呼吸机基本波形详解
流速测定
流速通常在呼吸机环路(从进气口到呼气阀之间的管道)中测知,流量感应器根据设计类型不同而有些许差异,但大部分都可以测量一个较大的范围
(-300—+150LPM),但会由于假呼吸运动、水气、呼吸道分泌物等而影响其准确性。
流速波有两个组成部分:吸气波和呼气波,它描述了流速大小、持续时间和机控呼吸下的流速释放方式(正压通气),或者病人自主呼吸下的流速大小,持续时间和流速需求。我们先介绍机控呼吸的吸气波,然后是自主呼吸的,等掌握了基本原理,再来讨论呼气波形。
吸气流速波——机控呼吸
图1是一个假设呼吸机给于恒定流速的一次机控呼吸的吸气流速波(方波),虚线部分是呼气波,我们会在后面介绍
图1 吸气流速波——机控呼吸
① 呼吸机送气开始 开始吸气取决于以下两点:1)到达
了预设的呼吸周期时间,即“时间循环”2)病人吸气努力达到了触发辅助通气的阈值,通常是一个吸气负压或吸气流速增量,即“病人循环”。前者常出现在控制呼吸模式,后者常出现于辅助呼吸模式
② 吸气峰流速 在容控性呼吸机上,预设流速是很有必
要的,流速设置也可以设置潮气量和吸气时间来间接得到。假设设置了一个恒定流速的容控性呼吸机(如图一),峰流速就是设置值。当流速不恒定,即流速波形是曲线波,流速在吸气时不同时间点上表现为不同的值。此时中间流速或称平均流速通过下式计算:流速(LPM)=[潮气量(L)/时间(S)]X60
③ 吸气末停止送气 这个转换可能达到了预期的容量
送气、流速、压力或吸气时间
④ 吸气流速的持续时间 常与吸气时间相应,容控呼吸
机上,吸气时间常取决于预设的潮气量、峰流速和流速释放方式
(波型:如递减波),有的也可以直接设置。因此,吸气时间可以长于峰流速持续时间,尤其当应用吸气暂停时。
⑤ 整个呼吸周期时间(TCT)取决于预设的呼吸次数
TCT=60/Rate
图1的流速波型是方波,从吸气开始即达到峰值,直到吸气末都是一个恒定值,在实际应用当中,像图1那样“真正的”方波是不可能达到的,因为流速输送系统都有一个固定的延迟时间,在这段时间内,流速从0达到预设的峰流速。同样,在吸气末流速从峰值降至0也需要一段时间。延迟时间效应会在吸气开始和吸气末使波形出现轻微的倾斜。(图2)
图2 恒流速波形——延迟时间效应
在早期低驱动压高内部顺应性的呼吸机,气流输送受到环路回缩力的影响很大,新一代呼吸机设计了低内部顺应性和高驱动压力,使环路回缩力对送气的影响减少了。在一个较高的吸气峰压下,峰流速逐步减小,会导致吸气时间的延长。如图3,实线是受环路回缩力影响后的波形,虚线是“真正的”方波,两者包围的面积相同,即潮气量相同。
图3 恒流速波形——受环路回缩力的影响
近来,越来越多的新一代容控型呼吸机具备了一些其他可选择的波型,包括递增波、递减波和正弦波(图4),在预设同一个峰流速下,不同的波形会导致吸气时间改变,而曲线包围的面积即潮气量是不变的。
图4 流速波形——可选择波型
吸气流速波——自主呼吸
自主呼吸流速波形(图5)的特点通常取决于病人呼吸需求的特点。就是说,波形大小、持续时间与病人的呼吸需求相对应。此时由于没有预设值,系统响应
时间对波形的影响非常小,通常波形类似于正弦波。(没有使用压力支持等辅助手段)
图5吸气流速波——自主呼吸
① 吸气开始 ② 吸气流速大小 ③ 吸气结束
④ 吸气流速持续时间(吸气时间)
呼气流速波
呼气,不论是机控或是自主呼吸,都是一个被动的过程。呼气流速波的大小、持续时间、形状取决于顺应性,顺应性包括病人顺应性和呼吸机环路顺应性。呼吸机环路顺应性受到环路长度、材质、型号(内径)的影响,并且,气流通过呼气阀时的阻力(容量测算系统)也是重要因素。病人肺顺应性改变或呼气时动用呼吸肌,都会对波形产生影响。图6是一个机控吸气动作(虚线)后的呼气流速波形。在呼吸机测算中呼气流速在0基线以下。
图6 呼气流速波
① 呼气开始
② 呼气峰流速 呼气峰流速在机控呼吸和自主呼吸时是不尽相同的,因为通常机控呼吸潮气量比自
主呼吸的大,所以在正压通气下,机控呼吸的呼气峰流速比自主呼吸的要高。
③ 呼气结束 在这个点上于下一个机控吸气相连接,这对于评定吸呼比(I:E)有重要意义,而且此
时有产生气道陷闭的可能。
④ 呼气流速的持续时间 与有效呼气时间不同
⑤ 有效呼气时间 即整个呼吸周期时间减去实际的吸气时间 ⑥ TCT 整个呼吸周期时间
病人呼气阻力对呼气流速波的细小影响会得到修正,而呼气流速波的明显变化常体现了病人顺应性的改变、气道阻力明显变化或是病人烦躁动作。例如呼气阻力增大(分泌物堆积甚至气道阻塞)会降低呼气峰流速并延长呼气时间(图7)
图7 呼气流速波——气道阻力增大
了解呼气时间是否延长十分重要。
① 阻力增大后,呼气时间超过正常,峰流速下降
② 呼气不完全,可能引起气道陷闭。这在后面将进一步讨论
而在图8可以发现,如果病人在呼气时动用呼吸肌,会增加呼气峰流速,缩短呼气时间。观察呼气流速波可帮助确认病人的呼吸需求
图8 呼气流速波——被动及主动呼气
压力测定
呼吸机上,测定压力的部位通常在环路病人端Y形管处,也有在环路吸气支和呼气支内部测知。尽管从环路内部测得的压力与实际气道压不尽相同,但往往以此作为参照,了解气道压的情况。压力感应器通常可以测知最高150cmH2O的压力,但会因环路内积水、分泌物堵塞等影响准确性。
自主呼吸和机控呼吸的压力波形是不同的,但他们的组成结构是一样的。压力波形对评估呼吸周期结构(呼气相向吸气相转换点)、时间系数及病人与呼吸机的相互作用都有帮助 。
压力波形
观察压力波形,很容易判断病人到底是自主呼吸还是机控呼吸。图9是一个典型的自主呼吸压力波形。(未用压力支持等辅助)
压力波形——自主呼吸
① 吸气时压力下降 压力下降的幅度取决于病人吸气的峰流速大小,感应器触发灵敏度、以及
气流传送系统的反应时间。(ASSIST、SIMV中自主触发的呼吸或使用压力支持)
② 呼气时压力升高 升高的幅度与呼气时的气流阻力有关,包括病人阻力和环路阻力。压力大
小随着呼气峰流速的变化而相应变化。呼气时动用呼吸肌,呼气峰流速会增大,因此当病人烦躁或用力呼气时,压力会急剧增高。此外,持续高流量送气也会导致呼气压力增高。(图55)
图10是一个典型的机控呼吸的压力波形(正压通气)
图10 压力波形——机控呼吸
① 最大膨胀压 或称吸气峰压。它取决于病人及环路的顺应性、阻力,并和潮气量、吸气流速相关 ② 吸气时间 ③ 正压持续时间
“膨胀压”指达到一个固定潮气量时的压力。膨胀压分两个部分——流速抵抗压和肺扩张压。见图11,他表示了机控呼吸中的一次吸气暂停。(吸气流速结束后,肺保持膨胀的动作)
波形分析
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