理学效应
• 原发与继发 • 双向性 • 全身性
机械通气的应用指征
➢ 通气泵衰竭:呼吸中枢冲动发放减少和传导障碍; 胸廓的机械功能障碍;呼吸肌疲劳
机械通气的开始
• 1952年 Denmark
• 脊髓灰质炎流行 • Blegdam Hospital
• 31名呼吸肌麻痹患者 • 27名相继死亡
• 麻醉科医生Bjan Ibsen
气管插管
机械通气的开始
• 75名病人手法通气 • 24小时内
• 动员250名医学生用手捏气囊 • 260名护士参加床边护理 • 消耗250筒氧气 • 27名工人更换氧气筒 • 死亡率从87%降低到40%以下
• 动物实验证实,PEEP的应用,对肺水肿 实验动物病变部分能有效改善换气、减少 分流;而正常肺组织则过度膨胀,血流减 少
机械通气对气道加湿加温的影响
• 清除异物和气体的加温加湿是上呼吸道的 主要作用
• 吸入气体最佳条件:温度25℃ -35℃ 、 相对湿度100%、绝对湿度30-40mg/L
• 过冷及干燥的气体,致气道黏膜干燥,分 泌物粘稠、潴留;同时影响肺表面活性物 质的分泌,最终导致肺不张、肺炎
20 mmHg/L/sec 2 - 4 mmHg/L/sec
气道阻力增加的原因
• 分泌物过多 — 分泌物潴留 • 粘膜水肿(哮喘, 气管炎, 肺水肿) • 肺气肿(气道压迫) • 异物 • 肿瘤所致狭窄
气道峰压(PIP)和平台压 (Pplat)
• PIP: 当呼吸机向患者送气时,气道压力迅速升高, 当吸气末气道压力达到的最大值即为PIP。
Resistance = airway resistance Compliance = compliance of the entire system (lungs, hoses etc.)
P= V×R + VT/C + PEEP
P= V×R + VT/C + PEEP
气道阻力(Raw)
• 概念:气体在气道内流动所产生的磨擦 力。具有流速和容积依赖性;分为吸气 阻力和呼气阻力。
自主呼吸与正压通气的差异
• 自主呼吸随机体情况变化而变化 • 时间-压力曲线上观察:
Pa
Pa
Te
Ti
T
T
机械通气对机体脏器功能的影 响
呼吸系统
清醒状态自主呼吸
麻醉状态自主呼吸
肌松状态正压通气
正压通气对呼吸系统的影响
对通气的影响:
肺泡通气量增加,减少呼吸功
呼吸肌废用性萎缩
对气道阻力的影响 对肺力学性质的影响
DO2 = CaO2 × CO
(CaO2 = Hb×SaO2×1.34 + PaO2×0.0031)
DO2直接与组织氧供有关,在调节通气参数 时需应兼顾呼吸与循环系统
正压通气对肺Leabharlann Baidu伤的影响
加重肺损伤
肺保护性通气策略
减轻肺损伤
正压通气对其他脏器的影响
肾脏 消化系统 中枢神经系统 ——继发于呼吸-循环系统
• 呼吸力学 床旁呼吸力学监测 • 呼吸机工作原理及各自特点 • 临床实践,床旁观察
机械通气学习中的误区
• 过分夸大机械通气的治疗作用
• 忽略综合治疗的作用 • 忽略机械通气并发症及防止方法
• 过分依赖通气模式与参数的调节
• 忽略查体 • 忽略病理-生理的学习
呼吸机的基本原理
---呼吸机本质上是一种气体开关
肺血流分布模式图
肺循环为低压循环, 容易受重力的影响, West等根据肺泡压 ( PA ) 及 肺 动 脉 压 ( Pa ) 、 肺 静 脉 压 ( Pv ) 的 相 互 关 系 , 将肺分为三个相限/ 界面(Zone)
机械通气对肺循环的影响
• PA在肺内无差异,受重力影响Pa及Pv变 化较大,直立状态下肺尖部位 PA>Pa>Pv , 肺 毛 细 血 管 受 肺 泡 压 影 响 而无血流,形成肺泡死腔;正常自主呼吸 状态无此表现,多出现在人工呼吸或低血 容量的情况。
呼吸系统顺应性
静态顺应性
总顺应性(Crs):肺容积改变/经胸廓压 肺顺应性(CL):肺容积改变/经肺压 胸壁顺应性(Ccw):肺容积改变/经胸壁压
动态顺应性
肺容积改变/峰压-PEEPtotal
呼吸系统顺应性
• 新生儿 3 - 5 ml/mmHg/kg BWt • 婴 儿 10 - 20 ml/mmHg/kg BWt • 儿 童 20 - 40 ml/mmHg/kg BWt • 成 人 70 - 100 ml/mmHg/kg
• Raw = P / flow
• P = flow x 8ηl/r4 (Hagen-
Poiseuille
定律)
• Raw = P / flow = 8ηl/r4
气管插管对阻力的影响
气道阻力(Raw)
• 新生儿 • 婴儿 • 儿童 • 成人
30 - 50 mmHg/L/sec 20 - 30 mmHg/L/sec
• ZoneⅡ最为理想Pa>PA>Pv ,符合生 理状态
• ZoneⅢ时Pa>Pv>PA,血流与气道压力 无关,仅由肺毛细血管动静脉压力差
机械通气对肺循环的影响
• 值得注意的是:理论上肺动脉高压的患者 应用PEEP,不应造成ZoneⅠ的出现或 增加,且可能减少或抑制漏出,改善肺水 肿;实际上ARDS等患者肺病变并非是均 匀一致的,正常肺组织可能受PEEP影响 而导致ZoneⅠ的产生
肺的容积划分
呼吸器官的压力
肺泡通气及无效腔
• 解剖无效腔 120-150ml • 每次呼吸进出终末呼吸单位的气量称为
肺泡通气量(VA)
每分通气量(MV)=潮气量×呼吸频率 每分肺泡通气量=(潮气量-无效腔)×呼吸频率
• 静态死腔与动态死腔 • 生理无效腔
呼吸力学的基本内容
流体力学特性
• 基本要素
2
86.5
13.5
3
95.1
4.9
4
98.2
1.8
5
99.3
0.7
机械通气波形类型
压力、流速、容量和时间4个基本参数两两组合, 构成2种类型6种平面直角坐标图,即:
• 3 Scalars
• Pressure-time • Flow-time • Volume-time
• 3 Loops
• Pressure-volume • Flow-volume
• 通气机(ventilator) 呼吸机(respirator)
机械通气的概念
对象:自然通气和/或氧合功能出现障碍 器械:主要是呼吸机(ventilator) 目标:恢复有效通气并改善氧合 目的:是为治疗原发病争取时间
学习机械通气的方法
• 呼吸生理学 基础 • 注重病理-生理理论与知识的学习
• 病人的病理-生理 • 机械通气的病理-生理学效应
• 温度过高状态下加温,易导致湿度过大, 稀释肺表面活性物质,使其活性减低
对循环系统的影响:心肺交互 作用
胸内压变化 • 静脉回流障碍:前负荷↓ • 肺容积变化 心脏及大血管受压(类心包填塞): 充盈受限 肺血管受压,右心负荷增加
——CO↓,SBP↓
对循环系统的影响:心肺交互 作用
气道压力 血流动力学改变
Scalars
Flow vs. time
Volume vs. time
Pressure vs. time
Loops
P-V Loop F-V Loop
P-F Loop
Control
Assisted
Spontaneous
正压通气的生理学效应
自主呼吸与正压通气的区别
• 气体分布不同 • V/Q不同 • 对心血管系统影响不同 • 呼吸功耗不同 • 人机协调性不同
• 潮气量 • 胸肺顺应性 • 总呼吸末正压
• 流速或气道阻力对气道峰压产生影响,但对平台压无影响 • 顺应性的变化对气道峰压和平台压都产生相同影响
气道峰压及平台压的临床意义
• 气道峰压 • 气道峰压是设置压力报
警限的根据 • 实际气道峰压之上
5~10cmH2O • <45cmH2O为宜 • 气道峰压与气压伤关系
机械通气的开始
机械通气的开始
机械通气的开始
• 负压呼吸机(“铁肺”)
• 1928年Boston儿童医 院无创通气首次用于临床
• 20世纪40至50年代脊髓 灰质炎爆发流行时广泛使 用
• 正压呼吸机
• 1955年麻省总医院首次 使用有创通气
• 现已成为机械通气的标准
The iron lung created negative pressure in abdomen as well as the chest, decreasing cardiac output.
• Pplat: 在吸气末(当设定的潮气量输送完成后)呼气 前,不再供给气流,气道压从峰压有所下降, 形成一个平台压。吸气末暂停时间:<呼吸周期 的20%
PIP和Pplat的影响因素
• PIP的影响因素
• 气道和气管内导管阻 力
• 吸气流速 • 潮气量 • 胸肺顺应性 • 总呼气末正压
• Pplat的影响因素
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