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人机不同步常见类型及处理策略

 meihb 2022-12-25 发布于江苏

作者:王蒙,赵菲璠
单位:北京大学第三医院呼吸与危重症医学科

人机不同步种类多样,可发生于呼吸机送气的各个阶段,包括触发阶段、送气阶段以及吸呼气切换阶段。本文主要介绍常见人机不同步的类型及相应处理方法。
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一、触发阶段不同步
简单地说,触发阶段就是呼吸机感知患者吸气的阶段。如前所述,呼吸机常规触发变量主要包括时间触发、压力触发及流量触发。根据运动方程可知,当患者克服气道阻力及胸肺弹性阻力,使气道内压力或者流速变化达到预设的触发灵敏度时,就能触发呼吸机送气(如下图所示)
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理想状态下,当患者吸气开始后呼吸机应在较短时间内(<100 ms)即开始送气,以达到良好的触发同步。当呼吸机送气时机与患者呼吸中枢发放的呼吸冲动不能完全匹配时,即为吸气触发不同步。触发阶段的人机同步性受多种因素影响,包括患者的呼吸驱动和吸气肌肉力量大小,以及医务人员预设的触发变量类型及敏感程度。
1. 延迟触发
(1)定义:延迟触发是指患者吸气触发呼吸机送气所需时间延长(>100 ms)。
(2)原因:①呼吸驱动过低;②吸气力量过低;③触发阈值过高;气体陷闭/auto-PEEP;④气管插管或气管切开套管部分阻塞;⑤呼吸机气动性能差。
导致延迟触发的原因主要包括两大类:
第一类是触发变量选择不合适或触发阈值过高。与流量触发相比,压力触发更为困难,当设置的触发阈值过高时,患者在触发呼吸机送气前需要的做功就会增加,可能会导致延迟触发的发生。
第二类是患者呼吸驱动过低或呼吸肌肉力量不足以克服气道阻力和胸肺弹性阻力,最常见于存在内源性PEEP的阻塞性肺疾病患者。对于此类患者,当吸气动作出现后,胸腔内压的下降需要先克服内源性PEEP,使肺泡内压下降至0以下,才能形成压力差,产生有效吸气气流。最终导致患者吸气气流与吸气动作存在时间差,造成不同步的发生。在该段时间差内,只有吸气动作而没有气流产生,最终导致患者呼吸费力、辅助呼吸肌肉运动增强以及胸腹矛盾运动等。下图为延迟触发的典型曲线,从吸气开始(①)到呼吸机送气(②)存在明显时间差,即为触发延迟。
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(3)解决方法:①降低内源性PEEP;②设置合适的触发灵敏度;③更换呼吸机。
2. 无效触发
(1)定义无效触发指患者的吸气努力无法触发呼吸机送气。

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(2)原因:①镇静过深;②呼吸驱动过低;③吸气力量过低;④触发阈值过高;⑤通气辅助过强/PaCO2过低;⑥气体陷闭/auto-PEEP;⑦代谢性碱中毒。
上述多种因素都可能导致无效触发,内源性PEEP(auto-PEEP)引起的无效触发较为常见。当存在动态过度充气或呼气时间短于完全呼气所需的时间时,就会导致肺过度充气,产生内源性PEEP。对于阻塞性肺疾病患者,由于气道阻力增高会出现不完全可逆的气流受限,产生内源性PEEP,此时,当吸气动作出现后,胸腔内压的下降需要先克服内源性PEEP,使肺泡内压下降至0以下,才能形成压力差,产生有效吸气气流。当患者吸气肌肉力量不足以克服内源性PEEP时,就会导致无效触发的发生。下图为内源性PEEP导致无效触发的典型波形,流量-时间曲线上呼气结束仍存在呼气气流(提示呼气末肺内压仍高于气道开口压,存在内源性PEEP);下图红色箭头处可见呼气流速突然下降(向基线靠近,提示呼气过程中存在吸气动作),存在无效触发。
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对于小气道呼气气流受限引起的无效触发,可使用支气管舒张剂扩张气道,同时设置合适的外源性PEEP对抗内源性PEEP(下图,合适的PEEP可减少触发所需呼吸做功),从而改善人机同步性,减少患者触发做功。对于呼气时间过短、肺动态过度充气导致的内源性PEEP,应适当缩短吸气时间、延长呼气时间,以达到减少肺过度充气,改善人机同步性的目的。
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除内源性PEEP导致的无效触发外,触发灵敏度设置不合适同样可导致无效触发。如下图所示,对于同一患者,将流量触发2 L/min更换为压力触发3 cmH2O时,可见整体送气呼吸频率下降。同时,在压力和流速时间曲线上可以看到患者吸气引起的曲线波动(红色箭头处),但未能触发呼吸机送气,提示无效触发的发生。
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在呼吸机波形上,无效触发的表现可以总结为:
①吸气流速突然上升同时伴有气道压力下降。
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②吸气流速突然上升伴或不伴有气道压力下降,但存在食道压力下降或膈肌电活动增强。

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③呼气流速突然下降。
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(3)解决方法:①减轻镇静深度;②降低触发阈值;③延长呼气时间,减少气体陷闭;④设置PEEP对抗内源性PEEP。
3. 自动触发/误触发
(1)定义:自动触发指的是在没有患者努力呼吸的情况下进行机械呼吸。
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(2)原因:①触发阈值过低;②漏气(插管气囊、管路、胸引管);③气流震荡(冷凝水、分泌物、心脏收缩)。
自动触发/误触发通常是由于触发设置过于灵敏(触发阈值过低),当漏气(插管气囊、管路、胸引管)或气流震荡(冷凝水、分泌物、心脏收缩)达到呼吸机预设的触发灵敏度时产生。下图可见流速时间曲线上存在心脏收缩导致的气流震荡,同时吸气肌未收缩(紫色线食道压无压力波动),即在患者未吸气情况下触发了呼吸机送气,为典型的气流震荡导致的自动触发/误触发。
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下图可见容量时间曲线下降支未能归零(提示存在漏气),同时可见吸气肌收缩(紫色线食道压力下降)频率小于呼吸机送气频率,为典型的漏气导致的自动触发/误触发。
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(3)解决方法:①提高触发阈值;②寻找并解决漏气;③倾倒管路内冷凝水。
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二、送气阶段不同步

当呼吸机不能满足患者的通气需求时,就会出现送气阶段的人机不同步。此类人机不同步主要包括压力上升时间/送气流速相关的流速不同步、吸气时间/通气支持水平相关的双触发、镇静肌松/神经机械偶连相关的反向触发。

1. 流速不同步

(1)定义:呼吸机送气流速与患者吸气流速不匹配.

(2)原因:①模式选择不合理;②呼吸驱动过强;③容控流速过低/过高;④压控压力上升过快/过慢。

流速不同步可见于各种呼吸机模式,但在容量控制通气(下称“容控”)时更易发生,因为容控需要预设潮气量和送气流速,潮气量为固定值,流速是递减波或方波,不符合呼吸生理,参见下图(自主呼吸时,潮气量不断变化同时流速为类正弦波)。对于存在自主呼吸的患者,推荐使用递减波,更符合患者呼吸生理,能够满足吸气初期的高流速需求。对于完全控制通气的患者,通气完全由预设参数控制,方波和递减波选择上没有太大区别。

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当患者自主吸气触发呼吸机送气,同时预设的流速可以满足患者需求时,人机同步性良好,呈现出较为经典的呼吸机压力时间曲线。

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但当患者呼吸驱动和吸气需求增加时,如果设置的送气流速低于患者实际的吸气流速,压力波形曲线上就会出现凹陷,即所谓的“空气饥渴”(air hunger)现象,导致患者吸气功耗增加。

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压力控制通气时,除了需要预设吸气压和吸气时间外,还要设置压力上升时间(Rise time或Ramp),设置不合适同样也会导致流速不同步。压力上升时间指气道内压力由PEEP上升至Pi的快慢,换句话说,决定了送气初期流速的大小。当压力上升时间过短,送气初期流速过大,就会导致压力时间曲线在吸气初期出现一个向上的凸起,导致压力过冲(overshoot)。
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而当压力上升之间设置过长,流速不足以满足患者吸气流速时,又会引起压力上升不良(压力时间曲线上吸气初期有一个向下的凹陷),导致患者憋气和吸气做功增加。

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合适的压力上升时间应该能使吸气流速满足或稍稍超过患者实际的吸气流速,使气道内压力能够快速上升至平台,达到相对完美的压力时间曲线。

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(3)解决方法:调整压力上升时间或送气流速,使气道压能快速上升至平台,同时在吸气初期压力时间曲线上没有上凸(压力过冲)或下凹(压力上升不良/空气饥渴)。

2. 双触发

(1)定义:也称为双吸气,单次吸气努力触发两次呼吸机送气(两次送气间伴或不伴一次很短的呼气)。

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(2)原因:吸气时间不匹配(自主吸气时间>呼吸机送气时间):吸气时间设置过短;呼气切换过早(ETS)。②通气需求不匹配(通气设置无法满足患者需求):通气辅助过低(Pi/PS/Vt过低);呼吸驱动过强;送气流速设置过低。

双触发最常见于容控模式,通常发生在潮气量不能满足患者需求或设置的吸气时间短于患者神经吸气时间时。典型双触发表现如下面两幅图所示,单次吸气努力触达了两次连续的送气,两次送气间没有呼气或呼气时间小于吸气时间的1/2。

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双触发可能会带来严重的机械通气相关问题,所以备受关注。由于两次送气间无呼气或呼气时间过短,容控时发生双触发会导致实际潮气量接近为设置潮气量的2倍(两次送气),对于采取6 ml/kg保护性通气的患者,实际潮气量会增加至12 ml/kg,导致肺过度膨胀、跨肺压和胸腔内压增加,从而导致静脉回流受阻、低血压和呼吸机相关性肺损伤发生风险增加。此时可通过延长吸气时间或尝试切换为压力控制通气或压力支持通气尽量消除双触发。

(3)解决方法:①增加送气潮气量(≤8 ml/kg)/送气压力;②增加吸气流速以满足患者需求;③增加吸气时间以匹配患者吸气时间;④更换为PSV模式。

3. 反向触发

(1)定义:呼吸机送气触发患者吸气。

(2)原因:①通气辅助过度;②深度镇静。

反向触发是近年来新发现的一种人机不同步形式,与正常通气时患者触发呼吸机送气相反,反向触发指的是呼吸机控制通气触发患者产生吸气努力。发生的生理学机制尚不完全明确,可能与“呼吸拖带(respiratory entrainment)”现象有关,即神经和机械周期间建立了一种固定、重复的时间关系(呼吸相位锁定)。常用拖带比(entrainment ratio)表示机械周期与神经周期间的比例关系,拖带比通常为固定值,可见1:1、2:1、3:1,且每次反向触发周期、时相、强度等呼吸特征基本一致,1:1拖带即一次控制通气对应一次神经通气,是最稳定和最常见的拖带比。典型的反向触发如下图所示,第一次送气为控制通气(无膈肌电活动),随后膈肌点活动出现,患者触发了第二次通气,为典型的1:1拖带反向触发。
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反向触发的生理学后果与双触发类似,都会引起呼吸叠加,导致潮气量增加、肺过度膨胀以及跨肺压增加,进而造成血流动力学不稳定及肺损伤发生风险显著增加。反向触发与双触发在呼吸机波形上表现类似,但有着本质区别,如下图所示,双触发是两次通气都由患者触发(红色箭头处气道压力在吸气初期向下凹陷,提示自主吸气),而反向触发第一次通气为控制通气、第二次通气为患者触发的辅助通气(红色箭头处吸气初期气道压力无变化,提示控制通气)。

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(3)解决方法:①较少镇静、肌松药物使用;②设置合适的潮气量或吸气压;③设置合适的呼吸频率。

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三、吸呼气切换阶段不同步

1. 切换过早

(1)定义:当患者仍在努力吸气时送气终止,即患者吸气时间>呼吸机送气时间。

(2)原因:①ETS设置过高(PSV);②压力支持水平过低(PSV);③吸气时间设置过短(PCV)。

呼吸机波形上表现为流速-时间曲线上呼气流速向上的“凸起”(提示呼气流速下降、存在吸气动作)。典型的切换过早波形见下图,①为患者吸气导致的呼气流速突然下降(表现为向上的“凸起”),②为患者神经吸气实际结束的时间。

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切换过早也可能会导致双触发的发生,如下图所示,当设置的吸气时间短于患者神经吸气时间,同时患者吸气努力较大足以达到触发灵敏度时,就会发生双触发。显然,切换过早最好的解决办法是增加吸气时间。

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2. 切换延迟

(1)定义:当患者努力吸气结束开始呼气时呼吸机仍在送气,即患者吸气时间<呼吸机送气时间。

(2)原因:①ETS设置过低(PSV);②压力支持水平过高(PSV);③吸气时间设置过长(PCV);④送气流速过低(VCV);⑤潮气量过大(VCV)。

呼吸机波形上表现为流速-时间曲线上吸气流速突然下降,压力时间曲线上吸气末压力突然上升(提示主动呼气)。切换延迟与切换过早相反,典型表现如下图,黑色大箭头为吸气末压力突然上升(提示主动呼气),黑色双箭头为吸气流速突然下降(提示患者吸气结束但呼吸机仍在送气)。切换延迟的解决方法是根据患者神经吸气时间降低设置的吸气时间。

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人机不同步种类多样,可发生于呼吸机送气的各个阶段,如何识别人机不同步对临床医务人员来说是一个不小的挑战,下节内容将详细介绍人机不同步的监测和识别方法。

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参考文献
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作者简介

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王蒙
  • 北京大学第三医院呼吸与危重症医学科呼吸治疗师
  • 主要从事呼吸支持、气道管理、血流动力学监测、CRRT以及重症超声等
  • 中国残疾人康复协会肺康复专业委员会ICU肺康复专业学组委员
  • 北京大学重症医学系呼吸治疗学组委员

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赵菲璠
  • 北京大学第三医院呼吸与危重症医学科呼吸治疗师
  • 主要从事重症患者呼吸支持、气道管理、血流动力学监测、CRRT等
  • 北京大学重症医学系呼吸治疗学组委员

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