呼吸機(jī)基本波形詳解

呼吸機(jī)基本波形詳解流速測(cè)定流速通常在呼吸機(jī)環(huán)路（從進(jìn)氣口到呼氣閥之間的管道）中測(cè)知，流量感應(yīng)器根據(jù)設(shè)計(jì)類(lèi)型不同而有些許差異，但大部分都可以測(cè)量一個(gè)較大的范圍（-300+150LPM），但會(huì)由于假呼吸運(yùn)動(dòng)、水氣、呼吸道分泌物等而影響其準(zhǔn)確性。流速波有兩個(gè)組成部分：吸氣波和呼氣波，它描述了流速大小、持續(xù)時(shí)間和機(jī)控呼吸下的流速釋放方式（正壓通氣），或者病人自主呼吸下的流速大小，持續(xù)時(shí)間和流速需求。我們先介紹機(jī)控呼吸的吸氣波，然后是自主呼吸的，等掌握了基本原理，再來(lái)討論呼氣波形。吸氣流速波機(jī)控呼吸圖1是一個(gè)假設(shè)呼吸機(jī)給于恒定流速的一次機(jī)控呼吸的吸氣流速波（方波），虛線部分是呼氣波，我們會(huì)在后面介紹圖1 吸氣流速波機(jī)控呼吸 呼吸機(jī)送氣開(kāi)始 開(kāi)始吸氣取決于以下兩點(diǎn)：1)到達(dá)了預(yù)設(shè)的呼吸周期時(shí)間，即“時(shí)間循環(huán)”2）病人吸氣努力達(dá)到了觸發(fā)輔助通氣的閾值，通常是一個(gè)吸氣負(fù)壓或吸氣流速增量，即“病人循環(huán)”。前者常出現(xiàn)在控制呼吸模式，后者常出現(xiàn)于輔助呼吸模式 吸氣峰流速 在容控性呼吸機(jī)上，預(yù)設(shè)流速是很有必要的，流速設(shè)置也可以設(shè)置潮氣量和吸氣時(shí)間來(lái)間接得到。假設(shè)設(shè)置了一個(gè)恒定流速的容控性呼吸機(jī)（如圖一），峰流速就是設(shè)置值。當(dāng)流速不恒定，即流速波形是曲線波，流速在吸氣時(shí)不同時(shí)間點(diǎn)上表現(xiàn)為不同的值。此時(shí)中間流速或稱(chēng)平均流速通過(guò)下式計(jì)算：流速（LPM）=潮氣量（L）/時(shí)間（S）X60 吸氣末停止送氣 這個(gè)轉(zhuǎn)換可能達(dá)到了預(yù)期的容量送氣、流速、壓力或吸氣時(shí)間 吸氣流速的持續(xù)時(shí)間 常與吸氣時(shí)間相應(yīng)，容控呼吸機(jī)上，吸氣時(shí)間常取決于預(yù)設(shè)的潮氣量、峰流速和流速釋放方式（波型:如遞減波），有的也可以直接設(shè)置。因此，吸氣時(shí)間可以長(zhǎng)于峰流速持續(xù)時(shí)間，尤其當(dāng)應(yīng)用吸氣暫停時(shí)。 整個(gè)呼吸周期時(shí)間（TCT）取決于預(yù)設(shè)的呼吸次數(shù) TCT=60/Rate圖1的流速波型是方波，從吸氣開(kāi)始即達(dá)到峰值，直到吸氣末都是一個(gè)恒定值，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，像圖1那樣“真正的”方波是不可能達(dá)到的，因?yàn)榱魉佥斔拖到y(tǒng)都有一個(gè)固定的延遲時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，流速?gòu)?達(dá)到預(yù)設(shè)的峰流速。同樣，在吸氣末流速?gòu)姆逯到抵?也需要一段時(shí)間。延遲時(shí)間效應(yīng)會(huì)在吸氣開(kāi)始和吸氣末使波形出現(xiàn)輕微的傾斜。（圖2）圖2 恒流速波形延遲時(shí)間效應(yīng)在早期低驅(qū)動(dòng)壓高內(nèi)部順應(yīng)性的呼吸機(jī)，氣流輸送受到環(huán)路回縮力的影響很大，新一代呼吸機(jī)設(shè)計(jì)了低內(nèi)部順應(yīng)性和高驅(qū)動(dòng)壓力，使環(huán)路回縮力對(duì)送氣的影響減少了。在一個(gè)較高的吸氣峰壓下，峰流速逐步減小，會(huì)導(dǎo)致吸氣時(shí)間的延長(zhǎng)。如圖3，實(shí)線是受環(huán)路回縮力影響后的波形，虛線是“真正的”方波，兩者包圍的面積相同，即潮氣量相同。圖3 恒流速波形受環(huán)路回縮力的影響近來(lái)，越來(lái)越多的新一代容控型呼吸機(jī)具備了一些其他可選擇的波型，包括遞增波、遞減波和正弦波（圖4），在預(yù)設(shè)同一個(gè)峰流速下，不同的波形會(huì)導(dǎo)致吸氣時(shí)間改變，而曲線包圍的面積即潮氣量是不變的。圖4 流速波形可選擇波型吸氣流速波自主呼吸自主呼吸流速波形（圖5）的特點(diǎn)通常取決于病人呼吸需求的特點(diǎn)。就是說(shuō)，波形大小、持續(xù)時(shí)間與病人的呼吸需求相對(duì)應(yīng)。此時(shí)由于沒(méi)有預(yù)設(shè)值，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間對(duì)波形的影響非常小，通常波形類(lèi)似于正弦波。（沒(méi)有使用壓力支持等輔助手段）圖5吸氣流速波自主呼吸 吸氣開(kāi)始 吸氣流速大小 吸氣結(jié)束 吸氣流速持續(xù)時(shí)間（吸氣時(shí)間）呼氣流速波呼氣，不論是機(jī)控或是自主呼吸，都是一個(gè)被動(dòng)的過(guò)程。呼氣流速波的大小、持續(xù)時(shí)間、形狀取決于順應(yīng)性，順應(yīng)性包括病人順應(yīng)性和呼吸機(jī)環(huán)路順應(yīng)性。呼吸機(jī)環(huán)路順應(yīng)性受到環(huán)路長(zhǎng)度、材質(zhì)、型號(hào)（內(nèi)徑）的影響，并且，氣流通過(guò)呼氣閥時(shí)的阻力（容量測(cè)算系統(tǒng)）也是重要因素。病人肺順應(yīng)性改變或呼氣時(shí)動(dòng)用呼吸肌，都會(huì)對(duì)波形產(chǎn)生影響。圖6是一個(gè)機(jī)控吸氣動(dòng)作（虛線）后的呼氣流速波形。在呼吸機(jī)測(cè)算中呼氣流速在0基線以下。圖6 呼氣流速波 呼氣開(kāi)始 呼氣峰流速 呼氣峰流速在機(jī)控呼吸和自主呼吸時(shí)是不盡相同的，因?yàn)橥ǔC(jī)控呼吸潮氣量比自主呼吸的大，所以在正壓通氣下，機(jī)控呼吸的呼氣峰流速比自主呼吸的要高。 呼氣結(jié)束 在這個(gè)點(diǎn)上于下一個(gè)機(jī)控吸氣相連接，這對(duì)于評(píng)定吸呼比（I:E）有重要意義，而且此時(shí)有產(chǎn)生氣道陷閉的可能。 呼氣流速的持續(xù)時(shí)間 與有效呼氣時(shí)間不同 有效呼氣時(shí)間 即整個(gè)呼吸周期時(shí)間減去實(shí)際的吸氣時(shí)間 TCT 整個(gè)呼吸周期時(shí)間病人呼氣阻力對(duì)呼氣流速波的細(xì)小影響會(huì)得到修正，而呼氣流速波的明顯變化常體現(xiàn)了病人順應(yīng)性的改變、氣道阻力明顯變化或是病人煩躁動(dòng)作。例如呼氣阻力增大（分泌物堆積甚至氣道阻塞）會(huì)降低呼氣峰流速并延長(zhǎng)呼氣時(shí)間（圖7） 圖7 呼氣流速波氣道阻力增大了解呼氣時(shí)間是否延長(zhǎng)十分重要。 阻力增大后，呼氣時(shí)間超過(guò)正常，峰流速下降 呼氣不完全，可能引起氣道陷閉。這在后面將進(jìn)一步討論而在圖8可以發(fā)現(xiàn)，如果病人在呼氣時(shí)動(dòng)用呼吸肌，會(huì)增加呼氣峰流速，縮短呼氣時(shí)間。觀察呼氣流速波可幫助確認(rèn)病人的呼吸需求圖8 呼氣流速波被動(dòng)及主動(dòng)呼氣 壓力測(cè)定呼吸機(jī)上，測(cè)定壓力的部位通常在環(huán)路病人端Y形管處，也有在環(huán)路吸氣支和呼氣支內(nèi)部測(cè)知。盡管從環(huán)路內(nèi)部測(cè)得的壓力與實(shí)際氣道壓不盡相同，但往往以此作為參照，了解氣道壓的情況。壓力感應(yīng)器通?？梢詼y(cè)知最高150cmH2O的壓力，但會(huì)因環(huán)路內(nèi)積水、分泌物堵塞等影響準(zhǔn)確性。自主呼吸和機(jī)控呼吸的壓力波形是不同的，但他們的組成結(jié)構(gòu)是一樣的。壓力波形對(duì)評(píng)估呼吸周期結(jié)構(gòu)（呼氣相向吸氣相轉(zhuǎn)換點(diǎn)）、時(shí)間系數(shù)及病人與呼吸機(jī)的相互作用都有幫助 。壓力波形 觀察壓力波形，很容易判斷病人到底是自主呼吸還是機(jī)控呼吸。圖9是一個(gè)典型的自主呼吸壓力波形。(未用壓力支持等輔助)壓力波形自主呼吸 吸氣時(shí)壓力下降 壓力下降的幅度取決于病人吸氣的峰流速大小，感應(yīng)器觸發(fā)靈敏度、以及氣流傳送系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。（ASSIST、SIMV中自主觸發(fā)的呼吸或使用壓力支持） 呼氣時(shí)壓力升高 升高的幅度與呼氣時(shí)的氣流阻力有關(guān)，包括病人阻力和環(huán)路阻力。壓力大小隨著呼氣峰流速的變化而相應(yīng)變化。呼氣時(shí)動(dòng)用呼吸肌，呼氣峰流速會(huì)增大，因此當(dāng)病人煩躁或用力呼氣時(shí)，壓力會(huì)急劇增高。此外，持續(xù)高流量送氣也會(huì)導(dǎo)致呼氣壓力增高。（圖55）圖10是一個(gè)典型的機(jī)控呼吸的壓力波形（正壓通氣）圖10 壓力波形機(jī)控呼吸 最大膨脹壓 或稱(chēng)吸氣峰壓。它取決于病人及環(huán)路的順應(yīng)性、阻力，并和潮氣量、吸氣流速相關(guān) 吸氣時(shí)間 正壓持續(xù)時(shí)間“膨脹壓”指達(dá)到一個(gè)固定潮氣量時(shí)的壓力。膨脹壓分兩個(gè)部分流速抵抗壓和肺擴(kuò)張壓。見(jiàn)圖11，他表示了機(jī)控呼吸中的一次吸氣暫停。（吸氣流速結(jié)束后，肺保持膨脹的動(dòng)作）圖11 肺膨脹壓吸氣暫停 氣道峰壓 受到流速和容量變化影響后，近口端氣道的最大壓力。 氣道平臺(tái)壓 肺泡膨脹時(shí)（沒(méi)有氣流進(jìn)出的情況下）的壓力。肺泡是最低一級(jí)的呼吸道單位，最大肺泡壓是一個(gè)平臺(tái)壓，而不是峰壓。在一個(gè)固定的潮氣量下，壓力波形會(huì)隨著流速大小、輸送方式（方波、正弦波等）、氣道阻力、肺順應(yīng)性的不同而相應(yīng)改變。圖12顯示在同一潮氣量下，氣道阻力增大；流速增大；肺順應(yīng)性下降時(shí)峰壓和平臺(tái)壓的不同改變。圖12 壓力波形受阻力、流速、順應(yīng)性影響（固定潮氣量）測(cè)定的“呼氣壓”其實(shí)是呼氣是呼吸機(jī)環(huán)路內(nèi)的壓力，圖9、圖10分別描述了自主呼吸和機(jī)控呼吸的壓力波形。壓力從0開(kāi)始上升直至恢復(fù)到0基線，但如果應(yīng)用了呼氣末正壓，壓力曲線開(kāi)始和結(jié)束都會(huì)在預(yù)設(shè)的PEEP值上。（圖13）也就是說(shuō)，PEEP抬高了基線。圖13 呼氣壓基線抬高抬高呼氣壓基線可以通過(guò)調(diào)整PEEP或呼氣閥實(shí)現(xiàn)，也可以由縮短呼氣時(shí)間，使呼氣不完全來(lái)達(dá)到，但是這樣會(huì)引起內(nèi)源性PEEP的產(chǎn)生，并會(huì)使呼氣末壓力逐漸增高。圖14是一個(gè)實(shí)例。以后對(duì)相關(guān)內(nèi)容會(huì)做進(jìn)一步介紹。要注意的是，大多數(shù)呼氣壓是在呼吸機(jī)環(huán)路內(nèi)測(cè)定的，因而小氣道動(dòng)態(tài)塌陷引起的呼氣末肺泡正壓（內(nèi)源性PEEP），在這種測(cè)量方法下是不能探知的。圖14 呼氣壓力抬高通過(guò)調(diào)整呼氣閥來(lái)改變呼氣末壓力，通常是在呼氣支末端加以一定的阻力，即通過(guò)限制呼出氣流速來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種方法所得到的壓力與呼氣流速有關(guān)，與阻力閥的橫截面積有關(guān)。氣流大阻力大，氣流小阻力小。并且會(huì)延長(zhǎng)呼氣時(shí)間，增加患者呼氣功。相比較以持續(xù)氣流實(shí)現(xiàn)基線壓抬高的方法，后者更為合理，且效果更好。在ARDS和急性肺水腫的病人治療中，這種差異尤為明顯。除了膨脹壓和呼氣壓，平均氣道壓是另一個(gè)重要的測(cè)量數(shù)據(jù)。平均氣道壓描述了氣道平時(shí)的平均壓力和正壓通氣對(duì)肺泡穩(wěn)固性及心臟充盈的影響。平均壓受峰壓和PEEP的影響，并與I：E有關(guān)。在兩種呼吸狀況同時(shí)存在的情況下也可以測(cè)得。平均壓不能清楚地在壓力波形上反映出來(lái)（圖15）。它通常由連續(xù)間隔很短時(shí)間測(cè)知的一系列壓力所得，即將這些間隔測(cè)得的壓力的總和，除以相應(yīng)的數(shù)量。PMEAN=（P1+P2+P3+PN）/N圖15 平均壓根據(jù)呼吸機(jī)設(shè)計(jì)不同，平均壓的計(jì)算方法也不盡相同，有些呼吸機(jī)在連續(xù)測(cè)定一段壓力數(shù)值之后，求其積分。（即N為無(wú)窮大）是否是自主觸發(fā)的輔助通氣，可以從壓力波形中看出。非自主觸發(fā)的機(jī)控呼吸的吸氣開(kāi)始是由時(shí)間循環(huán)觸發(fā)的，壓力從基線開(kāi)始上升。而自主觸發(fā)的輔助通氣，先有壓力的下降，到達(dá)了預(yù)設(shè)的觸發(fā)靈敏度隨之呼吸機(jī)送氣，壓力升高。圖16是一次由病人觸發(fā)的輔助通氣。注意壓力持續(xù)下降至預(yù)設(shè)的觸發(fā)靈敏度以下一段時(shí)間后，輔助通氣才開(kāi)始，壓力上升，這一段時(shí)間即為響應(yīng)時(shí)間。圖16 自主觸發(fā)的輔助通氣若觸發(fā)靈敏度設(shè)置過(guò)大或病人呼吸極淺，只能看到壓力下降而不能觸發(fā)輔助通氣，如圖17。相反的，靈敏度設(shè)置過(guò)小則易受外界因素影響。(如環(huán)路內(nèi)積水)圖17 機(jī)控呼吸中病人努力不夠圖17中，和都是病人的一次淺呼吸，但未達(dá)到預(yù)設(shè)的觸發(fā)靈敏度，所以沒(méi)有進(jìn)行輔助通氣，這種情況下，病人的吸氣努力會(huì)a)從儲(chǔ)氣罐或持續(xù)氣流中供氣；b)按一定流速供給，以保持基線壓平穩(wěn)（漏氣補(bǔ)償）；c)不供氣 達(dá)到了一個(gè)機(jī)控呼吸的時(shí)間循環(huán)，呼吸機(jī)不管病人動(dòng)作，予以一次強(qiáng)制通氣，此時(shí)易出現(xiàn)對(duì)抗動(dòng)作。當(dāng)呼吸過(guò)程中出現(xiàn)上述未能觸發(fā)輔助通氣的呼吸時(shí)，時(shí)間的測(cè)算也會(huì)受到影響。此時(shí)測(cè)得的只有吸氣時(shí)間和正壓持續(xù)時(shí)間是準(zhǔn)確的，而呼氣時(shí)間、I：E等都會(huì)出現(xiàn)不符的情況。圖18 時(shí)間測(cè)算 機(jī)控呼吸的吸氣時(shí)間 正壓持續(xù)時(shí)間 機(jī)器測(cè)得的總呼吸循環(huán)的時(shí)間（TCT） 機(jī)器測(cè)得的呼氣時(shí)間 病人實(shí)際的呼氣時(shí)間： 機(jī)器測(cè)得的I：E： 病人實(shí)際的I：E在PCV和PSV模式中，壓力是預(yù)設(shè)的，是一個(gè)獨(dú)立可變量，而流速和潮氣量是根據(jù)壓力的預(yù)設(shè)值和病人狀況而變化的非獨(dú)立可變量。相對(duì)的，在容控呼吸中，流速和潮氣量是獨(dú)立可變量，可以預(yù)設(shè)，而壓力是非獨(dú)立可變量。圖19壓力測(cè)定PCV、PSV圖19中，PCV和PSV的壓力波形相似，PSV吸氣由病人觸發(fā)，PCV既可以有病人觸發(fā)也可以由時(shí)間循環(huán)觸發(fā)。而從吸氣向呼氣轉(zhuǎn)換，PSV由流速?zèng)Q定，PCV由預(yù)設(shè)的吸氣時(shí)間決定。但在壓力波形中不易區(qū)分。早期的PCV設(shè)計(jì)成必須達(dá)到預(yù)設(shè)的吸氣時(shí)間，這樣在一定程度上在吸氣中后期會(huì)加重對(duì)抗。近年來(lái)新型呼吸機(jī)設(shè)計(jì)了吸氣-呼氣多因素觸發(fā)功能。預(yù)設(shè)定容量、流速、時(shí)間等一些吸-呼轉(zhuǎn)換閾值，只要達(dá)到其中一個(gè)閾值，就開(kāi)始轉(zhuǎn)換成呼氣。這樣可以改善人機(jī)同步，提高通氣效率。容量波形容量通常結(jié)合流速信號(hào)在呼氣閥中測(cè)得。圖20是一個(gè)典型的容量波形圖20 容量波 上升支表示輸送給病人的容量，在容控模式中，通常就是預(yù)設(shè)的潮氣量（除非啟用了“自動(dòng)順應(yīng)性補(bǔ)償*”功能）。壓控模式中，容量取決于預(yù)設(shè)壓力、吸氣時(shí)間和肺阻力的影響 下降支表示呼出氣容量，通常與輸送容量相符，除非環(huán)路有漏氣，或者病人有氣胸、支氣管胸膜簍等疾病容量波形由一個(gè)很重要的作用就是區(qū)別一些不正?，F(xiàn)象是呼吸機(jī)本身的問(wèn)題如環(huán)路漏氣，還是具體設(shè)置及病人本身問(wèn)題（如設(shè)置不當(dāng)引起氣道陷閉）所引起的，這在后面會(huì)做進(jìn)一步討論。*自動(dòng)順應(yīng)性補(bǔ)償：在容控模式下，新一代呼吸機(jī)可以自動(dòng)補(bǔ)償兩次呼吸間由于螺紋管擴(kuò)張所導(dǎo)致的容量損失。通常在自檢中，呼吸機(jī)會(huì)測(cè)得環(huán)路的順應(yīng)性，由此來(lái)計(jì)算這一部分容量損失，然后自動(dòng)調(diào)節(jié)峰流速或吸氣時(shí)