呼吸力学测定
呼吸力学
床旁呼吸力学监测及其在机械通气中的应用首都医科大学附属北京朝阳医院詹庆元第一节呼吸力学发展简史呼吸力学（respiratory mechanics 或lung mechanics）是以物理力学的观点和方法对呼吸运动进行研究的一门学科。
呼吸力学发展大致经过了以下阶段：一．早期阶段（19世纪～20世纪初）1817，James Carson，发现动物肺具有弹性，被认为是现代呼吸力学的开始。
1853，Frans Cornelius Donders，用水银压力计测定肺弹性所产生的压力约为7mmHg。
1847，Ludwig，用充水球囊测定胸内压。
1844，John Hutchison，用肺量计（spirometer）测定肺活量和肺容积上述研究并没有将压力和容积联系起来对呼吸运动现象进行描述。
之后50年内无重大进展。
二．基础阶段（20世纪初～20世纪50年代）1915～1925，Fritz Rohrer，首先将复杂的呼吸运动简单化地以物理学的压力－容积的关系进行描述，开创了呼吸力学研究的新纪元。
但未引起重视。
1941，Arthur Otis等，再次发现了压力－容积的关系，并于战后公开发表。
上述两项研究为呼吸力学提供了最基本的科学理论和研究方法。
1925，Alfried Fleisch，PTG（pneumotachorgraph）。
1943，Louis Statham，发明strain-gauge manometer。
1949，Buytendijk，以食道－气囊导管间接测定胸内压。
上述三项技术为呼吸力学研究提供了硬件基础。
1958，Moran Campbell，以食道压替代跨肺压重新评价压力－容积曲线的价值，提出了著名的Campbell 图（Campbell diagram）。
使呼吸力学的理论进一步完善：将吸气肌和呼气肌做功分开，将克服弹性阻力和粘滞阻力做功分开，加深了对动态肺充气的认识。
三．发展和应用阶段（20世纪50年代～至今）随着微处理技术和高灵敏传感器的应用，呼吸力学从实验室走向临床，呼吸力学监测仪商品化。
呼吸强度测定方法
呼吸强度测定方法引言：呼吸是人类生命活动中必不可少的一部分，呼吸强度的测定对于了解人体健康状况和呼吸系统功能至关重要。
本文将介绍几种常见的呼吸强度测定方法，以帮助读者更好地了解和掌握呼吸强度的测定技术。
一、肺活量法肺活量法是一种常见的测定呼吸强度的方法。
它通过测量一个人在一次最大吸气或最大呼气后剩余的气体量来评估呼吸强度。
测量时，被测者需要深吸一口气，然后尽可能多地吐出气体，记录剩余气体的体积。
这个数值就是被测者的肺活量，可以反映呼吸强度的大小。
二、呼吸频率法呼吸频率法是另一种常见的测定呼吸强度的方法。
它通过测量一个人在一分钟内呼吸的次数来评估呼吸强度。
测量时，被测者需要保持正常呼吸，然后用计数器记录一分钟内的呼吸次数。
呼吸频率越高，呼吸强度越大。
三、呼气流速法呼气流速法是一种直接测定呼吸强度的方法。
它通过测量被测者在呼气时的气流速度来评估呼吸强度。
测量时，被测者需要用嘴巴将气体吹出，同时使用流速计记录气流速度。
呼气流速越大，呼吸强度越大。
四、呼吸肌力法呼吸肌力法是一种间接测定呼吸强度的方法。
它通过测量被测者用力呼气或吸气时呼吸肌肉的力量来评估呼吸强度。
测量时，被测者需要用力呼气或吸气，同时使用力量计记录呼吸肌力量。
呼吸肌力越大，呼吸强度越大。
五、呼吸氧含量法呼吸氧含量法是一种间接测定呼吸强度的方法。
它通过测量被测者呼气中的氧气含量来评估呼吸强度。
测量时，被测者需要使用呼气气体采样器采集呼气气体样本，并通过氧气浓度分析仪测定氧气含量。
呼气中氧气含量越低，呼吸强度越大。
六、呼吸音法呼吸音法是一种简单直观的测定呼吸强度的方法。
它通过听取被测者的呼吸音来评估呼吸强度。
正常情况下，呼吸音应该是规律、平稳的。
如果呼吸音异常响亮或不规律，可能表示呼吸强度异常。
结论：呼吸强度的测定对于了解人体健康状况和呼吸系统功能具有重要意义。
本文介绍了几种常见的呼吸强度测定方法，包括肺活量法、呼吸频率法、呼气流速法、呼吸肌力法、呼吸氧含量法和呼吸音法。
呼吸力学监测
（二）压力监测方法
1.气道压（Pao或Paw）的监测 自主呼吸时，Pao的测定是通过接口器连接了压力传感器来测定。机械通气时，压力传感器的理想位置是位于呼吸机的Y型管近患者端。
1. PEEPI 呼气末持续存在呼气的流量，提示存在PEEPI。
2. 呼气流量受限 呼气相流量曲线表现为典型的衰减形，提示呼气流量受限的存在。
3. 判断对治疗的反应 经过适当的药物治疗或呼吸参数调节后，观察流量-容量曲线的变化，有利于观察对治疗的反应。
4．特殊的曲线形态的意义 例如流量-容量曲线出现锯齿样改变，提示存在气道分泌物；容量环不闭合，提示存在漏气等。
由于没有足够的时间让呼吸系统内的压力达到平衡，其结果不仅与呼吸系统的弹性有关，而且受气道阻力的影响，使Cdyn < Cstat。
当气道阻塞严重（肺排空的时间常数延长）或呼吸频率增快（呼气时间缩短）时，这种影响尤为明显。
（1）呼吸运动过程中，这些压力不是固定的，而是动态变化的，随着肺容量和呼吸流量的改变而变化。引起肺膨胀的动力（Pinf）来源于呼吸机的外加（Pext）和/或
患者肌肉收缩产生的压力（Pmus）。这些压力间的关系为：Pinf=Prs=Pmus+Pext
（2）当患者完全放松时（Pmus=0），Prs=Pext，即呼吸机克服全部的经呼吸系统压力。相反，完全自主呼吸时，Prs=Pmus，即呼吸肌肉克服全部的经呼吸系统压力。
不同类型呼吸机压力的传感器位置不同。例如：Hamilton将压力传感器放置在送气通道、PB7200a和鸟牌6400ST放置在排气通道、熊牌5放置在气道的近端。
呼吸力学的监测
汇报人：可编辑
2024-01-11
CONTENTS 目录
• 呼吸力学概述 • 呼吸力学监测的方法 • 呼吸力学监测的应用 • 呼吸力学监测的挑战与解决方案 • 未来展望
CHAPTER 01
呼吸力学概述
呼吸力学的定义
呼吸力学是一门研究呼吸过程中气体 流动和呼吸系统力学特性的科学。它 涉及到呼吸系统的气体交换、气流动 力学、呼吸肌肉力学等多个方面。
通过持续监测呼吸力学参数，可以评 估治疗措施的疗效，及时调整治疗方 案。
指导治疗
根据呼吸衰竭的类型和严重程度，呼 吸力学监测可以指导治疗措施的选择 ，如机械通气、药物治疗等。
机械通气的调节
设定通气模式
根据患者的病情和呼吸力学监测 结果，选择合适的通气模式，如
控制通气、辅助通气等。
调整参数
根据患者的生理需求和呼吸力学监 测结果，调整机械通气的参数，如 潮气量、呼吸频率、吸氧浓度等。
对呼吸力学监测数据进行动态监测和趋势分析，以便及时发现异 常变化并采取相应措施。
监测过程中的患者舒适度
设备舒适度
选择舒适度高、易于使用的呼吸力学监测设备，减少对患者造成的 不适感。
操作简便性
简化呼吸力学监测设备的操作步骤，方便医护人员快速、准确地完 成监测过程。
患者教育
对患者进行教育，告知他们如何配合呼吸力学监测，减少因操作不当 导致的不适感。
预防并发症
通过呼吸力学监测，可以及时发现 机械通气相关的并发症，如过度通 气、通气不足、气压伤等，采取相 应措施进行预防和治疗。
呼吸肌疲劳的评估
评估呼吸肌疲劳程度
通过监测呼吸力学参数，可以评估呼吸肌疲劳的程度，如肌肉收 缩力下降、肌肉疲劳等。
呼吸力学监测
呼吸力学监测1.呼吸系统的作用是什么？呼吸系统涉及到肺通气和肺换气，影响机体氧和二氧化碳水平，是摄取氧、代谢产物排出、酸碱调节的重要器官。
2.呼吸力学监测的指标有哪些？呼吸力学监测包括压力、容量、流量、顺应性、阻力和呼吸做功等。
3.机械通气的主要阻力由什么构成？机械通气的主要阻力有气道阻力和弹性阻力。
气道阻力（RAW）指的是气流通过气道遇到的阻力，其和气道峰压（Ppk）、气道平台压相（Pplat）、吸气流速相关（L/s）相关，公式为：（Ppk-Pplat）/流速。
弹性阻力包括肺与胸壁，其和顺应性成反比。
顺应性（Compliance，C）指的是单位压力下改变的容量。
4.呼吸机有哪些参数？呼吸机设定参数有：潮气量、呼吸频率、吸气流速、气道阻力、呼吸系统顺应性、通气模式、平台压、气道峰压、呼气末压力等指标，参数之间具有相关性，一个参数改变可能会影响其他参数。
举例如下如下（注意单位换算）：5.气道阻力如何计算？气道阻力可通过气道峰压和平台压来计算，也即是两者的差值，这部分压力差值主要用来克服气道阻力。
Raw=（Ppk-Pplat）/气流流速。
计算时候，需要进行相关单位换算。
呼吸机上压力单位为cmH20，而流速单位为L/min，需要换算为L/s。
平静呼吸气道阻力可为1-3cmH20/（L.s），气管插管会增加气道阻力，达到5-10cmH20/（L.s）。
6.顺应性如何计算？顺应性包括静态顺应性和动态顺应性。
静态顺应性指的是单纯克服弹性阻力，其和平台压、呼气末正压之间的差值相关，因此可用两者的差值计算顺应性（Crs）。
Crs=VT/(Pplat-PEEP)。
当呼吸系统顺应性降低的时候，Pplat会增加，Pplat与PEEP的差值增大。
自主呼吸患者顺应性参考范围：50-170ml/cmH2O，插管患者的顺应性参考范围为：男性40-50ml/cmH2O，女性35-45ml/cmH2O。
动态顺应性为气流流动时候的顺应性，和峰压、呼气末正压之间的差值相关，公式为：Crs=VT/（Ppk-PEEP），参考范围40-80ml/cmH2O。
呼吸功能不全的实验原理
呼吸功能不全的实验原理
呼吸功能不全是指肺或其他呼吸系统结构或功能的异常引起的一系列呼吸功能障碍。
呼吸功能不全的实验原理是通过一系列实验手段来评估呼吸系统的功能状态，包括呼吸力学、气体交换和肺容积等指标的测量。
下面将详细介绍呼吸功能不全实验的原理。
一、呼吸力学的实验原理
1. 肺顺应性：肺的顺应性是指肺组织对压力的变化的变形程度或肺的膨胀性。
通过呼吸力学实验，可以测量肺的顺应性，常用的方法是使用压力与容积的关系曲线，称为压力容积（P-V）曲线。
2. 阻力：呼吸阻力是指肺和呼吸道对气流的阻碍程度。
通过呼吸力学实验，可以测量呼吸道的阻力，并分析其对呼吸系统的影响。
二、气体交换的实验原理
1. 气体分压梯度：通过测量呼吸气中的氧气和二氧化碳的分压差，可以评估肺的气体交换功能。
正常情况下，氧气分压梯度较小，二氧化碳分压梯度较大。
2. 血氧饱和度：通过非侵入性或侵入性的方法测量血液中的氧气饱和度，可以评估血氧水平。
常用的方法有脉搏血氧饱和度测量和动脉血气分析。
三、肺容积的实验原理
1. 肺活量：肺活量是指在不同的呼吸状态下，呼吸系统能至少进行的气体交换量。
通过肺活量的测量，可以评估呼吸系统的潜力和功能状态。
2. 呼吸配合量：呼吸配合量是指在一次正常呼吸周期中的肺容量改变。
通过呼吸配合量的测量，可以评估呼吸系统的正常协调程度和功能状态。
综上所述，呼吸功能不全的实验原理主要包括呼吸力学、气体交换和肺容积等指标的测量。
通过这些实验手段，可以对呼吸系统进行全面评估，从而了解呼吸功能的异常状况，进行适当的干预和治疗。
呼吸力学及临床意义
Bronchodilator use
PEEP与PEEPi
肺泡
上游段
下游段
肺泡内压 (PEEPi)
临界压
气道压
肺泡内压 (PEEPi)
临界压
PEEP
PEEPi测定
PEEPi测定
谢 谢！
0 +10 +20 +20 +30
+35 +20
0 +5 +10
等压点上移
+20 +20 +25
+20
正常人用力呼气
肺气肿者用力呼气
等压点上移时用力呼气引起气道压缩而闭合
等压点学说
PEEPi
Pulmonary Hyperinflation in COPD
Sutherland ER, Cherniack RM. Management of Chronic Obstructive Pulmonary Disease. N Engl J Med 2004; 350: 2689-97
如何描记P-V曲线
大注射器法 呼吸机法 低流速法 智能呼吸机描记
P-V Loops vs CL
P-V Loops vs R
High Resistance
容量控制通气时，容量 恒定，压力依据阻力和 顺应性而变化
当阻力增加时， PIP 上 升（A-B）， PV loops 变宽。该种PV loop，称 为滞后（Hysteresis）
（2）
2、Decreased Compliance —— 顺应性降低
表现：峰压和平台压均升高 原因：顺应性降低（ARDS）
呼吸力学的监测
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压力-容积曲线(P-V曲线)
反映顺应性
①完全抑止自主呼吸，选 择方波
②以FRC为基点，肺泡压 力变化为横坐标，肺容 量变化为纵坐标的关系 曲线，二个平段，二个 拐点
③确定低位拐点(LIP)和高 位拐点(UIP)
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◆ LIP反映陷闭肺泡扩张，是选择PEEP的 参考，一般为8-12 cmH2O ，在LIP以下， 肺循环阻力显著增加，一旦达到LIP后肺
究可以用上述三个参数来描述，因为流量参数中包
含了时间的概念，所以描述呼吸机送气、气体在呼
吸管路中的运动、病人气道和肺组织对送入气体的
反应涉及上述四个参数既压力（P）、容量（V）、
流量（F）和时间（t）。
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正压通气
压力差
气流增加
时间
容量变化
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肺泡内压力变化
Pressure
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气道阻力
新生儿 婴儿 儿童 成人
30 - 50 mmHg/L/sec 20 - 30 mmHg/L/sec
20 mmHg/L/sec 2 - 4 mmHg/L/sec
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气道阻力
导致气道阻力增加的原因 分泌物过多 — 分泌物潴留 粘膜水肿(哮喘, 气管炎, 肺水肿) 肺气肿(气道压迫) 异物 肿瘤所致狭窄
Pplat – PEEP
V
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t
Vt
t
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气道阻力
• R = P / flow
Pin
Pout
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用于克服气道阻力、弹性阻力和PEEP • Pplat=Volume/Compliance+PEEP
PIP Pplat
用于克服弹性阻力和PEEP
• PIP- Pplat = Flow x Resistance
用于克服气道阻力
关键是测Pplat 及PEEP
Pplat和PEEP的测量
吸气末阻断法（inspiration hold） 呼气末阻断法（expiration hold）
PEEPi
应用阻断法的注意事项
消除自主呼吸的影响 采用定容控制通气 流速恒定，并固定潮气量 阻断时间足够长 所测值为平均值
平台压（Pplat）的影响因素
Pplat=Volume/Compliance+PEEP
顺应性 PEEP 潮气量
C=50，25
PEEP=0，5
VT=400，600
Paw
P1= Flow x Resistance
P2=Volume/Compliance P3=PEEP
Paw= Flow x Resistance +Volume/Compliance+PEEP
IPPV基本设PIP置Pplat
PIP与Pplat的影响因素
VCV通气：Volume和Flow已知
• PIP= Flow x Resistance +Volume/compliance+PEEP
VT=340，RR=15，FLOW=30, PEEP=5
PIP:37.2cmH2O Pplat: 20.0 cmH2O PEEP:10.7cmH2O
Pplat
气道阻力的计算
PIP-Pplat = Flow x Resistance
R=(PIP-Pplat)/Flow =(37.2-20.0)/0.5
PEEPi的临床意义
增加肺损伤的危险性 对循环系统产生不良影响 增加呼吸功,导致呼吸肌疲劳
内源性PEEP=6 cmH2O
肺
外源性PEEP=0 cmH2O
泡 内
触发灵敏度=2 cmH2O
压
力
呼吸系统力学模型
Resistance
Elastance/Compliance
呼吸机工作原理：运动方程（equation of motion）
床旁呼吸力学监测及临床应用
首都医科大学附属北京朝阳医院 北京呼吸疾病研究所
詹庆元
呼吸系统的力学特性
动力 阻力 肺充气状态
呼吸系统的阻力
粘性阻力(resistive resistance)
气道阻力：人体气道+人工气道
Raw＝8ηl/(πr4)
具有流速和容积依赖性 单位：cmH2O/L/S
F=50，35
F=50，26Biblioteka 气道峰压的临床意义气道峰压是设置压力报警限的根据
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
气道峰压报警如何处理？？？
• 流速或气道阻力对气道 峰压产生影响，但对平 台压无影响
• 顺应性的变化对气道峰 压和平台压都产生相同 影响
平台压的临床意义
可代表肺泡压的大小 与肺损伤的关系密切 限制平台压不超过30-35 cmH2O
气道峰压（PIP）的影响因素
PIP= Flow x Resistance +Volume/compliance+PEEP
顺应性 潮气量 PEEP 气道和气管内导管阻力 吸气流速
R=5，20
肺过度充气：呼气末肺容积（EELV）超过FRC 静态肺过度充气：恒定外力作用，如PEEP （static pulmonary hyperinflation，SPH）
肺泡压=PEEP
动态肺过度充气：呼气不完全
（dynamic pulmonary hyperinflation，DPH） 肺泡压=内源性呼气末正压（PEEPi）
呼气末肺容积与压力变化
ΔVdyn ΔVst
FRC
PEEPi
PEEP
Total PEEP
Palv=0
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的临床意义
增加肺损伤的危险性 对循环系统产生不良影响 增加呼吸功,导致呼吸肌疲劳
雾化吸入疗效
PIP
Pplat
PEEP
Rrs
C
(cmH2O) (cmH2O) (cmH2O) (cmH2O/L/s) (ml/cmH2O)
0min 37.2
20.0
10.7
34.4
36.6
15min 29.4
18.0
8.4
22.8
35.4
R改善率为33.7%
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
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
关于跨肺压
与肺容积变化直接相关 与肺损伤直接相关
特定情况下跨肺压:控制通气与自主呼吸;肥胖/腹内压增高
机械通气波形
呼吸系统的阻力
弹性阻力(elastic resistance)
顺应性（compliance）:单位压力引起的容积变化
C＝ΔV/ΔP
具有容积依赖性 单位：ml/cmH2O
ΔP
ΔV
监测气道阻力和肺顺应性的临床意义
气道阻力增加
与人工气道有关
管腔狭小，扭曲，痰痂形成
与气道有关
气道痉挛，分泌物增加
PIP Pplat
=34.4 cmH2O/L/S
顺应性的计算
Pplat=Volume/Compliance+PEEP
C=VT/(Pplat-PEEP)
=340/(20.0-10.7) =36.6 ml/cmH2O
Pplat
PEEP
MDI+Spacer雾化吸入万托林 400ug 15min后
Ppeak:29.4cmH2O Pplat: 18.0 cmH2O PEEP:8.4cmH2O
弹性阻力增加（顺应性降低）
肺水肿，实变，纤维化，肺不张 气胸、胸腔积液 脊柱侧弯或其他胸壁畸形 肥胖、腹胀 动态肺充气
呼气末肺充气状态
静息平衡位（resting equilibrium position） 功能残气量（functional residual capacity，FRC） 肺泡压=大气压