机械通气波形分析：基础篇

meihb 2022-07-03 发布于江苏

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作者：何春凤，何国军

单位：浙江大学医学院附属第一医院

机械通气是对呼吸衰竭患者进行呼吸支持的主要手段。与其他呼吸支持技术相似，机械通气本身其实并不能治疗原发疾病，多数时候只是为原发疾病的治疗争取时间。然而，机械通气作为一把“双刃剑”，不合理的模式和参数设置也会给患者造成医源性损伤，比如人机不同步导致气压伤、镇痛镇静药物的不合理使用引起的谵妄、神经肌肉损害等。因此，如何在机械通气过程中减少相关并发症的发生，这在临床上尤为重要。为此，临床医生不仅要根据患者的原发疾病、基础疾病的病理生理特点制订合理的通气目标，也需要对患者的通气需求和人机同步性做出合理的判断，机械通气波形分析则是非常基础而又重要的手段之一。常见波形分为“时间波形”和“环”两大类，其中“时间波形”临床更常用。本篇主要讲述机械通气波形分析的基础内容部分。

肺通气和运动方程

肺通气

肺通气的直接动力是肺内外的压力差值。生理状态下的通气始于吸气肌的收缩，使得胸腔内压下降，从而扩张肺泡降低肺泡内压，此时肺内压力低于肺外压力，气流进入肺内，即“水往低处流，气往低压走”。由于呼吸系统阻力的存在（主要是黏性阻力和弹性阻力两部分），肺外气体以何种状态（流量的高低）、何种结果（容量的大小）进入肺内，不仅受吸气动力的影响，也受呼吸系统阻力的影响。吸气过程其实是从势能（压差）→动能（流量）→势能（容量）的转换过程。

从图1模型可以看到，肺外气体进入肺内首先需要克服气道的黏性阻力（气道阻力的主要成分）。当气道阻力一定时，两端压力差越大，气流量越高；而气道阻力的高低则与气道长度、半径和气流形态（层流或湍流）有关。对于气道末端的肺泡而言，我们可以将其看成一个个的“小气球”。肺泡有弹性回缩力（阻力），在气流进入打开肺泡的过程同样需要克服弹性阻力（阻止气体进入肺内）。肺泡最终的力学平衡即为肺泡内压（向外）、肺泡本身的弹性回缩压（向内）和肺泡外压（可正可负）这三种压力的平衡，有多少气体进入肺泡（潮气量）会同时受这三者的影响。简单地说，吸气流量的大小受气道内外压力差和气道阻力的影响，潮气量的高低受跨肺泡压力（跨肺压）的高低和肺泡顺应性大小的影响。由于肺组织位于胸腔内部，肺泡外的压力（胸腔压）也同时受胸壁、胸腔和腹腔的影响。对于机械通气患者，呼吸机预设的压力决定了肺泡内压的高低，呼吸系统顺应性即为弹性阻力，自主呼气的强弱则决定了肺泡外压力（胸腔压）的高低。肺通气最终的结果即为动力（肌肉）和阻力（呼吸系统）的平衡，而运动方程即为对气流进出肺过程的力学总结。

图1 肺通气的球管模型

运动方程：

动力（P呼吸机+P呼吸肌）=阻力（流量×气道阻力+潮气量/呼吸系统顺应性+PEEP总）

机械通气时通气动力来源于两部分：呼吸机的正压和自主吸气的负压。运动方程左边部分代表通气的动力来源，由呼吸机预设的压力（正压）和患者自主吸气驱动（负压，扩张肺泡）两部分组成；右边部分代表通气的阻力来源，其中PEEP总代表呼气末吸气初肺泡内压力（含PEEPi部分）。正压通气可以分为容量目标通气和压力目标通气，压力目标通气时方程左边部分相对固定，而容量目标通气时右边部分相对固定；很容易看出不同目标通气下，哪些是恒量，哪些是变量，其中的变量正是我们需要进行评估分析的。需要强调的是，运动方程可以反映每个时间点的动力和阻力的平衡，更强调的是“动”而不是“静”，理解这一点对于波形分析非常重要。

压力、流量和容量时间的波形

时间波形是指流量、压力和容量随着呼吸周期的进展而发生的动态改变，是最基础的通气波形。根据预设通气模式和参数的不同，分别呈现不同的样式。临床上不仅需要对单个呼吸周期进行分析，不同呼吸周期之间的波形差异也需要加以重视。

压力上升时间

压力上升时间（图2）参数仅用于压力型通气模式，它是指呼吸机被触发开始通气后气道压力从低压上升至高压所需要的时间。大部分呼吸机直接设置时间为参数，也有呼吸机间接设置。压力上升时间反映压力上升的快慢，理论上来说压力上升越快，吸气峰流量越高；自主呼吸较强的患者通常需要设置较快的压力上升时间，但在部分患者中可出现压力过冲现象。过快的压力上升可能会给患者带来不友好的体验，尤其是无创正压通气时。

图2 压力上升时间

峰压、平台压和呼气相压力（压力时间）

绝大多数呼吸机预设和监测的气道压力均为气道开口压（Y型管处）。峰压（图3-A、图4-A）是指吸气过程中呼吸机监测到的最高气道压力。如前所述，当采用容量型通气时，气道峰压出现在预设潮气量送完的即刻；当压力型通气时，通常峰压等于预设的气道压力。

平台压（图3-B）反映的是肺泡压，与呼吸系统静态顺应性有关。平台压的测量需要使用吸气暂停功能，此时肺内外压差为0（流量为0），气道压与肺泡压相等。需要注意的是，压力型通气时虽然压力波形看上去呈现“平台”，对应流量不为0时并不反映肺泡压，不是真正意义上的平台压（图4-A）。

呼气相压力（图3-E）由PEEP决定，同时受自主呼吸的影响会有微小变化。

图3 容量型辅助/控制通气

图4 压力型辅助/控制通气

峰流量、切换流量（流量时间）

峰流量（图4-C、F）是吸气相或呼气相的流量最大值，通常出现在吸呼气及早期。峰流量的高低反映肺内外压力差的最大值（受预设压力和自主吸气的影响），同时受气道阻力的影响。呼吸机预设压力越高、压力上升速度越快、自主呼吸越强，峰值流量越高。

切换流量（图4-E）是指呼吸机从吸气相转换至呼气相时的流量值，反映的是机械吸气时间结束时的肺内外的压力差值大小和气道阻力高低。容量型模式下切换流量通常为0（受吸气时间影响）；压力型通气下切换流量通常大于0（受吸气时间和自主呼吸影响）；自主呼吸模式下切换流量可变（由呼气灵敏度和自主呼吸决定）。切换流量高低可以反映呼吸系统顺应性、气道阻力和自主呼吸的强弱。

吸入和呼出容量（容量时间）

容量时间波形是指吸入、呼出容量随时间的变化。基线为0，上升支从基线开始代表吸气相，上升幅度（峰值）代表吸入潮气量大小；下降支代表呼气相，下降幅度代表呼出潮气量大小；上升或下降的斜率则代表流量大小。

容量型通气

容量型辅助/控制通气下预设的参数包括：潮气量、吸气流量（恒定流量）、PEEP等为恒量，而气道阻力和呼吸系统顺应性是患者的力学特性（在较短时间内可以认为是恒量）。从运动方程我们可以看出，随着吸气的进行，用于克服气道阻力所需的压力保持恒定，克服弹性阻力所需的压力则随着进入肺泡气体量的增多而增高（图3-D），故而方程左边的压力也随之增高（压力递增）；当预设潮气量输送完毕后，流量降为0，克服气道阻力所需的压力也将为0，但此时肺泡容量处于最高状态，压力波形呈现为恒压（平台压，肺泡压与气道压相等）（图3-B），显然此压力仅用于克服呼吸系统的弹性阻力，仅仅反映肺泡的力学平衡状态。在V-A/C模式下，我们通常认为峰压和平台压的差值反映气道阻力的高低，而平台压则反映呼吸系统顺应性的好坏。

压力型通气

压力型辅助/控制通气模式预设的参数包括：吸气压力（气道开口压）、吸气时间等。吸气开始后气道压力上升至预设压力，从而建立了肺外高压肺内低压的状态，流量瞬间上升至最高值（图4-C）。随着吸气的进行，肺内压力逐渐增高（图4-B），而肺外压力并未改变（图4-A），压差降低，流量下降（递减流量）（图4-D）直至吸气时间结束（图4-E）。如果吸气时间足够长，则最终肺泡内压将与肺外压力相等，流量降为0。

流量时间曲线下面积即为潮气量的大小。根据运动方程，当无自主呼吸时无论选择什么模式，流量和压力时间波形均符合“流量恒定则压力递增；压力恒定则流量递减”的特点，当自主呼吸出现时，相应的时间点会有压力和流量的改变（详见下篇）。

小结

容量型通气流量恒定，压力递增；压力型通气压力恒定，流量递减。当患者力学和自主呼吸发生改变时，波形会出现相应的变化。总结为一句话：模式和参数决定了通气波形最初的长相，而自主呼吸和胸肺力学状态则决定了波形的最终模样（运动方程）。分析流量、压力和容量时间波形的静态和动态改变有助于对患者呼吸力学和自主呼吸驱动的初步评估。

参考文献

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