第三章：机械通气的基本概念：呼吸机压力、流速、潮气量的测量、显示和解读

翻译：盛炜；译审：庄严

总论：机械通气是临床上常用的治疗手段，就是将压力、最终产生为潮气量的气流通过不同的方式输送至婴儿的呼吸系统中。因此能够解读呼吸机所显示的压力、气流和潮气量信号就成为了了解和使用机械通气的必要条件。

婴儿呼吸机提供的气道压力信号是从气管导管转接接头处测量的，仅能够监测病人近端的气道压力及其变化。肺泡内压力变化可能与呼吸机测量的气道压力波形并不一致，而在临床上，肺泡内压力的临床重要性更高。新一代的婴儿呼吸机提供从气管插管转接头处测量的气流信号，和传统的仅能提供近端气道压力的呼吸机相比，显示和评估气流信号能够提供下列额外信息：

· 测量机械通气和自主呼吸的潮气量和分钟通气量

· 提示气道和气管导管部分的或完全的堵塞

· 提示气管导管漏气的大小和变化情况

· 如果出现“不完全的”肺部膨胀和/或不完整呼气（内源性PEEP）的显示，则提示设置的吸气和/或呼气时间太短

· 提供了测量呼吸力学的方法，比如顺应性和阻力

气流和潮气量监测所产生的改变的重要性远超其可能带来的问题。气流监测可能带来的问题包括：信号和数据评估相对复杂，因此用户可能会错误的解读气流监测数据；气流监测使用的流量传感器会带来额外的死腔量。但是流量传感器增加的有效死腔量并不大，因为婴儿通气时通常在气管导管处产生漏气，漏气流通常会周期性将流量传感器中的二氧化碳清除。此外，流量传感器内部容量小于 1毫升。

监测到的流速信号通常以升/分为单位显示在呼吸机屏幕上，病人吸入气体的流速波形位于横坐标上方（正向），而病人呼出气体的流速波形位于横坐标下方（负向）（图1）

图1.      伴有自主呼吸早产儿的间歇指令通气（IMV）。图中曲线显示了两次机械通气，每次机械通气都伴有明显可见的气道压力增加（Paw），而两次自主呼吸时都没有出现的Paw的升高（In=吸气，Ex=呼气）。与自主呼吸相比，两次伴随有气道压力升高的（Paw）的呼吸（呼吸机辅助的呼吸）都达到了更高的吸气和呼气气流流速（V’）。自主呼吸过程中的吸气流速峰值一般位于吸气过程的中期，并且这个峰值在早产儿中都很低（在图中的例子中达到了约1.0-1.5升/分）。在呼吸机辅助的呼吸中，吸气流速到达峰值的时间更早并且峰值更高，即肺充盈的更快且能达到更大的潮气量，并且这个更大的潮气量能够在肺内保持更长的时间，直到吸气结束。

潮气量信号（单位是mL）是由气流流速（L/min）按照时间的积分计算得出的。潮气量信号能够在呼吸机屏幕上与气体流速信号同时显示，在临床意义上没有延迟。

图2:    斯蒂芬妮/苏菲婴儿呼吸机可以显示气流流速信号（左侧下方曲线）或潮气量信号（右侧下方曲线）。操作者可以从菜单中选择所需要显示的呼吸波形。呼吸机测量气流流速信号并同步积分计算出潮气量并显示。当确定吸气开始时，潮气量数值被重置到零位（如果潮气量曲线在呼气结束时没有回到零点，那么当吸气开始时，呼吸机也会将曲线重置到零位）。气流流速信号是由流量传感器测量得到。

使用流量传感器测量气流流速：图3说明了流量传感器的基本原理，即使用流量传感器进行气流流速测量的原理。说明此原理的目的是让临床医生了解这些基本原理后，能更好的识别和理解临床上出现的典型伪迹。

图3     位于传感器中的同心管或平行管是用来产生层流气流（避免涡流和湍流）。层流气流通过传感器即可产生（非常小的）压力差，这个压力差的大小是和气流流速的快慢成正比的。压力差信号随即通过两根平行导管传递到呼吸机中的压差传感器。该压力传感器已经使用标准气流流速进行了标定。压差传感器中有两个空腔，并由一层膜分隔；当两边空腔的压力有差异时，中间的膜就会向压力较小的一侧产生位移。膜本身的位移大小和方向即转换为电信号。如果通过流量传感器的气流方向改变（吸气转换为呼气，或相反），压力差的方向就会改变，压差传感器的信号就会从正向信号转换为负向或者从负向信号转换为正向。这样呼吸机通过同一个传感器就能同时识别气流流速的大小和方向。

在婴儿临床机械通气过程中使用流量传感器常常会碰到下列问题，并且可以很容易的解决。

· 在传感器中有分泌物或冷凝水会干扰气流层流，由此导致不同程度的信号干扰和失真。

· 在传导压力差的两根平行管路中有冷凝水阻碍了压力从流量传感器向压差传感器的传导过程。呼吸机上显示的流速信号会典型性的在过高的正值和过低的负值之间转换（图4）

· 如果传导压力差的两根管路被弯折了，压力传导就会被阻塞，呼吸机就会完全无法获得气流流速信号。

· 传导压力差异的两根管路中如果任何一根出现微小的漏气都会导致气流流速信号的不准确。

· 如果传导压力差异的两根管路接反了，那么呼吸机上显示的气流流速信号就会是反的，即气流方向显示错误，吸气气流被错认为是呼气气流，呼气气流被错认为是吸气气流（图5）

图4:     流量传感器连接的两根传导压力差异的平行管路中有冷凝水聚集而出现的典型性气流流速信号失真。在左图中Y轴的标尺值较小，如此“高”的流速值无法在屏幕上显示。如果将Y轴的标尺值放大（右图），就会非常明显的看出这样高的流速值是在生理条件下是不可能的，所以这个流速信号明显是失真了。右侧下方的图形显示的流速信号，如果经计算转换为潮气量，会是非常高的呼气潮气量，远远高于其吸入的潮气量，这同样是不可能的。

图5:    如果传递压力差的平行软管接反了，就会出现正好相反的气流流速信号：呼吸机升高压力的吸气过程却显示出了一个负向的呼气气流信号（右侧）

特殊的临床情况所显示的特征性流速波形：特殊的流速波形可反映出下列临床情况

· 气管导管的部分或完全堵塞（图6）在流速曲线上是明显且易于发现的。

· 如果发生意外脱管或气管插管误置于食管的情况出现，那么就不会有呼气流速波形出现（即没有气流“从肺流出”，流速波形缺少了X轴以下的部分）

· 满是杂波的流速波形（特别是在呼气过程中）可能说明气道中积聚有分泌物，需要进行气管导管吸痰。

· 流速波形能够显示出气管插管处漏气的大小和变化

图6:     在图中显示的第二个和第四个呼吸周期中，气管插管被完全堵塞了。这是非常明显的，因为从图上看，在呼吸机给予吸气压力时（垂直的箭头），完全未见有吸气相流速波形出现。在这两个呼吸循环中，也未见有呼吸相的流速波形。在第一个和第三个呼吸周期中，气流虽然进入到了肺部。然而这两个呼吸循环中的呼气气流被明显的阻滞了，这是由于气道出现了部分的阻塞。这种呼气流速波形阻滞的典型特征是呼气开始时流速波形上升的速度明显很慢，因此导致呼气流速达到峰值的时间较晚（空心箭头）。如果没有气道的堵塞，呼气流速波形的峰值会出现的更早，几乎是吸气过程一结束就会出现。本图显示的是26周早产婴儿，出生体重364克，气管插管内径2.0mm）

图7：  一例进行同步间歇指令通气的早产儿，上气道有积聚的分泌物。图中显示了典型的呼气相流速波形中的很多杂波（箭头）。红色圆圈：斯蒂芬妮婴儿呼吸机通过重置零位线来对流速波形进行周期性的标定。呼吸机显示了这些标定事件。在标定过程中，尽管流速信号显示患儿存在气道阻塞，但机械通气能够持续进行无须中断。）

在吸气过程中，通过气管导管和气管内壁之间的缝隙泄漏出的气体并没有进入肺部。这种漏气仅仅发生在呼吸机在吸气过程中产生较高气道压力之时，高气道压会使气管内壁向外膨胀，从而导致气管导管和气管壁之间的密闭缝隙被打开。泄漏的气流量会随着气道压力的增加而增加，并且会在吸气压力达到最大值时达到最大漏气流。呼气时由于气道压力维持在较低的PEEP水平上，因此气管内壁和气管导管之间在呼气过程中是密封的。气管导管的漏气量会随着机械通气持续时间的增加而逐渐增加，长时间的机械通气过程中，气管导管的持续占位会导致气管和喉部逐渐扩张，这样一来呼气过程的漏气也会变得越来越经常出现。在吸气过程中的气管导管漏气气流流经过了气管插管，对于连接在气管导管转接头上的流量传感器来说，这些漏气气流也是吸气气流的一部分。也就是说流量传感器监测到的，经过气管导管的吸气气流包括两个部分：一部分进入了肺，另一部分则泄漏掉了（图8）。如果呼吸机的软件按照进入到气管导管内的吸气气流计算吸气潮气量，那么在存在漏气的前提下，呼吸机监测到的潮气量就会高于实际进入肺内的潮气量；另一方面，在呼气过程中从肺内返回到气管插管中的气流则构成了真实的潮气量。换句话说，进入肺部的真实潮气量至少与呼气相测量得到的气体容量相等，当然在呼气过程中如果存在漏气，则真实的潮气量可能会更高。然而存在呼气过程漏气的情况是不大常见的，除非PEEP水平被设置的过高。

图8     通过流量传感器监测到的通过气管导管的吸气气流可以分为漏气气流和进入肺部的气流两个部分。只有后一部分成为了真正的潮气量并且在呼气过程中通过气管导管和流量传感器返回到呼吸管路中。）

斯蒂芬妮/苏菲呼吸机默认显示呼出潮气量（VT_E）的监测值，而不显示吸入潮气量。后者因为包含有漏气的部分，所以可能会导致使用者过高的估计了潮气量。可以在菜单中选择需要显示的数值：吸入潮气量或漏气量，即吸入和呼出潮气量的差值。斯蒂芬妮/苏菲呼吸机默认的计算分钟通气量的方式也是基于呼出潮气量，因此，这样计算的分钟通气量就是真正进入到肺内的分钟通气量。换句话说，真实的分钟通气量至少是如同呼吸机显示出来数值的一样高。可能在一些少见的情况下，即呼气漏气的情况下，真实的分钟通气量略高于呼吸机显示的数值，也就是说，这些呼吸机显示的分钟通气量有可能是低估了实际数值，但是不会是过高的估计。

当气管插管尖端置于咽部时进行咽部机械通气时，会出现巨大的且随时变化的气管导管处漏气（图9），在这种情况下，对潮气量进行连续的测量是不可能的，呼吸机无法监测流速和潮气量信号，也无法对这些参数进行报警。

图9      对早产婴儿进行将气管插管置于咽部的“无创”机械通气。气流流速信号始终维持在横轴上方（即“吸气相气流”），这是因为这种通气方式会有很大量的气体泄漏，大约达到4升/分。有这样大的气体泄漏，监测流速信号并且计算出分钟通气量是不可能的。呼吸曲线仍然能够显示，仅供医生参考。即便是在气管导管脱出气道并且位于咽部上方的时候，呼吸机显示的气流流速波形也不会有什么变化。