呼吸生理与机械通气原理

呼吸机基本概念——系统构成；吸气相与呼气相的控制
吸气相控制逻辑：吸气阀开放、呼气阀关闭；一定量的混合后气体（高压氧气O2和干压缩空气 AIR按所设定的FiO2 混合），经吸入端过滤器、加温湿化器；经由人工气道 吸入支路；通过Ｙ形连接管；经由延长管及气管插管进入病人肺内； 呼气相控制逻辑：呼气阀开放、吸气阀关闭；病人完成肺换气后的气体（含ＣＯ２），经气管 插管及延长管；通过Ｙ形连接管进入人工气道呼出支路；再经过呼出端过滤 器排放到大气中。
机械通气：PEEP
增加功能残气量(FRC)
肺通气过程中的阻力
弹性阻力(静态阻力)

肺和胸廓的弹性阻力，占2/3
粘性阻力和惯性阻力，占1/3，以气道粘性阻力为主
非弹性阻力(动态阻力)

肺通气的阻力–肺的顺应性
高顺应性 /低弹性 高顺应性 阻力


相同的压 强 低顺应性/高弹性 阻力
VCO2 为二氧化碳产量， VD 为死腔量， VE
为分钟通气量
死腔
呼吸时从鼻到肺泡以上的气道对气体交
换来说是无用的空间，称为死腔。成人 一般为150ml。
肺
泡 通 气 量 ＝ 分 钟 通 气 量 － 死 腔 通 气 量 ＝（潮气量VT－死腔量VD）×Rf
350ml
150ml
V/Q比值（通气血流比失调）
← 气管内径 →
吸气
呼气
吸气力和弹性回缩力
呼气 吸气
﹣2
﹢2
吸气时因横膈下降和胸廓 扩张导致肺泡呈负压两使 空气进入肺泡. 呼气时因肺和胸廓弹性回 缩力使肺泡压大于大气压 使气体排出肺外. 在机械通气中吸气力即 “吸气触发”,肺弹性即 “顺应性”
吸气肌力
肺弹性
呼吸系统解剖生理——下呼吸道结构
下呼吸道（呼吸区）：


胸内负压形成的自然因素
人胸廓的生长发育比 肺快，决定了肺的自然容 积总是小于胸廓，因而使 肺处于被动扩张的状态。
胸内负压的意义

肺扩张


抑制胸廓过度扩张
减低气道阻力 有利于静脉血、淋巴向心脏回流
正常
气胸
肺通气过程中的肺容量
吸气量(IC) 补气量(IRV) 潮气量(TV) 补呼气量(ERV) 肺残气量(RC) 肺活量(VC) 功能残气量(FRC) 肺总容量(TLC)
呼吸生理 与 机械通气原理
巴州人民医院呼吸科 马超
呼吸生理
1.呼吸系统的解剖生理 2.肺通气：气体的吸入与呼出 3.胸膜腔负压 4.肺通气的阻力 5.肺换气
呼吸系统解剖生理
呼吸器官可分为1.上呼吸道 2. 下呼吸道. 3.肺脏.
肺功能分为通气和换气.通气 即空气靠胸廓和横膈运动使空气 经气管吸入和呼出肺脏.而换气 是空气中氧气从肺泡进入肺毛细 血管血液中,二氧化碳正好相反.
肺顺应性降低的影响

顺应性下降对病人的影响：

为了维持原有的潮气量，吸气努力增加，呼吸 肌做功增加，严重可导致呼吸衰竭
V/Q失调，引起低氧血症


肺水肿时，吸气使血管周围组织的压力变负， 致使流体自血管流向外周组织
肺泡扩张受限，呼吸表现为浅而快

肺通气的阻力 – 非弹性阻力

主要为气道阻力，即气体在气道中流动时所产 生的阻力
心脏剖面图
6 1.右和左心房 7 4 1 2 2 5 2.右和左心室 3.下腔静脉腔:PEEP（呼气末正压） 影响回心血量 4.肺动脉:测肺血流量 5.肺静脉
1
6.主动脉
3 7.上腔静脉:PEEP影响回心血量
动、静脉血管系统
全身的动脉由主动脉分支出 来将含有丰富氧气和养料输送 至各脏器. 全身的静脉将血液(含较多的 二氧化碳)经上、下腔静脉返回 心脏. 全身的毛细血管网是氧气、 二氧化碳和其他养料在血液和 细胞之间交換的场所.
5.呼吸机是通气机只能起肺的通气功能的作用.间接对 換气功能有帮助.
机械通气基本原理
1. 2. 3. 4. 呼吸机的基本概念 呼吸机的基本结构 呼吸机的分类 机械通气的四个过程
呼吸机的基本概念
什么是呼吸机？ 呼吸机 —电子打气筒！ 开环控制系统 (送气, 无反馈) Vs. 闭环控制系统 (监测->反馈控制) =>安全、准确

理论上呼气时间为 5个TC，气体方能 排出，临床实践中 呼气时间为3-5个时 间常数即可
October 28, 2015 | Confidential
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时间常数
肺换气—气体交换
弥 散 膜
氧合
高 缺 原 氧 环 境
CO2的排出
PaCO2与通气量相关
PaCO2=0.86VCO2/[VE(1-VD/VT)]
肺的通气—气体的吸入与呼出
驱动：呼吸中枢
原动力：呼吸运动（吸气与呼气）
直接动力：肺泡气与大气之间的压力差
自主呼吸——呼吸相与呼吸做功
被动呼气
主动吸气
自主吸气—主动吸气
肺内压 隔肌和肋间肌收缩 胸内容积增大 胸膜内负压变大 肺扩张 肺内压变负 外界空气流(压)入肺中 肺内气量 胸膜内压
气体交换即弥散:呼吸气体在 肺脏内和其周围的毛细血管为人 体提供氧和排出二氧化碳. 呼吸机即是仿造肺通气的仪器
呼吸系统解剖生理
自然呼吸
机械通气
过滤
纤毛 毛细血管 －除尘 －加温
粘液腺 －湿润
过滤、湿化、加温
湿化、加温
湿化的基本原理

鼻腔：温度 30-34 ℃，相 对湿度80%-90% ； 隆突：温度 37 ℃，相对湿 度达95%以上；


肺泡：温度 37 ℃，相对湿 度100%；
在正常情况下，吸入气体 在进入肺泡的时候就已经 达到核心体温(37 ℃)和 100% 的相对湿度，这是 气体交换和气道纤毛清理 功能的最佳条件。


无论何种湿化方式，都要求近端气道内的气体 温度达到37℃，相对湿度100%，以维持气道黏 膜完整，纤毛正常运动及气道分泌物排出，以 降低VAP/HAP的发生
肺炎、阻塞 性肺疾患等
VA/QC PaO2
立位肺各部通气血流比
VA QC VA/QC 3.0 1.0 0.6 0.8 上肺野 0.6 ：0.2 中肺野 1.0 ：1.0 下肺野 2.4 ：3.8 全 体 4.0 ：5.0
V/Q比值（肺通气量与血流量之比）

正常肺通气量和血流量分别为 4L/min和 5Lmin， 两者比值为0.8 机体能够有效调节V/Q比值，当体位改变或者肺 部病变时，局部通气量减小，可产生低氧性肺 血管收缩，减少局部血流量，使其他通气好的 部位血流量增加 当肺部病变超过机体调节范围，就会出现V/Q比 例失调
——中华医学会重症医学分会
气道湿化的作用

保持气道湿润，保障纤毛的正常运动


稀释痰液，使痰液及时排除并保持呼吸道通畅
消炎抗菌，预防肺部感染
呼吸系统解剖生理——下呼吸道结构
下呼吸道（传导）：
气管 支气管 各级分支 终末细支气管（16级）
呼吸时气管内径的变化
吸气时因胸廓扩张和横膈 下降,气管长度及内径均 增大,肺泡充气.呼气时则 相反. 休息时呼吸作功很小, 气 管插管后由于插管内径小 于总气管内经一半,吸气 时阻力增加16倍,吸气作 功显著增加,故有“插管 补偿”功能即TC或ATC,用 于自主呼吸模式. 机械控制呼吸时呼吸作功 由呼吸机承担.
低顺应性
弹性阻力：肺泡和胸廓存在 自然回缩的力，构成弹性阻 力，也就是肺的顺应性(C) 顺应性代表弹性物体的扩张 性,定义为容量改变与压力改 变的比值。 C=△V/△P C的倒数（1/C）则为弹性阻 力。
肺通气的阻力– 动态和静态顺应性

静态（ Cst ）：每次吸气或呼气后，屏气，测定肺 容积和跨肺压变化，即可测得。 动态（Cdyn）：不阻断气流时测得。
胸膜和胸膜腔
胸膜是薄而光滑的浆膜，覆盖
于胸壁内面，膈上面，纵膈侧 面和肺表面，胸膜分脏层胸膜 和壁层胸膜两层。胸膜腔是由 紧贴于肺表面的脏层胸膜和紧 贴于胸廓内壁的壁层胸膜形成 的一密闭的潜在腔隙。
胸内压的概念

胸膜腔内压(intrapleural pressure ）是指胸膜腔内的 压力, 简称胸内压 。胸膜腔内 压都低于大气压，以大气压为 零则胸膜腔内压为负压，故简 称为胸内负压。


呼吸性细支气管
肺泡管
肺泡囊
肺泡
呼吸道的生理功能

分泌粘液：由粘膜腺分泌

粘液毯，通过纤毛摆动将颗粒物质 排除体外
通过抗体或免疫因子起到抗感染作用
呼吸道的生理功能

纤毛运动：下呼吸道纤毛运动向上，鼻粘 膜纤毛运动向后。 作用：能将纤毛顶部大约 5μm厚的粘液连 同附着在粘液中的小颗粒异物朝着一个方 向推送，都朝向咽部，或被吞下，或被吐 出。


V/Q比例失调


减小（ <0.8 ）：通气量不足，常见于气道阻塞、 肺泡萎陷或受压而发生不张，此时静脉血未能 进行充分氧合， PO2↓ 增大（ >0.8 ）：肺血流量不足，常见于肺血管 痉挛或栓塞 造成的局部灌注减少，此时只有部 分静脉血进行氧合，动脉血含量减少，亦可造 成低氧血症
呼吸生理总结
肺通气过程中的肺容量
功能残气量(FRC)：平静呼气后肺内残留的气量 FRC=RC+ERV
吸气量(IC) 补气量(IRV) 潮气量(TV) 补呼气量(ERV) 肺残气量(RC) 肺活量(VC) 功能残气量(FRC) 肺总容量(TLC)
肺通气过程中的肺容量
功能残气量(FRC)的临床意义：


如果没有FRC，呼气末期肺泡将完全塌陷，产生静 -动脉血分流 FRC增加提示肺泡扩张，FRC减少说明肺泡缩小或 塌陷