李潘宇

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院資產(chǎn)管理處,上海 200011

1 機(jī)械通氣結(jié)構(gòu)和原理

呼吸機(jī)是一種能夠人工替代自主呼吸功能的設(shè)備,在患者正常生理呼吸無法代償或滿足機(jī)體需要時(shí),給予部分或全部通氣支持,以達(dá)到維持肺泡通氣、改善氧合、維持或增加肺容積以及降低呼吸功耗的目的。呼吸機(jī)通過控制系統(tǒng)對(duì)氣流流向進(jìn)行控制,從而完成通氣周期。機(jī)械通氣時(shí),機(jī)械驅(qū)動(dòng)使氣道口和肺泡產(chǎn)生正壓差,而呼氣時(shí)在胸廓及肺彈性回縮力作用下,肺泡壓力高于與氣道口從而產(chǎn)生氣流呼出。

呼吸機(jī)按照動(dòng)力來源可分為氣動(dòng)呼吸機(jī)、電動(dòng)呼吸機(jī)和電控氣動(dòng)呼吸機(jī)。前兩種呼吸機(jī)由于控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、觸發(fā)靈敏度低,同步性較差,使用受限制?，F(xiàn)下院內(nèi)尤其是重癥監(jiān)護(hù)病房、呼吸科等科室普遍使用電控氣動(dòng)呼吸機(jī),可用于新生兒、兒童和成人。此類呼吸機(jī)通常需要外接氧氣源和空氣源,采用微電子控制系統(tǒng),利用高精度的流量、壓力傳感器和靈敏的控制閥門完成吸氣閥、呼氣閥的靈敏切換,從而完成整個(gè)機(jī)械通氣過程。呼吸機(jī)的主機(jī)由控制電路、機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件及氣路組成,它把空氣和氧氣混合,按照設(shè)定參數(shù)及呼吸模式,給患者送氣(圖1)。

2 機(jī)械通氣模式

呼吸機(jī)的通氣模式按送氣方式的不同,可分為容量控制通氣、壓力控制通氣和支持自主呼吸模式三大類(表1)。無論是容量控制通氣還是壓力控制通氣模式,均為時(shí)間觸發(fā)和時(shí)間切換。傳統(tǒng)的容量控制通氣是以容量為預(yù)設(shè)目標(biāo),以固定的時(shí)間間隔和恒定氣流輸送目標(biāo)潮氣量。它具有潮氣量穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn),不會(huì)因患者呼吸功能變化而變化,但可能出現(xiàn)較高的氣道峰壓。如果設(shè)定的流速不能滿足患者需求,可能出現(xiàn)“吸氣饑餓”導(dǎo)致人機(jī)對(duì)抗。壓力控制通氣則是以吸氣壓力為預(yù)設(shè)目標(biāo),以固定時(shí)間間隔和減速氣流方式進(jìn)行送氣,更符合生理需求,吸氣峰壓較低,但輸送的潮氣量會(huì)隨患者呼吸阻力或順應(yīng)性改變而波動(dòng)。

圖1 呼吸機(jī)氣路示意圖

表1 呼吸機(jī)常用通氣模式

自主呼吸模式為流速或壓力觸發(fā)、流速切換?；颊呶鼩馀_(dá)到觸發(fā)閾值,呼吸機(jī)即給予壓力支持或容量支持通氣,當(dāng)吸氣流速下降到峰流速的設(shè)定百分比后,即轉(zhuǎn)為呼氣。此類模式下患者需要有相對(duì)規(guī)律的呼吸節(jié)律、一定的呼吸肌肉力量,因而常作為脫機(jī)過渡模式。該模式需要設(shè)定觸發(fā)水平和窒息報(bào)警,以保證患者通氣安全。

3 新型通氣模式

3.1 氣道壓力釋放通氣(airway pressure release ventilation, PC-APRV)

氣道壓力釋放通氣模式是指在持續(xù)氣道正壓下伴有短暫壓力釋放的自主呼吸模式。與自主呼吸模式下的持續(xù)正壓、壓力支持(CPAP/PS)模式不同之處在于APRV帶有間歇性的壓力釋放,通過這一壓力釋放使得APRV具備壓力控制通氣的效果,無自主呼吸的患者也可應(yīng)用APRV通氣。該模式下需要設(shè)置高壓水平Phigh、高壓維持時(shí)間Thigh、低壓水平Plow、低壓維持時(shí)間Tlow(圖2)。由Phigh設(shè)置壓力維持Thigh時(shí)間共同組成的為患者吸氣末肺容積狀態(tài);由釋放壓力Plow及釋放時(shí)間Tlow共同組成的為患者呼氣末肺容積狀態(tài)。APRV通過維持較長(zhǎng)時(shí)間的正壓,可逐步打開塌陷肺區(qū)域,改善肺順應(yīng)性,增加并穩(wěn)定肺容積。而通過短暫的壓力釋放,患者可獲得一定潮氣量,同時(shí)釋放呼出CO2,并由于釋放間期極短,肺內(nèi)存在較高內(nèi)源性PEEP,可維持呼氣末肺容積的穩(wěn)定。此外,APRV全程支持患者自主呼吸。無論在呼吸周期的吸氣或呼氣階段,呼吸機(jī)的吸氣閥及呼氣閥都會(huì)根據(jù)探測(cè)的吸氣或呼氣流速變化,按比例浮動(dòng)調(diào)節(jié)閥門大小,從而根據(jù)患者實(shí)際的呼吸流速進(jìn)行調(diào)節(jié)。Habashi等[1]在兩次打擊造模后,早期分別給予試驗(yàn)動(dòng)物APRV或小潮氣量通氣(6 mL/kg)48 h,APRV組的氣體交換、順應(yīng)性明顯優(yōu)于小潮氣量組,未見明顯肺損傷,提示早期應(yīng)用APRV有可能預(yù)防急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)。臨床研究中發(fā)現(xiàn)早期應(yīng)用APRV能夠顯著縮短ARDS的機(jī)械通氣時(shí)間[2]。

圖2 氣道壓力釋放通氣模式示意圖

3.2 成比例壓力支持(proportional pressure support, SPN-PPS)

成比例壓力支持通氣是指具有成比例流速和容量支持的自主呼吸模式。呼吸機(jī)自動(dòng)監(jiān)測(cè)患者呼吸流速,根據(jù)自主呼吸流速大小給予成比例的流速及容量支持。PPS下的支持程度可按照患者肺部條件分別設(shè)置。如患者通氣障礙主要由氣道阻力造成,則可設(shè)置較大的流速支持(flowassist),如患者的通氣障礙主要由于肺順應(yīng)差造成,則可設(shè)置較大的容量支持(volume assist)。通過流速和容量支持的疊加,以及根據(jù)自主呼吸流速自動(dòng)調(diào)整支持比例,PPS可給與患者最為接近生理呼吸的正弦波式送氣流速(圖3)。該模式能很好解決PSV通氣時(shí)人機(jī)不協(xié)調(diào)的問題,減少支持不足和支持過度的發(fā)生,改善肺力學(xué)和氣體交換效率,提高患者的通氣舒適程度。

圖3 成比例壓力支持通氣示意圖

3.3 可變壓力支持通氣(variable PS/noisy PSV)

可變壓力支持通氣是指在持續(xù)正壓,自主呼吸支持通氣基礎(chǔ)上,對(duì)壓力支持水平進(jìn)行一定程度的隨機(jī)變異,以幫助患者獲得近似于生理呼吸的潮氣量變異度。根據(jù)設(shè)置的變異百分比,壓力支持水平出現(xiàn)不同程度的變異(圖4)。變異均符合正態(tài)分布,與生理呼吸的潮氣量變異度相符合。在ARDS的動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn),可變壓力支持通氣通過降低通氣區(qū)域的平均氣道壓、促進(jìn)塌陷肺泡區(qū)域的復(fù)張,從而降低肺血管阻力,讓重力依賴區(qū)域的血流向非重力依賴區(qū)域,進(jìn)行重新分布,進(jìn)而改善通氣血流比例,更有利于氣體交換。由于產(chǎn)生潮氣量變化更符合生理,在臨床研究中發(fā)現(xiàn)其較傳統(tǒng)PSV有更好的人機(jī)同步性[3]。

圖4 可變壓力支持模式示意圖

3.4 神經(jīng)調(diào)節(jié)輔助通氣(neurally adjusted ventilation assist, NAVA)

神經(jīng)調(diào)節(jié)輔助通氣是通過監(jiān)測(cè)膈肌電活動(dòng),感知患者自身的實(shí)際通氣需要,并根據(jù)膈肌電活動(dòng)信號(hào)(EAdi)的強(qiáng)度實(shí)時(shí)提供一定比例的通氣支持。NAVA通氣時(shí)觸發(fā)、吸呼氣切換以及輔助水平調(diào)節(jié)直接取決于患者膈肌電活動(dòng)的變化,在理論上它能盡量解決傳統(tǒng)機(jī)械通氣時(shí)人機(jī)不協(xié)調(diào)、過度輔助等問題。這方法與傳統(tǒng)的PSV相比,NAVA在吸氣觸發(fā)延遲、呼氣觸發(fā)延遲和人機(jī)同步性上的表現(xiàn)都更加好一些。

4 機(jī)械通氣未來發(fā)展趨勢(shì)

4.1 肺保護(hù)性通氣策略

ARDS是嚴(yán)重威脅患者生命安全的疾病,其病死率高于40%[4],呼吸支持是當(dāng)前ARDS治療的主要手段,然而不當(dāng)?shù)臋C(jī)械通氣甚至可能導(dǎo)致或加重呼吸機(jī)相關(guān)肺損傷(ventilator-induced lung injury,VILI)。VILI是機(jī)械通氣最嚴(yán)重的并發(fā)癥之一,本質(zhì)原因是由于肺泡容積或肺泡的跨壁壓力過大,因此機(jī)械通氣的治療策略主要包括限制平臺(tái)壓或小潮氣量通氣、肺復(fù)張、以及采用適當(dāng)?shù)腜EEP,目的是盡量控制肺泡的形變,并減少肺泡反復(fù)塌陷復(fù)張所產(chǎn)生的剪切力損傷。小潮氣量通氣(4～6 mL/kg IBW)、控制平臺(tái)壓<30 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa)被證實(shí)能降低ARDS患者的病死率。然而ARDS患者肺部病變存在不均一,由于個(gè)體患者肺順應(yīng)性和可復(fù)張容積的不同,單一標(biāo)準(zhǔn)的小潮氣量通氣很難真正實(shí)現(xiàn)肺保護(hù)。Amato等[5]發(fā)現(xiàn)在不同的潮氣量與PEEP組合中,氣道驅(qū)動(dòng)壓是與ARDS患者預(yù)后相關(guān)的主要因素,預(yù)示未來以氣道驅(qū)動(dòng)壓為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行小潮氣量通氣可以更好的實(shí)現(xiàn)潮氣量的個(gè)體化。此外,通過近期的研究發(fā)現(xiàn)肺復(fù)張后運(yùn)用高PEEP并不能改善病死率,這可能與復(fù)張前沒有評(píng)估肺的可復(fù)張性有關(guān),所以臨床需要更加個(gè)體化的評(píng)估不同患者肺的可復(fù)張性。我們通過運(yùn)用一些新型的肺部通氣監(jiān)測(cè)技術(shù),如胸阻抗斷層成像技術(shù)等能夠在床旁實(shí)時(shí)連續(xù)地監(jiān)測(cè)肺內(nèi)區(qū)域通氣分布,幫助評(píng)估肺復(fù)張效果,指導(dǎo)個(gè)體化的PEEP設(shè)定[6]。

4.2 人機(jī)更同步

人機(jī)不同步是臨床常見的問題,呼吸機(jī)相關(guān)因素約占人機(jī)對(duì)抗的1/3,究其原因主要有模式及參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、觸發(fā)靈敏度不當(dāng)導(dǎo)致觸發(fā)困難或誤觸發(fā)、管路漏氣等。目前由于流速觸發(fā)較壓力觸發(fā)更為敏感,臨床大多已棄用壓力觸發(fā)而采用流速觸發(fā)。新型通氣模式NAVA根據(jù)膈肌電活動(dòng)調(diào)節(jié)吸氣觸發(fā)和吸呼氣轉(zhuǎn)換,可進(jìn)一步縮短響應(yīng)時(shí)間,尤其對(duì)于存在內(nèi)源性PEEP的COPD患者能夠顯著降低吸氣做功[7]。隨著伺服技術(shù)和閉環(huán)通氣模式的出現(xiàn),呼吸功能夠自動(dòng)針對(duì)一個(gè)或多個(gè)變量進(jìn)行連續(xù)調(diào)控,迅速而精確地控制輸出變量,減少支持過度和支持不足的風(fēng)險(xiǎn),例如成比例支持通氣、分鐘指令通氣、適應(yīng)性支持通氣等。在送氣方式上,傳統(tǒng)的容量控制通氣采取恒流方波進(jìn)行送氣,不符合生理呼吸特征,新的通氣功能autoflow、PRVC模式等兼顧了容量和壓力目標(biāo),根據(jù)患者當(dāng)前的氣道阻力和順應(yīng)性大小,采用減速氣流輸送目標(biāo)潮氣量,大大提高了舒適度,改善人機(jī)同步性。

4.3 序貫通氣治療理念

高流速氧療-無創(chuàng)通氣-有創(chuàng)通氣序貫治療近年來得到越來越多的關(guān)注。長(zhǎng)時(shí)間機(jī)械通氣往往合并呼吸機(jī)相關(guān)性肺炎、膈肌功能障礙等一系列并發(fā)癥,消耗了大量的醫(yī)療資源。機(jī)械通氣患者中呼吸機(jī)肺炎的發(fā)病率為9.7%～48.4%,病死率則高達(dá)21.2%～43.2%[8]。高流速氧療是通過特制鼻導(dǎo)管提供加溫加濕的高流速氧氣(一般為40～60 L/min),滿足患者吸氣需求的一種新型療法,能夠降低嚴(yán)重低氧血癥患者的90 d病死率[9]。無創(chuàng)通氣被證明對(duì)于某些類型的急性呼吸衰竭,例如慢性阻塞性肺病以及慢性呼吸衰竭急性加重患者中,能顯著縮短有創(chuàng)機(jī)械通氣時(shí)間,減少并發(fā)癥。研究顯示,有創(chuàng)-無創(chuàng)序貫通氣治療科明顯縮短有創(chuàng)機(jī)械通氣時(shí)間,降低VAP發(fā)生率,縮短ICU住院時(shí)間,并可能降低病死率[10]。一些高端呼吸機(jī)已經(jīng)把氧療、無創(chuàng)通氣和有創(chuàng)通氣整合在一臺(tái)呼吸機(jī)上,無需更換設(shè)備,即可根據(jù)患者病情變化需要靈活選擇所需治療,減少了反復(fù)更換設(shè)備的不便,降低了交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 智能化決策支持

目前機(jī)械通氣參數(shù)的調(diào)整主要依靠臨床醫(yī)護(hù)人員對(duì)患者進(jìn)行評(píng)估實(shí)時(shí)調(diào)整,這種做法無形中增加了醫(yī)護(hù)人員的負(fù)擔(dān)。Smartcare是一種由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化脫機(jī)軟件。呼吸機(jī)通過模擬醫(yī)師實(shí)施機(jī)械通氣的過程,獲取患者的潮氣量、自主呼吸頻率和呼氣末二氧化碳分壓等信息,自動(dòng)調(diào)整呼吸支持力度,直至壓力支持水平降低到一定程度后患者呼吸仍穩(wěn)定,此時(shí)呼吸機(jī)將提示醫(yī)師可考慮脫機(jī)。研究證實(shí)Smartcare能夠縮短機(jī)械通氣時(shí)間33 %以上,縮短脫機(jī)拔管時(shí)間40 %以上,這大大簡(jiǎn)化了工作流程。未來,隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,機(jī)械通氣在智能化決策、人機(jī)交互等方面必將更加的完善。

4.5 個(gè)體化精準(zhǔn)醫(yī)療

精準(zhǔn)醫(yī)療是未來醫(yī)學(xué)發(fā)展的必然方向。精準(zhǔn)醫(yī)療應(yīng)當(dāng)從患者獲益最大化和醫(yī)療資源的高效益雙重目標(biāo)的角度,有針對(duì)性地對(duì)疾病進(jìn)行預(yù)防和治療,這離不開先進(jìn)的診斷工具。目前重癥患者的機(jī)械通氣治療仍然存在參數(shù)設(shè)定缺乏個(gè)體化、對(duì)患者肺通氣情況缺乏有效的監(jiān)測(cè)等問題,不利于改善患者預(yù)后。如今,高度智能化的呼吸機(jī)不僅擁有包括多種通氣模式和呼吸參數(shù)監(jiān)測(cè)、呼吸力學(xué)的曲線波形以及趨勢(shì)分析等,更加融合了新的監(jiān)測(cè)參數(shù)例如跨肺壓、膈肌電位、胸阻抗成像技術(shù)等,更加有利于使用者對(duì)病情進(jìn)行綜合判斷,指導(dǎo)個(gè)體化機(jī)械通氣治療,從而改善患者預(yù)后。

5 結(jié)語

機(jī)械通氣技術(shù)從誕生至今經(jīng)歷了天翻地覆的變化。未來的機(jī)械通氣模式將會(huì)越來越全面,監(jiān)測(cè)功能越來越強(qiáng)大,智能化程度越來越高。在臨床工作中,醫(yī)護(hù)人員應(yīng)該掌握機(jī)械通氣的治療指征,了解不同疾病類型的機(jī)械通氣特點(diǎn),在糾正病因的基礎(chǔ)上實(shí)施個(gè)體化呼吸治療。