鄭吉鋒，白玫，嚴(yán)漢民，郭米嘉

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程處，北京 100053

PB840呼吸機(jī)壓力觸發(fā)做功分析

鄭吉鋒，白玫，嚴(yán)漢民，郭米嘉

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程處，北京 100053

目的了解PB840呼吸機(jī)在不同呼氣末正壓通氣（PEEP）水平及不同壓力觸發(fā)靈敏度下吸氣觸發(fā)做功的變化。方法將FLUKE VT-Plus氣流分析儀串聯(lián)在待測呼吸機(jī)與主動模擬肺之間，通過主動模擬肺模擬患者的自主呼吸，應(yīng)用氣流分析儀采集自主呼吸觸發(fā)呼吸機(jī)做功時(shí)的呼吸參數(shù)及波形。結(jié)果主動模擬肺吸氣觸發(fā)流速、實(shí)際觸發(fā)壓力和觸發(fā)做功隨PEEP值的增加而增加，其中實(shí)際觸發(fā)壓力與設(shè)定的壓力觸發(fā)靈敏度的差值反映了內(nèi)源性PEEP的增加。結(jié)論對不同PEEP水平、不同壓力觸發(fā)靈敏度條件下，患者觸發(fā)呼吸機(jī)所需做功的變化進(jìn)行分析，可輔助醫(yī)生在進(jìn)行呼吸機(jī)治療時(shí)正確評估患者的病情，使用合理的呼吸模式，設(shè)定合適的呼吸機(jī)參數(shù)，并對患者的呼吸功能進(jìn)行快速評價(jià)，從而提高呼吸機(jī)治療的有效性和安全性。

PB840呼吸機(jī)；呼氣末正壓通氣；壓力觸發(fā)靈敏度；吸氣觸發(fā)做功

0 前言

機(jī)械通氣可改善肺的氣體交換、呼吸窘迫、壓力-容量關(guān)系等，有利于肺和氣道的愈合，避免并發(fā)癥的產(chǎn)生。呼吸機(jī)作為機(jī)械通氣的必備儀器，被普遍應(yīng)用于臨床急救和治療中。呼吸機(jī)的性能好壞、設(shè)備使用人員對呼吸機(jī)的熟練運(yùn)用程度對患者病情的恢復(fù)有著至關(guān)重要的作用[1]。

呼氣末正壓通氣（PEEP）是指呼吸機(jī)在吸氣相產(chǎn)生正壓，將氣體壓入肺內(nèi)，但在呼氣末，氣道壓力并不降為零，而是仍保持在一定正壓水平的現(xiàn)象，主要適應(yīng)癥是肺內(nèi)分流所致的低氧血癥，如以急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）為代表的臨床疾病。

壓力觸發(fā)是對氣道內(nèi)壓力降低的反應(yīng)。呼吸機(jī)監(jiān)測患者管道壓力并識別其吸氣動作，當(dāng)采用壓力觸發(fā)使患者氣道內(nèi)的壓力降至設(shè)定的壓力觸發(fā)靈敏度值時(shí)，呼吸機(jī)就開始進(jìn)行患者所觸發(fā)的呼吸過程。因?yàn)榛颊吆魵饽獾缐毫νǔ? cmH2O，故觸發(fā)靈敏度常設(shè)定為-0.5～-2.0 cmH2O。當(dāng)加用呼氣末正壓（PEEP）或患者氣道內(nèi)存在內(nèi)源性呼氣末正壓（PEEPi）時(shí)，應(yīng)將觸發(fā)靈敏度設(shè)定為PEEP-1.5 cmH2O水平[2]。

了解呼吸機(jī)在不同PEEP水平、不同壓力觸發(fā)靈敏度條件下，患者觸發(fā)呼吸機(jī)所需做功的變化是非常重要的，這將有助于醫(yī)生合理地設(shè)置呼吸模式和參數(shù)，快速、簡便地評估患者的自主呼吸能力，從而及時(shí)有效地對患者進(jìn)行搶救和治療。

1 材料與方法

1.1 研究對象

待測設(shè)備：本院6臺在用、自檢正常的840呼吸機(jī)[3-4]。

檢測設(shè)備：FLUKE VT-Plus氣流分析儀和諾唯5600i型主動模擬肺[5-6]。

1.2 研究方法

1.2.1 測試目的及方法

測試目的：了解呼吸機(jī)在不同PEEP水平及不同壓力觸發(fā)靈敏度下吸氣觸發(fā)做功的變化。

測試方法：將氣流分析儀串聯(lián)在待測呼吸機(jī)與主動模擬肺之間（圖1），通過主動模擬肺模擬患者的自主呼吸，應(yīng)用氣流分析儀采集自主呼吸觸發(fā)呼吸機(jī)做功時(shí)的呼吸頻率、氣道壓力、PEEP、潮氣量、吸/呼氣時(shí)間、峰值流速、吸呼比等呼吸參數(shù)，以及流速-時(shí)間、壓力-時(shí)間、容量-時(shí)間、壓力-容量、容量-流速等波形[7]。

圖1 測試設(shè)備FLUKE VT-Plus氣流分析儀與諾唯主動模擬肺連接

將主動模擬肺模擬正常肺的順應(yīng)性設(shè)定為0.05 L/ cmH2O，氣道阻力設(shè)定為5 cmH2O/L/s。待測呼吸機(jī)的呼吸模式設(shè)定為自主呼吸模式，呼吸頻率設(shè)定為17次/min，壓力支持設(shè)定為10 cmH2O，潮氣量設(shè)定為80 mL；PEEP值分別設(shè)定為0、5、10、15 cmH2O。在不同的PEEP水平通過氣流分析儀采集壓力觸發(fā)靈敏度分別為1、5、10、15、20 cmH2O時(shí)的呼吸參數(shù)及波形，通過采集到的壓力-容積環(huán)型圖計(jì)算吸氣觸發(fā)所做的功。

對6臺呼吸機(jī)采集并計(jì)算出的呼吸參數(shù)取平均值，再通過Excel作出壓力觸發(fā)靈敏度分別為1、5、10、15、20 cmH2O時(shí)的觸發(fā)流速、實(shí)際觸發(fā)壓力和觸發(fā)做功變化的折線圖。通過對折線圖上的5條曲線的變化進(jìn)行分析，判斷隨著PEEP值的增加，觸發(fā)流速、實(shí)際觸發(fā)壓力和觸發(fā)做功的變化趨勢。

1.2.2 觸發(fā)做功計(jì)算

呼吸功是指呼吸肌克服阻力（肺及胸廓的彈性回縮力、氣道阻力、組織阻力），維持通氣量所做的功。正常人平靜呼吸時(shí)，吸氣過程是主動、耗能過程，呼氣過程是被動、無耗能過程，因此，其呼吸肌僅在吸氣時(shí)做功。正常呼吸功大小為0.3～0.6 J/L，占全身耗氧量的1%～2%。當(dāng)氣道阻力、肺及胸廓順應(yīng)性降低時(shí)，呼吸功最高可增加50倍，如重度ARDS患者的呼吸氧耗可占總氧耗的50%。因此監(jiān)測患者的呼吸功具有重要功能，主要有：① 可輔助選擇呼吸支持模式；② 可輔助調(diào)整呼吸支持水平；③ 可指導(dǎo)患者脫機(jī)[8]。

壓力-容積環(huán)（P-V環(huán)）原理：根據(jù)物理原理，物體做功等于物體在力的方向上的位移與力的乘積，由于呼吸肌是氣體進(jìn)入肺內(nèi)的動力泵，呼吸肌所做的功就等于進(jìn)入肺內(nèi)氣體量（潮氣量）和壓力變化的乘積，臨床上可通過壓力-容積環(huán)來計(jì)算其呼吸功。

呼吸功表征了呼吸肌的做功大小和能力，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：W是呼吸功，P是呼吸肌產(chǎn)生的壓力，V是吸入氣體的容量，VT是潮氣量，Ti是吸氣時(shí)間，是吸氣流速，t是時(shí)間變量。

由公式(1)可知，影響呼吸功的主要因素是呼吸肌產(chǎn)生的壓力和吸氣流速，因此在采集到的眾多呼吸參數(shù)中，本研究重點(diǎn)對吸氣觸發(fā)流速、吸氣觸發(fā)壓力和通過壓力-容積環(huán)型圖計(jì)算出來的吸氣觸發(fā)做功的變化進(jìn)行分析[9]。

2 結(jié)果

2.1 觸發(fā)流速的比較結(jié)果

不同壓力觸發(fā)靈敏度下觸發(fā)流速變化曲線圖，見圖2。由圖2可知，在不同壓力觸發(fā)靈敏度條件下，主動模擬肺的吸氣觸發(fā)流速隨著PEEP值的增加而明顯增加，且在壓力觸發(fā)靈敏度為1 cmH2O時(shí)尤其明顯。

圖2 不同壓力觸發(fā)靈敏度下觸發(fā)流速變化曲線

2.2 實(shí)際觸發(fā)壓力的比較結(jié)果

不同壓力觸發(fā)靈敏度下實(shí)際觸發(fā)壓力變化曲線圖，見圖3。由圖3可知，在不同壓力觸發(fā)靈敏度條件下，主動模擬肺的實(shí)際觸發(fā)壓力隨著PEEP值的增加而有所增加，幅度不像觸發(fā)流速那樣明顯。但與設(shè)定的壓力觸發(fā)靈敏度值比較，實(shí)際觸發(fā)壓力值還是有0.3～2.9 cmH2O的壓力差異，而這個(gè)壓力差異值就是內(nèi)源性PEEP，也就是造成觸發(fā)做功增加的主要因素。

圖3 不同壓力觸發(fā)靈敏度下實(shí)際觸發(fā)壓力變化曲線

2.3 觸發(fā)做功的比較結(jié)果

不同壓力觸發(fā)靈敏度下觸發(fā)做功變化曲線圖，見圖4。由圖4可知，在不同壓力觸發(fā)靈敏度條件下，主動模擬肺的觸發(fā)做功大部分情況下隨著PEEP值的增加而有所增加，且壓力觸發(fā)靈敏度越高，觸發(fā)做功的增加越明顯。

圖4 不同壓力觸發(fā)靈敏度下觸發(fā)做功變化曲線

3 討論

隨著PEEP的增加，平均氣道壓力以及內(nèi)源性PEEP也升高，呼吸肌需要克服更大的阻力來送氣，因此需要做更多的呼吸功，因此呼吸功會隨著PEEP的增加而增加。了解不同PEEP水平時(shí)觸發(fā)做功的變化，有助于臨床上合理應(yīng)用呼吸機(jī)及選擇合適水平的PEEP，以減少呼吸機(jī)引起的相關(guān)并發(fā)癥[10-11]。

PEEPi一般是由于呼氣時(shí)間太短或呼吸阻力過高，致肺泡內(nèi)氣體滯留，使肺泡內(nèi)壓在整個(gè)呼吸周期均保持正壓所致。內(nèi)源性PEEP可以由疾病或者人為應(yīng)用呼吸機(jī)造成。內(nèi)源性PEEP的產(chǎn)生與肺動力學(xué)（阻力、順應(yīng)性和閉合容積及肺排空等許多因素）有關(guān)。在正常的自主呼吸情況下，只要胸腔內(nèi)壓稍許下降即可產(chǎn)生吸氣氣流，但在存在內(nèi)源性PEEP時(shí)，患者必須首先產(chǎn)生足夠的吸氣壓力才能克服內(nèi)源性PEEP而產(chǎn)生吸氣氣流[12]。

功能殘氣量的增加也是由于PEEP的增加而造成的。一般情況下PEEP愈高，功能殘氣量的增加就愈明顯。但不同患者肺的病理、生理改變不同，同等水平的PEEP增加所導(dǎo)致的功能殘氣量的增加可能完全不同，這取決于患者胸廓和肺的力學(xué)變化，如胸廓和肺的彈性與非彈性阻力、肺和胸廓的順應(yīng)性。氣道阻力愈高、順應(yīng)性愈差，增加同等程度功能殘氣量所需的PEEP水平就愈高[13]。

本研究通過使用主動模擬肺模擬患者主動呼吸，應(yīng)用氣流分析儀采集相關(guān)呼吸參數(shù)，對在不同呼吸機(jī)壓力觸發(fā)靈敏度以及不同PEEP值條件下的吸氣觸發(fā)流速、吸氣觸發(fā)壓力以及吸氣觸發(fā)做功值進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：主要影響觸發(fā)做功的吸氣觸發(fā)流速值隨PEEP的增加而明顯增加；另一個(gè)主要影響觸發(fā)做功的吸氣觸發(fā)壓力值隨著PEEP的增加也有所增加，與設(shè)定的壓力觸發(fā)靈敏度值比較，實(shí)際壓力值有0.3～2.9 cmH2O的差異，這個(gè)差異值就是內(nèi)源性PEEP值，也就是使觸發(fā)做功增加的主要原因。由此證明，呼吸機(jī)外加PEEP的增加，會使肺內(nèi)的功能殘氣量明顯增加，進(jìn)而使通氣阻力加大，造成內(nèi)源性PEEP的增加，使患者的吸氣觸發(fā)做功增加。

目前醫(yī)生通常采用食管球囊法測量患者的呼吸做功，即放置食道囊管于患者食道和胃的不同位置，通過壓力傳感器來檢測胸腔和腹腔的壓力變化；再建立肺的靜態(tài)壓力容積曲線，用食道壓與潮氣量的積分來計(jì)算呼吸做功。這種方法不僅給患者帶來了身體上的痛苦和精神上的壓力，還不準(zhǔn)確，不適合應(yīng)用于一般呼吸機(jī)的治療過程。另外還有醫(yī)生采用呼吸氧耗的方法來推斷呼吸做功的水平，也是非常不準(zhǔn)確的[14]。

而通過對不同PEEP水平、不同壓力觸發(fā)靈敏度條件下觸發(fā)做功變化的分析，可以讓使用人員對呼吸機(jī)壓力觸發(fā)的基本狀況有一個(gè)大致的了解，有助于醫(yī)生在進(jìn)行呼吸機(jī)治療時(shí)，正確評估患者的病情，使用合理的呼吸模式，設(shè)定合適的呼吸機(jī)參數(shù)，對患者的呼吸功進(jìn)行快速評價(jià)并患者指導(dǎo)脫機(jī)。

當(dāng)然，不同的患者、不同的病情、不同的肺內(nèi)病理生理情況，其觸發(fā)做功都是不一樣的，本研究只是在模擬單一狀態(tài)的基礎(chǔ)上分析了觸發(fā)做功的變化，目的是讓使用人員對PB840呼吸機(jī)壓力觸發(fā)有一個(gè)大致的認(rèn)識。本研究主要是檢測當(dāng)壓力觸發(fā)呼吸機(jī)時(shí)，吸氣觸發(fā)做功隨外加PEEP的增加而變化的情況，未進(jìn)行流量觸發(fā)測試。下一步準(zhǔn)備開展這方面的工作，將PB840呼吸機(jī)壓力觸發(fā)做功和流量觸發(fā)做功隨外加PEEP的增加而變化的情況進(jìn)行總結(jié)，供臨床醫(yī)生進(jìn)行參考。

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Analysis of the Pressure-Triggered Work of PB840 Ventilator

ZHENG Ji-feng, BAI Mei, YAN Han-min, GUO Mi-jia
Department of Medical Engineering, Xuanwu Hospital, Capital Medical University, Beijing 100053, China

ObjectiveTo understand the changes in inspiration-triggered work of PB840 Ventilator under different PEEP (Positive End-Expiratory Pressure) levels and pressure trigger sensitivity.MethodsFLUKE VT-Plus AirStream Analyzer was connected in series between the to-be-measured ventilator and the active simulated lungs. The active simulated lung could simulate patients’ spontaneous breath. Then, the air stream analyzer was deployed for acquisition of breathing parameters and waveform when the work of PB840 Ventilator was triggered by spontaneous breath.ResultsWith the increase of PEEP value, the speed of air stream triggered by inspiration of the active simulated lung, the actual trigger pressure and the work of trigger increased. The differences between the actual trigger pressure and the set pressure trigger sensitivity reflected the increase of endogenous PEEP.ConclusionAnalysis of the changes in patient-triggered work of ventilators under different PEEP levels and pressure trigger sensitivity could help doctors to correctly assess the patient's conditions during ventilator therapy and set proper settings of the ventilator. Moreover, it also contributed to quick evaluation of patients’ breathing function so as to improve the effectiveness and safety of ventilator therapy.

PB840 ventilator; positive end-expiratory pressure; pressure trigger sensitivity; inspirationtriggered work

R197.39

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.06.010

1674-1633(2015)06-0046-04

2015-02-05

作者郵箱：2297540539@qq．com