呼吸力学
呼吸力学及监测
与呼吸相关的力学概念
?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
基础:运动方程示意图
M:有一定质量物体. F:使M向前移动的力.K:牵拉M的弹簧,因弹性回缩力而产生的阻力称弹性阻力. R:M移动时与表面摩擦而产生的摩擦阻力称粘性阻力. 物体移动和加速时尚有惯性阻力(在呼吸阻力中可忽略不计). F=F弹+F摩+F惯
呼吸系统: F相当于吸气用力. M+K=胸廓-肺,它的位移距离是肺容积变化(ΔV).位移速度即气体流量(V’),弹性阻力K以顺应性倒数表示(1/C). 气体流经气道的摩擦力是气道阻力(R), 呼吸运动方程:
气体流动靠压力差推动. P=P摩+P弹, Paw=R×V’ + 1/C×ΔV.
正常呼吸时的力
?吸气相
–动力
?吸气肌收缩
–阻力
?弹性回缩力（R弹）
?气体与气体、气体与
气道摩擦（R气道）?呼气相
–动力
?弹性回缩力–阻力
?R气道
被忽略的阻力：惯性阻力、粘滞阻力
呼吸系统:气道和肺泡的阻力
气道粘性阻力（Rrs)
肺泡弹性阻力(Ers)
肺通气的阻力
肺通气的动力是气体流速流经气道和进入肺泡所需要克服粘性阻力和弹性阻力所产生的压力.
非弹性阻力，包括气道阻力，惯性阻力和组织的粘性阻力，占总阻力的30%.弹性阻力（肺和胸廓的弹性阻力），占总阻力的70%,是平静呼吸时主要阻力.
1.弹性阻力和顺应性: 弹性组织在外力作用而变形时，有对抗变形和弹性回缩的倾向，为弹性阻力. 以顺应性（compliance）来测量弹性阻力。顺应性是指在外力作用下弹性组织的可扩张性.
2. 弹性阻力(R)可用顺应性(C)的倒数来表示：通常以
单位压力变化引起的容积变化来表示
气道阻力
阻力
?R = P / flow
Pin Pout
flow
R
吸气阻力
PIP
Pplat
层流和湍流
气道对气体流速(量)所存在的阻力,(cmH 2O/L/S)呼吸机输送气体到肺泡所须的压力,以克服此阻力.阻力决定于气道的长度、内径、分叉和内壁情况,及气体流速的形态.
形态呈层流即阻力低. 湍流产生漩涡而阻力高.阻力尚决定于流速大小呈正相关.
层流↑
湍流↑
?Hagen-Poiseuille定律
?P = flow x 8μl/πr4
层流?Venturi定律
?P = flow2x Kρl/πr2
湍流
层流
R = ?P / flow = 8μl/πr4
?新生儿30 -50 mmHg/L/sec ?婴儿20 -30 mmHg/L/sec ?儿童20 mmHg/L/sec ?成人 2 - 4 mmHg/L/sec
非弹性阻力
气道阻力:
气体流经呼吸道时气体分子间和气体与气道壁之
间的摩擦力。主要分布于上呼吸道：鼻50%、声门25%、气管和支气管15%，细支气管及以下10%。
气道粘性阻力包括:
粘性阻力和惯性阻力,占30%，其中气道粘性阻力
占90%以上。非弹性阻力只在气体流动时产生，为动态阻力.
不论吸气还是呼气，非弹性阻力均阻碍通气，因此既是吸气阻力，又是呼气阻力。
气道阻力
产生一定气流流速所需要的压力差可以反映气道阻力（Raw）。可用以下公式表示：
Raw=(口腔压–肺泡压)/
气道阻力的单位是以cmH
O/L/s表示。
2
在病理情况下，如支气管哮喘、慢性支气管炎、肺气肿患者，常表现有气道阻力的增加，故可通过
Raw了解病情的变化。而在使用呼吸机过程中若
导管扭曲或痰液堵塞气道阻力均增加.
影响气道阻力的因素：
a.气道半径（r）的影响R∝1/r4
b.气流流速：流速大，阻力大。
c.气流形式:层流-阻力小；湍流-阻力大。
呼吸阻力举例
分泌物过多
痉挛粘膜水肿
分泌物过多
花生米→
肺气肿肺泡挤压
专业术语
阻力名称符号存在部位物理
持性
临床意义
气道阻力Raw气道粘性直接反映气
道阻塞情
况
肺阻力R
L
气道+肺组织粘性近似Raw
呼吸阻力Rrs气道+肺组织
+胸廓粘性随Raw变化
而变化
呼吸总阻抗Zrs气道+肺组织
+胸廓粘性+弹性
+惯性
巳逐渐彼
Rrs所替
代
肺弹性阻力Ers,E
L
肺组织弹性(1/C)同肺顺应性
顺应性
?C = ?V / ?P
P
V
t
t
Vt
Pplat –PEEP
PIP –PEEP
?动态顺应性
Crs, dyn =
?静态顺应性
Crs, st =
PEEP Ppeak
Vt
-
PEEP Pplat
Vt
-
?新生儿 3 - 5 ml/mmHg/kg BWt ?婴儿10 -20 ml/mmHg/kg BWt ?儿童20 -40 ml/mmHg/kg BWt ?成人70 -100 ml/mmHg/kg BWt
?静态顺应性
–无肺部疾患的气管插管患者
50 -70 ml/mmHg ?动态顺应性
–极少应用
机械通气的呼吸力学指标
机械通气的呼吸力学指标 呼吸力学在是机械通气理论的重要组成部分之一，正常人胸腔内不同位置的力学特征存在着一定的差异，这种不均一性在损伤不均匀的肺部病变中表现的更为突出，可以对气体交换产生极大的影响并使发生机械通气相关肺损伤的机率明显增加，因此熟知不同疾病状态下的呼吸力学特征对指导正确使用机械通气技术十分有帮助。 与机械通气相关的重要呼吸力学指标 1．气道压力的计算公式和意义 跨肺压（ΔPL）=气道开口压（Pao）-胸膜腔内压（Ppl）（1） 跨肺泡压（ΔPalv）=肺泡内压（Palv）-胸膜腔内压（Ppl）（2） 跨气道压（Δpaw）=气道开口压（Pao）-肺泡内压（Palv）（3）
气道峰压（PIP）=气道阻力压（PRaw）+平台压（Ppla）（4） 平台压（Ppla）近似等于平均肺泡内压（Palv）。 平均气道压（Paw）=[（PIP-PEEP）×Ti/TOT]+PEEP（恒压通气时）（5）Paw=[0.5×（PIP-PEEP）×Ti/TOT]+PEEP（恒流通气）（6） 食道内压（Pes）近似等于胸膜腔内压（Ppl）。（7） 平均肺泡压（Palv）=Paw+（RE-RI）×（VE/60）（8） 多数气道内压力很容易在呼吸机面板或辅助监测系统上观察到，但应注意如果不结合食道内压力测定其临床意义变小。因为目前尚无直接测定胸膜腔内压的很好方法，多用食道内压（Pes）代替胸腔内压，如不测定Pes则在自主呼吸状态下测得的肺顺应性、中心静脉压等重要生理参数均不准确。所以，食道内压/胸膜腔内压测定对机械通气患者的呼吸和循环功能的判断及进行治疗都有重要意义。应注意，在机械通气连接管路上的不同部位测得压力所代表的意义不同。Paw对血流动力学、气体交换的影响更为明显，并与气压伤的发生密切相关。因此，监测Paw十分重要。在机械通气期间，应尽量保持峰压力小于40cmH2O，测定时按吸气末按钮才能使结果准确。平台压应保持在35 cmH2O以内，若高于此值发生气压伤的危险性明显增高。由公式（5）可看出，要减少Paw，可通过调整吸气时间（当潮气量和呼吸频率固定时，调节吸气流速）、减少PEEP水平、降低呼吸阻力和通气水平来实现。从公式（8）可以看出，当RE 明显高于RI时，可使得平均肺泡压高于平均气道压，多发生在高分钟通气量和呼气阻力相对大的情况下。哮喘患者存在严重的气道阻塞，呼气阻力可明显高于吸气阻力，在通气量过大时平均肺泡压高于平均气道压，如没有考虑这一差异，容易低估肺泡内的压力。 2．气道阻力的计算公式和意义 气道阻力是气体在气道中受到的阻塞程度，可分为吸气阻力和呼气阻力。 吸气阻力（RI）=（PIP-Ppla）/吸气末流速（8） 呼气阻力（RE）=（Ppla-PEEP）/最大呼气流速（9） 跨气道压是气体进入肺泡的动力，正压机械通气时，气道峰压力（PIP）需克服
呼吸力学
呼吸力学及监测
与呼吸相关的力学概念 ?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
基础:运动方程示意图 M:有一定质量物体. F:使M向前移动的力.K:牵拉M的弹簧,因弹性回缩力而产生的阻力称弹性阻力. R:M移动时与表面摩擦而产生的摩擦阻力称粘性阻力. 物体移动和加速时尚有惯性阻力(在呼吸阻力中可忽略不计). F=F弹+F摩+F惯 呼吸系统: F相当于吸气用力. M+K=胸廓-肺,它的位移距离是肺容积变化(ΔV).位移速度即气体流量(V’),弹性阻力K以顺应性倒数表示(1/C). 气体流经气道的摩擦力是气道阻力(R), 呼吸运动方程: 气体流动靠压力差推动. P=P摩+P弹, Paw=R×V’ + 1/C×ΔV.
正常呼吸时的力 ?吸气相 –动力 ?吸气肌收缩 –阻力 ?弹性回缩力（R弹） ?气体与气体、气体与 气道摩擦（R气道）?呼气相 –动力 ?弹性回缩力–阻力 ?R气道 被忽略的阻力：惯性阻力、粘滞阻力
呼吸系统:气道和肺泡的阻力 气道粘性阻力（Rrs) 肺泡弹性阻力(Ers)
肺通气的阻力 肺通气的动力是气体流速流经气道和进入肺泡所需要克服粘性阻力和弹性阻力所产生的压力. 非弹性阻力，包括气道阻力，惯性阻力和组织的粘性阻力，占总阻力的30%.弹性阻力（肺和胸廓的弹性阻力），占总阻力的70%,是平静呼吸时主要阻力. 1.弹性阻力和顺应性: 弹性组织在外力作用而变形时，有对抗变形和弹性回缩的倾向，为弹性阻力. 以顺应性（compliance）来测量弹性阻力。顺应性是指在外力作用下弹性组织的可扩张性. 2. 弹性阻力(R)可用顺应性(C)的倒数来表示：通常以 单位压力变化引起的容积变化来表示
机械通气的呼吸力学指标 (2)
精心整理 机械通气的呼吸力学指标 呼吸力学在是机械通气理论的重要组成部分之一，正常人胸腔内不同位置的力学特征存在着一定的差异，这种不均一性在损伤不均匀的肺部病变中表现的更为突出，可以对气体交换产生极大的影响并使发生机械通气相关肺损伤的机率明显增加，因此熟知不同疾病状态下的呼吸力学特征对 1．气道压力的计算公式和意义 跨肺压（ΔPL）=气道开口压（Pao）-胸膜腔内压（Ppl）（1） 跨肺泡压（ΔPalv）=肺泡内压（Palv）-胸膜腔内压（Ppl）（2） 跨气道压（Δpaw）=气道开口压（Pao）-肺泡内压（Palv）（3） 气道峰压（PIP）=气道阻力压（PRaw）+平台压（Ppla）（4）
平台压（Ppla）近似等于平均肺泡内压（Palv）。 平均气道压（Paw）=[（PIP-PEEP）×Ti/TOT]+PEEP（恒压通气时）（5） Paw=[0.5×（PIP-PEEP）×Ti/TOT]+PEEP（恒流通气）（6） 食道内压（Pes）近似等于胸膜腔内压（Ppl）。（7） 平均肺泡压（Palv）=Paw+（RE-RI）×（VE/60）（8） 多数气道内压力很容易在呼吸机面板或辅助监测系统上观察到，但应注意如果不结合食道内压力测定其临床意义变小。因为目前尚无直接测定胸膜腔内压的很好方法，多用食道内压（Pes） Paw对 十分重要。 ）可看出，要减少PEEP 如没2 呼气阻力（RE）=（Ppla-PEEP）/最大呼气流速（9） 跨气道压是气体进入肺泡的动力，正压机械通气时，气道峰压力（PIP）需克服气道阻力（PRAW）和肺的弹性阻力和呼气末肺内压力（PEEP），公式（4）还可表示为： PIP=R.V+V/C+PEEP 机械通气时气管插管产生的阻力在总的呼吸阻力中占很大比例，与管腔内径关系最大，其次流速和气管插管长度也对阻力有一定的影响。根据流体力学的理论，改变吸入气体的性质，如采用低密度、高粘滞性的氦-氧混合气也可减低吸气阻力，减少呼吸功。气道阻力越大，在气体运动过程中消耗在气道上压力越多，传送到肺泡内的压力和气体都减少。因此要保证有效的气体交换就必