呼吸力學(xué),長治市中醫(yī)研究所肺病科,呼吸力學(xué)的概念,一門學(xué)科研究對象：呼吸運(yùn)動(dòng)研究方法：物理力學(xué)從力學(xué)的角度來描述和解釋呼吸運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象呼吸力學(xué)三要素：壓力，流速，容積,肺的解剖結(jié)構(gòu),力物體之間的相互作用使物體獲得加速度和發(fā)生變形功力使物體沿力的方向通過一段距離動(dòng)力導(dǎo)致作功的力阻力阻礙物體運(yùn)動(dòng)的力,與呼吸相關(guān)的力學(xué)概念,力、功的關(guān)系,功=力距離壓力=力/面積力=壓力面積功=壓力面積距離呼吸功=壓力容積正常呼吸做功為2.5-3J/min；最高可達(dá)10-15J/min,超過該界限，則需要進(jìn)行機(jī)械通氣。,呼吸運(yùn)動(dòng)的機(jī)械動(dòng)力,膈肌、肋間內(nèi)外肌胸鎖乳突肌、斜角肌、腹壁肌肉、胸背部肌肉等,胸內(nèi)壓、肺內(nèi)壓,1.胸內(nèi)負(fù)壓平均大約為-6.7cmH2O,隨呼吸周期變化。安靜吸氣時(shí)-10.6cmH2O，安靜呼氣末-2.7cmH2O.臨床上用食管內(nèi)壓力代表胸內(nèi)壓。胸內(nèi)負(fù)壓來源：肺組織的彈性回縮力和肺泡壁表面張力。胸內(nèi)負(fù)壓也作用于胸腔內(nèi)的心臟和大靜脈，降低中心靜脈壓，有助于靜脈回流和右心充盈。,胸內(nèi)壓、肺內(nèi)壓,肺內(nèi)壓：即肺泡內(nèi)壓，正常人在呼吸暫停，聲帶開放，氣道通暢時(shí)，肺內(nèi)壓與大氣壓相等。吸氣時(shí)肺內(nèi)壓低于大氣壓，呼氣時(shí)高于大氣壓。,正常人呼吸器官的壓力、容量關(guān)系,1.肺容量在功能殘氣量（FRC）時(shí)（占肺總量40%），肺內(nèi)壓為0。2.肺容量大約等于肺總量的67%時(shí)，胸廓在天然位置，不表現(xiàn)彈性力量。3.肺容量超過67%以上時(shí)，胸廓與肺的彈性回縮力方向相同，共同構(gòu)成擴(kuò)張阻力。4.功能殘氣量時(shí)，用力呼氣，則呼吸肌的收縮力完全用于克服胸廓向外張開的彈性力量。,呼吸系統(tǒng)的壓力梯度,胸膜腔內(nèi)壓肺泡內(nèi)壓氣道內(nèi)壓經(jīng)胸壓經(jīng)肺壓經(jīng)胸壁壓經(jīng)氣道壓,呼吸系統(tǒng)的壓力梯度,1.胸膜腔內(nèi)壓正常時(shí)功能殘氣位的胸膜腔內(nèi)壓為-5cmH2O2.肺泡內(nèi)壓其大小決定于胸膜腔內(nèi)壓與肺向內(nèi)收縮的壓力之差機(jī)械通氣時(shí)，肺泡內(nèi)壓直接受吸氣壓力影響，故要注意避免通氣壓力過高而造成的肺損傷及對循環(huán)功能的影響。,呼吸系統(tǒng)的壓力梯度,3.氣道內(nèi)壓吸氣或呼氣末，氣流停止時(shí)，從肺泡到口鼻，氣道內(nèi)各處壓力相等，吸氣時(shí)，從口鼻到肺泡的壓力遞減，呼氣時(shí)則遞增。呼吸運(yùn)動(dòng)中，氣道內(nèi)任意二點(diǎn)間的壓力差，決定于其間氣道阻力的大小和氣流的速度。4.經(jīng)胸壓相當(dāng)于肺泡內(nèi)壓與胸廓外大氣壓之差，是擴(kuò)張或壓縮胸廓、肺臟的總壓力。,呼吸系統(tǒng)的壓力梯度,5.經(jīng)肺壓相當(dāng)于肺泡內(nèi)壓與胸膜腔內(nèi)壓之差，是擴(kuò)張或收縮肺的壓力。6.經(jīng)胸壁壓相當(dāng)于胸膜腔內(nèi)壓與胸廓外大氣壓之差，是擴(kuò)張或收縮胸壁的壓力。7.經(jīng)氣道壓相當(dāng)于氣道內(nèi)外壓力之差，胸腔內(nèi)氣道的經(jīng)氣道壓，也是胸膜腔內(nèi)壓與氣道內(nèi)壓之差。,肺順應(yīng)性,概念物理概念，指單位壓力改變時(shí)，所引起的肺容積的變化。是彈性物體的共同特性。肺的彈性E和壓力P、體積V的關(guān)系：E=PV以“順應(yīng)性（C）”表示C=1/EC=潮氣量（L)/壓力差（kPa)反映呼吸系統(tǒng)的“軟”、“硬”彈性阻力正常時(shí)占總阻力的70%,主要影響因素肺膠原纖維肺泡表面活性物質(zhì)肺容量（P-V曲線）,肺順應(yīng)性,呼吸器官總順應(yīng)性正常人體總順應(yīng)性約：0.1L/cmH2O,=,1,肺順應(yīng)性,+,1,胸廓順應(yīng)性,肺順應(yīng)性,臨床上，總順應(yīng)性有三種不同表示方法：靜態(tài)順應(yīng)性反映肺與胸廓的彈性動(dòng)態(tài)順應(yīng)性反映肺與胸廓的彈性外，還包括克服阻力成分比順應(yīng)性順應(yīng)性（C）/功能殘氣量（FRC）（此值在不同性別和年齡之間大致相同）,影響肺順應(yīng)性的主要因素,生理因素：肺容積、性別、年齡、身高、體位、運(yùn)動(dòng)。病理因素：肺彈性阻力減低時(shí)順應(yīng)性增加：如肺氣腫肺彈性阻力增加時(shí)順應(yīng)性減小：如肺水腫、炎癥、肺不張，肺間質(zhì)纖維化。肺外疾患：胸膜疾病、胸壁肌肉疾病、膈肌抬高、肥胖等。心臟疾患：如二尖瓣狹窄、間隔缺損等。,順應(yīng)性下降對病人的影響,增加呼吸功造成通氣血流比失調(diào)，引起低氧血癥病人的呼吸表現(xiàn)為淺而快,順應(yīng)性增加對病人的影響,病人在潮氣量呼吸時(shí)所需的跨肺壓較小，呼吸功也較小。但同時(shí)也可使小氣道狹窄閉鎖，增加氣道阻力導(dǎo)致肺內(nèi)氣體分布不均，嚴(yán)重限制呼氣流速。,氣道阻力(Raw),呼吸道阻力通常以每秒內(nèi)1升通氣量所產(chǎn)生的壓力來表示R氣道=壓力差為口腔與肺泡的壓差正常時(shí)占總阻力的近30%鼻和聲門占R氣道的75%小氣道占R氣道的10%機(jī)械通氣時(shí)R氣道=,氣道阻力(Raw),Hagen-Poiseuille(哈根-泊肅葉定律）Raw=（為流體黏度；r為管的半徑；l為管道長度）氣道直徑是影響阻力的重要因素。呼吸道阻力的正常值在成人：1-3cmH2O/L/S.發(fā)生于直徑2mm的細(xì)支氣管以上部位。,8l,影響氣道阻力升高的因素,1.氣道分泌物增多、積聚。2.氣道粘膜的腫脹。3.支氣管痙攣。4.肺氣腫。5.異物。6.腫瘤性狹窄。,等壓點(diǎn)理論,等壓點(diǎn)理論,等壓點(diǎn)的位置對于正常人，等壓點(diǎn)的位置主要取決于肺容積。80-70%的肺活量的肺容積水平時(shí)，等壓點(diǎn)處于肺葉支氣管；40%肺活量的肺容積水平后等壓點(diǎn)迅速向上游氣道移動(dòng)。25%肺活量水平時(shí)，等壓點(diǎn)位于細(xì)支氣管水平。,時(shí)間常數(shù)（）,任一呼吸系統(tǒng)，其容積變化(V)與壓力變化(P)呈指數(shù)函數(shù)的關(guān)系，其函數(shù)特征可以用時(shí)間常數(shù)來表示：RC即容積變化(V)與壓力變化(P)的相互關(guān)系取決于阻力和順應(yīng)性,時(shí)間常數(shù)（）,正常肺的時(shí)間常數(shù)為0.2秒。時(shí)間常數(shù)決定氣體在肺內(nèi)的充盈和排空速度。假定潮氣量為1000ml,則在呼氣的0.2秒末，有630ml氣體呼出；在0.4秒末，共有865ml氣體呼出；0.6秒末，共有950ml氣體呼出，幾乎完成了呼氣相。順應(yīng)性和阻力發(fā)生變化，勢必影響到。,100%,37%,正常,COPD,VT,=0.2,=0.9,正常肺和COPD患者呼氣相,時(shí)間常數(shù)（）,由于肺部病變的影響，使不同肺區(qū)的充盈和排空速度有所不同。快肺區(qū)-充盈和排空速度較快的區(qū)域慢肺區(qū)充盈和排空速度較慢的區(qū)域,機(jī)械通氣時(shí)的呼吸力學(xué)監(jiān)測,監(jiān)測動(dòng)力監(jiān)測阻力監(jiān)測功,對動(dòng)力的監(jiān)測,呼吸機(jī)所提供的正壓既要保證正壓通氣的療效，又要防止其負(fù)面影響,對阻力的監(jiān)測,C=R彈=平臺壓可以更好地反映肺泡內(nèi)壓R氣道=,t,t,P,F,氣道峰壓,氣道平臺壓,吸氣相,呼氣相,用以克服氣道阻力（P1）,用以克服彈性阻力（P2）,對功的監(jiān)測,W吸氣=PV,壓力,容量,壓力,容量,壓力,容量,正常,R氣道,C,機(jī)械通氣時(shí)呼吸力學(xué)指標(biāo)的監(jiān)測及臨床應(yīng)用,呼吸力學(xué)監(jiān)測的三要素壓力（pressure，）氣道開口壓，食道壓，隆突壓流速（flow，）容積（volume）計(jì)算流量對時(shí)間的積分,0,50,100,-50,-100,Flow(L/min),Time,常用壓力指標(biāo),氣道峰壓（PD）氣道平臺壓（Ps）氣道平均壓（Pmean)內(nèi)源性呼氣末正壓（PEEPi）呼氣末正壓（PEEP）,t,P,氣道峰壓,氣道平臺壓,用以克服氣道阻力（P1）,用以克服彈性阻力（P2）,呼氣末正壓,氣道峰壓（PIP）,作用：用于克服胸肺粘滯阻力和彈性阻力氣道峰壓（PIP）的影響因素順應(yīng)性潮氣量PEEP氣道和氣管內(nèi)導(dǎo)管阻力吸氣流速,氣道峰壓的臨床意義,氣道峰壓是設(shè)置壓力報(bào)警限的根據(jù)設(shè)置值約實(shí)際氣道峰壓之上5-10cmH2O以不高于45cmH2O為宜氣道峰壓與氣壓傷的關(guān)系,氣道峰壓增加的臨床意義,不伴有平臺壓的增加氣道問題伴有平臺壓的增加肺實(shí)質(zhì)或間質(zhì)問題或肺含氣狀態(tài)變化,平臺壓（PS）,作用:用于克服胸肺彈性阻力。平臺壓（PS）的影響因素順應(yīng)性PEEP潮氣量,平臺壓的臨床意義,計(jì)算靜態(tài)順應(yīng)性可近似代表肺泡壓的大小肺損傷的關(guān)系較氣道峰壓更為密切臨床嚴(yán)格限制平臺壓不超過35cmH2O,平均氣道壓(Pmean),數(shù)個(gè)周期中氣道壓的平均值與影響PIP的因素及吸氣時(shí)間長短有關(guān)近似于平均肺泡壓其大小與對心血管系統(tǒng)的影響直接相關(guān),內(nèi)源性呼氣末正壓（PEEPi）,在肺的彈性回縮下導(dǎo)致呼氣末肺泡內(nèi)呈正壓，稱為PEEPi。PEEPi的存在說明存在動(dòng)態(tài)肺過度充氣（DPH）。,PEEPi的影響因素,氣道阻力增加呼吸系統(tǒng)彈性下降氣道動(dòng)態(tài)塌陷通氣量過大呼氣時(shí)間不足呼氣肌的作用,PEEPi的類型,伴有氣流受限的PEEPi不伴有氣流受限的PEEPi,PEEPi的直接生理學(xué)作用,肺泡內(nèi)正壓增加肺容積,PEEPi的臨床意義,增加呼吸功,導(dǎo)致呼吸肌疲勞，肺泡通氣量降低對循環(huán)系統(tǒng)的影響增加肺損傷的危險(xiǎn)性對臨床所測呼吸系統(tǒng)順應(yīng)性的影響,PEEPi的監(jiān)測方法:間接觀察,胸圍增大患者呼吸費(fèi)力心血管功能惡化呼氣末有持續(xù)呼氣氣流壓力控制通氣時(shí)潮氣量或每分通氣量下降容量控制通氣時(shí)氣道壓力升高胸片顯示局部肺過度充氣,PEEPi的監(jiān)測方法:直接測量,呼氣末氣道阻斷法同步記錄食道壓力與流速法,PEEPi的臨床應(yīng)用,降低PEEPi：COPD，哮喘降低氣道阻力減少分鐘通氣量延長呼氣時(shí)間消除呼氣肌的作用增加PEEPi：ARDS，間質(zhì)性肺病延長吸氣時(shí)間,呼氣末正壓（PEEP）,PEEP與CPAP的概念在呼氣末期將氣道壓力維持在高于大氣壓的水平，稱為呼氣末正壓（positiveendexpiratorypressure,PEEP)機(jī)械通氣時(shí)的呼氣末正壓稱為PEEP自主呼吸時(shí)應(yīng)用呼氣末正壓稱為CPAP,呼氣末正壓（PEEP）,PEEP的生理學(xué)效應(yīng)1.COPD：減少呼吸功，防止氣道動(dòng)態(tài)塌陷2.哮喘：有爭議3.ARDS：使萎陷肺泡復(fù)張/防止肺泡再萎陷,減少分流，改善V/Q比值和順應(yīng)性,呼氣末正壓（PEEP）,PEEP=0,PEEP=12,低位拐點(diǎn)、高位拐點(diǎn),PEEP高于低位拐點(diǎn)2-3cmH2OPIP不超過高位拐點(diǎn),傳統(tǒng)通氣,保護(hù)性通氣,胸內(nèi)壓（Ppl）/食道壓（Pes）,胸內(nèi)壓與食道壓的關(guān)系食道內(nèi)壓能較好地反映胸內(nèi)壓絕對值有一定的差別兩者的變化幅度和趨勢一致測量方法：食道球囊法,食道壓測定的臨床應(yīng)用,反映胸內(nèi)壓反映自主呼吸努力計(jì)算跨膈壓,阻力和順應(yīng)性的測定方法：阻斷法,吸氣末阻斷法呼氣末阻斷法,氣道阻力計(jì)算公式,Raw=(PIP-Ps)/F,氣道阻力增加的原因,與氣管內(nèi)導(dǎo)管有關(guān)管腔狹小，扭曲，牙齒咬合，痰痂形成與氣道有關(guān)氣道痙攣，分泌物增加,順應(yīng)性計(jì)算公式,總靜態(tài)順應(yīng)性（Cst）=VT/(Ps-PEEP-PEEPi)總動(dòng)態(tài)順應(yīng)性（Cdyn)=VT/(PD-PEEP-PEEPi)肺靜態(tài)順應(yīng)性（Clst）=VT/(Ps-Ppl-PEEP-PEEPi)胸壁順應(yīng)性總順應(yīng)性肺順應(yīng)性,順應(yīng)性改變原因,肺僵硬：肺水腫，實(shí)變，纖維化，肺不張胸壁僵硬：脊柱側(cè)彎或其他胸壁畸形，肥胖，腹水或腹脹肺受壓：氣胸、胸腔積液動(dòng)態(tài)肺充氣,呼吸力學(xué)曲線（環(huán)）,推算指標(biāo)：順應(yīng)性、呼吸功氣流受限和肺過度充氣的判斷確定潮氣量和最佳PEEP判斷觸發(fā)靈敏度是否合適人機(jī)協(xié)調(diào)的監(jiān)測氣道分泌物過多的判斷支擴(kuò)藥物效果的判斷呼吸機(jī)管道系統(tǒng)密閉性的判斷,壓力容積環(huán)（P-V環(huán)）,靜態(tài)PV環(huán)壓力導(dǎo)致的容積變化只與彈性阻力有關(guān)動(dòng)態(tài)PV環(huán)壓力導(dǎo)致的容積變化與彈性及氣道阻力有關(guān),臨床應(yīng)用,調(diào)節(jié)PEEP：LIP+23cmH2O計(jì)算呼吸系統(tǒng)順應(yīng)性（Crs）調(diào)節(jié)潮氣量：使氣道壓低于UIP判斷肺泡復(fù)張的潛在可能性測定肺泡復(fù)張容積,呼吸功能不全或衰竭的病理生理改變呼吸力學(xué)改變,模式,參數(shù),通氣策略,有創(chuàng)通氣,無創(chuàng)通氣,以呼吸力學(xué)為核心的機(jī)械通氣,以呼吸力學(xué)為核心的機(jī)械通氣COPD急性加重合并呼吸衰竭,COPD的病理改變（1）,內(nèi)徑2mm的中央氣道內(nèi)徑2mm的外周氣道氣道纖維化和膠原沉積氣道狹窄、氣流受限肺實(shí)質(zhì)（呼吸性細(xì)支氣管、肺泡和毛細(xì)血管）結(jié)構(gòu)破壞、含氣量肺氣腫、肺彈性回縮力肺血管,COPD的病理改變（2）,COPD的病理生理改變,氣道分泌物，纖毛功能氣流受限，肺過度充盈（hyperinflation）內(nèi)徑2mm的外周氣道狹窄肺實(shí)質(zhì)改變氣體交換障礙V/Q失調(diào),肺動(dòng)脈高壓導(dǎo)致肺心病全身影響,COPD病理生理改變的臨床表現(xiàn),幾個(gè)相關(guān)概念,肺過度充盈（pulmonaryhyperinflation）FRC較預(yù)計(jì)值升高松弛容量（Vr，relaxationvolume）呼氣末，肺的彈性回縮力與胸廓的彈性牽拉力相等時(shí)的肺容量有時(shí)，規(guī)定FRC=Vr肺動(dòng)態(tài)過度充盈（pulmonarydynamichyperinflation）呼氣末肺容量高于Vr“動(dòng)態(tài)過度充盈”與“過度充盈”的關(guān)系,從呼吸力學(xué)角度認(rèn)識COPD所致呼吸衰竭,呼吸系統(tǒng)阻力氣道阻力彈性阻力？過度充盈的作用過度充盈的影響因素肺彈性回縮力氣道阻力呼氣時(shí)間動(dòng)態(tài)過度充盈的作用PEEPi吸氣功增加其他不利影響,P,V,PEEPi,呼氣相氣道動(dòng)態(tài)萎陷,