武云珍

目前臨床上針對機械通氣時呼氣阻力的計算方法并不多，其中呼氣峰流量法是應(yīng)用較為普遍的一種，也稱“Jonson method”[1-2]，其表達方式為“呼氣阻力=(平臺壓-呼氣末正壓)/呼氣峰流量”，也即“平臺壓-呼氣末正壓=呼氣阻力*呼氣峰流量”。從公式可以看出，此方法認(rèn)為在呼氣峰流量時刻，氣道兩端的壓力差等于“平臺壓-呼氣末正壓”。同時，從呼吸力學(xué)角度[3-5]，在呼氣峰流量時刻，根據(jù)歐姆定律，應(yīng)該也同時存在“氣道兩端的壓力差=肺泡內(nèi)壓-回路壓=呼氣阻力*呼氣峰流量”。所以，假如上述情況成立，在呼氣峰流量時刻，則應(yīng)該存在“肺泡內(nèi)壓-回路壓=平臺壓-呼氣末正壓”。但臨床上的很多跡象或現(xiàn)象提示這些假設(shè)可能存在問題，比如用可以凍結(jié)屏幕的呼吸機觀察呼氣峰流量時刻的回路壓時，回路壓并不是呼氣末正壓(Positive End Expiratory Pressure，PEEP)，而是高于PEEP。所以，進一步驗證這些假設(shè)或設(shè)定，對正確理解呼氣阻力的計算及臨床意義很有必要。

1 資料與方法

1.1 材料與設(shè)備 夾板模擬肺一個(成人型，臺灣彥大有限公司)，一次性成人呼吸機管路一套(型號REF67010，崇仁科技事業(yè)股份有限公司)，麻醉延長管一根(型號MP01850，德爾格Drager)，金屬夾子一個。美敦力PB840呼吸機一臺；邁瑞呼吸機SV600一臺；應(yīng)用呼氣峰流量法(或類似方法，如湍流阻力計算方法)測量呼氣阻力的某品牌的呼吸機V-X一臺。

1.2 方法

1.2.1 觀察呼氣峰流量時刻對應(yīng)的回路壓，及呼氣峰流量時刻與呼氣開始時刻的容積差異 將一次性成人呼吸管路連接到PB840呼吸機，按流程執(zhí)行開機自檢。選擇容量控制通氣模式，設(shè)呼吸頻率為每分鐘16次，潮氣量為350 mL，送氣流速(方波)為35 L/min，平臺時間為0.5 s，PEEP為5 cmH2O，氧濃度為40%。將模擬肺通過麻醉延長管連接到Y(jié)型口，開始通氣。將呼吸機屏幕橫軸調(diào)至最長3 s。鎖屏一次通氣時的壓力-時間、流量-時間、容量-時間曲線。通過壓力-時間曲線查看峰流量時刻對應(yīng)的回路壓力(Y型口處壓力，PY-P)，通過容量-時間曲線對比呼氣峰流量時相與呼氣開始點(吸氣末)的容積差別。同樣的方式與邁瑞SV600呼吸機相連。容量控制通氣，設(shè)呼吸頻率為每分鐘14次，潮氣量為450 mL，送氣流速(方波)為40 L/min，吸氣時間為1.2 s，PEEP為5 cmH2O，氧濃度為40%。開始送氣。屏幕包含壓力-時間、流量-時間、容量-時間曲線。采用定標(biāo)功能，將定位線定位于呼氣峰流量時刻。采用拍照輸出功能，輸出圖片。通過壓力-時間曲線查看峰流量時刻對應(yīng)的回路壓力PY-P，通過容量-時間曲線對比呼氣峰流量時刻與呼氣開始時刻(吸氣末)的容積差別。

1.2.2 觀察呼吸回路不同部位阻力改變對呼氣阻力的影響 將一次性成人呼吸管路、麻醉延長管、模擬肺連接到V-X呼吸機。容量控制通氣，設(shè)呼吸頻率為每分鐘14次，潮氣量為450 mL，送氣流速為40 L/min，吸氣時間為1.2 s，PEEP為5 cmH2O，氧濃度為40%。開始送氣。分別用夾子夾到呼吸管路吸氣支、管路呼氣支、麻醉延長管的一部分(勿完全夾閉)，以增加其阻力；觀察三種狀態(tài)下，吸氣阻力(Inspiratory Insistence,Ri)與呼氣阻力(Expiratory Resistance, Re)的變化情況。

1.2.3 觀察管路回縮氣流對呼氣峰流量的影響 在PB840與SV600呼吸機通氣期間，在一次正常通氣的平臺期，完全夾閉Y型管后麻醉延長管，待進入呼氣時刻，管路氣流釋放后，再松開夾閉，讓模擬肺內(nèi)氣流排出。觀察管路產(chǎn)生的氣流是否在流量-時間曲線上呈現(xiàn)，及此時單純由模擬肺回縮形成的呼氣峰流量與未干預(yù)狀態(tài)下的呼氣峰流量的差別。

1.3 統(tǒng)計學(xué)處理 對通氣曲線圖片使用Photoshop CS6進行編輯。使用Excel 2013對數(shù)據(jù)進行列表分析。

2 結(jié)果

2.1 呼氣峰流量時刻對應(yīng)的回路壓力PY-P，呼氣峰流量時刻的肺泡內(nèi)壓(PA-P)與吸氣末平臺壓(Platform pressure,Pplat)的關(guān)系 壓力-時間曲線顯示，呼氣峰流量時刻對應(yīng)的回路壓力PY-P明顯高于基線PEEP，即PY-P>PEEP(圖1)。流量-時間曲線顯示，自呼氣開始時刻至呼氣峰流量時刻，會形成一定的曲線下面積。容量-時間曲線顯示，峰流量時刻的容積較呼氣開始點(吸氣平臺期)有極少量的下降。意味著，雖然時間極短，至呼氣峰流量時刻，已有部分容積的氣體自呼吸系統(tǒng)排出；也就意味著此時肺泡內(nèi)壓PA-P會略低于Pplat，即PA-P

圖1 呼氣峰流量點對應(yīng)的回路壓力與容積

2.2 阻力與回路阻力關(guān)系 吸氣支阻力增加時，Ri/Re均無明顯變化；呼氣支阻力增加時，Ri無明顯變化，Re明顯增加；延長管阻力增加時，Ri/Re均同時明顯增加，表1。

表1 不同部位阻力變化對吸氣阻力/呼氣阻力計算值的影響

2.3 管路對呼氣峰流量的影響 流量-時間曲線顯示，管路回縮可形成較明顯的瞬時呼氣氣流，后續(xù)模擬肺釋放的呼氣峰流量略低于未干預(yù)狀態(tài)下的呼氣峰流量，圖2。

3 討論

根據(jù)呼吸力學(xué)，按照歐姆定律，對于氣道R1段，在呼氣峰流量時刻，此時的肺泡內(nèi)壓力(PA-P)與Y型口壓力(PY-P)，存在Re=(PA-P-PY-P)/Ve；而根據(jù)呼氣峰流量阻力計算法，則存在“Re=(Pplat-PEEP)/Ve”。假如上述兩種情況都成立，應(yīng)存在Re=(Pplat-PEEP)/Ve=(PA-P-PY-P)/Ve，即Pplat-PEEP=PA-P-PY-P。為明確這個關(guān)系是否成立，本研究給予了進一步論證，圖3。

圖3 回路壓力與阻力關(guān)系圖PA：肺泡內(nèi)壓；PY：Y型口壓力；R1：氣道阻力；R2：呼氣支管路及組件阻力；R′：氣道與呼氣支部分的總阻力；PEEP：呼氣閥出口處壓力；Ve：氣道出口呼氣峰流量；Ve′：呼氣閥出口呼氣峰流量

因PA無法直接監(jiān)測，所以臨床上多采用平臺壓法來評估。在吸氣末段，當(dāng)氣道氣流為0時，外部回路壓力與PA持平，此時呼吸機所監(jiān)測到的回路壓力就等于PA，即，平臺期，PA=Pplat。平臺壓在臨床監(jiān)測中非常重要[6]，其中，測量最常用的方法是容量控制通氣給予平臺時間測定。在呼氣階段，呼氣伐瞬間打開后，氣流開始釋放，這個過程中呼氣氣流流量會從0迅速增快到峰流量時刻，但這個細(xì)節(jié)演變過程，只有在能夠拉伸坐標(biāo)軸的呼吸機才可以看到，這也正是此研究選擇PB840呼吸機的原因。從理論上而言，無論這個時間多短，至呼氣峰流量點，都會有一部分氣體從肺泡中排出，所以此時PA-P0。從圖1中，尤其PB840圖中拉伸的壓力-時間曲線而言非常清楚，顯然，此時的PY-P要明顯大于PEEP。當(dāng)然，這個對應(yīng)關(guān)系，在沒有經(jīng)過拉伸的視圖中，還是很難辨別的；因為常規(guī)視圖(圖2)下，這個壓力下降過程，曲線表現(xiàn)為一條垂直于橫軸的直線，這個已在前期研究中論述[7]?？杀硎緸镻Y-P=PEEP+n，n>0；即，PEEP=PY-P-n。根據(jù)以上實際情況，則Pplat-PEEP=PA-P+m-(PY-P-n)=PA-P-PY-P+(m+n)，因m+n>0，顯然，Pplat-PEEP

雖然呼氣峰流量時刻，PA-P≈Pplat；但，PY-P與PEEP的差距卻較大。既然，此時Y形口壓力不為PEEP，且又很難確定其具體數(shù)值是多少；那么，我們就尋找此時回路中哪個位置的壓力最有可能是PEEP。從呼吸機工作原理分析[8]，在呼氣過程的早期，送氣閥不需要提供基礎(chǔ)氣流，所以，此時只有一個閥門在工作，就是呼氣閥；呼氣閥在呼氣過程中始終在背側(cè)提供一個PEEP水平的壓力(圖3)，所以，此時呼氣閥的正面位置壓力應(yīng)為PEEP。

所以，根據(jù)上述推斷，呼氣峰流量時刻，內(nèi)口(肺泡內(nèi))壓力約為PPlat，呼氣閥處壓力為PEEP，根據(jù)歐姆定律，目前常用的公式所計算的阻力，應(yīng)該包含自Y形口至呼氣閥口這段管路及組件的阻力R2(圖3)。為驗證這個推斷，選擇可能采用這種方法或類似計算方法的某一品牌呼吸機，并通過順次改變管路阻力的方法來實施；結(jié)果證明，當(dāng)R2明顯增大時，Re計算值也會明顯增大，所以，這個推斷應(yīng)該是成立的。即此公式所計算的阻力其實為R′=R1+R2。試驗結(jié)果也證明，吸氣阻力Ri的計算公式并不受吸氣與呼氣支管路阻力的影響(選擇兩端的壓力符合歐姆定律)。

需要說明的是，在氣道阻力計算公式中，當(dāng)氣流形式為湍流時[9]，一般不使用歐姆定律來評估，而是變?yōu)闅獾纼啥藟毫Σ瞀=RV2。按照此計算原理，對于呼氣峰流量點，氣道兩端壓力差為“Pplat-PEEP=ReVe2”，也為“PA-P-PY-P=ReVe2”。與上相同的道理，采用這種計算方式的前提，仍然是建立在認(rèn)為氣道兩端的壓力差等于“Pplat-PEEP”的基礎(chǔ)上，顯然，這個設(shè)定仍然存在相同的問題。

當(dāng)然，即使清楚了上述情況，此公式仍然存在其他問題。剩下的另一個因素，呼氣峰流量是否準(zhǔn)確、在呼氣峰流量時刻，呼氣端流量傳感器監(jiān)測到的氣流Ve′是否等于經(jīng)氣道的氣流Ve(圖2、圖3)，這個問題涉及到呼吸機的工作原理[7]。在呼氣過程中，在無基礎(chǔ)氣流情況下，呼出氣流的數(shù)據(jù)Ve′均來自呼氣盒內(nèi)靠近呼氣閥處的流量傳感器感測的數(shù)值；因為是一個瞬時氣流，而不像潮氣量一樣是一種匯總計算(可以剔除管路順應(yīng)性導(dǎo)致的容積消耗)，所以，呼吸機應(yīng)該難以辨別這個數(shù)值是包含來源于管路(包含吸氣支與呼氣支)回縮形成的氣流V1，還是只有肺泡回縮形成經(jīng)過氣道的氣流Ve。為驗證這個推斷，采用管路與模肺分別釋放氣流的方式進行鑒別，當(dāng)然，最終結(jié)果說明呼吸機并不能在呼氣氣流中將管路回縮產(chǎn)生的氣流剔除掉，呼氣峰流量是由管路與模肺共同回縮形成，即Ve=Ve′-k，k>0。但因為管路回縮產(chǎn)生的氣流很小，接下來由模肺產(chǎn)生的呼氣峰流量與未干預(yù)狀態(tài)下的呼氣峰流量相差甚小(圖2)，所以，此時可以認(rèn)為監(jiān)測的呼氣峰流量Ve′≈Ve。

所以，呼氣峰流量法計算呼氣阻力，從細(xì)節(jié)及理論而言，存在著較多的瑕疵與問題；理論上應(yīng)該是R1=(PA-PY)/Ve，但實際的計算值Re計算值=(Pplat-PEEP)/Ve′，其中PA-PPEEP，Ve

所以，R2越小，R1越接近Re計算值；Ve′越接近Ve，R1就越接近Re計算值。當(dāng)然，即使不用歐姆定律，而是采用湍流的計算方式，不但存在與歐姆定律相同的問題，而且因阻力受流量2次方的影響，流量數(shù)值的不準(zhǔn)確，對其計算結(jié)果干擾更大。

所以，臨床醫(yī)務(wù)人員要能認(rèn)識到呼氣阻力的計算問題，同時，更重要的是對此有一定的警惕性，避免特殊情況下的數(shù)據(jù)誤導(dǎo)。采用層流計算方法“Re=(Pplat-PEEP)/Ve”，或湍流計算方法“Re=(Pplat-PEEP)/Ve2”計算呼氣阻力，當(dāng)呼吸機管路回路支及組件阻力很小時，所計算的呼氣阻力可以一定程度上反映氣道的阻力，但當(dāng)回路支阻力明顯增大時，比如回路支管路打折、管路太長或太細(xì)、回路端附加過濾器等，所顯示的呼氣阻力值就無法反映真實的氣道阻力。從呼氣峰流量準(zhǔn)確性而言，使用順應(yīng)性越小的呼吸回路，管路對呼氣峰流量的影響越小，阻力計算值也就越能反映真實的氣道阻力。