呼吸系统力学功能的评估（二）

呼吸系统力学功能的评估（二）

张根生 朱熠冰  宋飞珍   译     张根生  校对

从压力、流速和容量常见的标准测量衍生出来的测量值

  顺应性（弹性）

顺应性定义为每单位压力变化（dP）产生的肺容量变化（ΔV）。弹性是顺应性的倒数。顺应性一般指静态测量值（即没流速产生），故仅仅由系统的弹性特征决定。以下公式计算出来的是整个呼吸系统的顺应性CRS =ΔV/(Pplat-PEEP);仅仅是肺的顺应性可以如下公式计算CL=ΔV/(Pplat-PEEP-ΔPes）;胸壁的顺应性则用该公式（CCW =ΔV/dPes），dPes是指随着容量变化食道压力所发生的变化。机械通气患者呼吸系统顺应性为50至100 mL /cmH2O被视为正常。

PEEP的滴定常规用于接受机械通气的危重病患者。呼吸系统顺应性是一种基于力学的通用方法，用来评估PEEP水平，其基本理念是以呼吸系统顺应性替代肺顺应性来检测肺泡的塌陷与过度扩张，而这些情况与肺顺应性降低相关。一个应用PEEP获得最高呼吸系统顺应性的肺保护方法，与器官功能障碍和死亡率的降低趋势是相关的。但重要的是，只有当胸壁顺应性接近正常（100-200 mL/cmH2O）时，呼吸系统顺应性才能替代肺顺应性。在胸壁顺应性降低的情况下（例如，胸廓畸形、胸壁水肿、病态肥胖、腹腔间室综合征、胸壁创伤、腹水和胸壁烧伤），呼吸系统顺应性不能很好的替代肺顺应性，而此时必须测量食道压力(Pes)，量化胸壁顺应性（CCW）对其的影响，进而精确评估肺顺应性（CL）。

气道阻力

气道阻力（Raw）是由气体的流动和呼吸周期两个时相内组织移位摩擦对抗产生的。在吸气相，气道阻力由以下公式估计：RI = (PIP-Pplat)/Vi， 而呼气阻力也可以使用如下公式估计：RE=(Pplat-PEEP)/Ve，其中Vi和Ve分别指吸气流速和呼气流速。

影响气道阻力的主要因素是混合气体的粘度和密度、人工气道和患者气道的长度和管腔半径以及呼吸机流速和流速模式。按照泊肃叶定律，这些因素在数学上与气道阻力相关，并决定气流是否变成层流或湍流。虽然正常气道阻力的范围约为0.5至2.5cmH2O/L/s，但健康成人插入8.0mm的气管内导管后，其气道阻力波动于4至10 cmH2O/L/s的范围内。引起气道阻力增加最常见的原因是气道分泌物积聚、支气管痉挛和气管内导管的阻塞。

时间常数

时间常数，是CRS和Raw的乘积，定义为潮式呼吸或对压力梯度做出反应后，完成总的肺容量变化的63％所需的时间。根据这个定义，大约需要3个时间常数以完成95％的肺容量变化。具有较高的阻力和/或顺应性的肺单元具有较长的时间常数，并且需要更多的时间来填充和排空。因此这些肺单元更倾向于产生空气滞留和内源性PEEP。在机械通气的患者中，至少存在以下2个增加时间常数的流速阻力因素：人工气道和呼吸机管道。

食道压力监测

食道压力测量值近似胸内压（Ppl），可用于计算胸壁力学和跨肺压（Ptp；Ptp=Paw-Ppl）。肥胖、腹内压增高、脊柱侧凸、脊柱炎、纤维胸和胸腔积液等，这些改变胸壁力学的因素显著地影响着跨肺压和气道压的测定。相反，在计算跨肺压时，自主呼吸努力产生的胸内负压也需要考虑在内。由于跨肺压是由受牵张的肺产生的，导致跨肺压不能得到精确评估的可能原因是在一些有关呼吸机管理的临床研究中缺乏有效性的观察。

关于急性肺损伤患者的研究中，可监测食道压力以计算跨肺压，进而来指导机械通气。目标一般是限制吸气末跨肺压小于30cmH2O，并防止呼气期间产生负的跨肺压（即设置PEEP来抵消胸壁僵硬引起的肺泡塌陷效应）。与遵循ARDSnet所提议的低PEEP对照表来设定的PEEP方案相比，依据食道压力监测调节PEEP的方法更能改善氧合和顺应性。一项名称为“以食道压力为导向的通气试验2'（The Esophageal Pressure-Guided Ventilation 2 Trial;   EPVent2）的研究即将展开，其设计旨在检验 “通过调节呼吸机压力获取正的压力—时间积分值（PTP），将导致中度至重度ARDS患者死亡率下降和脱离呼吸机天数延长” 这一主要假设。目前，由于不是每个ARDS患者都涉及胸壁问题，不推荐常规测量食道压力来设置PEEP。然而，它对胸壁顺应性下降或在辅助通气时努力吸气的患者很有可能是有益的。

食道测压的常规应用一直被认为是重症监护的一项挑战。限制这一技术广泛使用的最重要的因素包括：技术本身问题、对生理知识背景的理解以及缺乏其对患者预后的直接影响的研究。另外，在仰卧位和非均一性实质性肺疾病中，食道压力受以下重要因素影响，包括肺的弹性和重量、肋骨的弹性和重量、纵隔器官的重量（心脏的重量可以使食道压力产生高达5cmH2O的偏差）、膈和腹部的弹性和重量、食道壁的弹性以及食道气囊的弹性（如果气体充得过满过多）。食道压力监测可评估胸部中段的胸内压，胸内压在无支撑的胸部数值更负，而在有支撑的胸部数值更正，记住这些很重要。

食道压力监测也可用于通过测量患者肌肉做功（做功等于压力和容量的积分），或有辅助或无辅助呼吸期间的PTP（压力和时间的积分）来评估患者肌肉能量消耗（参见接下去的讨论）。此外，食道压力可用于测量auto-PEEP施加的触发负荷，其通过患者在用力呼吸时，气道压力下降之前测得食道压力的下降而获得。使用如下方法，即把设置的PEEP水平设为相当于测量到的auto-PEEP的70％至80％，可有效降低触发负荷且不会导致肺过度膨胀。

应力指数

应力指数（SI），定义为恒定流速的一段时间内气道开放压力的斜率，是从压力-时间曲线的形状衍生出的参数，可识别有害的机械通气。 数学上，应力指数是以下功率方程的一个参数 b（即 P=a X TIb(次方) + c），该方程描述的是曲线的形状（图17）。压力的线性增加（SI=1）提示足够的肺泡充气（最小的塌陷）和没有过度膨胀。如果在吸气末时由于过度膨胀导致顺应性恶化，在压力-时间曲线上显示凹面向上（SI> 1）。相反，如果在呼气末有塌陷和补充吸气，顺应性逐步改善并产生凹面向下（SI <>

与简单地限制平台压小于30cmH2O和控制潮气量在6mL/kg理想体重（IBW）相比，主张调整潮气量和PEEP达到非损伤性应力指数水平（0.95-1.05）是可以减少肺损伤的。通过使用计算机断层扫描，Terragni及其同事最近比较了平台压和应力指数识别有害通气的形态学指标的准确性。与平台压大于30cmH2O相比，他们发现平台压大于25cmH2O和应力指数大于1.05为最好的识别有害通气的形态学标志。

肺的应力和应变

应力和应变（形变）是工程学概念，已用于肺牵张的力学形态的描述。当对肺施加正压时，肺泡暴露于应力（吸气末扩张）并经历物理变形称为应变（潮汐扩张）。平台压和潮气量/体重指数之比值，虽然被用作为减少正压通气期间肺损伤的最重要的靶点，但它们还不能成为区域性应力和应变的完全替代指标。这是因为平台压测量的是气道压力，而不是跨肺压；另外，区域肺力学和区域残留肺容积对区域应变影响也较大。

当相邻的肺泡暴露于某种程度的气道压力而它们其中一部分失去弹性时，此时区域应力和应变也非常重要。在这些条件下，正常肺泡应变和应力增加近5倍，这种现象称为应力集中。减少平台压可以使这些应力的增加最小化。使用膨肺和增加PEEP来校正或减少不均一性也可以增加益处（减少应力增加）。

腹内压和跨膈压

膈肌是胸和腹部的紧密连接。任何增加腹内压（Pabd）的情况，均可导致膈肌向上移动而降低胸壁顺应性。在这些情况下，P-V环明显向右移动，使得下拐点增加。正常腹内压为5mmHg，在吸气相由于膈肌向下移动而增加。虽然测量腹腔内压力是确定腹内压的公认标准，但它不实用。因此，最常见的方法是通过膀胱通路来测量。传感器在仰卧位腋中线处归零，腹腔内压力应在呼气时测量，从而避免任何腹肌收缩的影响。

由于腹内压可能受到胸腔内压力的影响，一些外科医生把气道峰压、平台压和平均气道压用作关腹期间腹内压估计的替代指标。然而，研究发现食道压力与腹内压基线相关性不一致，因此腹内压在指导机械通气患者管理方面价值有限。

跨膈压（Pdi；Pdi=Pabd- Pes）常规用于测定膈肌强度对膈神经刺激的反应。通过测量随肺容积的变化而变化的跨膈压，可以研究膈肌长度—张力的关系。从概念上讲，通过测量跨膈压，并使用跨膈压驱动的气道压力和流速，可以改善患者和呼吸机的同步性。

呼吸肌负荷：压力时间乘积和呼吸功

呼吸产生的机械负荷可以用PTP（压力时间积分）或WOB（呼吸功）表示。PTP是压力在时间上的积分，WOB是压力在容积上的积分。这两个参数都与能量相关，但是PTP有更好的相关性，且压力—时间曲线与呼吸时相联合分析可以预测呼吸肌疲劳。

根据简化运动方程，可以计算给定的VT（潮气量）所对应的压力：VT=触发压力（吸气阀灵敏度/反应性+内源性PEEP）+（顺应性×VT）+（流量×阻力）（图18）。

自主呼吸中，所需压力指食道压和胸壁回缩力之差。控制通气中，压力指气道压。上述的食道压或气道压在时间上的积分就是PTP，在容积上的积分就是WOB。对于机械通气患者，用气道压计算PTP和WOB均可以反映呼吸机的负荷。而PTP或WOB在控制通气和辅助通气中的差异反映了病人的呼吸负荷。

重要的是，PTP和WOB均包含了运动方程中的顺应性和阻力负荷，而PTP还包含了触发呼吸机过程的压力负荷。这一过程包括病人触发呼吸机所需的时间和压力（敏感性），以及呼吸机被触发后的气道内压上升到目标压力所需要的时间（反应性）（图19）。

PTP的单位为cmH2O/s，正常吸气阀灵敏度为5cmH2O/s。WOB的标准单位为J，但为反映给定的容积和流量所对应的平均压力，WOB的单位定为J/L，正常的吸气阀WOB为0.3-0.7J/L。在呼吸机的监测曲线中，PTP显示为压力-时间曲线，WOB显示为压力—容积环（图20）。基于坎贝尔图的压力—容积环可以反映不同顺应性和阻力作用下的WOB。改良的坎贝尔图增加以下参数：自主呼吸过程中气管插管导致的呼吸肌阻力负荷、呼吸回路、呼吸机的流量控制系统所导致的WOB。

研究显示测量呼吸功率是更好的评价呼吸肌负荷的手段（每分钟的呼吸功，WOB/min），因为它将呼吸频率计算在内，而不局限于一次呼吸做功。这有助于设定压力支持水平，减少呼吸肌负荷。正常的呼吸功率是4-8 J/min。其他评估能量负荷的手段包括肌电图和超声。

评估机械通气的能量负荷是否能改善病人预后尚不清楚，但可以肯定的是，自主呼吸或辅助通气中能量负荷的增加会损伤呼吸肌。过度的负荷会增加氧耗、损伤肌原纤维、导致呼吸肌疲劳和高碳酸血症。

张力-时间指数和压力-时间指数

1982年，Bellemare和Grassino应用张力—时间指数（TTI）来预测膈肌疲劳。TTI的计算公式为：TTI=(Pdi/Pdimax)×(Ti/Ttot)；Pdi系指跨膈压，Pdimax为最大跨膈压，Ti/Ttot系指吸气时间与呼吸周期的比值。TTI的折点为0.15，大于0.15预测其出现呼吸肌疲劳。食道压和腹内压在ICU不常规监测，自主呼吸时可以用另一个参数，PTI（压力—时间指数）：PTI=(Pbreath/Pimax)×(Ti/Ttot)，Pbreath是对于给定的潮气量病人产生的吸气压力，Pimax是病人能够产生的最大吸气压力，这需要封闭气道的技术和病人的配合。PTI的折点和TTI是一样的。这一参数可以预测呼吸肌疲劳，但其应用和获益的数据支持有限。Harikumar等人的一项儿童研究显示，PTI＞0.15来预测拔管失败的敏感性为100%。

驱动压

驱动压（DP）正在更多地被关注。驱动压指的是达到给定的潮气量所需要的压力，即平台压与PEEP之差（图21）。驱动压是潮气量与顺应性之比（VT/CRS）。潮气量可以根据病人的有效肺容积调节，而不是理想体重。潮气量目标小于6ml/kg理想体重会导致有效肺容积和顺应性下降。这一方法会减少应力/应变，尤其是计算跨肺压而不是气道压的时候。机械通气的回顾性分析建议目标跨肺压小于15～18 cmH2O。

Amato等人的研究显示驱动压适用于肺损伤的危险分层， 驱动压的下降与存活率显著相关，对于保护性肺通气策略（平台压＜30cmH2O）和正常潮气量（VT5-7ml/kg）均如此。驱动压每升高一级（≈7cmH2O），死亡率随之升高（风险比：1.41；95%置信区间：1.31-1.51；P＜0.001），其他研究也证实了这些结论。

电阻抗成像

电阻抗成像（EIT）是无创、无射线、实时、床旁的监测工具。它通过16或32个皮肤电极，提供动态肺容积图像。显示器的视觉效果类似于胸CT的冠状切面，电极带一般放置在第6肋间（图22）。电阻抗成像安全、便捷，而且与其他技术（如CT、氮洗脱试验、PET、单光子发射计算机断层显像）呈现出良好的相关性。呼气末的肺阻抗可以反映阻抗的变化趋势。因此，可以根据EIT，来评估诸如PEEP滴定（图23）、姿势改变、俯卧位通气、肺复张，以及非传统机械通气模式如气道压力释放通气、高频震荡通气等引起的呼吸末肺容积和潮气量的改变 。

肺水肿是肺损伤的常见症状。肺水肿的评估对于监测和指导治疗非常重要。Trepte等人在动物实验中，应用EIT功能成像原理，开发了一种血管外肺水的评估方法。用身体旋转的方法测量肺/水比，反映总血管外血水。肺/水比EIT法与尸检分析、热稀释法进行了比较，尸检结果与EIT法呈现显著关联（r=0.80；P＜0.05）。

EIT在临床适用的前提是：合适的电极带位置，合适的阻抗视图，显示器校准，正确的数据解读。而且EIT只能提供一个肺横切面的信息。

总结

 对于ICU病人，呼吸力学的评估可以提供重要信息，而评估包含了方法、工具、技能和经验。对呼吸生理的深刻理解是选择最佳和最可行的优化ICU患者管理策略的第一步，特别是那些接受机械通气的患者。        

编辑   凉风涩