应力与应变-呼吸机相关性肺损伤的力学机制

避免呼吸机相关肺损伤
PIP=14 PIP=45
PIP=45
Tierney Am Rev Respir Dis. 1974,110:556-565.
肺损伤的发生机制
• 容积伤 • 气压伤 • 萎陷伤 • 生物伤
4.0
Pressure wedge
3.0
2.0
1.0
0.0 0
2
4
6
8
Shear force
控制潮气量 = 控制Strain • Strain = Vt / FRC (EELV)
ARDS潮气量设定与ARDS严重程度相关
内容提要
• 机械通气现状与肺保护策略 • 潮气量与应变 • 平台压与应力 • 小结
保护性通气改善预后与平台压相关
control groups (high VT)
low VT groups
N Engl J Med. 2015;372:747-55.
Survival in patients under ―protective‖ ventilator settings
Decreases in ΔP owing to changes in ventilator settings were strongly associated with increased survival.
应力
• Stress(应力)
• 是每单位面积上用以平衡和 对抗外部作用力而产生的内 部反作用力分布
• 跨肺压
External load (action) =
Stress
Action Reaction
Reaction (stress)
Ptp的升高会导致肺泡的过度膨胀
P=0 P=5 P=10 P=20 P=30
6ml／Kg－－小潮气量 非重力依赖区肺泡依然过度膨胀
汤睿 黄英姿 中大医院重症医学科
ARMA研究中，对于基础呼吸系统顺应性不同的患者， 6ml/kg的潮气量对于病死率的影响不同
Crit Care Med, 2007, 35:1509–1516.
平台压较高、顺 应性明显减低时 小潮气量通气获
益更明显
recommended Pplat limit < 35
Plateau pressures should be ≤ 30 cmH O
For ARDS pats
2ຫໍສະໝຸດ Baidu
High Vt could induced high mortality
Plateau pressure higher than
2
30cmH O increase mortality
Intensive Care Med, 2012, 38:240-7
Strain<0.27 avoid VILI?
Intensive Care Med, 2012, 38:240-7.
The effects of low tidal ventilation on lung strain correlate with pulmonary compliance
Quartile of
Pplat
AJRCCM 2005,172: 1241-5.
肺保护性通气策略
• 小潮气量和限制平台压是不够的 • 控制应力和应变
EELV(FRC)与肺顺应性正相关
Xie Jianfeng. Unpublished Data
• Because Crs is strongly related to the volume of aerated remaining functional lung
潮气量设置与肺的严重程度有关
• 重症ARDS • 大量肺泡塌陷 • “小”潮气量
仍过度膨胀 • 潮气量应更小
• 更小潮气量 • 肺泡通气降低 • 肺泡塌陷 • 分流增加 • 高碳酸血症
• ARDS肺顺应 性、肺不均一 性个体差异显 著
6ml／Kg的“小”潮气量不适合所有ARDS
应变
• Strain(应变) • 由于应力导致的肺部结构的
Stress (Plung): esophageal pressure Strain (Vt/FRC): FRC at zero PEEP
平台压均<28cmH2O-No VILI？
Xie Jianfeng. Unpublished Data
No obvious ―safe‖ Pplat
Tidal Volume reduction lowers mortality at every Pplat
Am J Respir Crit Care Med. 2008; 178(4):346-55.
应力和应变的关系
Stress = K x Strain
K=angle Strain
K=13.5 cmH2 O PLung when VT =FRC
Stress: PLung = Paw-Ppl = Paw-Pes Strain (end-inspiratoryT): V /FRC(EELV)
ΔP = VT/CRS<16 避免肺损伤！
N Engl J Med. 2015;372:747-55.
小结
• ARDS患者需要实施保护性通气
• 目前的小潮气量和控制平台压对于肺保护是不 够的
• 需要控制应变和应变
Thank you
小潮气量通气是ARDS肺保护性通气策略的重要内容
6ml/kg潮气量：肺泡过度膨胀
30例患者 VT 6ml/kg 吸气末和呼气末CT
20例 10例
正常通气区 69.9% 23.1%
过度膨胀区 8.1% 63.0%
肺保护性通气策略面临困境
Am J Respir Crit Care Med, 2007, 175: 160-166
Marini and Gattinoni Crit Care Med 200
6ml/IBW的小潮气量 Pplat<30cmH2O---安全吗？
Strain = VT /FRC
Pplat = Plung + Pcw Stress
• VT 6 ml/kg, Pplat <30 cm2H O = less stress and strain
平台压≠跨肺压
由于E /(E +E )个体差异明显，平台压≠跨肺压
L LW
控制跨肺压 = 控制Stress
Am J Respir Crit Care Med, 2008, 178:
For a given Pplat transpulmonary pressure (i.e. stress) differs considerably among patients
N Engl J Med. 2015;372:747-55.
N Engl J Med. 2015;372:747-55.
N Engl J Med. 2015;372:747-55.
Relative risk of death associated to increments in
∆P within each of the trials
Vt decreased over time
39%
69%
77%
AJRCCM, 2013,188,220-30
PEEP increased over time
PEEP
7 6 5 4 3 2 1 0
1998
2004
2010
AJRCCM, 2013,188,220-30
机械通气的临床目标
保证气体交换：可接受的氧及二氧化碳
• Driving pressure (ΔP = VT/CRS) would be an index more strongly associated with survival than VT or PEEP
• Multilevel mediation analysis to analyze individual data from 3562 patients with ARDS enrolled in nine previously reported randomized trials
应变>0.27—VILI
Setting individual Vt based on compliance and strain
Xie Jianfeng. Unpublished Data
潮气量的设置如何减缓VILI
• 应根据ARDS病变的严重程度个体化设置Vt
– P/F-受多种因素影响-不能反映肺泡过度膨胀 – 呼气末肺容积 – 肺顺应性
Am J Respir Crit Care Med Vol 177. pp 1215–1222, 2008
Am J Respir Crit Care Med Vol 175. pp 160–166, 2007
使肺泡扩张的压力是跨肺压
促进肺泡扩张的压力=气道内压力-胸膜腔压力
气道内压力
胸膜腔内压力
Vt 不变
FRC (EELV)明显降低（降低>50%）
Strain 增加>1倍
Ventilation according to lung size
6名健康志愿者，12名ALI患者 测定肺组织应变 Strain=Vt/EELV 测定肺泡灌洗液中炎症介质 肺泡灌洗液中IL-6、IL-8浓度随着肺组织应变的增加而增加
Pressure
机械通气的肺保护策略
• 容积伤：Vt<6ml/IBW？
• 气压伤：Plat<30cmH2 O？ • 萎陷伤：合适的PEEP？ 4.0
• 生物伤
3.0
2.0
Pressure wedge
1.0
0.0 0
2
4
6
8
Shear force
Pressure
内容提要
• 机械通气现状与肺保护策略 • 潮气量与应变 • 平台压与应力 • 小结
1850 A.D
Technology Advances
1850
1925
2000
Physiology/Iatrogenesis/Philosophy
1970
1980
1990
2000+
Increased use of PSV mode during MV
2004
AJRCCM, 2013,188,220-30
Am J Respir Crit Care Med Vol 172. pp 1241–1245, 2005
肺顺应性与小潮气量
6ml/kg潮气量不 适合所有患者
肺顺应性低(＜0.6mL/cmH O/kg)，小潮气量降低病死率 肺顺应性高(＞0.6mL/cmH22O/kg)，小潮气量增加病死率
Crit Care Med ,2005,33:1141-1142
• 19 ARDS pats • Chigh VS. C low • 0.6 ml/cmH2 O·kg • ARDS Net PEEP/FiO2
table • VT at baseline and at 6, 8,
10 and 12 ml/IBW • Strain=Vt/EELV
Xie Jianfeng. Unpublished Data
形变称为应变 • 应变定义为在初始状态基础
上尺寸或形状的变化 • Strain = VT /FRC
Strain Minimal Strain
呼吸力学 vs Strain
VT不是应变
Am J Respir Crit Care Med 2008, 178：346–355
呼吸力学 vs Strain
Strain：Vt/FRC (EELV)
呼吸机相关肺损伤的力学机制 ---应力与应变
内容提要
• 机械通气现状与肺保护策略 • 潮气量与应变 • 平台压与应力 • 小结
Mechanical Ventilation: Historical Overview
Physiologically Naïve Period
<1000 B.C.
1000 A.D