呼吸力学监测和评估在机械通气撤机中的应用

胡杰英1，苏冠升1，吴镇宇1，郑则广1，陈荣昌2 1. 广州医科大学附属第一医院呼吸与危重症医学科；2. 深圳市人民医院呼吸与危重症医学科深圳市呼吸疾病研究所发布于2022-05-15 浏览 4433 收藏

作者：胡杰英¹，苏冠升¹，吴镇宇¹，郑则广¹，陈荣昌²

单位：1. 广州医科大学附属第一医院呼吸与危重症医学科；2. 深圳市人民医院呼吸与危重症医学科深圳市呼吸疾病研究所

呼吸是人体的基本生命活动，通过呼吸将体内代谢产生的二氧化碳排出体外，不断提供机体代谢所需的氧气。呼吸运动的正常进行有赖于呼吸肌肉的周期性收缩和舒张。各种原因导致呼吸系统顺应性降低、气道阻力增加和呼吸肌力下降时，会导致肺通气和/或换气功能严重障碍，出现缺氧伴（或不伴）二氧化碳潴留的呼吸衰竭，从而引起一系列生理功能和代谢紊乱的临床综合征，严重者会危及生命。为了保证生命安全，呼吸衰竭患者需要建立人工气道，进行机械通气，保证原发病得到有效治疗，最终目的是撤除机械通气，让患者恢复自由呼吸。

机械通气患者过早或延迟撤机均不利于患者的恢复^[1]。需要机械通气的呼吸衰竭患者能否撤离呼吸机，进行自由的呼吸，需要评估导致呼吸衰竭的基础疾病是否得到控制、全身重要脏器的功能状态、呼吸系统的通气和弥散功能。Baptistella等^[2]2018年系统回顾了43篇关于脱机参数的文献，预测撤机的参数共有56个，其中最多文献采纳的是浅快呼吸指数（RSBI），其次是年龄和最大吸气压（MIP），第三是咳嗽力量和潮气量（Vt），其他涉及的预测参数包括：呼吸频率（RR），APACHEⅡ，通气天数，血红蛋白，动脉血二氧化碳分压（PaCO₂），氧合指数（PaO₂/FiO₂）以及膈肌厚度，通过呼吸力学来预测撤机是最常见的。呼吸力学就是通过压力、容量和流速来评估呼吸系统的顺应性、气道阻力、呼吸做功、呼吸肌力和耐力。本文介绍机械通气患者撤机常用指标和呼吸力学指标。

机械通气患者常用的撤机指标

机械通气患者撤机需要满足4个基本条件，包括：导致呼吸衰竭的原因已得到控制、肺通气和氧合功能恢复、具备自主呼吸能力和稳定的血流动力学。具体指标如下：

（1）导致机械通气的病因好转或去除。

（2）氧合指数＞150～300 mmHg；呼气末正压≤5～8 cmH₂O；吸入氧浓度≤40％；动脉血pH≥7.25；慢性阻塞性肺疾病患者动脉血pH＞7.30，动脉血氧分压＞50 mmHg，吸入氧浓度＜0.35。

（3）血流动力学稳定，没有心肌缺血动态变化，临床上没有显著的低血压，不需要血管活性药治疗或只需要小剂量血管活性药物如多巴胺或多巴酚丁胺每分钟＜5～10 μg/kg。

（4）有自主呼吸的能力。

（5）无高热（参考指标：体温<38℃)。

（6）无明显呼吸性酸中毒。

（7）血红蛋白水平不低于 8～10 g/dl。

（8）精神状况良好，能进行指令性咳嗽和肢体活动。

（9）代谢状态稳定（无明显的电解质紊乱，血糖水平正常）。

满足上述标准的通气患者再进行自主呼吸试验（spontaneous breathing test，SBT），如患者能耐受120 min的SBT，且气道没有阻塞和能主动咳嗽廓清气道分泌物，则可以撤机，但成功率约为77%，再插管率高达4%～23%。

呼吸力学撤机指标

预测撤机的常用呼吸力学指标包括：中枢驱动水平、呼吸肌力、呼吸肌肉运动耐力、通气效果和上肢肌力等。

中枢驱动水平

（一）中枢驱动的相关指标

呼吸中枢驱动是吸气时呼吸中枢发出的激发吸气肌收缩的神经冲动，可通过一些检查方法定量化评价。常用的中枢驱动测定指标有：气道闭合压（P_0.1）、平均吸气流速（Vt／Ti）和膈肌肌电图（EMGdi），过去多数采用P_0.1和Vt／Ti进行评估。近年来，随着食管EMGdi检测方法的进步和成熟，采用EMGdi进行呼吸中枢驱动的评估明显优于P_0.1和Vt／Ti。

1. P_0.1

自主平静呼气末，密闭气道下，患者吸气开始后第100 ms气道压力的下降值，就是气道P_0.1。

2. Vt／Ti

自主平静呼吸过程中，吸气流量的平均值。其大小为吸气潮气量（Vt）与吸气时间（Ti）的比值。

3. EMGdi

通过体表电极、经皮穿刺电极及食道电极测定的膈肌肌电变化信号。

（二）中枢驱动监测方法及其指导撤机的意义

1. P_0.1

（1）测定方法：嘱受试者进行平静呼吸，于呼气末阻断气道，受试者由呼气转入吸气时，气道压力（Paw）下降，受试者吸气开始后第100 ms所测的Paw下降值（cmH₂O）即为P_0.1。呼气末肺容积位和气道壁塌陷会影响P_0.1的准确测定，当呼气肌肉用力呼气、肺不张或腹胀导致呼气末肺容积位减少时，会高估P_0.1；当气道壁塌陷，气道压力的变化滞后于食道压的变化时，也会低估P_0.1。

（2）预测脱机的价值：对包括1089例患者在内的12项前瞻性观察研究进行Meta分析，结果显示：P_0.1的sROC曲线下面积为0.81（95%CI：0.77～0.84），预测脱机成功的敏感度和特异度分别为86%（95%CI：72%～94%）和58%（95%CI：37%～76%）^[3]。

2. Vt／Ti

（1）测定方法：实时采集每次自主呼吸流量，计算每次呼吸的Vt和Ti，就可以计算出每次呼吸的Vt／Ti，与中枢驱动呈正相关。

（2）预测脱机价值：通过观察44例通气的婴儿，其中拔管成功36例，8例失败，失败组的Vt／Ti显著降低，如果联合SBT，预测拔管成功的敏感度为100%，特异度为75%^[4]。

3. 膈肌肌电图（EMGdi）

（1）测定方法^[5]：EMGdi的采集包括表面电极和食道电极两种，由于表面电极采集的信号受胸部肌肉的影响，食道电极采集的EMGdi能更准确地反映中枢驱动水平。目前食道电极常用多导食道电极采集到的EMGdi（图1），该电极由10个电级、食管囊和胃囊构成，其中每两个电级构成一对，可以显示EMGdi，食管囊和胃囊可以分别测量食道内压和胃内压。EMGdi的量化表述可以采用均方根（RMS）值的绝对值或占最大努力吸气时EMGdi的百分比（EMGdi/EMGdi，max）来表述。

采用多导食道电极采集EMGdi时，受试者取坐位、卧位或半坐卧位，以2%利多卡因进行鼻腔及咽部表面麻醉，经鼻孔插入多导食道电极，令受试者一边吞咽，一边下送导管，使气囊分别位于胃（长约60 cm）及食管下1/3处（长40~45 cm），理想位置是导联1和导联5获得最强而导联3获得最弱的EMGdi。

（2）EMGdi预测脱机：通过57例拟拔管机械通气患者的前瞻性观察发现：自主呼吸第3分钟的最大EMGdi幅度与Vt的比值预测脱机的成功率高达0.84^[6]。

图1 食道电级管和膈肌肌电图

呼吸肌力

呼吸肌肉功能包括呼吸肌肉力量和耐力。

（一）呼吸肌肉力量的指标^[7,8]

呼吸肌肉力量是指呼吸肌肉最大收缩能力，主要包括下述指标。

1. 最大吸气压(maximai inspiratory pressue，MIP)

在功能残气位（FRC）或残气位（RV），气道阻断状态下，用最大努力吸气测得的最大、并维持至少1 s的口腔压或气道压，它反映全部吸气肌的收缩能力。

2. 最大呼气压(maximai expiratory pressue，MEP)

在肺总量位（TLC），气道阻断条件下，最大用力呼气所测得的最大、并维持至少1 s的口腔压或气道压，它反映全部呼气肌肉的收缩能力。

3. 跨膈压(transdiaphragmatic pressure，Pdi)

Pdi为腹内压与胸内压的差值，常用胃内压代表腹内压，用食管压代表胸内压，它反映膈肌收缩时产生的压力变化，通常取其在吸气末的最大值。正常情况下，吸气时食管内压力为负值，而胃内压力为正值，Pdi实际是胃内压与食管压两个压力绝对值之和。膈肌是主要的吸气肌肉，Pdi是评价膈肌功能的金标准^[9]，间接反映呼吸肌肉的力量^[10]。

4. 最大跨膈压(maximal transdiaphragmatic pressure，Pdi_max)

在功能残气位、气道阻断状态下，以最大努力吸气时产生的Pdi，称为Pdi_max。

5. 膈神经刺激诱发的颤搐性跨膈压(Pdi,t)

测定呼吸肌肉力量时，其数值在一定程度上受到受试者的努力程度及其用力方式影响，变异程度往往较大。用电、磁刺激运动神经可以使其支配的肌肉收缩，测定肌肉收缩所产生的力量，可避免主观用力程度不足的影响。目前常用的方法是电或磁刺激膈神经诱发的Pdi，称为颤搐性跨隔压。

（二）呼吸肌肉耐力的指标

呼吸肌肉耐力是指呼吸肌肉维持一定的力量或做功时对疲劳的耐受性。对呼吸肌肉而言，耐力比力量更重要。为了比较不同个体之间或治疗前后的呼吸肌肉耐力，通常在负荷标化下检测耐力。

1. 膈肌张力时间指数(tension-time index of diaphrag，TTdi)

TTdi是反映膈肌收缩强度与膈肌收缩持续时间的综合指标。采用实测的Pdi与Pdi_max的比值反映膈肌的收缩强度；Ti与呼吸周期总时间（Ttot）的比值反映了膈肌收缩持续时间，二者乘积为TTdi＝（Pdi/Pdi_max）×（Ti/Ttot），是反映膈肌负荷的指标。

2. 膈肌耐受时间(Tlim)

Tlim是指呼吸肌肉在特定强度的负荷（吸气阻力或特定TTdi）下能够维持收缩而不发生疲劳的时间。

（三）呼吸肌肉功能的检测方法及其指导脱机的意义

1. MIP和MEP

（1）测定方法：在气道开口连接三通阀，其开口直径宜>20 mm，一端通空气，另一端连接可单向吸气或呼气的单向阀，管壁上有一个直径为0.6~1.5 mm的小孔与大气相通。作MIP测定时，在呼气末，气道阻断时，鼓励测试者用最大努力吸气，能维持至少1 s最低气道压，即为MIP。作MEP测定时，在吸气末，气道阻断时，鼓励测试者用最大努力呼气，能维持至少1 s最高气道压，即为MEP。

（2）MIP及MEP在指导脱机中的意义：对195例机械通气患者的前瞻性横断面分析发现^[11]：MIP相对于浅快呼吸指数（RSBI）来说，对预测脱机成功具有更高的敏感度和特异度。Carlucci等^[12]报道，30例呼吸机依赖患者经过康复治疗后，16例成功脱机，14例失败，脱机成功的MIP为（57.3±18.2）cmH₂O，显著高于失败组的（38.6±13.5）cmH₂O（P<0.01）。

2. Pdi和Pdi_max

（1）Pdi和Pdi_max监测方法：食道电级的植入方法见膈肌肌电检测方法，胃腔内和食管下1/3处囊管采集的压力分别为胃内压和食道内压，Pdi=胃内压-食道内压。当受试者呼气至功能残气位时，阻断气道，嘱患者做最大吸气努力，此时记录的Pdi最大值为Pdi_max。

（2）Pdi和Pdi_max指导脱机的意义：Carlucci报道^[12]：30例呼吸机依赖患者经过康复治疗后，16例成功脱机，14例失败，脱机成功的Pdi_max为（43.0±20.0）cmH₂O，显著高于失败组的（27.7±12.5）cmH₂O（P<0.01）；自由呼吸的Pdi与Pdi_max的比值为（23.1±7.9）%，也显著低于失败组的（42.5±22.9）%（P<0.01）。

3. 颤搐性跨膈压^[8,13]

常用的方法是电刺激或磁刺激颈部膈神经诱发膈肌收缩而测定的Pdi。

（1）膈神经电刺激测定颤搐性跨膈压（Pdi,t-ele）的测定方法：①通过经皮单次超强电刺激膈神经诱导膈肌颤搐性收缩，再按照上述方法测定的跨膈肌压。②电刺激器的参数设置为：刺激电压：0~120 V（可调）；刺激放电脉冲：方波，0.1~0.2 ms；刺激方式：单次刺激或重复刺激（可选择）。③刺激过程通过体表或食道电极监测电刺激诱导的动作电位，保证仅刺激到膈神经。④测定时，在呼气末，阻断气道，并给予膈神经电刺激。记录所测得的Pdi。

（2）膈神经磁刺激测定颤搐性跨膈压（Pdi,t-mag）的测定方法：在第7颈椎处，通过磁刺激器超强刺激膈神经诱发膈肌收缩，此时测定的Pdi就是磁刺激诱导的颤搐性跨膈压，其测定方法同膈神经电刺激测定颤搐性跨膈压。

（3）颤搐性跨膈压在指导脱机中的意义：正常健康成年人的平均PdiTw为（28±5）cmH₂O^[14]，而机械通气的患者颤搐性跨膈压明显降低。Laghi等^[15]测量了16例患者在60 min SBT前后的颤搐性跨膈压，其中11例脱机试验失败的患者SBT前的平均Pdi,t-mag为（8.9±2.2）cmH₂O。另一项在MICU的研究中^[16]，研究者对57例机械通气时间>24 h的患者行双侧膈神经超强磁刺激，结果提示Pdi,t-mag高于10 cmH₂O的患者平均脱机时间为5.5 d，而Pdi,t-mag高于10 cmH₂O的患者机械通气时间均超过10 d，且他们发现Pdi,t-mag高于10 cmH₂O的患者死亡率更高，为49%（35例患者中有17例死亡），可以推断Pdi,t-mag高于10 cmH₂O对于脱机成功具有一定的指导意义，但仍需要更多的临床数据证明。

（四）吸气肌肉耐力试验

1. TTdi和Tlim的测定方法

气道开口连接接一个可调的吸气阻力阀，首先测定Pdi_max，并计算50% Pdi_max。嘱受试者按节拍器的节奏作潮气呼吸，调节吸气阻力阀阻力使受试者的Pdi达到预定50% Pdi_max，并在整个吸气过程中保持恒定，使Pdi-时间曲线接近方波，如此，Pdi就相当于吸气期间的平均Pdi。

嘱受试者在上述状态下进行潮气呼吸，通过显示屏上的压力波形进行自我调整，保证每次吸气时Pdi均维持在设定的水平（50%或60% Pdi_max)。直至即使尽最大努力亦不能保持Pdi达到预定水平、并连续3个呼吸以上时，即表示膈肌出现疲劳，记录疲劳出现的时间，即为Tlim。

2. TTdi和Tlim在指导脱机中的意义

对80例机械通气的儿童进行前瞻性观察，发现TTdi＞0.15在预测拔管失败方面具有100%的敏感度和特异度^[17]。

Carlucci等^[12]报道，30例呼吸机依赖患者经过康复治疗后，16例成功脱机，14例失败，脱机成功的TTdi为（0.08±0.029）cmH₂O，显著低于失败组的（0.14±0.054）cmH₂O（P<0.01）。另一篇关于术后脱机的研究显示，43例气管插管全麻手术患者，术后成功脱机28例，失败15例，成功组TTdi为（0.107±0.050）显著低于失败组（0.148±0.059）（P<0.023）^[18]。

通气效果

（一）吸气峰流速

1. 测定方法

在气道连接流量传感器，其数据通过记录仪实时采集。测试时，受试者取坐位，先呼气至残气位，再用力快速吸气至肺总量位，反复3次，当变异值＜5%时，取最高数值为吸气峰流速。

2. 预测脱机的价值

对需要手术的67例头颈部肿瘤患者进行前瞻性拔管指标观察，拔管后24 h内不需要重新插管者，定义为拔管成功，需要插管者为失败。结果显示：气管插管状态的吸气峰流速阈值40 L/min预测拔管成功的敏感度为90%，特异度为95%^[19]。

（二）呼气峰流速值/咳嗽峰流速值

1. 测定方法（图2，图3）

在气道开口连接三通阀，一端连接呼气峰流速仪，另一端连接吸气单向阀。测量时，受试者可取坐位或半坐卧位，用力吸气后用力快速呼气或用力咳嗽，可在呼气峰流速仪上读出呼气峰流速值；可让患者反复进行，每次吸气时，检测者将呼气峰流速仪的指针拨回起始位。

2. 预测脱机的价值

咳嗽峰流速是拔管的独立预测因子^[20]。主动咳嗽峰流速较被动咳嗽峰流速具有更准确的预测效果^[21]，预测成功拔管的咳嗽峰流速为35～160 L/min不等，但高于80 L/min，成功拔管率高；低于60 L/min，失败率高^[22-25]。

图2 气管插管患者监测咳嗽峰流速值

图3 气管插管患者监测咳嗽峰流速值

（三）RSBI

1. 测定方法

SBT期间，测定受试者的呼吸频率（RR，bpm）以及Vt（L），通过计算（RR/Vt）比值获得RSBI。

2. 预测脱机的价值

RSBI＜105作为撤机拔管的阈值，预测价值高于MIP^[26]。一篇关于术后脱机的研究显示，43例气管插管全麻手术患者，术后成功脱机28例，失败15例，成功组的RSBI为93.9±45.5，显著低于失败组（142.4±60.3）（P<0.005)^[18]。

（四）中枢通气偶联

1. 测定方法

在自主呼吸试验时，同时测定中枢驱动水平和呼吸肌力或Vt，通过EMGdi/Vt或EMGdi/食道压来计算。

2. 预测价值

文献报道^[5]：57例机械通气患者脱机成功的35例，失败的22例，脱机前进行SBT，于第3分钟测定EMGdi和Vt，成功组的EAdi_max/Vt为22 μV/L，显著低于失败组的50 μV/L（P<0.01），预测脱机成功率高达0.84。另一文献报道，SBT第15分钟时，P_0.1/MIP比<0.14，预测成功脱机的敏感度和特异度分别为82%和83%^[27]。

上肢肌力与撤机关系

上肢肌肉具有辅助呼吸功能，MIP和上肢握力有很强的相关性^[28]；上肢握力较小的患者脱机失败和再次插管的概率明显升高^[29-31]，上肢握力20 kg者比12 kg者更容易脱机成功^[32]。

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