呼吸机使用基础培训

初学者往往会被呼吸机上的各种旋钮、按键和英文缩写搞得眼花缭乱,不知从何处下手;面对那些厚厚的机械通气专著,又没有耐心一页一页详细读完;有时还会被各个专家的不同观点搞得不知所措。  其实就象初学电脑和开车一样,都要先学一点基础知识,然后去实践,在实践的过程中继续深入学习理论,不断地

正文

初学者往往会被呼吸机上的各种旋钮、按键和英文缩写搞得眼花缭乱,不知从何处下手;面对那些厚厚的机械通气专著,又没有耐心一页一页详细读完;有时还会被各个专家的不同观点搞得不知所措。
  其实就象初学电脑和开车一样,都要先学一点基础知识,然后去实践,在实践的过程中继续深入学习理论,不断地以理论指导实践,在实践中纠正对理论的错误理解。这样循序渐进,自然就能熟练掌握。
  初学机械通气,应该先掌握一些基本的概念,然后要学习一下呼吸机的说明书,对自己要使用的工具有所了解。选择一些简单的病人(注意,一定不要选择病情复杂的病人)开始实践。
  祝大家成功!
呼吸机到底是干什么用的?有些人会说,这不是废话吗,呼吸机就是帮助病人呼吸的机器。的确,从字面的意思上理解是这样的。但我们回想一下生理学的概念,什么是呼吸呢?
有生命活动的机体因进行新陈代谢,需要不断地从外周环境摄取氧和排出二氧化碳。这种机体与环境之间的气体交换,称为呼吸respiration。呼吸由三个环节组成:①外呼吸external respiration,是指外界与血液在肺部进行的气体交换,它包括肺通气pulmonary ventilation,即外界空气与肺之间的气体交换过程,和肺换气gas exchange in lung,即肺泡与肺毛细血管之间的气体交换;②气体在血液中的运输Transport of gas in the blood;③内呼吸Internal respiration,即血液和组织之间的气体交换过程。
接下来我们再回到上个世纪五十年代。1952年夏天,在丹麦首都哥本哈根市,因脊髓灰质炎所致呼吸肌麻痹而接受治疗的首批31例病人在3天内死亡了27例。麻醉科医生Ibsen建议对病人施行气管切开,采用麻醉用的球囊进行间断正压通气。这种做法非常成功,当时许多医学生和技术员都被动员到医院为病人进行手动正压通气。哥本哈根成功的经验对现代正压通气的发展起了极大的推动作用,之后,正压通气方式不断增多、完善。此后临床上应用的机械通气mechanical ventilation主要就是正压通气positive pressure ventilation。
这里顺便提一下负压通气。负压通气negative pressure ventilation:是无创性通气技术的一种,通过将负压周期性地作用于体表(主要是胸部和上腹部),使肺内压降低而产生通气。主要特点是无需建立人工气道,没有气管插管及正压通气引起呼吸道感染和气压伤的危险,且不需要使用镇静剂,保留吞咽和咳嗽功能,病人与医护人员可以交流,对呼吸肌疲劳有休息恢复的作用,病人可以长期耐受。十九世纪至二十世纪初,负压通气曾普遍应用。
无论是用球囊进行间断正压通气还是目前临床上使用呼吸机进行机械通气,气体都是在一定的驱动压(用手按压、电动或气动产生正压)下进入病人肺内,呼气时仍靠肺和胸廓的弹性回缩力呼出气体。由此我们可以看出,在整个呼吸过程中,呼吸机真正起作用的其实只是外呼吸部分,尤其是肺通气部分,而对肺泡与肺毛细血管之间的气体交换影响相对较小,因此英语的正式名称ventilator(通气机)应该更准确。只不过由于多年来的习惯,本讲座仍称之为呼吸机。
之所以说了这么一大堆似乎没用的话,只是为了强调一下机械通气的真正作用。近二十年来,尽管呼吸机的应用已经在中国得到了普及,但将机械通气的作用夸大化、神秘化的现象却也经常出现。我们平时所说的机械通气支持 Mechanically ventilatory support(或机械通气mechanical ventilation)是指当呼吸器官不能维持正常的气体交换,即发生呼吸衰竭时,以机械装置代替或辅助呼吸肌的工作,称为机械通气支持。但机械通气只是一种支持手段,不能消除呼吸衰竭的病因,只能为采取针对呼吸衰竭病因的各种治疗争取时间和创造条件。
如果从未真正接触过呼吸机,一上来恐怕会觉得有些乱,不知从何处下手。我个人的建议是就把呼吸机当作是一件家用电器来了解,不要想得太复杂。
首先,找到呼吸机的电源线插头和电源主开关。有人说这太简单了,这个讲座是不是在骗人。各位,这样的小细节其实往往在临床抢救过程中被忽视。我曾在南方某三甲医院的急诊室里亲眼见到一群大夫护士在手忙脚乱地找呼吸机的电源开关,不知道他们当时心里除了急以外还会想什么。我们要了解自己手里的工具,才能更好地救治病人。由于呼吸机的品牌不同,有些机器的主机和压缩机的电源线往往是分开的,甚至连电源开关也是分开的。怎么办?这就要靠我们手中的呼吸机说明书了。呼吸机在销售到医院时都会随机器附带中英文说明书。我个人认为大家如果有能力的话最好是看一看英文的说明书,真的会很有帮助。言归正传,这样,我们就会养成一种习惯:每次使用呼吸机前都看一下电源插头是否已经插好。然后再打开电源开关。良好的习惯和对细节的关注会对大家今后的临床工作大有益处。
其次,找到呼吸机的氧气管路和空气管路,没有空气压缩机的呼吸机只找氧气管路就行。在使用呼吸机前,氧气和空气管路一定要与高压的氧气源和空气源相连接(这也是我们平时要注意观察的,要养成习惯哦!)。呼吸机送出的气体就来自高压气源。这也是呼吸机正常工作的前提之一。要注意检查高压气源的压力表,保持压力在正常工作范围。任何一种气体的压力不足都会导致呼吸机工作不正常,同时还会报警。
然后,在呼吸机说明书上找到呼吸机管道(外管道)的连接示意图。在使用呼吸机前一定要掌握呼吸机管道正确的连接方法。呼吸机的管道分为吸气支和呼气支两部分。管道在病人端通过“Y”型管与病人的气管导管或气管切开导管相连。
外管道这一部分很重要。对于气管插管和气管切开病人来说,无论是机械通气还是自主呼吸,吸入气都不经过上呼吸道而直接进入气管。我们在学习呼吸系统解剖时都学到过,临床上将鼻、咽、喉称为上呼吸道,当空气通过这些器官时,被过滤、湿润和加温或冷却,到达隆突时的空气湿度基本饱和,温度达到 37℃左右。气管插管和气管切开病人的“上呼吸道”就是吸气管道。为了达到和正常解剖结构同样的功能,我们必须人为地增加一些配件,使得吸气管道也具有过滤、湿润和加温或冷却的功能。因此,在吸气管道上要依次安装吸气过滤器、加温湿化器(或人工鼻)。
注意一:
吸气过滤器一定要安装在机器端,然后再连接加温湿化器。
注意二:
加温湿化器通常都有单独的电源线和电源开关,千万要注意插好电源后打开哦,不然进入病人气管内的气体可就是又干又冷的。
注意三:
加温湿化器上可能会有个小温度计的插口,一定要插上专门的温度计,不然那里就漏气了。
注意四:
如果不使用加温湿化器而使用人工鼻的话,人工鼻一定要安装在“Y”型管与病人的气管导管或气管切开导管之间。
由于呼吸机外管道暴露在室温下,温度低于体温,因此加温后及病人呼出的气体会在管道上形成冷凝水。处理冷凝水常用的方法有两种:一种是使用集水瓶,通常要放置在病人与呼吸机之间的最低点(当然也没这么绝对,只要明显比病人低就行了,这样冷凝水就不会倒灌入病人气管内)。另一种是使用带加热丝的管道,但在呼气管道末端也会有一个较大的集水瓶。注意:管道内和集水瓶内的冷凝水都应及时清除。
吸气管道上可能还会有一些其他的连接管,比如测压管什么的,不同品牌的呼吸机都会有所不同,有些机器可能也不需要这样的连接管,具体的连接方法应该参考该品牌呼吸机的说明书。
有些品牌的呼吸机在呼气管道末端会有呼气过滤器,其最大的好处就是将病人的呼出气进行过滤,减少病人与工作人员之间交叉感染的机会。注意:如果呼气过滤器不是呼吸机的标准配置,不要随便在呼气端增加呼气过滤器。否则会明显增加呼气阻力,对病人产生不良影响。
最后,按照示意图将呼吸机外管道反复安装几次,越熟练越好。注意:由于呼吸机管道在使用前都经过严格消毒,在安装管道时千万不要触摸管腔内表面,以免造成管腔内的污染。由于管道上会有一些配件,因此要注意各个连接点一定要紧密连接,不能漏呼吸机的外观看得差不多了吧?接下来咱们来看看怎么操作。
初学者要先对呼吸机最基本的操作进行了解。每种呼吸机的操作都有所不同,因此需要对照呼吸机的说明书仔细学习。一般来说,最基本的操作其实就是开/关机以及各种参数的设定和调节。开/关机前面已经提到过,对于自己科室里的各种呼吸机都应该熟知其电源开关的位置。参数调节也比较简单,低级一些的呼吸机通常只用相应的旋钮调节相应参数即可,比较高级的呼吸机都是用触摸屏或按?I加旋钮来调节参数的,通常的步骤是用触摸屏或按键选择参数、用旋钮调节至所需数值或内容,最后按?I或按压旋钮确认。这些具体的操作多用就会熟练。在这一阶段,学习操作时呼吸机最好接模拟肺,不要在有病人使用的呼吸机上练习。
现在先说点儿基础的东西。既然呼吸机的作用就是代替肺通气,那正常情况下的肺通气是怎样的呢?
肺通气是通过呼吸运动respiratory movement完成的。呼吸肌的收缩和舒张所造成胸廓的扩大和缩小,称为呼吸运动。当吸气肌收缩时,胸廓扩大,由于胸膜脏层与壁层间存在少量浆液,使两层胸膜紧密粘着在一起,且有胸膜腔负压加强了这种粘着,低于大气压,空气顺压差进入肺造成吸气。反之,当吸气肌舒张甚或呼气肌收缩时,胸廓缩小,肺也随之缩小,肺容积减小,肺内压暂时升高,高于大气压,肺内气体便顺此压差流出肺,造成呼气。呼吸运动是肺通气的原动力。
由此可见,肺内压和大气压之间的压力差是推动气体进出肺的直接动力。自主呼吸停止时,肺内压与大气压是相等的。要想让气体进入肺内,必须施加高于大气压的通气压力。这就是正压通气的原理。由于机械通气是正压通气,因此在机械通气过程中呼吸机提供的通气压力高于大气压。
每次呼吸时吸入或呼出的气量,似潮汐的涨落,称为潮气量Tidal volume,VT。这是一个呼吸生理学的概念。在平静呼吸时,潮气量为400-600ml,一般以500ml计算。在机械通气时,潮气量是一项非常重要的参数。
我们在做胸部查体时可以看到不同病人呼吸运动有快有慢,反映呼吸运动快慢的参数叫做呼吸频率Respiratory Rate or Frequency。正常成人呼吸频率约为12-18次/分。
还有一个概念叫做每分通气量Minute ventilation volume,是指每分钟进或出肺的气体总量,等于呼吸频率乘以潮气量。正常成人约为6- 9L。
正常人呼吸的是空气,氧浓度是21%左右。但机械通气的病人通常在上机前就已经开始吸氧了,上机后氧浓度恐怕很少有低于30%的。因此,吸入气氧浓度FiO2也是机械通气开始前我们需要设定的参数。
前面咱们说过,先得找个比较简单的病人上手。什么样的病人相对来说简单一些呢?一种是没什么大事的病人,另一种是没什么希望的病人。前一种是真的简单,需要设定的参数少一些,但初学者仍要谨慎操作,不要影响病人;后一种对于初学者来说是可以大胆调一调呼吸机的,有人说这涉及医学伦理的问题,其实这和ICU病人临终时实习医生、住院医还有护士排着队胸外心脏按压是一个意思-这个时候不练什么时候练呢?每个医生都是从这个阶段过来的。
下一讲会给大家一个应对第一种也就是没什么大事的病人的设定方法.
我要说的并不是什么速成的方法,而是个应急的方法。适用于那些对机械通气还不太熟的同道们。当然也是初学者迈出的第一步。
选择一名普外科手术后的病人,年龄不要太大,60岁以下吧,术前没有明显的心肺功能障碍,也就是说上呼吸机的主要目的就是因为肌松药的药效还没过去,挺过术后的一两个小时就可以拔管走人的那种。
开机后先找CMV或A/C或VCV,不同的呼吸机可能名称会不一样,这是通气的模式mode,详细的以后会慢慢讲,这次先选了再说。(现在知道前一讲所说的熟悉机器的重要性了吧?和开车一样,上车先熟悉车况,每部车都可能有差别,道理都一样,实际操作会有所不同,所以多多操作吧,初级也是熟能生巧。)反正咱们选的病人没有自主呼吸,需要完全的通气支持。
接下来就是上一讲说的那几个参数,呼吸机上通常出现的是英文缩写,所以要特别记忆一下。
对于这样的病人,我们无需考虑得过于复杂,既然要代替病人的通气,而且病人本身的心肺功能又没什么问题,那么参数的设置就变得简单了,我们按生理条件下的正常值设置,就完全能够满足这类病人的需要。
潮气量:VT,好象也有写成TV的,单位是ml(或L,反正是可以换算的,不过要注意看一下,不同品牌的呼吸机单位可能会有所不同)。根据我们选择的病人类型决定潮气量的设定标准为8-10ml/kg。有时间准备的话就先看一下病人的体重,通常入院时会测。没时间的话就根据身高估计一下。
呼吸频率:RR或f,还有的就写成Rate的。根据上一讲,我们可设置为12-18次/分。
吸入气氧浓度:FiO2,这样的病人30%即可。但有一点要说明,如果是用球囊从麻醉科转运至ICU病房(ICU与麻醉科有相当一段距离),开始通气时有可能需要较高的氧浓度,通常从100%给起,根据SpO2来进行调节,如果病人氧合情况一直良好,一般须在20-30分钟内逐渐调整至30%。。
流速:Flow或 。流速是气体进入肺内的速度,单位是L/min.。与这一参数相关的是吸气时间,TINSP。这两个参数以后要详细解说,因为我发现很多人对此搞不清楚。这一讲既然仍是针对初学者,那就一切从简。如果可选择流速波形,方波square时流速可设为 30L/min,减速波时可设为60L/min。如果不用选择波形,那么一般来说就只是方波。不要问为什么先,Just do it。
OK,有了这些东西,就可以给病人通气了,至少在呼吸机工作正常的情况下,病人不会出什么大问题。这些参数在急诊室也能用得上,比如心跳骤停的病人,为了抢时间,不熟悉呼吸机的医生,只要用这个方法,也能抵挡一阵。
可能有人说,呼吸机参数设定里面还有不东西呢,怎么就提了这几项?各位,我们选的病人完全没有自主呼吸,其他参数就算是设定好了,在通气之初也没什么大用处。先学加减,再学乘除。
设置好参数仅仅是开始,后面还有更多的事情要做。
设置参数的同时,应该给病人查一次动脉血气分析。血气分析是我们调整机械通气参数最具指导意义的检查。病人开始通气20-30分钟后应再查一次血气分析。
病人开始通气后应在病人床旁观察5-10分钟,直至病人平稳。主要观察项目:病人的生命体征,机械通气的各项监测参数以及脉搏血氧饱和度。
这些观察项目应该综合进行评估,在以后的讲座中我们会详细讨论,但更多的还需要大家在临床实践中多观察、勤思考。
由于我们选择的病人并无心肺功能障碍,在病人清醒之前所需要观察的项目并不太多,而且通常情况下我们观察到的病人的各项指标都应该比较平稳。这其中最常看的就是气道压。而初学者首先应该掌握的是吸气峰压peak inspiratory pressure,PIP,即呼吸机送气过程中的最高压力。我们所选择的病人其PIP应该稳定在20cmH2O左右或更低一些。
与吸气峰压相关的报警有两种:即压力过高报警和压力过低报警。前面说过,我们所选择的病人是完全没有自主呼吸且没有心肺功能障碍,在这种情况下,如果突然出现气道压过高报警,一般只能考虑气道阻塞。这样缩小范围是为了便于大家思考。那么气道阻塞都有哪些原因呢?常见的原因不外乎管道和插管扭曲打折,管道内冷凝水过多而未及时清除,气道分泌物过多阻塞气管导管,还有一种可能就是报警设定值不合适(设得太低,病人的气道峰压是20,可高压报警设定是18,那肯定会报警,这样的笑话在临床上还真的是时有发生)。出现气道压过低报警最常见的原因就是漏气,因此要详细检查呼吸机管道的各个连接点,还有一个很重要的地方,就是气管导管的气囊,常有因气囊压力不足造成漏气而被所有人忽视的情况发生。不过也有的呼吸机不设气道压过低报警,而是设定呼出潮气量过低报警。由于呼吸机测定呼出潮气量的前提是管道不能漏气,管道的任何一点出现漏气都会使呼吸机检测到病人呼出潮气量减少。因此这一报警项目应该是更加实用。
除了要经常看一看气道压的变化,我们还要观察一个非常重要的参数,那就是脉搏血氧饱和度SpO2。由于SpO2是无创的,而且还能连续监测,因此在临床上使用极为广泛。只要病人的末梢循环良好,这一监测值就比较可靠。通常应大于95%。
OK,这个时候可以看看病人20或30分钟后的血气分析了。如果SpO2一直比较满意,那么血气上的PaO2和SaO2通常不会有什么问题。最应该注意的是PaCO2。在病人没有心肺基础疾患的前提下,PaCO2能反映病人肺通气的情况。正常值是35-45mmHg。前面我们提到的潮气量的设定方法是以ml/kg为单位的,这里的kg指的是理想体重,因此我们估计的潮气量往往和病人的实际需要有一定的偏差,在查完血气分析后通常都需要对潮气量进行调整。我自己的经验是通常潮气量设定有些大,每次查完PaCO2都偏低甚至低于正常值。此时应该将潮气量适当减小。
注意了!注意了!病人快醒了!肌松药的药力过了之后,病人身体的活动会逐渐增加,自主呼吸也一点一点恢复。我们可以注意观察一下,当病人的胸廓活动先于呼吸机送气,就说明病人的自主呼吸已经开始恢复了。
麻醉后病人的自主呼吸比神志恢复得要早一些,因此病人还没醒就会有自主呼吸了。有人担心了,病人有了自主呼吸,是不是应该马上要调节呼吸机呀?不然就会人机对抗了。先别急,听我慢慢说。
病人恢复了自主呼吸,并不等于他就有足够的通气能力。因此可以稍等一等,等病人的神志恢复一些之后再做调整。当然,这事儿并不绝对,如果您看到病人恢复了一点儿自主呼吸就马上调整呼吸机,也不能说就是错的。
怎么调整?
还是一样,先别问为什么,改了再说。
找到模式Mode,改为SIMV,潮气量和吸气流速不用改,呼吸频率可先设定为一个较低的值12次/分,还要调一个参数吸气触发灵敏度sensitivity或trigger,这一参数的调节每个品牌的呼吸机可能会有所不同,在此先不详细说了。以前常用的是压力触发灵敏度pressure trigger,一般设定为1-2cmH2O,过小或过大(即过于敏感或过于不敏感)都不行,过于敏感会造成呼吸机的自动触发autocycle,太不敏感则病人无法触发呼吸机,最终造成病人与呼吸机的对抗。现在很多呼吸机都加了流量触发灵敏度flow trigger,但设定方法因呼吸机而异,不过一般都会建议一个安全范围,其过于敏感和过于不敏感的意义与压力触发灵敏度是一样的。我们现在了解一下这个参数,知道这个参数与病人和呼吸机同步有密切关系就可以了。
之后再找一项:PSV,设定PS为5-8 cmH2O,不过因为我们选的病人情况尚好,可以设定为5 cmH2O。注意,此时的通气模式就是SIMV+PSV。
好了,需要更改的基本参数也就是这么多。需要监测的和前面所提到的一样。只是要注意病人与呼吸机是否同步。麻醉苏醒后的病人最常发生的情况就是对气管导管和机械通气的不适应,因此在呼吸机送气时病人会本能地发生抵抗,即在呼吸机送气病人呼气对抗。此时呼吸机几乎会在每次送气后都发生气道压力过高报警。关于人机同步的问题涉及的东西比较多,后面会设立一个专题来讲。
一般来说,我们所选择的病人从通气模式改为SIMV+PSV起,就进入了脱机程序。
如果病人神志已经清楚,肌力基本恢复,实际监测的呼吸频率<25次/分(设定频率12次/分),即可考虑开始脱机程序。
脱机并没有严格而固定的顺序,可先降低设定呼吸频率,每次减少2-3次/分,间隔时间应不少于10分钟。如果病人情况允许,可直接把呼吸频率降低至5次/分。如病人能够耐受,即可将通气模式更改为自主方式(CPAP、PSV、VS等)。PS降至5cmH2O时如果病人仍能耐受则可以考虑停止机械通气。
病人完全自主呼吸后,注意监测呼气潮气量和呼吸频率。如呼吸频率>30次/分,应先增加PS,或提高吸入气氧浓度,或将通气模式退回到SIMV+PSV,同时注意对病人各方面进行检查,通常考虑呼吸肌力未完全恢复导致的通气量不足、单纯缺氧、伤口疼痛、手术并发症引起的代谢性酸中毒等。
如果看到病人生命体征平稳,血气等各项监测指标大致正常(其实咱们选的就是不太麻烦的病人,一会儿就能拔管走人了),可以先停机观察。停机拔管最好在白天,因为一旦出了意外,找人比较容易,要是夜里干这种活儿真出了事可就麻烦了。
停机后,有条件的地方可以用T型管,也可以气管导管接人工鼻吸氧。没有条件的话可以用呼吸机锻炼脱机(可用CPAP=0,PS=0,吸氧浓度25%,这样与停机相差不多)。一般试个20-30分钟,然后查血气分析,如果没问题就可以拔管了。拔管前可以给5mg氟美松以防止拔管后发生喉头水肿(不过低压套囊通常不会发生)。
拔管时要注意,因口咽分泌物、出血、食物残渣或胃食管反流物等可积存于气管导管的套囊上方。因此,在给套囊放气之前,要先经鼻腔、口腔充分吸引分泌物。这里介绍一个清除套囊上方的分泌物比较经典的方法:
用手控简易呼吸器(皮球)与气管导管连接,先挤压几次简易呼吸器,让病人深呼吸后,将套囊放气,同时迅速挤压简易呼吸器,利用其对气道压力,使气体从气管导管与气管内壁之间的腔隙由下向上冲出,将积存于气囊上方的潴留物吹至咽部;立即给套囊充气,防止潴留物逆流,迅速用吸痰管将潴留物吸出。如此可重复一次,直至咽部无潴留物吸出,然后即可拔管。重复操作时可让病人休息2-5分钟,酌情予以吸氧。
拔管后立即给病人面罩吸氧,注意观察1-2小时,主要还是生命体征、SpO2和动脉血气分析。
二、 循序渐进掌握机械通气
在机械通气基础讲座中,我们讲述了呼吸机最基本的使用方法。基础讲座的第二讲中我说过要把呼吸机当作一件家用电器来使用,那么我们平时是怎么使用家用电器的呢?
我们新买一件家用电器之后(假设这件电器我们以前从来没有使用过),通常都会结合着电器的说明书来熟悉其操作。最先掌握的都是一些最基本的功能,随着使用越来越熟练,我们会逐渐发现电器更多的功能。比如说电视机吧,现在的电视机功能越来越多了,但最最基本的功能是用来收看电视台的节目。买了电视机之后我们肯定是要先熟悉其最基本的操作,结合着使用说明书熟悉其外观和遥控器,按说明书搜台,将各个频道设定好之后就可以收看节目了。当然,这仅仅是最基本的功能。有些人只是满足于基本功能,但也有人由于需要而不断学习和使用电视机的更多功能,比如画中画、定时开机、定时关机等。要开发更多的功能,需要学习的东西也就越多,如果要看DVD,就得学习DVD机的操作,学习如何与电视机和音响连接,在电视机上如何切换等等。所以说需求越多,开发出的功能也就越多,对电器了解的深度和广度也在不断增加。
我们学习机械通气也是如此。前面的基础讲座就好比买来电视机后只是调好了频道看电视节目而已,但这一步也是很关键的,是对机器的一个熟悉过程。想要掌握更多吗?那就继续学吧。
从下一讲开始,我们的讲座会涉及到比较多的理论知识,希望大家不会觉得枯燥。
人由呼吸中枢控制呼吸运动。在基础讲座中我们说过,正常生理情况下的肺通气,肺内压和大气压之间的压力差是推动气体进出肺的直接动力。根据这一原理,一旦自主呼吸停止,如心脏仍在跳动,便可用人为的方法造成肺内压和大气压之间的压力差来维持肺通气,称之为人工呼吸artificial respiration。人工呼吸的方法很多,如人工呼吸机进行正压通气;口对口的人工呼吸;有节律地举臂压背或挤压胸廓等。在施行人工呼吸时,首先要保持呼吸道通畅,否则对肺通气而言,操作将是无效的。目前临床上都是通过建立人工气道来保持呼吸道通畅(当然,还可以用鼻咽或口咽通气道或特殊手法保持呼吸道通畅)。人工气道artificial airway是将导管直接插入气管或经上呼吸道插入气管所建立的气体通道,为气道的有效引流、通畅及机械通气提供条件。目前建立人工气道最常用的方法是气管插管和气管切开。建立人工气道是气道管理的一部分,我们会有一个专题来讨论。
自主呼吸停止的病人建立人工气道后,我们平时最常用的一种器械就是简易呼吸器(或者叫便携式人工呼吸器),现在临床上广泛使用的最简单而有效的人工呼吸器就是呼吸囊-活瓣-面罩装置。相信大家都有过在抢救病人时被上级医生指派捏球的经历。此时病人没有自主呼吸,呼吸运动完全由挤压呼吸囊的医生来控制,医生主要控制的是病人的潮气量、呼吸频率和吸气时间。一旦病人自主呼吸有所恢复,上级医生会说要看病人胸廓的起伏来挤压呼吸囊,也就是说看见病人吸气的时候再挤,不要和病人的自主呼吸发生对抗。病人的自主呼吸越来越强,最后就不用简易呼吸器了。其实这个过程和我们使用呼吸机是很相似的。
那么机械通气时病人的肺通气是怎样的情况呢
机械通气时,由于建立了人工气道,病人是在一个相对封闭的回路中进行通气,吸入气完全由呼吸机输送,因此病人的通气方式就要由呼吸机决定了,也就是说医生设定了什么样的方式,病人就获得什么样的方式。
病人在机械通气时能够获得的或者说呼吸机能够允许的呼吸(或通气)方式breath type只有两种:即强制通气方式mandatory breath type和自主呼吸方式spontaneous type。强制通气就好比上一节我们讲的用简易呼吸器给病人通气一样,潮气量给多给少完全看操作者控制。强制通气是指呼吸机以恒定的控制变量(容量、流速或压力、时间)送气,病人最多只能启动呼吸机送气,但无法控制吸气时间及获得的气体量或气道压。可分为压力型强制通气Pressure-target ventilation(定压型,固定压力和时间)和容量型强制通气Volume-target ventilation(定容型,固定容量和流速)。而自主呼吸方式则完全是一种压力型呼吸方式。尽管自主呼吸方式下也可以设定压力,但与强制通气的最根本区别在于吸气时间。无论是定容还是定压强制通气,其吸气时间是固定的,定压型就不用说了,定容型由于设定了容量和流速,因此吸气时间也是固定的。而所有的自主呼吸方式,其吸气时间都是不固定的。
呼吸方式是通过模式modes, or breath patterns来实现的。模式反映了呼吸机对病人的控制或支持程度,是呼吸方式的组合,比如A/C(完全压力或容量强制通气方式)、SIMV(强制通气和自主呼吸结合,呼吸机对病人的控制或支持减弱)、CPAP(完全自主呼吸方式)。注意,机械通气时,病人的自主呼吸是指病人能够主动进行吸气触发,控制吸气时间和切换至呼气。因此,在A/C模式下(即所有通气都是强制方式),病人不可能完成真正意义上的自主呼吸。
这一讲开始之前先对前面讲的内容做一些解释。
我在前面说过,病人在机械通气时能够获得的或者说呼吸机能够允许的呼吸(或通气)方式,这些强调并不是白说的。在机械通气时,由于病人与呼吸机之间通过气管导管和呼吸机外管路相连形成相对封闭的回路,病人的吸入气完全通过呼吸机输送,因此说呼吸方式是病人获得或呼吸机允许而不是病人决定的。而病人获得的呼吸方式是可以在呼吸机的监测部分显示的。病人有自主呼吸的动作或努力,可以触发强制通气方式或自主呼吸方式(根据预设的情况而定),在呼吸机上反映的就是病人自主呼吸触发了强制通气或自主呼吸。如果在强制通气期间病人非要完全按照自己的意愿完成自主呼吸,那么反映到呼吸机上的就很可能是人机对抗了。也就是说呼吸机输送给病人强制通气,那病人就不应该自主呼吸,而是与呼吸机同步,接受呼吸机的强制通气,呼吸机输送的是自主呼吸方式,这时病人才能完成自主呼吸。
言归正传,这一讲我们谈一个与模式密切相关的话题-触发trigger。
触发trigger是呼吸机通过一定的控制装置来识别病人的自主呼吸并启动一次呼吸支持的过程。
呼吸机启动送气过程分为两种情况:
第一种情况是病人没有自主呼吸的时候,我们肯定要给病人设定为强制通气方式(比如A/C模式),这时启动呼吸机依靠的就是呼吸频率,也就是时间(呼吸周期)。前面我们说过了,呼吸频率应设定为12-18次/分。假设为12次/分,那么呼吸周期为60秒/12=5秒,也就是说每5秒钟有一次通气,即每两次通气的间隔是5秒钟。此时由于病人完全没有自主呼吸,送气由呼吸机按时间来启动,因此可以称之为时间触发。
第二种情况是病人有自主呼吸的时候,呼吸肌力量足够大,就会引起气道压力或气道内气体流量的变化。启动呼吸机所依靠的就是触发灵敏度trigger sensitivity。触发灵敏度trigger sensitivity就是指病人自主呼吸用力引起气道压力下降或流量达到或流量差达到的临界值,每达到或超过一次该值,呼吸机就会进行一次呼吸支持。触发灵敏度是呼吸机维持与病人自主呼吸同步的一项重要功能。病人有自主呼吸用力时的触发有两种方式:即压力触发pressure trigger和流量触发flow trigger。压力触发通过压力传感器工作,将负压转换为电子信号并在适当的信号强度下打开吸气阀。流量触发则是通过流量传感器,当流量达到或吸气阀和呼气阀两端的流量差达到一定的流量当量(ml/min)时呼吸机启动一次呼吸支持。根据呼吸机类型的不同,压力触发灵敏度可以人工设定,也可以是固定的,通常设定在呼气末压力(基线压力)以下2cmH2O左右。流量触发灵敏度可在1 -15升/分之间选择,通常使用的设定范围是3-5升/分。
由此我们可以看出,呼吸机输送的强制通气包括两种情况:即呼吸机启动的强制通气VIMB(ventilator-initiated mandatory breath)和病人触发的强制通气PIMB(Patient-initiated mandatory breath)
从这一讲开始,我们来讨论机械通气的模式。
前面我们说过,呼吸方式是通过模式modes, or breath patterns来实现的。模式反映了呼吸机对病人的控制或支持程度,是呼吸方式的组合,确切地说,是呼吸方式与触发机制的组合。
我们从最基本的模式讲起。切实地理解基础模式才能理解目前一些所谓的“新模式”,才不会被各种宣传所误导。
控制通气模式 controlled ventilation:此模式不管病人本身自主呼吸如何,呼吸机通过一定的机制,有规律、强制性为病人通气,完全替代病人的自主呼吸。其呼吸频率的快慢,只由呼吸机的设定频率或呼吸周期时间决定。病人无法自行切换。无需设置吸气触发灵敏度。控制通气模式完全是强制通气,而且全是VIMB,因此病人一旦恢复自主呼吸,就可能发生人机对抗。
辅助通气模式assisted ventilation:呼吸机送气是强制性的,但需要病人吸气触发,也就是说辅助通气的呼吸频率是由病人吸气触发的频率和程度决定的,不受其他任何机械因素的影响。但病人必须有自主呼吸(触发),否则呼吸机无法送气。由于病人的自主呼吸往往是不稳定的,因此呼吸频率及每次间隔的时间都不时发生变化。需要设置吸气触发灵敏度,但不需要设置呼吸频率。辅助通气模式也完全是强制通气,而且全是PIMB。
辅助-控制通气模式assist-control ventilation,A/C:目前大多数呼吸机上都是A/C模式,而不再有单纯的控制或辅助通气模式。A/C模式结合了控制和辅助通气的特点,需要设置吸气触发灵敏度和呼吸频率。当病人呼吸频率超过呼吸机设置频率时即切换为辅助通气,低于设置频率时即为控制通气。呼吸机设置频率是病人通气的最低保障。由于设置了最低呼吸频率也就是设置了最大呼吸周期(频率越快,呼吸周期越短;频率越慢,呼吸周期越长),在达到最大呼吸周期时仍无自主呼吸触发时,呼吸机就会给一次VIMB,而病人的自主呼吸频率超过设置的最低呼吸频率时,也就是病人自主的呼吸周期要短于设置的最大周期,因此总是在达到最大呼吸周期前发生PIMB。这就是说,病人在没有自主呼吸的时候呼吸机按呼吸周期(时间)启动VIMB,只要病人有自主呼吸触发,即发生PIMB。
这三种模式都是强制通气方式。可能各个品牌的呼吸机上名字不太一样,从A/C、CMV到IPPV,实际通气的内容都是相似的。
无论CV、AV还是A/C模式,都是既可以选择定压也可以选择定容的。从严格意义上来讲,所谓压力控制通气(pressure control ventilation, PCV)是指通气方式为定压型的控制通气模式,容量控制通气(volume control ventilation, VCV)是指通气方式为定容型的控制通气模式。但在临床应用中,PCV和VCV实际上分别指定压型和定容型的A/C模式。
VCV的特点是:①不管气道阻力或呼吸系统顺应性如何,潮气量保持恒定。但在呼吸系统顺应性下降或气道阻力升高时,吸气峰压也升高。②不管病人呼吸能力如何,吸气峰流速保持恒定。根据临床需要可以选择流速波型,包括方波、减速波、正弦波等。但在病人呼吸需求增加时,可能会造成病人与呼吸机的不同步。③VCV的吸气时间取决于吸气流速、流速波型和潮气量以及是否设定吸气平台时间。
PCV的特点是:①不管气道阻力或呼吸系统顺应性如何,气道压力恒定。而潮气量是不恒定的,影响潮气量的因素包括呼吸系统顺应性、气道阻力和压力设定。②吸气流速是可以变化的,流速的大小主要取决于设定压力、气道阻力和呼吸系统的顺应性。病人需求增加时,呼吸机会增加输送的流速和潮气量,因此可以改善病人与呼吸机的同步性。PCV的流速波型始终为减速波。③吸气时间可在呼吸机上设定。
间歇强制通气 intermittent mandatory ventilation,IMV:是指呼吸机以预设的频率进行强制通气,在两次强制通气之间允许病人进行自主呼吸。相当于CV(VIMB)+自主呼吸,也就是说IMV是强制通气方式与自主呼吸方式的组合。与CV相比,IMV允许病人进行自主呼吸。但正是由于病人有了自主呼吸触发,在强制通气时才更容易发生人机对抗。因此单纯的IMV模式已经很难在我们现在使用的呼吸机上看到了。同步间歇强制通气synchronous intermittent mandatory ventilation,SIMV:是在IMV的基础上对呼吸输送方式进行了改进,即呼吸机仍以预设的频率进行正压通气,但强制通气与病人的自主呼吸用力同步,在两次强制通气之间允许病人进行自主呼吸。在病人没有自主呼吸时,SIMV与CV、A/C和IMV一样,病人获得的都是VIMB。病人有自主呼吸时,SIMV相当于PIMB+自主呼吸。
有很多人不理解A/C和SIMV之间到底有什么区别,现在咱们举个例子来简单说一下。A/C和SIMV都会设定一个最低的呼吸频率,假设这个呼吸频率为12次/分。在病人没有自主呼吸时,A/C和SIMV的表现是一样的,都是给病人12次/分的VIMB。在病人有自主呼吸触发时,A/C模式是只要病人有触发,呼吸机就给一次强制通气,也就是说,如果呼吸机监测显示总呼吸频率为22次/分时,这22次都是强制通气,但都应该是PIMB。而SIMV模式下,如果呼吸机监测显示总呼吸频率为22次/分时,这22次里只有12次(也就是设定的那个最低的呼吸频率,但也是病人自主呼吸触发的,即PIMB)是强制通气,其余10次则是病人的自主呼吸。因此说A/C比SIMV对病人的支持程度要强一些。
说到SIMV,这里还要继续说一下SIMV触发窗的问题。
SIMV的触发窗根据机型不同,可分为三种:一是位于下一呼吸周期之前,长度为呼吸周期的25%。二是把强制通气的呼吸时间与SIMV的呼吸周期分开设定。比如Servo i就是这样的,设定强制通气的吸气时间(强制通气的吸呼比缺省为1比2,这样,触发窗就是位于SIMV呼吸周期的起始部分,长度是强制通气吸气时间的3倍),或设定强制通气的吸呼比。三是按SIMV呼吸周期的一定比例来设定触发窗,比如PB840就是整个呼吸周期的前60%。
触发窗结束,病人仍无自主呼吸触发,呼吸机即输送一次强制通气VIMB。
我们要知道,人的呼吸中枢控制着呼吸运动的频率和节律。频率是快慢的问题。而节律是一种节奏,是指每两次呼吸的间隔都差不多相等。因此前一节说的A/C和SIMV病人在有自主呼吸时只要病人的呼吸频率超过设定的最低呼吸频率,在A/C时就都会是PIMB,而在SIMV就都是PIMB+SPONT。还举例说,呼吸机上显示都是20次/分,设定的最低频率都是10次/分。A/C模式这20次都是PIMB,也就是说都是A(Assisted Ventilation),没有C(Controlled ventilation)。因为前面说过的节律,所以20次/分时的呼吸周期是3秒,而最低频率10次/分的周期是6秒,这样,病人每次触发都在VIMB之前发生,因此就都是A了。
至于有人问“在较高频率下A/C和SIMV差不多”,用上面我说的就比较好理解了。此时无论A/C还是SIMV,由于设定频率较高,其强制通气的设定周期都比较短了,有时甚至可能和病人自主触发的周期十分接近,那么病人获得的基本上就是PIMB,而在SIMV时就根本没什么时间再完成自主呼吸了。所以从表现上看,呼吸频率设定较高的A/C和SIMV是差不太多的。
在临床应用时,选择A/C还是SIMV经常是有些人争论的话题。我们都知道机械通气的目的是为呼吸衰竭病人提供通气支持,即便是换气功能衰竭最终也会合并通气功能衰竭(往往是因为医生觉得病人还没到用呼吸机的时候,最后病人呼吸肌没有力量了),因此机械通气的作用之一就是让呼吸衰竭的病人的呼吸肌得到充分的休息。从这一点来说,刚上呼吸机的病人选择A/C是完全正确的。只要参数设置合理,A/C模式与病人同步是完全没有问题的,并不存在什么“只要病人有自主呼吸就要用SIMV,用A/C就会发生人机对抗”这样荒唐的说法。要是参数设置不对,SIMV模式下也会发生人机对抗。
自主呼吸模式
自主呼吸模式包括CPAP(continuous positive airway pressure,持续气道正压)、PSV(pressure support ventilation,压力支持通气)、VS(volume support,容量支持)、PAV(proportional assist ventilation,成比例辅助通气)等等。最基本的应该是CPAP和PSV。
CPAP和PSV可单独应用,也可与SIMV合用,作用于SIMV模式的自主呼吸部分。自主呼吸模式最重要的特点一就是必须由病人的自主呼吸来触发,如果病人没有自主呼吸或病人的自主呼吸力量不足而无法触发呼吸机,那么自主呼吸模式就无法启动。其次,自主呼吸从吸气向呼气切换首选流量切换,然后是压力切换(这是由病人的肺部力学lung mechanics或由其通气驱力ventilatory drive来决定的),而强制通气都是时间切换。
提到CPAP就不能不提PEEP(positive end-expiratory pressure,呼气末正压)。PEEP本身并不是一种模式,充其量只能说是一种功能或一种状态。在机械通气过程中,只要在呼气末气道内压高于大气压,也就是说呼气末气道内压保持正压,这样的状态就都属于PEEP。

持续气道正压(continuous positive airway pressure,CPAP)是指在自主呼吸条件下,在气道开口处施加固定的正压,使整个呼吸周期内(无论吸气或呼气期间)气道均保持正压。CPAP就是自主呼吸下的呼气末正压(PEEP),是PEEP在自主呼吸条件下的特殊技术应用,因此具有PEEP的各种优点和作用,如增加肺泡内压和功能残气量,增加氧合,防止气道和肺泡的萎陷,改善肺顺应性,扩张上气道等。应用CPAP引起的不良作用或并发症也与PEEP基本类似,如增加气道峰压和平均气道压、减少回心血量和肝肾等重要脏器的血流灌注等。
实施CPAP,既可以采用无创通气,也可以在建立人工气道采用机械通气时进行。应用CPAP的病人,其呼吸中枢驱动应该是正常或偏高的,具有较强的自主呼吸能力。因为在CPAP时,如果病人没有自主呼吸,则完全没有通气辅助。
压力支持通气(pressure support ventilation,PSV)是一种以压力为目标(pressure targeted)的通气模式,每次通气均由病人触发并由呼吸机给予支持。对于病人的每次呼吸,压力支持通气都能提供与病人吸气用力协调的、由病人启动并由病人来结束的通气支持。因此,压力支持通气属于自主呼吸方式。吸气时,气道压升高到预设水平,即压力支持水平。压力支持一直维持到呼吸机确认病人的吸气用力结束或发现病人的呼气需要,以吸气流量的减少作为从吸气切换至呼气的依据。
三、波形分析基础
目前最先进的呼吸机上都会配有波形监测(注意,我可没说配了波形监测的都是先进机器,就好比说高级轿车上都会有安全气囊、倒车雷达、ABS什么的,可有这些功能的不一定都是高级车,锦上添花的东西其实容易实现),现在很多医生在选择呼吸机时也都要问问是不是配了波形监测(能不能用得上这个我们就不得而知了)。波形监测是不是真的这么重要?没有波形监测难道就用不好呼吸机了?还是我们受了宣传鼓动,觉得只有拥有了波形监测功能才算跟得上形势?我的话又说多了,其实不关我的事。为了不把波形监测当成摆设,欢迎不熟悉波形分析但还感兴趣的同道来这里学习。
我们都知道机械通气时有四个最基本的变量:容量、压力、流量、时间。这四个变量是机械通气的核心。所谓的波形其实就是反映这四个变量之间关系的曲线,包括容量、压力、流量这三个变量的时间曲线以及压力-容量、流量-容量和压力-流量等三个环。其中以压力-时间曲线、流量-时间曲线和压力-容量环最为常用,在基础讲座中我们将着重讲解。
本讲座中使用的波形图主要来自TYCO Healthcare的PB840呼吸机波形手册,还有一部分来自上海的汪均陶教授,在此我深表谢意。

这是几种最常见的流量时间曲线。(本图引自PB840呼吸机的波形说明,绿色表示强制通气的吸气过程,红色表示自主呼吸的吸气过程,黄色表示呼气过程)
横轴代表时间,单位是秒s;纵轴代表流量,单位是升/分L/min。曲线上任意一点的流量都是由流量传感器测得的。呼吸机送气时,气流通过吸气端流量传感器,此时流量曲线位于横轴上方。呼吸机送气停止,如果此时有平台时间,则流量时间曲线的这一段与横轴重合。开始呼气时,送气阀关闭,呼气阀打开,气流通过呼气端流量传感器,此时流量曲线位于横轴下方。呼吸机送气的容量就等于吸气曲线下的面积。
我们先来看一下上图的左半部分。
左边三个图都是强制通气时的流量曲线。
第一个就是最经典,以前也最常用的方波square(矩形波)。方波是定容通气时可选择的流量波形之一。我们知道,定容通气时需要设置的参数有潮气量、呼吸频率、峰流量(或吸气时间或吸呼比)、流量波形、平台时间、氧浓度、PEEP等等。方波的特点就是呼吸机在整个吸气时间内所输送的流量均是恒定的,吸气开始后很快就达到峰值,并保持恒定直到吸气结束才降为0,故形态呈方形(临床实际的情况是由于流量从0上升到最大值多多少少会需要一点时间,因此流量曲线就象是个梯形)。
第二个是递减波(线性)。线性递减波也是定容通气时可选择的流量波形之一。其特点是呼吸机输送的流量在吸气时间刚开始时立即达到峰值, 然后呈线性递减至0(吸气结束)。
方波和线性递减波都是定容通气时的流量曲线,在其他所有参数都相同的情况下,方波的吸气时间短(如果设定了吸气时间,则峰流量较小),但气道峰压高;而线性递减波的吸气时间稍长(如果设定了吸气时间,则峰流量较大),气道峰压较低。在吸气时间相同的情况下,尽管方波峰流量较小而线性递减波的峰流量较大,但气道峰压却还是递减波低。
第三个是指数递减波。这是定压通气时的流量波形。我们知道,定压通气时流量波形都是指数递减。其特点是呼吸机输送的流量在吸气时间刚开始时立即达到峰值, 然后呈指数递减至0(吸气结束)。
在PB840呼吸机上,由于波形有颜色的区别,因此更容易判断通气方式:只要是绿色的,就一定是强制通气的吸气过程,方波和线性递减波是定容强制通气,指数递减波是定压强制通气。当然,无论有没有颜色,方波一定是定容强制通气,这一点是毋庸置疑的。
右边两个图都是自主呼吸方式的流量曲线。
第一个是正弦波,呼吸机送气时流量较缓和地达到峰值,继而较缓和地降至0(比方波稍缓慢而比递减波稍快)。正弦波是典型的自主呼吸(CPAP)的波形。 PB7200呼吸机上可以在定容强制通气时选择此波形,在PB840上已不使用这种波形,目前其他常用的呼吸机上也已不再使用。
第二个是指数递减波,是压力支持的流量曲线。我们从图中可以看出,压力支持作为一种自主呼吸方式,其流量曲线与压力强制通气很相似。所不同的就是压力支持的流量曲线在吸气末并未下降回0,而定压强制通气的流量曲线往往会回0。这是由于强制通气和自主呼吸从吸气向呼气切换的方式不同造成的。强制通气的切换方式就是时间,而自主呼吸的切换方式则首选流量。
PB760呼吸机压力上升时间
设置范围:5-100
意义:
1. 压力控制通气(PCV):表示吸气压力从0上升到目标压力的95%时所需要的时间。
设置为100,表示压力上升时间为100毫秒;设置为5,表示压力上升时间是吸气时间的80%或2500毫秒(取二者最小值)。
调节此参数时,呼吸机信息窗显示达到目标压力95%的实际时间。实际计算:假设吸气时间为1秒,那么设置为100时,表示压力上升时间为0.1秒,设置为5时,表示压力上升时间为0.8秒(小于2.5秒),由于5-100之间设置间隔是5(也就是说Rise time的设置值是5,10,15,20……100),间隔数为19。而从5-100之间在吸气时间=1秒时的差值为0.7秒(0.8-0.1=0.7),那么每个间隔对应的时间就是0.7*1/19约等于0.036秒。因此Rise time=95时,时间就比100时多了一个时间间隔即0.036秒,因此95就表示压力上升时间是0.136秒,约等于0.14秒。这里有个取值的问题,呼吸机显示小数点后二位,因此只能四舍五入了。
以此类推,吸气时间=1秒时,Rise time对应的时间值分别为90(0.17), 85(0.21),80(0.25),75(0.28),70(0.32),65(0.36),60(0.39), 55(0.43), 50(0.47), 45(0.51), 40(0.54), 35(0.58), 30(0.62), 25(0.65),20(0.69), 15(0.73), 10(0.76),5(0.8)。如果吸气时间是1.5秒,那么吸气时间的80%=1.2秒,计算方法与上面相同。
2. 自主呼吸(SPONT):(加压力支持时)表示吸气压力从0上升到目标压力的95%时所需要的时间。
设置为100,表示压力上升时间为100毫秒;设置为5,选择成人呼吸回路时表示压力上升时间是吸气时间的80%或1500毫秒(取二者最小值),选择儿童回路时表示压力上升时间是吸气时间的80%或600毫秒(取二者最小值)。
调节此参数时,呼吸机信息窗显示达到目标压力95%的实际时间。

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