比例压力支持(PPS)的原理及应用

1比例压力支持(PPS)的原理及应用上海交通大学附属第一民医院呼吸科汪均陶编2PPS的原理和应用目前常用的通气模式均不能矫正病人吸气力和通气效果之间的生理变化关系,以致发生人机对抗,通气不足或过度现象.近年来因计算机发展Younes等人提出了按病人瞬间吸气力大小根据设定的辅助比例,呼吸机提供同步的压力支持,从而提高机械通气质量,可能具有良好的临床前景.1PPS和原理1.1呼吸生理肺的通气决定两个因素的相互作用1.是吸气的动力即使气体流动的压力.2.是阻止气体流动的阻力即吸气的阻力.(图1)图1.气道阻力和流速:左下图阻力不变,Paw=+5cmH2O,右下图阻力不变,因流速增加使气道压力也增加,Flow由60L/min增至120L/min,Paw即增至+10cmH2O.吸气动力来源于横隔膜等吸气肌收缩使胸内压(Pmus)降低以致肺内压低于大气压,此压力差使气体进入肺内(图2).无论负压吸气,呼吸肌肉作功(左下图)还是呼吸机加压通气,呼吸肌肉不作功(右下图)都需要使气流通过呼吸道进入肺泡.(见下图2)FlowR=5cmH2O/L/s+10cmH2O0cmH2O120L/minG2107702.ds4FlowR=5cmH2O/L/s+5cmH2O0cmH2O60L/minG2107702.ds4RCPmusV*Paw=Pamb0mbar+10mbarRCPmusV*Paw=Pamb0mbar-10mbarV’R=5cmH2OR=5cmH2O3呼吸阻力(Rrs)来源于气道粘性阻力(Rrs)和肺的弹性阻力(Ers),并随气道总阻力(Raw)而变化,气道粘性阻力(Rrs)和气体流速成正相关,而弹性阻力和肺的容积成正相关.故吸气时胸内压(Pmus)所需的压力即为克服这两个阻力之和.故Pmus=Rrs×flow＋Ers×volume故Pmus主要决定于呼吸肌收缩力量.当神经传导病变或呼吸肌疲劳时,Pmus下降.当气道阻力(Rrs)或弹性阻力(Ers)增加时,Pmus下降不足以克服呼吸系统阻力使肺的吸气压力-容积曲线向右下移位,以致在正常呼吸时的下、上折返点的压力差(△P)不能引起相应的容积差(△V)变化!即发生通气量下降.(图3)图3.正常肺压力-容积曲线(下、上平坦部分即下、上折返点或称上、下拐点和中间的陡直段)1.2常用的通气模式对肺吸气压力-容积曲线的影响机械通气时吸气压力除Pmus外,尚有呼吸机提供的压力(即Paw=Pvent).在VCV和SIMV时,呼吸频率,流速,潮气量和通气量由呼吸机所设定,故通气量不受呼吸肌作功的影响.Paw随吸气力的增加而下降.吸气力与通气量无关.在PCV或ASB(PS)时需设定Paw,通气量随吸气力加强而增加,此仅使原向右下移位的肺压力-容积曲线呈水平型上移(见图4),仍无法矫正吸气力和通气效果之间的生理变化,以致易产生人机对抗,病人作功增加,通气不足或过度的机械通气副作用.Paw:气道压力Pamb:大气压Pmus:吸气肌力R:阻力C:顺应性V’:吸气流速V:潮气量图2:呼吸肺动力机制模型41.3PPS工作原理.图4.LIP=下折返点(低位拐点)UIP=上折返点(高位拐点)(1)COPD,(2)Asthma,(3)Normal,(4)ARDS.自主呼吸是神经中枢周期性激活吸气肌而产生的.吸气肌收缩所产生的压力(Pmus)受a.吸气肌力大小,b.肺容积,c.吸气流速这三个因素的影响.在吸气过程中吸气力和其产生的压力(Pmus)之间关系也不断改变,当病人的吸气流速和潮气量需要辅助时,若提供一个与吸气力(Pmus)相应成比例的压力支持等于将病人的瞬间吸气力予以放大.此即是PPS.其原理如下:吸气过程中的任意瞬间向呼吸系统提供的压力(Pappl)用于对抗气管粘性阻力(Rrs)和肺弹性阻力(Ers),至于胸廓惯性阻力可忽略不计.则Pappl=Pres+Pela公式1Pres代表粘性阻力,由气体流速经气道所产生,代表呼吸系统压力和流速之间的关系.即Pres=Flow(V’)×RrsPela代表肺的弹性回缩力,是由大于功能残气(FRC)的肺容积所产生.即Pela=Volume(V)×Ers在自主呼吸时唯一提供压力的是呼吸肌肉,因此Pmus=Pappl=Flow×Rrs＋Volume×Ers公式2在吸气早期,Pappl主要由粘性阻力(cmH2O/L/s)成分构成,以后逐渐下降.而弹性阻力(cmH2O/L)成分在吸气早期可忽略不计,后期逐渐增加.而Pmus的增加形式是由产生流速的压力决定的.在吸气早期流速逐渐增加,近吸气时间中点处达到峰值,随后逐渐下降,在自主吸气末降至0.此时Pmus亦巳下降,一旦低于Pela(肺弹性回缩力),产生流速的压力转为反向,吸气停止转为呼气.机械通气时压力和通气量的关系相同,公式可改为Pappl=Pmus+Paw=Flow×Rrs＋Volume×Ers公式3公式3中Paw代表呼吸机所产生的压力.在PAV时,呼吸机提供与病人吸气力成正比例的Paw,此时Pappl=Pmus+Paw=Pmus+PventPaw=K1×Volume＋K2×Flow肺内压↙PEEP=FRC5其中K1是Paw和吸气容积的比值,单位与弹性阻力相同为cmH2O/L,K2是Paw和吸气流速的比值,单位与粘性阻力相同为cmH2O/L/s.如此Pmus=Pappl－Paw=(Volume×Ers＋Flow×Rrs)－(K1×Volume＋K2×Flow)PPS为辅助通气模式,不需直接设定Paw,通气量和呼吸频率,而是设定潮气量辅助时的压力(VA)(cmH2O/L),流速辅助时的压力(FA)(cmH2O/L/s)和辅助比例K1,K2(即辅助百分比).其中VA=Ers×K1用于克服弹性阻力;FA=Rrs×K2用于克服气道粘性阻力.应用PPS时,患者吸气肌收缩产生Pmus,触发呼吸机送气的同时,PPS系统的流量传感器感知患者吸气瞬间产生的流速和容量,通过快速反馈以设定的辅助比例所产生的Paw支持通气.此即公式3.所述Pmus+Paw=Flow×Rrs.＋Volume×ErsPPS辅助通气时,吸气的每一瞬间,呼吸机提供的压力(Paw)随Pmus的增强而升高,实质为呼吸肌的吸气力按设定的辅助比例增强,Pmus减弱时,Paw也随之降低,当Pmus+Paw低于呼吸系统弹性回缩压力时,吸气终止,开始呼气,完成一个呼吸周期.Paw如此周而复始进行通气辅助.通过Paw辅助,患者控制每一个呼吸周期的呼吸形式,而Pmus决定了呼吸机送气的开始,维持和终止.自主呼吸和呼吸机送气时相可保持良好的同步性.患者可按自身的不同通气需要相应调节呼吸形式.1.4PPS与PS的差别1.4.1常用的PS,呼吸机提供的PS是恒定的,呼吸肌吸气力的大小对PS并无影响,结果造成通气支持不足或支持过度(见下图)PmusPawPSPSPawPmus←压力支持设定后恒定不变←患者吸气力发生变化而PS并不相应改变61.4.2PPS与PS(ASB)在压力支持上的本质差别图4中左侧是通常用的压力支持(ASB),它对插管阻力的补偿从插管顶端直至肺泡是非选择性地完全以压力支持来补偿,且主要是对肺泡的补偿(即仅用于补偿肺弹性阻力),而用于克服气管粘性阻力并未补偿.图的右侧是选择性补偿,插管部份的插管阻力以方形波流速自动补偿.对病理性支气管阻力以相应的流速辅助耒补偿,对病理性肺泡的弹性则以容积辅助耒补偿.故PPS比ASB更为合理,并可完全取代ASB(图5).图5.PS,TC和PPS作用部位:不同的气道阻力和肺顺应性可选择性补偿.1.4.3PPS支持程度与患者吸气力大小成比例(见下图)使用了PPS后Paw的支持程度与患者吸气力大小成比例地增加.2PPS的应用条件2.1呼吸中枢功能正常与ASB(PSV)相似,PPS为辅助通气模式之一,要求患者正常自主呼吸.无自主呼吸即无PPS.因此自主呼吸不稳定患者应用PPS时,应设定呼吸暂停通气备用,并需设定呼吸暂停报警,以保证使用PPS的安全性.2.2吸气相要位于肺压力-容积曲线的陡直段PmusPawPPSPSPmus非选择性补偿选择性补偿Paw7从PPS的原理可知,吸气时Paw作用于肺压力-容积曲线的陡直段最理想,即肺泡随吸气压力的变化成等比例扩张(见图6).因此不同病变对应用PPS也应有所不同.图6.肺内压力-容积图(下、上平坦部分即第一、二拐点和中间陡直段)COPD患者气道阻力增加和功能残气增加导致气道陷闭,气体阻滞产生PEEPi.吸气肌必需先克服PEEPi,打开陷闭的气道才能产生吸气气流,此时吸气正处于压力-容积曲线的平坦段(下折返点),即吸气压力有明显变化而肺容积仅轻度增加.PPS模式若不同时设定PEEP,Pmus必需先克服PEEPi,才能触发通气,PEEPi不同程度地削弱了通气辅助.故COPD应用PPS时需加用PEEP,扩张陷闭的气道,使PPS作用于吸气压力-容积曲线的陡直段.PEEP设置应是PEEPi的80%.ARDS患者肺泡大量萎陷,肺顺应性显著降低.吸气压力-容积曲线具有特征性的低位折返点,曲线起始段平坦,低位折返点后即变为陡直段.若不设定PEEP导致吸气早期肺泡不易扩张,同样削弱通气辅助效果.因此ARDS患者应用PPS时,PEEP需设置在低位折返点时的压力加2-3cmH2O.使PPS作用于吸气压力-容积曲线的陡直段.3PPS的设定原则和方法3.1根据肺的R,C计算增加的作功量Pmus＋Pvent=R×Flow+1/C×Volume要使Pmus=0则Pvent=R×Flow＋1/C×Volume流速辅助容量辅肋Flow:表示得到一定通气量的流速PPS满足自主呼吸Volume:表示患者需要的通气量多少所需的流速和容量83.1.1Evita4的CPAP+PPS设置界面3.1.2Evita4的流速辅助(FlowAssist)和容积辅助(Volumeassist)(见下图)流速辅助:流速增加必导致气道压力上升(Paw),Evita4流速辅助设置时其单位是mbar/L/s.容积辅助:容积增加也导致气道压力上升,Evita4容积辅助设置时其单位是mbar/L.流速、容积与压力的关系参阅下图.然后根据期望值来设定FA和VA的大小.VolumeAssist9压力支持mbar压力支持mbar成比例的per成比例的per吸气流速Literpersecond吸气流速Literpersecond15mbar10mbar5mbar1mbarPressureabovePEEP15mbar10mbar5mbar1mbarPressureabovePEEP1.5L/s1L/s(60L/min)0.5L/s0.1L/sFlow1.5L/s1L/s(60L/min)0.5L/s0.1L/sFlow补偿阻力造成的作功FlowPaw10mbar/L/sFlowAssist什么是—流速辅助（FlowAssist）?压力支持mbar压力支持mbar成比例的per成比例的per吸入容量Liter吸入容量Liter1.5L1.0L0.5L0.1LVolume1.5L1.0L0.5L0.1LVolume15mbar10mbar5mbar1mbarPressureabovePEEP15mbar10mbar5mbar1mbarPressureabovePEEPinhaledvolume支持压力补偿弹性作功inhaledvolume支持压力补偿弹性作功10mbar/LVolumeAssist什么是—容量辅助（VolumeAssist）?压力支持成比例的吸气流速(mbar/L/s)压力支持成比例的吸入容量(mbar/L)103.1.3PPS-压力曲线的特点3.1.4PPS与PS(ASB)同步性比较(见图7)图7说明:图左侧为ATC(插管阻力补偿＋PPS,PEEP=5mbar,VAPS=13mbar,FPPS=2mbar/L/s)图右侧为IPS(间歇性PS-非完全同步,流量触发为33ml/s=2.0L/min,压力上升时间为26mbar/s.图底部为呼吸机与患者自主呼吸的同步性情况