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RT笔记|机械通气模式:PRVC

侯伟彩1,陶程2 1. 临沂市中医医院;2. 中日友好医院 发布于2022-12-01 浏览 9317 收藏

作者:侯伟彩1,陶程2

单位:1. 临沂市中医医院;2. 中日友好医院


Maquet、GE Healthcare、Carefusion和迈瑞等厂商生产的呼吸机中所称的压力调节容量控制(pressure regulated volume control,PRVC)模式,在Medtronic PB呼吸机中称AC-VC+模式,在Hamilton G5呼吸机中称APVcmv(pressure controlled mandatory ventilation with adaptive pressure ventilation)模式,在Dräger呼吸机中称AC-CMV-AutoFlow模式,是一种呼吸机通过自动调节逐次呼吸的吸气压力,使监测潮气量和目标潮气量差距最小化的适应性辅助/控制(A/C)通气模式。
01
什么是适应性通气模式

适应性通气模式是至少一个主要控制参数会根据监测输入和特殊算法自动调节的高级通气模式。所有适应性通气模式均衍生自压力控制型模式。
狭义上讲,适应性通气模式是一种基于监测输入自动调节吸气压力以确保目标潮气量的模式,包括适应性A/C(如PRVC-A/C)、适应性SIMV(如PRVC-SIMV)和适应性支持(如SPONT-VS)模式等。广义上讲,适应性通气模式包括根据监测输入自动调节一个或多个主要控制参数的所有模式。
传统上讲,呼吸机是一种“一成不变”的机械通气工具,其严格按照操作人员的设置行事,而不论这种设置是否合适。即使操作人员进行了最佳设置,但随着患者通气需求、呼吸力学和自主呼吸强度等的动态变化,这种设置会变得不合适从而必须频繁调整。智能呼吸机是否可能在没有操作人员干预的情况下自动调整参数设置?这正是适应性或智能通气模式的初心和使命。
02
适应性通气模式的工作基础

闭环控制理论是所有适应性通气模式的共同基础,这也是工业自动化的基础。图1阐释了闭环控制的基本原理,它由下列6个部分组成:


(1)操作人员命令:定义目标(如目标潮气量);

(2)控制器:一种软件算法,接收监测输入并将其与设定的目标进行比较,决定如何响应,并向执行器发送指令;

(3)执行器:呼吸机根据操作人员的设置和自动调节进行机械通气;

(4)对象:患者的呼吸系统;

(5)输出:执行器与对象相互作用的结果,随一方或双方的变化而变化;


(6)监测:输出可以据此在没有操作人员参与的情况下直接影响或改变呼吸机的行为。


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图1  闭环通气控制示意图


闭环调节有两种基本形式:负反馈环和正反馈环。
采用负反馈环调节时,如果输出小于目标,执行器会增强其性能。如果输出大于目标,执行器会减弱其性能。因此,监测到的输出和调节的效果是相反的,系统在目标附近趋于稳定(图2)。人体通过负反馈环广泛进行血压、血糖、PaCO2和体温等的生理性调节。狭义上的适应性通气模式通过负反馈环调节。


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图2  以稳定为目的的负反馈调节
采用正反馈环调节时,执行器的性能与监测到的信号强度成正比,增益系数由操作者设置。信号越强,调节的效果就越大,两者的方向相同(图3)。人体也通过正反馈环进行生理性调节,不过这种情况并不多见。凝血和分娩是其中之二。成比例辅助通气(proportional assist ventilation, PAV)和导管阻力补偿(tube resistance compensation, TRC)正是基于正反馈环。
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图3  以放大为目的的正反馈调节


03
PRVC模式的工作方式

PRVC模式衍生自压力A/C模式,基于负反馈闭环控制。PRVC模式允许两种呼吸类型:适应性控制呼吸和适应性辅助呼吸,它们的特点如表1所示。
表1  PRVC模式的呼吸类型
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PRVC模式中,需要设置的参数有(图4)①FiO2②PEEP;③患者触发类型和灵敏度;④呼吸频率;⑤目标潮气量;⑥Ti(或I:E);⑦压力上升时间。
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4  PRVC模式的参数
实际工作时,以Maquet呼吸机为例,PRVC模式的第一次呼吸是吸气流量恒定的容量控制呼吸,吸气容量逐渐增加直到达到预设的目标潮气量。之后自动给予10%的吸气屏气时间,以便呼吸机确定平台压并自动计算顺应性(图5)
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5  Maquet呼吸机PRVC模式的启动过程


从第二次呼吸开始,每一次呼吸都是压力控制型呼吸。吸气压力在每个吸气时间内是恒定的,但在呼吸与呼吸之间(breath-to-breath)是可变的,每次呼吸的吸气压是基于前一次呼吸的潮气量计算得到的。第一次呼吸的平台压作为第二次呼吸的吸气压,同时对此次呼吸的潮气量进行监测。如果测得的潮气量在目标潮气量之上或之下,那么在逐次呼吸之间压力水平以最大3 cmH2O幅度低或增加,直至实现目标潮气量(图6)
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6  Maquet呼吸机PRVC模式在使用中的调节
PRVC模式的压力调节上限为气道高压报警限之下5 cmH2O(图7)。如果达到压力调节上限时依然没有实现目标潮气量,呼吸机将发出“压力调节受限”的警报。
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7  PRVC模式的压力调节上限
04
PRVC模式的陷阱

PRVC结合了容量控制型和压力控制型通气的优点,既可以像VC一样保证一定的潮气量和分钟通气量,又可以像PC一样提供可变的吸气流量,从而改善人机同步。理论上,呼吸机能够根据气道、肺和胸壁的力学特性,将吸气压力调整到尽可能低的水平,同时保证目标潮气量。然而,这对于无自主呼吸患者来说是可行的,但对于自主呼吸患者,还要考虑另一个影响潮气量的重要因素——自主呼吸强度。
我们可以通过运动方程进一步理解:
施加的总压力=Pvent+Pmusc=E×V×R×V
施加到呼吸系统的总压力等于克服弹性(E)和阻力(R)分量所需的压力之和。弹性压力和阻力压力分别与容量(V)和流量(V’)成正比。总压力可分为呼吸机施加的压力(Pvent)和患者施加的压力(Pmusc)。图8、图9、图10分别展示了PC、VC和PRVC时的总压力分配。患者初始无自主呼吸,Pvent即施加的总压力,但随着患者自主呼吸的出现,Pmusc开始在其中发挥作用。


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8  无和有自主呼吸患者的压力控制
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9  无和有自主呼吸患者的容量控制
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10  无和有自主呼吸患者的PRVC
在图10中,设定的目标潮气量不能满足患者的通气需求,患者必须更加努力地呼吸才能获得足够的潮气量,Pmusc增加。然而,根据闭环控制原理,由于实际潮气量大于目标潮气量,Pvent会降低。患者越努力,从呼吸机获得的机械支持就越少。最终患者做了大部分功,而呼吸机做功很少。
图11为一临床实例。可以看到患者的吸入潮气量高于目标潮气量(400 ml),吸气初期压力-时间曲线呈现明显的负向偏转,提示患者的呼气驱动高,吸气努力强,然而呼吸机仅提供了很小的吸气压力。
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11  强自主呼吸患者使用PRVC模式的呼吸机曲线
因此,使用PRVC模式时,要求设定的目标潮气量与患者的通气需求必须匹配。PRVC模式可能更适合临床状况改善并逐步走向撤机的患者。对于自主呼吸驱动强的患者,由于其不能实现肺保护性通气,且可能增加呼吸功,因此可能不是最佳选择。
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参考文献


[1] Lei, Yuan. Medical Ventilator System Basics: a Clinical Guide[M]. United Kingdom, Oxford University Press, 2017.

[2] Singh G, Chien C, Patel S. Pressure Regulated Volume Control (PRVC): Set it and forget it?[J]. Respir Med Case Rep, 2019, 29:100822.

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作者介绍

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 侯伟彩 

中日友好医院第21届呼吸治疗单修班学员

山东省临沂市中医医院重症医学二病区主管护师


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陶程
中日友好医院呼吸与危重症医学科呼吸治疗师
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