呼吸机基本波形详解.docx

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呼吸机基本波形详解

呼吸机基本波形详解

流速测定

流速通常在呼吸机环路（从进气口到呼气阀之间的管道）中测知，流量感应器根据设计类型不同而有些许差异，但大部分都可以测量一个较大的范围（-300—+150LPM），但会由于假呼吸运动、水气、呼吸道分泌物等而影响其准确性。

流速波有两个组成部分：

吸气波和呼气波，它描述了流速大小、持续时间和机控呼吸下的流速释放方式（正压通气），或者病人自主呼吸下的流速大小，持续时间和流速需求。

我们先介绍机控呼吸的吸气波，然后是自主呼吸的，等掌握了基本原理，再来讨论呼气波形。

吸气流速波——机控呼吸

图1是一个假设呼吸机给于恒定流速的一次机控呼吸的吸气流速波（方波），虚线部分是呼气波，我们会在后面介绍

图1吸气流速波——机控呼吸

①             呼吸机送气开始开始吸气取决于以下两点：

1）到达了预设的呼吸周期时间，即“时间循环”2）病人吸气努力达到了触发辅助通气的阈值，通常是一个吸气负压或吸气流速增量，即“病人循环”。

前者常出现在控制呼吸模式，后者常出现于辅助呼吸模式

②             吸气峰流速在容控性呼吸机上，预设流速是很有必要的，流速设置也可以设置潮气量和吸气时间来间接得到。

假设设置了一个恒定流速的容控性呼吸机（如图一），峰流速就是设置值。

当流速不恒定，即流速波形是曲线波，流速在吸气时不同时间点上表现为不同的值。

此时中间流速或称平均流速通过下式计算：

流速（LPM）=[潮气量（L）/时间（S）]X60

③             吸气末停止送气这个转换可能达到了预期的容量送气、流速、压力或吸气时间

④             吸气流速的持续时间常与吸气时间相应，容控呼吸机上，吸气时间常取决于预设的潮气量、峰流速和流速释放方式（波型:

如递减波），有的也可以直接设置。

因此，吸气时间可以长于峰流速持续时间，尤其当应用吸气暂停时。

⑤             整个呼吸周期时间（TCT）取决于预设的呼吸次数TCT=60/Rate

图1的流速波型是方波，从吸气开始即达到峰值，直到吸气末都是一个恒定值，在实际应用当中，像图1那样“真正的”方波是不可能达到的，因为流速输送系统都有一个固定的延迟时间，在这段时间内，流速从0达到预设的峰流速。

同样，在吸气末流速从峰值降至0也需要一段时间。

延迟时间效应会在吸气开始和吸气末使波形出现轻微的倾斜。

（图2）

图2恒流速波形——延迟时间效应

在早期低驱动压高内部顺应性的呼吸机，气流输送受到环路回缩力的影响很大，新一代呼吸机设计了低内部顺应性和高驱动压力，使环路回缩力对送气的影响减少了。

在一个较高的吸气峰压下，峰流速逐步减小，会导致吸气时间的延长。

如图3，实线是受环路回缩力影响后的波形，虚线是“真正的”方波，两者包围的面积相同，即潮气量相同。

图3恒流速波形——受环路回缩力的影响

近来，越来越多的新一代容控型呼吸机具备了一些其他可选择的波型，包括递增波、递减波和正弦波（图4），在预设同一个峰流速下，不同的波形会导致吸气时间改变，而曲线包围的面积即潮气量是不变的。

图4流速波形——可选择波型

吸气流速波——自主呼吸

自主呼吸流速波形（图5）的特点通常取决于病人呼吸需求的特点。

就是说，波形大小、持续时间与病人的呼吸需求相对应。

此时由于没有预设值，系统响应时间对波形的影响非常小，通常波形类似于正弦波。

（没有使用压力支持等辅助手段）

图5吸气流速波——自主呼吸

①    吸气开始

②    吸气流速大小

③    吸气结束

④    吸气流速持续时间（吸气时间）

呼气流速波

呼气，不论是机控或是自主呼吸，都是一个被动的过程。

呼气流速波的大小、持续时间、形状取决于顺应性，顺应性包括病人顺应性和呼吸机环路顺应性。

呼吸机环路顺应性受到环路长度、材质、型号（内径）的影响，并且，气流通过呼气阀时的阻力（容量测算系统）也是重要因素。

病人肺顺应性改变或呼气时动用呼吸肌，都会对波形产生影响。

图6是一个机控吸气动作（虚线）后的呼气流速波形。

在呼吸机测算中呼气流速在0基线以下。

图6呼气流速波

①    呼气开始

②    呼气峰流速呼气峰流速在机控呼吸和自主呼吸时是不尽相同的，因为通常机控呼吸潮气量比自主呼吸的大，所以在正压通气下，机控呼吸的呼气峰流速比自主呼吸的要高。

③    呼气结束在这个点上于下一个机控吸气相连接，这对于评定吸呼比（I:

E）有重要意义，而且此时有产生气道陷闭的可能。

④    呼气流速的持续时间与有效呼气时间不同

⑤    有效呼气时间即整个呼吸周期时间减去实际的吸气时间

⑥    TCT整个呼吸周期时间

病人呼气阻力对呼气流速波的细小影响会得到修正，而呼气流速波的明显变化常体现了病人顺应性的改变、气道阻力明显变化或是病人烦躁动作。

例如呼气阻力增大（分泌物堆积甚至气道阻塞）会降低呼气峰流速并延长呼气时间（图7）

图7呼气流速波——气道阻力增大

了解呼气时间是否延长十分重要。

①    阻力增大后，呼气时间超过正常，峰流速下降

②    呼气不完全，可能引起气道陷闭。

这在后面将进一步讨论

而在图8可以发现，如果病人在呼气时动用呼吸肌，会增加呼气峰流速，缩短呼气时间。

观察呼气流速波可帮助确认病人的呼吸需求

图8呼气流速波——被动及主动呼气

压力测定

呼吸机上，测定压力的部位通常在环路病人端Y形管处，也有在环路吸气支和呼气支内部测知。

尽管从环路内部测得的压力与实际气道压不尽相同，但往往以此作为参照，了解气道压的情况。

压力感应器通常可以测知最高150cmH2O的压力，但会因环路内积水、分泌物堵塞等影响准确性。

自主呼吸和机控呼吸的压力波形是不同的，但他们的组成结构是一样的。

压力波形对评估呼吸周期结构（呼气相向吸气相转换点）、时间系数及病人与呼吸机的相互作用都有帮助。

压力波形

观察压力波形，很容易判断病人到底是自主呼吸还是机控呼吸。

图9是一个典型的自主呼吸压力波形。

（未用压力支持等辅助）

压力波形——自主呼吸

①             吸气时压力下降压力下降的幅度取决于病人吸气的峰流速大小，感应器触发灵敏度、以及气流传送系统的反应时间。

（ASSIST、SIMV中自主触发的呼吸或使用压力支持）

②             呼气时压力升高升高的幅度与呼气时的气流阻力有关，包括病人阻力和环路阻力。

压力大小随着呼气峰流速的变化而相应变化。

呼气时动用呼吸肌，呼气峰流速会增大，因此当病人烦躁或用力呼气时，压力会急剧增高。

此外，持续高流量送气也会导致呼气压力增高。

（图55）

图10是一个典型的机控呼吸的压力波形（正压通气）

图10压力波形——机控呼吸

①    最大膨胀压或称吸气峰压。

它取决于病人及环路的顺应性、阻力，并和潮气量、吸气流速相关

②    吸气时间

③    正压持续时间

“膨胀压”指达到一个固定潮气量时的压力。

膨胀压分两个部分——流速抵抗压和肺扩张压。

见图11，他表示了机控呼吸中的一次吸气暂停。

（吸气流速结束后，肺保持膨胀的动作）

图11肺膨胀压——吸气暂停

①    气道峰压受到流速和容量变化影响后，近口端气道的最大压力。

②    气道平台压肺泡膨胀时（没有气流进出的情况下）的压力。

肺泡是最低一级的呼吸道单位，最大肺泡压是一个平台压，而不是峰压。

在一个固定的潮气量下，压力波形会随着流速大小、输送方式（方波、正弦波等）、气道阻力、肺顺应性的不同而相应改变。

图12显示在同一潮气量下，气道阻力增大；流速增大；肺顺应性下降时峰压和平台压的不同改变。

图12压力波形——受阻力、流速、顺应性影响（固定潮气量）

测定的“呼气压”其实是呼气是呼吸机环路内的压力，图9、图10分别描述了自主呼吸和机控呼吸的压力波形。

压力从0开始上升直至恢复到0基线，但如果应用了呼气末正压，压力曲线开始和结束都会在预设的PEEP值上。

（图13）也就是说，PEEP抬高了基线。

图13呼气压基线抬高

抬高呼气压基线可以通过调整PEEP或呼气阀实现，也可以由缩短呼气时间，使呼气不完全来达到，但是这样会引起内源性PEEP的产生，并会使呼气末压力逐渐增高。

图14是一个实例。

以后对相关内容会做进一步介绍。

要注意的是，大多数呼气压是在呼吸机环路内测定的，因而小气道动态塌陷引起的呼气末肺泡正压（内源性PEEP），在这种测量方法下是不能探知的。

图14呼气压力抬高

通过调整呼气阀来改变呼气末压力，通常是在呼气支末端加以一定的阻力，即通过限制呼出气流速来实现。

这种方法所得到的压力与呼气流速有关，与阻力阀的横截面积有关。

气流大阻力大，气流小阻力小。

并且会延长呼气时间，增加患者呼气功。

相比较以持续气流实现基线压抬高的方法，后者更为合理，且效果更好。

在ARDS和急性肺水肿的病人治疗中，这种差异尤为明显。

除了膨胀压和呼气压，平均气道压是另一个重要的测量数据。

平均气道压描述了气道平时的平均压力和正压通气对肺泡稳固性及心脏充盈的影响。

平均压受峰压和PEEP的影响，并与I：

E有关。

在两种呼吸状况同时存在的情况下也可以测得。

平均压不能清楚地在压力波形上反映出来（图15）。

它通常由连续间隔很短时间测知的一系列压力所得，即将这些间隔测得的压力的总和，除以相应的数量。

PMEAN=（P1+P2+P3+…+PN）/N

图15平均压

根据呼吸机设计不同，平均压的计算方法也不尽相同，有些呼吸机在连续测定一段压力数值之后，求其积分。

（即N为无穷大）

是否是自主触发的辅助通气，可以从压力波形中看出。

非自主触发的机控呼吸的吸气开始是由时间循环触发的，压力从基线开始上升。

而自主触发的辅助通气，先有压力的下降，到达了预设的触发灵敏度随之呼吸机送气，压力升高。

图16是一次由病人触发的辅助通气。

注意压力持续下降至预设的触发灵敏度以下一段时间后，辅助通气才开始，压力上升，这一段时间即为响应时间。

图16自主触发的辅助通气

若触发灵敏度设置过大或病人呼吸极浅，只能看到压力下降而不能触发辅助通气，如图17。

相反的，灵敏度设置过小则易受外界因素影响。

（如环路内积水）

图17机控呼吸中——病人努力不够

图17中，①和②都是病人的一次浅呼吸，但未达到预设的触发灵敏度，所以没有进行辅助通气，这种情况下，病人的吸气努力会a）从储气罐或持续气流中供气；b）按一定流速供给，以保持基线压平稳（漏气补偿）；c）不供气 ③达到了一个机控呼吸的时间循环，呼吸机不管病人动作，予以一次强制通气，此时易出现对抗动作。

当呼吸过程中出现上述未能触发辅助通气的呼吸时，时间的测算也会受到影响。

此时测得的只有吸气时间和正压持续时间是准确的，而呼气时间、I：

E等都会出现不符的情况。

图18时间测算

①    机控呼吸的吸气时间

②    正压持续时间

③    机器测得的总呼吸循环的时间（TCT）

④    机器测得的呼气时间

⑤    病人实际的呼气时间

①：

④机器测得的I：

E

①：

⑤病人实际的I：

E

在PCV和PSV模式中，压力是预设的，是一个独立可变量，而流速和潮气量是根据压力的预设值和病人状况而变化的非独立可变量。

相对的，在容控呼吸中，流速和潮气量是独立可变量，可以预设，而压力是非独立可变量。

图19压力测定——PCV、PSV

图19中，PCV和PSV的压力波形相似，PSV吸气由病人触发，PCV既可以有病人触发也可以由时间循环触发。

而从吸气向呼气转换，PSV由流速决定，PCV由预设的吸气时间决定。

但在压力波形中不易区分。

早期的PCV设计成必须达到预设的吸气时间，这样在一定程度上在吸气中后期会加重对抗。

近年来新型呼吸机设计了吸气-呼气多因素触发功能。

预设定容量、流速、时间等一些吸-呼转换阈值，只要达到其中一个阈值，就开始转换成呼气。

这样可以改善人机同步，提高通气效率。

容量波形

容量通常结合流速信号在呼气阀中测得。

图20是一个典型的容量波形

图20容量波

①             上升支表示输送给病人的容量，在容控模式中，通常就是预设的潮气量（除非启用了“自动顺应性补偿*”功能）。

压控模式中，容量取决于预设压力、吸气时间和肺阻力的影响

②             下降支表示呼出气容量，通常与输送容量相符，除非环路有漏气，或者病人有气胸、支气管胸膜篓等疾病

容量波形由一个很重要的作用就是区别一些不正常现象是呼吸机本身的问题如环路漏气，还是具体设置及病人本身问题（如设置不当引起气道陷闭）所引起的，这在后面会做进一步讨论。

*自动顺应性补偿：

在容控模式下，新一代呼吸机可以自动补偿两次呼吸间由于螺纹管扩张所导致的容量损失。

通常在自检中，呼吸机会测得环路的顺应性，由此来计算这一部分容量损失，然后自动调节峰流速或吸气时间以补充相应的损失量。

图21描述了启用该功能后容量、压力、流速的变化。

图21自动顺应性补偿

在启用自动顺应性补偿时，呼吸机会送一个比预设潮气量大的容量，而有效潮气量则基本不变，但是要注意这个较大的容量要在有效呼气时间内排完。

充分的呼气时间可以避免不必要的内源性PEEP。

流速、压力、容量环

下面列出的分别是机控、辅助、自主呼吸的波形环之间的区别。

值得注意的是，压力-容量环对于测定、估算呼吸功有重要的作用（做功=环的面积），具体会在以后进一步介绍。

图22压力-容量环

图23压力-流速环

图24容量-流速环

丁杰编译