机械通气波形分析：AECOPD特征波形及通气策略

韩一骄，何国军浙江大学医学院附属第一医院发布于2022-07-20 浏览 5518 收藏

作者：韩一骄，何国军

单位：浙江大学医学院附属第一医院

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一种慢性进展性炎症性肺病，其特点是长期呼吸道症状和气流受限，肺气肿和慢性支气管炎是COPD的主要表型，它们之间经常存在重叠。COPD急性加重（AECOPD）被定义为体征和症状的突然恶化，主要是呼吸困难症状，其他明显症状包括痰液增多、咳嗽和喘息。AECOPD患者的呼吸力学特点为高气道阻力（气道炎症、重塑、黏液相关）和高静态顺应性（肺弹性纤维遭到破坏）、动态顺应性显著下降。以上通气力学的改变使得AECOPD患者呼气受限，导致动态肺过度充气、肺内气体陷闭，而且这种气流受限即使在使用支气管扩张剂后仍然不能完全消失。本篇主要讲解AECOPD患者机械通气过程中的特征性波形、常见问题和对策。

典型通气波形

AECOPD患者定压型通气模式和定容型通气模式见图1和图2。

图1 AECOPD患者定压型通气模式

图2 AECOPD患者定容型通气模式

波形特点

（1）呼气（吸气）峰流量降低或不变（压力型通气）

与气道阻力增高、呼气相气道陷闭和肺静态顺应性增加有关。呼气峰流量的高低取决于肺泡内外压力差值和气道阻力的高低。AECOPD静态肺顺应性增加，导致呼气早期肺弹性回缩力降低，相同吸入气量情况下肺内压降低（吸气末呼气初的肺泡内压）使得呼气初期的内外压力差值下降，而AECOPD患者气道在呼气相的动态塌陷和气道痉挛则同时增加了呼气阻力，两者均导致有效呼气峰流量下降。

（2）高切换流量

与上述机制相似，肺弹性回缩力的下降降低了肺泡内压，当采用定压型通气模式吸气时，肺外和肺内压力差值的下降幅度降低（下降速度降低），相同吸气时间下切换流量与峰流量的比值（绝对值同样）明显增加。切换流量也是常用的快速判断呼吸系统顺应性的指标之一。

（3）呼气早期流量拐点

呼气相初期流量来源于呼吸管路和大气道（压缩气量）。若气道处于通畅状态，则肺泡内气体随即呼出，呼气流量波形表现光滑流畅。COPD患者呼气早期即出现动态气道塌陷等原因使得压缩气量呼出后肺泡内气体难以呼出，表现为流量突然降低（拐点）。

（4）呼气中后期无效触发

因呼气相肺内气体的陷闭（内源性PEEP），在整个呼气相都处于肺内高压肺外低压的状态，存在可以抵抗吸入气流的逆向压力；当自主吸气努力不足以克服这种逆向压力（内高外低）时将无法产生预设水平的触发流量，产生无效触发。

（5）呼气末流量不归零

气道阻力增高引起的动态肺过度充气导致的内源性PEEP形成，呼气末期肺内外压力差仍然存在，呼气流量不归零。

（6）容量型通气下峰压和平台压差值增加

峰压和平台压差值主要用于克服气道阻力。AECOPD患者的力学特点是气流受限。呼气阻力主要来源于小气道，从其病理生理特点可知小气道气流受限程度会高于大气道。此外，我们还可以发现呼气末流量未归零即开始了下一次吸气，这就是我们识别存在内源性PEEP的重要提示，但从压力波形上看不到呼气末压力增高，因其具有隐匿性，因此内源性PEEP也称为intrinsic PEEP。

峰值流量、切换流量和呼末流量

流量的大小取决于肺内外压力差值和气道阻力的高低；压差越大，流量越高；阻力越高，流量越低。当预设参数和气道阻力固定时，峰值流量反映触发后肺内压有多低（自主呼吸的强弱），切换流量反映吸气结束时肺内压有多高，呼末流量反映呼气结束时肺内压有多高。而肺内压的高低则与潮气量的大小、呼吸系统顺应性和自主呼吸有关。所以，任何时间点的流量都受肺容积、顺应性、气道阻力和自主呼吸的共同影响。

除了特征性的呼气流量外，在定压型模式中，AECOPD患者的吸气流量也有其特色：吸气结束时的吸气流量值（与峰值流量的比值）较高，同时大多数患者的吸气峰流量普遍偏低（与吸气阻力增加有关）。如图示吸气峰值流量约40 L/min，但切换流量高达26.5 L/min（图3）。切换流量增高主要是因为COPD患者肺部的弹性纤维遭到破坏、静态顺应性增加导致。峰流量的降低和切换流量的增高（顺应性增高、吸气时间延长）使得波形呈现“矮胖”特点，是AECOPD患者的特色波形。

图3 切换流量

与此有关的需要关注的参数主要是吸气时间和呼气触发灵敏度（自主呼吸模式）。图3所示吸气时间设置为0.9 s（常设值0.8～1.2 s的低线），临床普遍认可COPD患者要保证足够的呼气时间，而缩短吸气时间似乎也能在一定程度上延长呼气时间（呼吸周期不变的情况下）。然而该患者尽管预设较短的Ti，仍可见到呼气末流量不归零，说明呼气仍不完全，此时是否需要将吸气时间调得更短，取决于气体陷闭的量。

如果当前通气参数下仍存在不可接受的二氧化碳潴留，参数调整的目标还是增加肺泡通气量。一种方法是增加潮气量，驱动压从20 cmH₂O增加至24 cmH₂O，潮气量增加了70 ml（图4）。另一种方法是增加呼吸频率，但呼吸频率的增加会显著缩短呼气时间（与增加潮气量相比），进一步加重肺内气体潴留。从增加肺泡通气量的角度来说，增加Vt比呼吸频率更有效。

图4 增加吸气压力

这时候，我们不妨换一个思路，流量波形的面积代表的是潮气量，既然吸呼气切换时的流量仍较高，是否可以适当延长一点吸气时间来增加潮气量？

如（图5）所示，吸气时间从0.9 s增加至1.2 s，延长了0.3 s，潮气量增加幅度并不比增加4cmH₂O的驱动压小。因为切换流量较高，延长吸气时间对潮气量的影响相对就大，且不需要使用更高的气道压来实现。当然，更高的潮气量需要更长时间呼出。那这个时候怎么来处理呼气不完全呢？

图5 延长吸气时间

（图6和图7）所示，当呼吸频率为12次/min时，呼气末流量仍有3.8 L/min，呼吸频率降至10次/min时，呼气末流量降至2 L/min，意味着内源性PEEP的降低。

图6 呼末流量

图7 降低呼吸频率，呼末流量降低

我们再来对比一下调整前后的参数和波形（图8）。

图8 参数调整前后的波形比较

吸气时间增加0.3 s，预设驱动压降低2 cmH₂O，潮气量仍然从361 ml增加至424 ml，所以大家一定不要忽视这一点点的吸气时间。为什么可以用“长”吸气时间？这是因为我们还做了“慢”频率的处理。从通气效率来讲，更高的Vt可以有效降低死腔分数，提高通气效率，尽管分钟通气量有降低，PaCO₂水平不一定会增高。内源性PEEP的下降对呼吸循环均有益处，尤其是在气体陷闭比较严重的情况下。

从这个病例而言（图8），初始参数设置：呼吸频率12次/min、呼吸周期为5 s、吸气时间0.9 s，则呼气时间为4.1 s。增加频率来实现提高分钟通气量，当呼吸频率为15次/min时，呼吸周期缩短为4 s，吸气时间0.9 s，则呼气时间为3.1 s，比之前的呼气时间短，气体呼出受限会加重（当然还要看潮气量是否有改变）。而我们调整之后，呼吸频率10次/min、呼吸周期为6 s、吸气时间1.2 s、呼气时间为4.8 s，不仅增加了潮气量，还使得呼气时间延长了0.7 s，呼气末流量也有明显降低（意味着内源性PEEP降低），看上去似乎更符合通气目标。所以对AECOPD患者来说，要延长呼气时间，更重要的是放慢呼吸频率。这个病例无自主呼吸，调整比较简单；但当患者存在自主呼吸时，可能不仅仅是参数的调整，还需要依赖其他措施。

患者躁动之后吸呼气流量受限均明显加重，通气量显著降低甚至可以引起较大幅度的氧合下降（图9）。此时我们可能需要考虑增加镇静镇痛程度，并积极行支气管扩张剂雾化吸入。

图9 躁动后呼气受限加重

內源性PEEP和无效触发问题

对于AECOPD患者而言，无效触发主要由呼气不完全产生的内源性PEEP（呼气末肺容积EELV增加）和呼吸肌力量的降低引起。当存在内源性PEEP时，患者的吸气努力只有先克服内源性PEEP水平的肺内压力的降低才能建立肺内外压力差值产生吸入流量。无效触发产生的基本原理是自主吸气驱动不足以产生预设水平的触发灵敏度，虽然有自主驱动但并未产生有效触发流量或压力。

图10是另一COPD患者的流量波形，我们可以看到除了吸呼气流量受限外，在呼气流量支中间部分有一明显趋势向上的拐点、切迹（自主吸气动作），此为无效触发的典型表现。无效触发的存在会增加患者的呼吸做功，降低人机同步性。降低触发灵敏度设置值是可选方法之一。但由于内源性PEEP相对触发灵敏度对触发同步影响更大，临床上更应重视内源性PEEP的处理。

图10 AECOPD患者压力型通气模式下的流量时间波形

内源性PEEP测定（图11）：PEEP设置为0，呼气保持（建议持续按压3 s以上或压力平台出现，需要关注自主呼吸对测定的影响）或使用内源性PEEP功能键，呼气末压力上升值即为内源性PEEP，Vtrap为气体陷闭容积。在AECOPD患者一般建议初始外源性PEEP的设置不超过内源性PEEP的80%，后续根据峰压、平台压再进行精细调整（顺应性为目标）。

图11 内源性PEEP测定

图12为该患者镇静、根据内源性PEEP选择PEEP（5 cmH₂O）后的流量波形：Vt明显增加而峰压则增加不明显。

图12 加强镇静后的通气波形

后经支气管扩张剂雾化吸入后（图13）吸气峰值流量增加、呼气早期切迹基本消失、呼气有效峰流量明显增加、呼气末流量更接近0，呼气受限明显减轻（当然也可以采用容量型通气测定气道阻力来判断）。因此对于存在明显气流受限的AECOPD患者，有效的雾化吸入显然更重要！

图13 支气管扩张剂雾化吸入后

自主呼吸模式

当通气模式从辅助更改为自主后，我们很可能看到这样的波形特点（图14）：吸气时间较长（甚至出现流量、容量平台）、呼气相出现无效触发、存在内源性PEEP。控制模式的吸呼气切换是由预设吸气时间决定的，自主呼吸模式则由呼气触发灵敏度决定。大部分呼吸机的呼气触发灵敏度是可调的。如上图的呼气触发灵敏度（吸气终止）设置值为5%，即意味着当吸气流量下降至吸气峰值流量的5%时呼吸机才会从吸气切换至呼气。对COPD患者来说，切换太晚会导致吸气时间明显延长，除了会增加一部分潮气量，更可能因为呼气时间不足使内源性PEEP增高，引起无效触发。

图14 吸气时间延长

此时我们将呼气触发灵敏度调至20%时，无效触发消失；若为进一步延长呼气时间可能需要继续调高百分比来实现早期的吸呼气切换。通过提高呼气触发水平，虽然该患者显示的呼吸频率从12次/min增快至16次/min，实际上如上图所示波形，调整前患者的实际呼吸频率很可能接近24次/min而非显示的12次/min（无效触发的存在，可通过监护仪的呼吸波形判断实际频率）。这种参数调整是否合理，建议通过内源性PEEP是否降低（对气体陷闭的影响）来判断；从图示病例来看，Esens的调整是符合预期的（图15）。

图15 提高呼气灵敏度，吸气时间明显缩短

总结

COPD患者最重要的通气特点是呼气受限，原因包括静态顺应性增高（肺弹性回缩力降低）、气道阻力增高、膈肌收缩效率降低等，且不完全可逆；COPD患者急性发作期的治疗也通常围绕上述病理生理改变展开；毫无疑问，处理可能诱发或加重呼气受限的病因是最重要的（比如抗炎、痰液引流、应用支气管扩张剂、容量管理等治疗手段）。对于需要机械通气的患者，不合理的参数设置（包括但不限于PEEP、Vt、Ti等）会加重患者的呼气受限造成呼吸、循环相关并发症，有时甚至可能是致命的。因此，通过波形识别（有效呼气峰流量、呼气末流量、无效触发的识别）和力学测量（气道阻力、内源性PEEP的测量）来判断患者的呼气受限程度非常重要，最低要求是不因为机械通气加重气体陷闭。显然，过快的呼吸频率会加重这种问题，对AECOPD患者实施“慢”频率和合理水平PEEP的通气策略是可取的方法。

需要强调的是，对于某些现象，比如"慢"频率时的无效触发对改善气体陷闭有一定好处，大多数时候可能并不需要太积极的处理，只有当频率过快同时伴随无效触发时，我们才需要主动去降低患者的呼吸驱动。异常的波形要尽早识别并处理，但过于“完美”的波形目标也会导致过度的参数设置（PEEP）、不合理的药物应用（镇静、镇痛、血管活性药）等，对患者产生额外的伤害，应该有所取舍。

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