通气波形及其临床实践

2022-07-07 20:47

改变呼吸机的设置能够对所显示呼吸波形产生可预计的影响。

一、基础概念

有四个基本的参数能够完整地描述机械通气的过程：压力、容量、流速和时间。这些参数均两两配对，形成不同的图形，用于反映病理变化产生的影响。任意两个参数互为横纵坐标，构成不同图形，图形的变化反映了患者病理学的改变。通常有三种波形，即流速时间波形、容量时间波形和压力时间波形，经常用于临床判断参考。当肺功能发生一定的变化，其他波形，如流速容量（F-V）环和压力容量（P-V）环，能够提供直观的参考信息。下面的临床病例将作为呼吸机设置变化或肺功能变化的基准和参考点，也就是说本章节的所有讨论均围绕着下面的临床病例进行。为了初始参数的连贯性，以下病例将作为呼吸机设置的变化与患者肺功能变化的基准与参考点。呼吸机是如何根据设置参数和计算结果来描记呼吸曲线的，并且清晰地说明了呼吸模式改变时的影响，这些影响显示为以时间为横轴描记的压力、容量或流速曲线的变化。某开胸手术患者在手术后使用容量控制模式进行通气，呼吸机设置如下：潮气量（VT）750ml；呼吸频率（f） 15/min；吸气流速（V） 30 L/min；气道阻力（Raw）10cmH2O/(L·s)；呼吸系统顺应性（CRs） 0.05 L/cmH2O通气模式：控制模式。

二、呼吸机设置改变对波形的影响

改变呼吸机的设置能够对所显示呼吸波形产生可预计的影响。同样，患者肺物理特性的变化，如气道阻力和呼吸系统顺应性的变化，可通过呼吸波形的特征变化进行识别。图1-1一图1-3显示了呼吸机参数设置变化对波形的影响。

参考图1-1A和图1-1B时，请注意观察仅仅改变呼吸频率对呼吸循环时间（Tc）产生的影响；图1-2A和图1-2B显示了吸气流速的变化对吸气时间（T1）和呼气时间（TE）的影响；图1-3则显示了气道阻力增加对呼吸气道压（PrA）和吸气峰压（PIP）产生的影响；图1-4则表述了呼吸系统顺应性（CRs）降低对肺泡压和吸气峰压（PIP）产生的影响。

（一）呼吸循环时间和呼吸频率的相互作用

呼吸循环时间完全由设置的呼吸频率决定，图1-1显示了呼吸频率改变时，流速时间波形发生的变化。最初的设置是：V1＝750ml，f＝15/min，V＝30L/min，呼吸循环时间（Tc）是可以计算出来的：Tc= 60 s/min/f = 60 s/min/15/min =4s

呼吸循环时间中包含吸气和呼气的时间，吸气时间可以由设置潮气量和吸气流速两个参数计算得出。在这个例子中，吸气时间是1.5s，剩下的2.5s即为呼气时间。

如图1-1A所示，如果呼吸频率增加到20/min，呼吸循环时间则降低到3s，潮气量和流速不变时，吸气时间仍为1.5s，呼气时间则降低为1.5s。

Tc= 60 s/min/f =60 s/min/20/min =3s

参见图1-1B，呼吸频率从15/min降低到12/min，呼吸循环时间从4s增加到5s。

Tc= 60 s/min/f 60 s/min/12/min =5s

在这种情况下，因为潮气量和流速均未变化，吸气时间维持不变，呼气时间则由2.5s增加到3.5s（TB＝Tc-T1＝5s-1.5s＝3.5s）。

（二）气体流速对吸气时间和呼气时间的影响

增加吸气流速（图1-2）将会减少吸气时间并且延长呼气时间，相反，如果吸气流速降低，吸气时间将会延长，而呼气时间缩短。用设置的潮气量除以吸气流速就可以计算出吸气时间。根据最初的设置，V1＝750ml，f＝15/min，V＝30L/min，Tc＝4s，T1＝1.5s，TB＝2.5s，其中吸入气体流速＝30L/min＝30L/60s＝0.5 L/s＝500 ml/s。

T1=潮气量/吸气流速=750m/500ml/s=1.5s

如图1-2A所示，吸气流速从30L/min增加到60L/min，流速时间波形发生变化。注意吸气时间从1.5s降低到0.75s，此时呼气时间从2.5s增加到3.25s。但呼吸循环时间仍是4s。T1=潮气量/吸气流速= 750ml/1000 ml/s=0.75s

如图1-2B所示，如果吸气流速降低，吸气时间则增加。吸气流速从30 L/min降低到22.5 L/min（22.5 L/min＝22.5L/60s＝0.375 L/s＝375ml/s），吸气时间从1.5s增加到2.0s，而呼气时间从2.5s降低到2.0s。T1=潮气量/吸气流速= 750ml/375ml/s=2.0s

（三）气道阻力和顺应性的影响

图1-3和图1-4显示气道阻力水平改变和呼吸系统顺应性降低对压力时间波形产生的影响。压力时间波形中的压力是根据已知的气道阻力、呼吸系统顺应性、吸气流速和潮气量等参数计算得出的。在吸气相和呼气相，气体在气道内运动，气体分子摩擦并相互作用而产生阻力，导致气道两端产生压力差。气流克服气道阻力，通过气道，所需要的最少压力值，即为呼吸气道压（PTA），其大小与气体流速相关。30L/min=0.5L/s，PTA＝流速x气道阻力=0.5 L/sx10cmH2O·s/L=5cmH2O气体通过呼吸道后，呼吸机为了将设定的潮气量送入肺内，需施加更多的压力来克服肺泡将气体推出肺部的弹性回缩力，这部分压力称为肺泡压（PA）。在呼吸机上通常使用吸气保持或平台压的方法获得PA的数值，所以PA又称为平台压（PPLATEAU）或静态压（PSTATIC），是由潮气量和呼吸系统顺应性计算得出。PPLATEAU=PA= 潮气量/呼吸系统顺应性；因为潮气量设置为V1＝750ml，CRs＝0.05 L/cmH2O＝50ml/cmH2O：PPLATEAU=PA=750ml/50ml/cmH2O=15cmH2O得出两个压力，PTA和PPLATEAU进一步计算得到PIP：PIP=PTA+PPLATEAU=5cmH2O+15cmH2O=20cmH2O，图1-3显示了气道阻力的增加对压力时间波形产生的影响。气道阻力增加，用于克服气道阻力的压力就会增加，即PIP增加。在初始数据中，PTA＝5cmH2O，PA＝15cmH2O，PIP＝20 cmH2O。如果发生因气道分泌物、支气管痉挛或其他任何原因所导致的气道阻塞，在气道阻力上升1倍的情况下，即PTA增至10cmH2O时，PIP增至25cmH2O。图1-4显示：呼吸系统顺应性下降，静态压或平台压增加，并导致PIP升高。如果呼吸系统顺应性下降50％（降至25ml/cmH2O），PPLATEAU将增加至30cmH2O，PIP增加到35cmH2O。

三、通气波形

在查看通气波形时，一次机械通气可以分为六个阶段（图1-5）：

A.吸气相开始

B.吸气相

C.吸气相结束

D.呼气相开始

E.呼气相

F.呼气相结束

A.吸气相的开始取决于呼吸机的触发机制。在控制模式或在呼吸机进行某种后备通气时，呼吸机按照预先设置好的时间间隔开始机械通气，称为时间触发通气方式。在辅助通气或同步间歇指令通气模式下，机械通气是由患者的吸气努力触发的，称为患者触发通气方式。

B.在吸气相，气体流速、通气容量和吸气压力水平取决于多种可变因素，如气道阻力、肺顺应性、气流波类型和大小及呼吸机送出的潮气量等。

C.医生按照不同的呼吸切换方式，设置决定吸气相结束的关键参数。呼吸切换方式包括容量切换、压力切换、时间切换和流速切换。

D.一般情况下，在机械通气过程中，当吸气相结束时，呼吸机打开呼气阀，即为呼气相开始。然而，在某些特殊情况下，如吸气暂停或吸气保持功能打开时，呼气阀即使是在吸气气流已经停止的情况下，仍保持关闭，将呼吸机送出的潮气量滞留在肺内以获得静态压或平台压数值。呼气阀打开时，呼气相即开始。此种情况在后文还将进一步描述。

E.呼气相中，气体呼出是被动的过程，呼出气体的气流物理特性由气道阻力、人工气道阻力和肺的弹性回缩力（肺顺应性）等因素决定。

F.下一个呼吸循环的开始（呼气相结束）。

四、通气模式和对应的通气波形

图1-6一图1-11分别显示了六种常用的机械通气模式所对应的波形曲线。每一波形均以两种方式显示：一种是根据病例所给参数值，人工描记的理想化的波形；另一种是呼吸机显示的真实的波形。这两种波形相互对照参考，以便读者了解实际波形和书中所描绘波形的异同点。

（一）控制通气模式

无论患者有无自主呼吸，呼吸机均按照设定的频率强制为患者通气，完全取代患者的自主呼吸，患者无法触发吸气或切换呼气。

a.在每幅波形图中，吸气时间和呼气时间分别对应吸气相和呼气相。

b.横轴以下的曲线描记仅见于流速时间波形的呼气相。因为流速传感器不仅测量吸气流速（Y轴正向描记），也测量呼气流速（Y轴负向描记）。

c.流速曲线为方形，反映了该通气模式特性：流速恒定。

d.流速恒定时，容量曲线以线性递增的方式直至目标容量值。

e．压力曲线中最初对应的5cmH2O，用于克服呼吸道阻力（PTA），即气体通过呼吸道所需要的压力。在此压力水平之上，压力的递增方式受到肺顺应性与潮气量的影响。在快要达到所设置的潮气量时，送入肺内的潮气量几乎将肺完全充盈，因此压力曲线变得平坦。

f．吸气相结束时（1.5s），停止送气，设置的潮气量已经全部送入肺内，此时的压力值为吸气峰压（PIP）。

·流速时间波形

回服图1-6A，吸气相开始时，呼吸机送出持续恒定的气流，在流速时间波形上描记为方波。吸气流速瞬间到达最大流速30L/min，并保持1.5s（T1＝V1/flow），随后吸气流速降低到零，呼气相开始。呼气相的反向气流经流速传感器探测，描记为Y轴负向波形，在呼气相开始瞬间就达到最大流速，并逐渐降低至零点，达到呼吸循环时间（4s），下一个呼吸循环才开始。

·容量时间波形

根据流速时间波形，呼吸机自动计算并描记出容量时间波形（图1-6B）。吸气流速是恒定的，所以容量时间波形描记为线性递增曲线。吸入潮气量达到预设值750ml时，停止送气，肺内容量停止增加。随后呼气阀打开，呼出潮气量逐渐降低到零，达到呼吸循环时间，呼吸机即开始进入下一个呼吸循环。

·压力时间波形

在图1-6C中吸气相开始时，最初呈直线快速上升的5cmH2O，即呼吸气道压（Pm＝plowxRaw）。克服了气道阻力后，气流通过气道进入肺泡，所受阻力为肺的弹性回缩力，即平台压，其大小完全取决于送入肺内的气体容量和肺顺应性（PPLATEAU＝V1/CRs）。本例中，平台压为15cmH2O，Px为5cmH2O，两者相加得出PIP为20 cmH2O。吸气相结束时（1.5s），压力迅速降到零。4s呼吸循环时间结束时，呼吸机开始进入下一个呼吸循环。

（二）辅助通气模式

患者必须有自主呼吸，且吸气努力必须达到设定的程度（触发灵敏度），呼吸机才强制性送气，切换至呼气状态，显然，呼吸频率是由患者决定的。注意图1-7的参数变化。吸气流速从30L/min增加到60L/min（1L/s），呼吸频率（12/min）发生改变，患者触发但由呼吸机执行的辅助通气次数是每分钟20次，潮气量不变。这些参数的改变，导致了其他一些推算参数值的改变。呼吸循环时间（Tc）降低到：60 s/min/20/min=3s，吸气时间（T1）降低到：T1=750ml/1000ml/s=0.75s，PTA升高到：PTA＝流速x气道阻力=1L/sx10 cmH2O·s/L=10 cmH2O，P1A升高，PIP相应升高。PIP=PTA+PA=10cmH2O+15cmH2O=25cmH2O，综上所述，潮气量不变情况下：

a．在吸气流速增加时，吸气时间缩短，即允许患者最高执行每分钟20次的呼吸频率。吸气流速在吸气相开始时，瞬间达到60L/min，并保持0.75s。

b.在压力时间波形的吸气相开始之前，压力波形有一个微小的负向压力描记，这个负向压力是患者的自主呼吸努力，并触发了辅助通气。

c．在压力时间波形最初10cmH2O的压力上升，是用于克服气道阻力，并将气流送入肺部所需要的基础压力。最终，PIP达到了25cmH2O。

·流速时间波形

观察图1-7A。流速时间波形与控制通气中的流速时间波形相似，呼吸机在整个吸气相送出持续的恒定流速的气体，在流速时间波形上描记为方波。此时吸气流速已经增加到60L/min，吸气时间持续0.75s。达到预设潮气量，吸气流速迅速降低到零，进入呼气相。呼气相的开始瞬间，呼气流速到达最大值，随后逐渐降低至零点。

·容量时间波形

与控制通气中的容量时间波形相似，由于吸气流速恒定，容量随时间线性递增（图1-7B），直至达到预设值750ml。进入呼气相，容量时间波形逐渐回归零点。呼吸循环时间到达时，进入下一个呼吸循环。

·压力时间波形，与控制通气的有明显区别

注意图1-7C。吸气相开始前，压力时间波形有一个微小的负向描记，表示吸气过程是由患者触发开始的。

吸气相最初增加的10cmH2O称为PTA，用于克服呼吸道阻力，将气流送入肺部。由于肺顺应性和设置的潮气量值均未改变，因此肺泡压也没有改变，仍为15cmH2O。两者相加，吸气相的PIP值为25cmH2O。

潮气量达到预设值750ml时，吸气相结束（容量切换），呼气阀打开，呼气相开始，压力曲线迅速回归零点。

（三）SIMV

间歇指令通气（IMV）：呼吸机按设定的频率强制给患者通气，在两次强制通气之间允许患者自主呼吸，但存在人机对抗的缺陷。

同步间歇指令通气（SIMV）在IMV的基础上，引入“触发时间窗”的设计，改善了强制通气与自主呼吸间的同步性。

上例中，每分钟20次的辅助通气将会导致患者过度通气，所以决定将之改为SIMV模式，机械通气频率设置为12/min。这种改变让总的呼吸次数增加为36/min，即在每两次相邻的机械通气之间，患者进行两次自主呼吸，每次自主呼吸潮气量均为150ml。

请注意图1-8中的如下特征：

a.相邻两次机械通气之间，流速时间波形所描记的自主呼吸是正向的，即吸气相时流速曲线向Y轴正向描记，呼气相对流速曲线向Y轴负向描记。

b．自主呼吸潮气量达到150ml。

c.与流速时间波形和容量时间波形正相反，压力时间波形在自主呼吸的吸气相时，向Y轴负向描记，而在呼气相时，向Y轴正向描记。

d.在这三种波形曲线中，每一次自主呼吸或机械通气的开始、切换和结束时间点均是一致的。

流速时间波形

观察在两次机械通气间存在两次自主呼吸（图1-8A）。SIMV模式中的机械通气特性与辅助通气中每一次通气的特性完全一致（图1-7）。相邻两次机械通气间的自主呼吸，吸气相的流速变化显示为Y轴正向描记，而呼气相的流速变化显示为Y轴负向描记。

由于SIMV模式下的机械通气频率设置为每分钟12次，因此每5s呼吸机就会送出一次机械强制通气或指令通气。

容量时间波形

在每次自主呼吸中，容量曲线在150ml标尺处到达最高点，即潮气量仅有150ml（图1-8B），显然，机械通气与控制通气模式容量时间波形特性完全相同（图1-7）。

压力时间波形

与流速时间波形和容量时间波形正相反，在自主呼吸的吸气相向Y轴负向描记，而在呼气相，向Y轴正向描记（图1-8C）。患者触发的机械通气也会在机械通气吸气相波形开始前显示微小的Y轴负向描记。在这三种波形曲线中，每一次自主呼吸或机械通气的开始，切换和结束时间点均是一致的。

（四）SIMV＋PSV

在图1-9可见，由于自主呼吸潮气量太小，患者需要多次呼吸努力才能获得足够的潮气量。呼吸机仅在每次自主呼吸的吸气相加10cmH，O的压力支持，能显著增加自主呼吸潮气量，从150ml增加到350ml，而患者总的呼吸频率从每分钟36次减少到24次，即每两次相邻的指令通气之间，只有一次自主呼吸。请注意图1-9如下特征：

a.在流速时间波形中，压力支持的自主呼吸显示为流速递减的波形，在吸气流速降低到一定水平时，吸气相结束（流速切换）。

b．从容量时间波形上可以看出，压力支持的自主呼吸达到350ml的潮

气量。c.压力支持的自主呼吸就是在整个自主呼吸的吸气相按照预设值（在这个例子中是10cmH2O）维持恒定的起支持作用的压力水平。在呼气相时，此支持压力归零。另外，请注意；在压力时间波形上，所有患者触发的指令通气均在吸气相开始之前有微小的压力曲线负向波动，显示患者的触发过程。

·流速时间波形

可见两个相邻的指令通气之间有一次压力支持的自主呼吸（图1-9A），其最大的特点是吸气流量的变化方式。在吸气相，吸气流速瞬间达到最大，随后逐渐下降（递减波形），在吸气流速降低到预设值时（通常为最大流速的25％），由吸气相切换至呼气相，因此压力支持通气（PSV）被定义为流速切换的通气方式。

·容量时间波形

自主呼吸的潮气量从150ml增加到350ml，患者的自主呼吸频率降低了（图1-9B）。现在，在每两次相邻的指令通气之间，患者只进行一次自主呼吸。

·压力时间波形

请注意：在整个吸气相，呼吸机维持压力水平在10cmH，O（图1-9C）。另外，无论是压力支持的自主呼吸还是指令通气，在吸气相开始之前，均可见患者触发的显著标志-微小的压力曲线负向波动。

（五）SIMV＋PSV＋CPAP

注意图1-10中的参数变化。如果通过血气分析发现，患者的机械通气情况尚可，但其血液氧合状况并不理想。如当FO2设为0.9时，PaO2的水平仅有43mmHg，因此，决定启动持续气道正压通气（CPAP）模式来改善氧合状况。

自主呼吸时，如果压力基线大于0，就认为是在进行CPAP。机械通气时，高于0的压力基线则定义为呼气末气道正压（PEEP）。通常这两种情况都可称为CPAP。逐渐升高CPAP水平，并使用血氧仪监测SpO，通过此方法来判断CPAP是否合适。本例中，当CPAP水平增加到15cml，O时，SpO，值增加到90％。

请注意图1-10中的如下特征：

a．开始启动CPAP后，压力时间波形的基线就增加到15cmH2O。基线的增加直接导致PIP水平从25cmH2O增加到40cmH2O。

b．在呼气相终末，气道压力降低到新的压力基线15cmH2O，而不是0。

c.在流速时间波形和容量时间波形上，启动CPAP，对基线水平没有任何影响。

·流速时间波形

启动CPAP（图1-10A），对流速波形没有任何影响，与图1-9A的波形完全相同，对基线水平没有任何影响。

·容量时间波形

启动CPAP（图1-10B），对容量波形没有任何影响，与图1-9B的波形完全相同，对基线水平没有任何影响。

·压力时间波形

压力基线从零提高到15cmH2O（图1-10C），导致PIP水平从25 cmH2O提高到40cmH2O。

在呼气末，气道压力降低到新的压力基线15cmH2O，而不是0。

（六）PCV