呼吸力学

呼吸力学长治市中医研究所肺病科呼吸力学的概念•一门学科•——研究对象：呼吸运动•——研究方法：物理力学•从力学的角度来描述和解释呼吸运动现象•呼吸力学三要素：压力，流速，容积肺的解剖结构•力–物体之间的相互作用–使物体获得加速度和发生变形•功–力使物体沿力的方向通过一段距离•动力–导致作功的力•阻力–阻碍物体运动的力与呼吸相关的力学概念力、功的关系•功=力×距离•压力=力/面积•力=压力×面积•功=压力×面积×距离•呼吸功=压力×容积•正常呼吸做功为2.5-3J/min；最高可达10-15J/min,超过该界限，则需要进行机械通气。呼吸运动的机械动力•膈肌、肋间内外肌•胸锁乳突肌、斜角肌、腹壁肌肉、胸背部肌肉等胸内压、肺内压1.胸内负压平均大约为-6.7cmH2O,随呼吸周期变化。安静吸气时-10.6cmH2O，安静呼气末-2.7cmH2O.临床上用食管内压力代表胸内压。胸内负压来源：肺组织的弹性回缩力和肺泡壁表面张力。胸内负压也作用于胸腔内的心脏和大静脉，降低中心静脉压，有助于静脉回流和右心充盈。胸内压、肺内压肺内压：•即肺泡内压，正常人在呼吸暂停，声带开放，气道通畅时，肺内压与大气压相等。•吸气时肺内压低于大气压，呼气时高于大气压。肺内压正0负吸气吸气吸气呼气呼气呼气正常人呼吸器官的压力、容量关系1.肺容量在功能残气量（FRC）时（占肺总量40%），肺内压为0。2.肺容量大约等于肺总量的67%时，胸廓在天然位置，不表现弹性力量。3.肺容量超过67%以上时，胸廓与肺的弹性回缩力方向相同，共同构成扩张阻力。4.功能残气量时，用力呼气，则呼吸肌的收缩力完全用于克服胸廓向外张开的弹性力量。呼吸系统的压力梯度•胸膜腔内压•肺泡内压•气道内压•经胸压•经肺压•经胸壁压•经气道压呼吸系统的压力梯度1.胸膜腔内压正常时功能残气位的胸膜腔内压为-5cmH2O2.肺泡内压其大小决定于胸膜腔内压与肺向内收缩的压力之差机械通气时，肺泡内压直接受吸气压力影响，故要注意避免通气压力过高而造成的肺损伤及对循环功能的影响。呼吸系统的压力梯度3.气道内压吸气或呼气末，气流停止时，从肺泡到口鼻，气道内各处压力相等，吸气时，从口鼻到肺泡的压力递减，呼气时则递增。呼吸运动中，气道内任意二点间的压力差，决定于其间气道阻力的大小和气流的速度。4.经胸压相当于肺泡内压与胸廓外大气压之差，是扩张或压缩胸廓、肺脏的总压力。呼吸系统的压力梯度5.经肺压相当于肺泡内压与胸膜腔内压之差，是扩张或收缩肺的压力。6.经胸壁压相当于胸膜腔内压与胸廓外大气压之差，是扩张或收缩胸壁的压力。7.经气道压相当于气道内外压力之差，胸腔内气道的经气道压，也是胸膜腔内压与气道内压之差。肺顺应性•概念物理概念，指单位压力改变时，所引起的肺容积的变化。是弹性物体的共同特性。•肺的弹性E和压力P、体积V的关系：E=ΔP⁄ΔV•以“顺应性（C）”表示–C=1/E–C==潮气量（L)/压力差（kPa)–反映呼吸系统的“软”、“硬”–弹性阻力正常时占总阻力的70%）跨肺压变化（）肺容积变化（PV）跨肺压变化（）肺容积变化（PV主要影响因素肺胶原纤维肺泡表面活性物质肺容量（P-V曲线）肺顺应性•呼吸器官总顺应性正常人体总顺应性约：0.1L/cmH2O1————肺和胸廓总顺应性=1——肺顺应性+1——胸廓顺应性肺顺应性临床上，总顺应性有三种不同表示方法：①静态顺应性—反映肺与胸廓的弹性②动态顺应性—反映肺与胸廓的弹性外，还包括克服阻力成分③比顺应性—顺应性（C）/功能残气量（FRC）（此值在不同性别和年龄之间大致相同）影响肺顺应性的主要因素•生理因素：肺容积、性别、年龄、身高、体位、运动。•病理因素：①肺弹性阻力减低时顺应性增加：如肺气肿②肺弹性阻力增加时顺应性减小：如肺水肿、炎症、肺不张，肺间质纤维化。③肺外疾患：胸膜疾病、胸壁肌肉疾病、膈肌抬高、肥胖等。④心脏疾患：如二尖瓣狭窄、间隔缺损等。顺应性下降对病人的影响•增加呼吸功•造成通气血流比失调，引起低氧血症•病人的呼吸表现为浅而快顺应性增加对病人的影响•病人在潮气量呼吸时所需的跨肺压较小，呼吸功也较小。但同时也可使小气道狭窄闭锁，增加气道阻力导致肺内气体分布不均，严重限制呼气流速。气道阻力(Raw)•呼吸道阻力通常以每秒内1升通气量所产生的压力来表示–R气道=–压力差为口腔与肺泡的压差–正常时占总阻力的近30%–鼻和声门占R气道的75%–小气道占R气道的10%•机械通气时R气道=）流速（）压力差（sLOcmH/2峰压力-平台压————气体流量气道阻力(Raw)•Hagen-Poiseuille(哈根-泊肃叶定律）Raw=（η为流体黏度；r为管的半径；l为管道长度）气道直径是影响阻力的重要因素。呼吸道阻力的正常值在成人：1-3cmH2O/L/S.发生于直径2mm的细支气管以上部位。8ηl——πr4影响气道阻力升高的因素•1.气道分泌物增多、积聚。•2.气道粘膜的肿胀。•3.支气管痉挛。•4.肺气肿。•5.异物。•6.肿瘤性狭窄。等压点理论等压点理论•等压点的位置对于正常人，等压点的位置主要取决于肺容积。80-70%的肺活量的肺容积水平时，等压点处于肺叶支气管；＜40%肺活量的肺容积水平后等压点迅速向上游气道移动。25%肺活量水平时，等压点位于细支气管水平。时间常数（τ）•􀂆任一呼吸系统，其容积变化(ΔV)与压力变化(ΔP)呈指数函数的关系，其函数特征可以用时间常数来表示：τ＝RC——即容积变化(ΔV)与压力变化(ΔP)的相互关系取决于阻力和顺应性时间常数（τ）正常肺的时间常数为0.2秒。时间常数决定气体在肺内的充盈和排空速度。假定潮气量为1000ml,则在呼气的0.2秒末，有630ml气体呼出；在0.4秒末，共有865ml气体呼出；0.6秒末，共有950ml气体呼出，几乎完成了呼气相。顺应性和阻力发生变化，势必影响到τ。100%37%正常COPDVTτ=0.2τ=0.9正常肺和COPD患者呼气相时间常数（τ）•由于肺部病变的影响，使不同肺区的充盈和排空速度有所不同。快肺区---充盈和排空速度较快的区域慢肺区—充盈和排空速度较慢的区域机械通气时的呼吸力学监测•监测动力•监测阻力•监测功对动力的监测•呼吸机所提供的正压•既要保证正压通气的疗效，又要防止其负面影响对阻力的监测）跨肺压变化（）肺容积变化（PVtVP2peakFP1•C=•R弹==•平台压可以更好地反映肺泡内压•R气道=ttPF气道峰压气道平台压吸气相呼气相用以克服气道阻力（P1）用以克服弹性阻力（P2）C1对功的监测W吸气=P·△V压力容量压力容量压力容量正常R气道↑C↓机械通气时呼吸力学指标的监测及临床应用•呼吸力学监测的三要素①压力（pressure，Ｐ）气道开口压，食道压，隆突压②流速（flow，Ｆ）③容积（volume）􀂆计算流量对时间的积分050100-50-100Flow(L/min)Time常用压力指标•气道峰压（PD）•气道平台压（Ps）•气道平均压（Pmean)•内源性呼气末正压（PEEPi）•呼气末正压（PEEP）tP气道峰压气道平台压用以克服气道阻力（P1）用以克服弹性阻力（P2）呼气末正压气道峰压（PIP）•作用：用于克服胸肺粘滞阻力和弹性阻力气道峰压（PIP）的影响因素•顺应性•潮气量•PEEP•气道和气管内导管阻力•吸气流速气道峰压的临床意义•􀂆气道峰压是设置压力报警限的根据􀂆设置值约实际气道峰压之上5-10cmH2O以不高于45cmH2O为宜•􀂆气道峰压与气压伤的关系气道峰压增加的临床意义•􀂆不伴有平台压的增加􀂆气道问题•􀂆伴有平台压的增加􀂆肺实质或间质问题􀂆或肺含气状态变化平台压（PS）•作用:用于克服胸肺弹性阻力。平台压（PS）的影响因素􀂆•顺应性•PEEP•潮气量平台压的临床意义•􀂆计算静态顺应性•􀂆可近似代表肺泡压的大小•􀂆肺损伤的关系较气道峰压更为密切•􀂆临床严格限制平台压不超过35cmH2O平均气道压(Pmean)•􀂆数个周期中气道压的平均值•􀂆与影响PIP的因素及吸气时间长短有关•􀂆近似于平均肺泡压•􀂆其大小与对心血管系统的影响直接相关内源性呼气末正压（PEEPi）•在肺的弹性回缩下导致呼气末肺泡内呈正压，称为PEEPi。PEEPi的存在说明存在动态肺过度充气（DPH）。PEEPi的影响因素◆气道阻力增加◆呼吸系统弹性下降◆气道动态塌陷◆通气量过大◆呼气时间不足◆呼气肌的作用PEEPi的类型•􀂆伴有气流受限的PEEPi•􀂆不伴有气流受限的PEEPiPEEPi的直接生理学作用•􀂆肺泡内正压•􀂆增加肺容积PEEPi的临床意义•增加呼吸功,导致呼吸肌疲劳，肺泡通气量降低对循环系统的影响•增加肺损伤的危险性•对临床所测呼吸系统顺应性的影响PEEPi的监测方法:间接观察•􀂆胸围增大•􀂆患者呼吸费力•􀂆心血管功能恶化•􀂆呼气末有持续呼气气流•􀂆压力控制通气时潮气量或每分通气量下降•􀂆容量控制通气时气道压力升高•􀂆胸片显示局部肺过度充气PEEPi的监测方法:直接测量•􀂆呼气末气道阻断法•􀂆同步记录食道压力与流速法PEEPi的临床应用•降低PEEPi：COPD，哮喘•􀂆降低气道阻力•􀂆减少分钟通气量•􀂆延长呼气时间•􀂆消除呼气肌的作用•增加PEEPi：ARDS，间质性肺病•􀂆延长吸气时间呼气末正压（PEEP）•PEEP与CPAP的概念在呼气末期将气道压力维持在高于大气压的水平，称为呼气末正压（positiveendexpiratorypressure,PEEP)机械通气时的呼气末正压称为PEEP自主呼吸时应用呼气末正压称为CPAP呼气末正压（PEEP）PEEP的生理学效应1.COPD：减少呼吸功，防止气道动态塌陷2.哮喘：有争议3.ARDS：使萎陷肺泡复张/防止肺泡再萎陷,减少分流，改善V/Q比值和顺应性呼气末正压（PEEP）PEEP=0PEEP=12低位拐点、高位拐点•PEEP高于低位拐点2-3cmH2O•PIP不超过高位拐点传统通气保护性通气胸内压（Ppl）/食道压（Pes）•􀂆胸内压与食道压的关系•􀂆食道内压能较好地反映胸内压•􀂆绝对值有一定的差别•􀂆两者的变化幅度和趋势一致•􀂆测量方法：食道球囊法食道压测定的临床应用•􀂆反映胸内压•􀂆反映自主呼吸努力•􀂆计算跨膈压阻力和顺应性的测定方法：阻断法•􀂆吸气末阻断法•􀂆呼气末阻断法气道阻力计算公式•Raw=(PIP-Ps)/F气道阻力增加的原因•􀂆与气管内导管有关•􀂆管腔狭小，扭曲，牙齿咬合，痰痂形成与气道有关•􀂆气道痉挛，分泌物增加顺应性计算公式•总静态顺应性（Cst）=VT/(Ps-PEEP-PEEPi)•总动态顺应性（Cdyn)=VT/(PD-PEEP-PEEPi)•肺静态顺应性（Clst）=VT/(Ps-Ppl-PEEP-PEEPi)•胸壁顺应性＝总顺应性－肺顺应性顺应性改变原因•肺僵硬：肺水肿，实变，纤维化，肺不张•胸壁僵硬：脊柱侧弯或其他胸壁畸形，肥胖，腹水或腹胀•肺受压：气胸、胸腔积液•动态肺充气呼吸力学曲线（环）•􀂆推算指标：顺应性、呼吸功•􀂆气流受限和肺过度充气的判断•􀂆确定潮气量和最佳PEEP•􀂆判断触发灵敏度是否合适•􀂆人－机协调的监测•􀂆气道分泌物过多的判断•􀂆支扩药物效果的判断•􀂆呼吸机管道系统密闭性的判断压力－容积环（P-V环）•􀂆静态P－V环•􀂆压力导致的容积变化只与弹性阻力有关•􀂆动态P－V环•􀂆压力导致的容积变化与弹性及气道阻力有关临床应用•􀂆调节PEEP：LIP+2～3cmH2O•􀂆计算呼吸系统顺应性（Crs）•􀂆调节潮气量：使气道压低于UIP•􀂆判断肺泡复张的潜在可能性•􀂆测定肺泡复张容积呼吸功能不全或衰竭的病理生理改变呼吸力学改变模式参数通气策略有创通气无创通气以呼吸力学为核心的机械通气以呼吸力学为核心的机械通气—COPD急性加重合并呼吸衰竭COPD的病理改变（1）•内径＞2mm的中央气道•内径＜2mm的外周气道–气道纤