呼吸力学

正常呼吸时的力
• 吸气相 – 动力 • 吸气肌收缩 – 阻力 • 弹性回缩力（R弹）
• 气体与气体、气体与 气道摩擦（R气道）
• 呼气相 – 动力 • 弹性回缩力 – 阻力 • R气道
被忽略的阻力：惯性阻力、粘滞阻力
呼吸系统:气道和肺泡的阻力
气道粘性阻力（Rrs) 肺泡弹性阻力(Ers)
肺通气的阻力
R = P / flow = 8l/r4
• 新生儿 • 婴儿 • 儿童 • 成人
气道阻力
30 - 50 mmHg/L/sec 20 - 30 mmHg/L/sec
20 mmHg/L/sec 2 - 4 mmHg/L/sec
非弹性阻力
气道阻力: 气体流经呼吸道时气体分子间和气体与气道壁之
间的摩擦力。主要分布于上呼吸道：鼻50% 、声门25%、 气管和支气管15%，细支气管及以下10%。
– 压力控制通气时，如吸气最后0.5秒的气流流速为零，则预设压力即为平台压 力
呼吸机气道压力的监测
• 平均压力：整个呼吸周期的平均气道压力，可间接反映平均
肺泡压力
• 呼气末压力
– 呼气即将结束时的压力，等于大气压或呼气末正压 – 在呼气末，如气道压力低于肺泡内压力，则与内源性呼气末正压有关
• 当吸气延长、呼气缩短时，呼气末肺泡内压仍为正压，即产生内源性呼气末 压力
测量MIP的阻断动作既可在呼气末容积位时完成(排除任何 PEEPe).
MIP结果的重复性不佳,应与其他参数一起来解释.
测定MIP: Marini氏方法–1的MIP, 在呼气末容积位阻塞气道开口处
20-25秒或10次用力后, 即可获得MIP.
提供吸气肌的强度, 用于评估病人是否需要通气支持. MIP>20 cmH2O考虑撤机
• 食道内压能较好地反映胸内压
– PTP（压力-时间乘积）
• 反映呼吸肌的努力程度 • 与呼吸氧耗的相关性好
• 与呼吸功耗有关的指标
– P0.1、RSBI=f/Vt、MIP…
最大吸气压(MIP,NIF)
吸气肌肉的力量可MIP来评估.此参数在最大吸气用力中相 当于吸气肌所产生的负压, 在气道开口处暂时阻塞作吸气来完成. 此参数标以PImax或NIP, 单位为cmH2O.
粘性
近似Raw
粘性
随Raw变化 而变化
粘性+弹性 巳逐渐彼
+惯性
Rrs所替
代
弹性(1/C) 同肺顺应性
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
Crs, st =
Vt
Wvent可由Paw和Vol来评估, Wpat可由Pes和 Vol计算而得.
克服粘性阻力所作的功(WOBresis)
a)
WOBresis是病人或呼吸机克服粘 性阻力所作的功
在CMV,恒流速通气的P-V环吸气
曲线呈’弓’形改变, 其所占面
积(AXB绿色)即是WOBresis
b)
a)阻力正常
b)气流阻塞, 吸气阻力增加, 呼气
呼吸力学监测的临床应用
机械通气时的呼吸力学监测
• 监测阻力 • 监测动力 • 监测功
对动力的监测
• 呼吸机所提供的正压 • 既要保证正压通气的疗效，
又要防止其负面影响
对阻力的监测
P
肺容积变化（ V）
气道峰压
用以克服
• C= 跨肺压变化（ P）
气道平台压
气道阻力（P1）
1 P2
用以克服 弹性阻力（P2）
气道在0.1秒时阻塞压(P0.1)
当阻塞<200 ms时, 病人无相关反应
P0.1是在气道开口处测量阻塞开始后第100 ms所测的Paw 下降值, cmH2O. 当脊髓, 呼吸神经, 神经肌肉接点和吸气肌未 损害, P0.1也可作为神经中枢驱动输出的指数.
高水平的P0.1`是明显说明病人的高工作负荷和高的中枢呼 吸驱动. 低的P0.1即中枢反应性降低, 在呼吸疾病, 低的吸气活动 或从呼吸中枢到呼吸肌肉中任何一个因素受损所致.
• R弹= C = Vt
t
• 平台压可以更好
F
地反映肺泡内压
P1
• R气道= Fpeak
t
吸气相
呼气相
关于呼吸力学环
• P-T、F-T、V-T曲线的两两组合形成环
– P-V环 – F-V环 – P-F环
• 压力-容量环（P-V环）应用较为普遍
– 反映呼吸系统顺应性 – ARDS时指导设定PEEP和PIP
• CL与压力呈负相关,与容 量呈正相关.
• 静态CL反映肺组织弹性 阻力.
• 动态CL反映肺弹性阻力 外另受气道阻力影响.
当肺因弹性回力向内的力量和胸壁向外的力量相平衡时，呼吸 肌完全松弛，胸腔内净压力为0，此时即功能残气位，肺内的含 气量即FRC。即PEEP位, PEEP增加, FRC亦增加.
病理性的肺顺应性
呼吸阻力举例
痉挛
分泌物过多 分泌物过多
粘膜水肿
花生米→
肺气肿肺泡挤压
专业术语
阻力名称 符号 气道阻力 Raw
肺阻力
RL
呼吸阻力 Rrs
呼吸总阻抗 Zrs
肺弹性阻力 Ers,EL
存在部位
气道
气道+肺组织 气道+肺组织 +胸廓 气道+肺组织 +胸廓
肺组织
物理 持性
临床意义
粘性
直接反映气 道阻塞情 况
u The difficulty is finding
the ?Sweet Spot?
Froese AB, Crit Care Med 1997; 25:906
低位拐点、高位拐点
传统通气
保护性通气
•PEEP高于低位拐点 2-3cmH2O •PIP不超过高位拐点
以呼吸力学为核心的机械通气
呼吸功能不全或衰竭的 病理生理改变 呼吸力学改变
肺通气的动力是气体流速流经气道和进入肺泡所需要 克服粘性阻力和弹性阻力所产生的压力 .
非弹性阻力，包括气道阻力，惯性阻力和组织的粘性 阻力，占总阻力的30%.弹性阻力（肺和胸廓的弹性阻 力），占总阻力的70%,是平静呼吸时主要阻力.
1.弹性阻力和顺应性: 弹性组织在外力作用而变形时， 有对抗变形和弹性回缩的倾向，为弹性阻力. 以顺应 性（compliance）来测量弹性阻力。顺应性是指在外 力作用下弹性组织的可扩张性.
2. 弹性阻力(R)可用顺应性(C)的倒数来表示：通常以 单位压力变化引起的容积变化来表示
气道阻力
阻力
• R = P / flow
Pin
Pout
flow R
吸气阻力
PIP
Pplat
层流和湍流
层流↑ 湍流↑
气道对气体流速(量)所存 在的阻力,(cmH2O/L/S)呼 吸机输送气体到肺泡所须 的压力,以克服此阻力.
阻力决定于气道的长度、 内径、分叉和内壁情况, 及气体流速的形态.
形态呈层流即阻力低. 湍 流产生漩涡而阻力高.
阻力尚决定于流速大小呈 正相关.
吸气阻力
• Hagen-Poiseuille定律 P = flow x 8l/r4 层流
• Venturi定律 P = flow2 x Kl/r2 湍流
层流
测量P0.1必须在正常呼吸的呼气相结束时阻塞气道开口处.
测量需用压力触发,且呼吸机不在呼吸回路中提供气流 (flowby ,bias flow).
总结
• 呼吸力学是机械通气患者的重要监测参数
• 呼吸力学监测有助于病理生理异常的诊断 及治疗效果监测
• 呼吸力学有助于理解新的呼吸模式
• =RxC • 测定肺组织充盈或排空的速度 • 反映肺组织对压力变化的反应速度
时间常数()
Pressure
吸气相
呼气相
Time/Tau
呼吸功(Joule/L,J/min)
呼吸功(WOB) = 压力 ｘ∆Vol.呼吸机压力和呼 吸肌肉产生的压力混合所致.
呼吸功=通气机所作的功(Wvent)和病人所作的 功(Wpat)
• 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
– 气胸, 膈肌抬高
肺顺应性
高顺应性 低顺应性
• 肺顺应性代表肺的扩张 性,它是肺容量改变随肺 泡压力改变而变 化.CL=△V/△P
• 气道阻力(Resistance)
– 吸气阻力 – 呼气阻力
• 呼吸功(WOB)
•…
呼吸机气道压力的监测
• 峰值压力
– 呼吸机送气过程中的最高压力 – 容量控制通气时取决于肺顺应性、气道阻力、潮气量、峰值流速和气流模式 – 压力控制通气时，气道峰值压力水平与预设压力水平接近
• 平台压力
– 平台压力为吸气末屏气0.5秒（吸气和呼气阀关闭，气流为零）时的气道压力， 与肺泡峰值压力较为接近
PulmAoRnaDrSy 时Inj的uryP-SVe环quence
u There are two injury zones during mechanical ventilation
? Low Lung Volume Ventilation tears adhesive surfaces
? High Lung Volume Ventilation over-distends, resulting in ?Volutrauma ?
呼吸力学测量: Paw
Paw是呼吸机应用在呼吸系统的力量反映了呼吸机 和呼 吸系统之间的关系 传感器位置是各有不同气道开口处 (即 Y 形管处 Paw,o)或回路末端 ，缺点暴露在湿度和分泌物中 传感器位于呼吸机的吸，呼气端，气体干燥清洁， 但测 试结果比Paw,o 稍差?
时间常数
时间常数()
Pplat PEEP
呼吸系统顺应性
• 新生儿 • 婴儿 • 儿童 • 成人
3 - 5 ml/mmHg/kg BWt 10 - 20 ml/mmHg/kg BWt 20 - 40 ml/mmHg/kg BWt 70 - 100 ml/mmHg/kg 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
因气道陷闭尚增加了呼气
阻力,吸气肢呈弓形绿色
c)
面 积增加
c)限制性疾病:阻力正常
WOBtotal=WOBelas+WOBLeabharlann Baiduesis
对功的监测（1）
容量
W吸气=P×△V
容量
容量
R气道↑ 压力
正常 压力
C↓ 压力
对功的监测（2）
• 区分W患者和W呼吸机
– 患者吸气相用力使胸内压下降 – 食道内压力测定
气道粘性阻力包括: 粘性阻力和惯性阻力,占30%，其中气道粘性阻力
占90%以上。非弹性阻力只在气体流动时产生，为动态 阻力.
不论吸气还是呼气，非弹性阻力均阻碍通气，因此既 是吸气阻力，又是呼气阻力。
气道阻力
产生一定气流流速所需要的压力差可以反映气道阻力
（Raw）。可用以下公式表示：
Raw=(口腔压 – 肺泡压)/
通气策略
模式 有创通气
参数 无创通气
呼吸力学监测
监测指标
• 气道压力(Pressure)
– 吸气峰压(PIP) – 平台压(Pplat) – 呼气末正压(PEEP)
• 气流流速(Flow)
– 吸气流速 – 呼气流速
• 气体容积(Volume)
•…
反映指标
• 顺应性(Compliance)
– 呼吸系统顺应性 – 肺顺应性 – 胸廓顺应性
呼吸力学及监测
与呼吸相关的力学概念
•力 – 物体之间的相互作用 – 使物体获得加速度和发生变形
•功 – 力使物体沿力的方向通过一段距离
• 动力 – 导致作功的力
• 阻力 – 阻碍物体运动的力
基础:运动方程示意图
M:有一定质量物体. F:使M向前移动的力. K:牵拉M的弹簧,因弹性 回缩力而产生的阻力称弹性阻力. R:M移动时与表面摩擦而产生的 摩擦阻力称粘性阻力. 物体移动和加速时尚有惯性阻力(在呼吸阻 力中可忽略不计). F=F弹+F摩+F惯 呼吸系统: F相当于吸气用力. M+K=胸廓-肺,它的位移距离是肺容 积变化(ΔV).位移速度即气体流量(V’),弹性阻力K以顺应性倒数表 示(1/C). 气体流经气道的摩擦力是气道阻力(R), 呼吸运动方程: 气体流动靠压力差推动. P=P摩+P弹 , Paw=R×V’ + 1/C×ΔV.
气道阻力的单位是以cmH2O/L/s表示。 在病理情况下，如支气管哮喘、慢性支气管炎、肺气
肿患者，常表现有气道阻力的增加，故可通过
Raw了解病情的变化。而在使用呼吸机过程中若
导管扭曲或痰液堵塞气道阻力均增加.
影响气道阻力的因素：
a.气道半径（r）的影响
R∝1/r4
b.气流流速：流速大，阻力大。
c.气流形式:层流-阻力小；湍流-阻力大。