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无创通气模式与参数设置

陶程 中日医院呼吸与危重症医学科 发布于2023-09-13 浏览 10187 收藏

作者:陶程

单位:中日医院呼吸与危重症医学科

无创通气基础

1. 机械通气类型
(1)根据气动原理分类:根据机械通气的原理可分为间歇正压通气(IPPV)、间歇负压通气(INPV)和高频通气(HFV)。目前来讲,IPPV是绝对的主流。IPPV中决定肺充气和放气的两个因素分别是气道开放压(Pao)波动和肺泡压(Palv)波动。当Pao增加和Palv降低时,气体就能进到肺泡内,肺就会充气;当Pao降低和Palv增加时,肺就会放气。而Palv主要是依靠患者的自主呼吸来决定的。因此,我们使用呼吸机,主要是通过改变Pao来决定肺的充气和放气状态。
(2)根据人机接口分类:根据是否需要建立人工气道又可以将机械通气分为有创机械通气(IMV)和无创机械通气(NIV)。广义的NIV包括无创正压通气(NPPV或NIPPV)和无创负压通气(如“铁肺”)。而如今,NIV一般是指通过鼻罩、口鼻罩、全面罩或头罩等进行的正压通气。
2. 无创通气的特点
无创通气是“漏气通气”,这是其区别于有创通气的重要特点,无创通气的漏气不可避免,而且也不应去避免。漏气对于无创通气的成功实施至关重要,主要包括非故意漏气和故意漏气。非故意漏气主要是通过人机界面的漏气,例如面罩四周的漏气,太多或太少都不可,漏气太多影响人机同步性,漏气太少可能意味着面罩戴得太紧,容易造成面部压伤/压疮等。非故意漏气不可预知,而且多变。故意漏气指的是通过呼气阀的漏气,这种漏气主要起到冲刷无效腔和呼气通道的作用。因此,故意漏气可预知,且相对稳定。
无创通气漏气也是导致无创正压通气与有创正压通气技术实现方案不同的重要原因。这种不同体现在很多方面,例如设备(呼吸机、呼吸回路、呼气阀)不同、呼吸机模式不同、呼吸机参数不同等。
3. 无创通气设备
(1)无创通气有专门设备,其与有创呼吸机存在下列区别:①空气源:无创呼吸机一般使用涡轮驱动,而ICU的有创呼吸机一般使用高压空气或空气压缩机,涡轮驱动能够提供更大的漏气补偿的流量。②回路:无创呼吸机的回路一般是单肢回路+漏气阀,因而允许漏气;而有创呼吸机的回路一般是双肢回路,是一个完全密闭的回路,因此有创呼吸机不太允许漏气。③监测:无创呼吸机通过计算机算法估算容积,外置测压;有创呼吸机精确计算容积,内置测压。④漏气补偿:无创呼吸机有高性能漏气补偿。有创呼吸机没有或仅有低性能漏气补偿。⑤模式:无创呼吸机多为定压型模式,有创呼吸机定容型、定压型模式都有。⑥参数:无创呼吸机可能会有一些特殊的计算机算法来实现自动触发和切换,但有创呼吸机一般需要我们手动设置。另外,无创呼吸机常用的压力范围为4~30 cmH2O,有创呼吸机的压力范围为0~50 cmH2O。
(2)漏气补偿:无创呼吸机会有一些专门的算法帮助我们很好地进行漏气补偿。例如:无创呼吸机有呼气气流的调节。在呼气末,患者既没有吸气也没有呼气,此时存在的基础气流应该都是被“漏掉”的气。所以,无创呼吸机会进行基线的动态调节,将漏掉的这一部分气体排除在外,不会显示在监测波形中。此外,无创呼吸机还会有潮气量的调节,当其监测到患者呼出的潮气量并没有完全回到基线,会认为这部分潮气量是被漏掉了。所以,它会根据潮气量进行基线的动态调节。目前,有创呼吸与无创呼吸的界限变得不再那么分明,一些有创呼吸机也会使用涡轮驱动,能够提供无创模式,有良好的漏气补偿。而有些无创呼吸机也能被当作有创呼吸机使用。随着未来技术的发展,无创和有创设备之间的性能可能会趋于同化。
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无创通气模式

无创通气有专门模式。无创通气与有创通气模式的对应关系如下表所示

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无创通气有如此多的模式,应该如何理清它们之间的关系及差异呢?如果从基本的变量和呼吸类型入手,这个问题会变得更容易理解。如果将呼吸机的基本变量、呼吸类型和通气模式之间的关系比作一栋二层楼,基本变量是地下室,呼吸类型是一层,通气模式是顶层。基本变量是呼吸类型的基础,呼吸类型是通气模式的基础。
1. 基本变量
基本变量有5个,即:触发(Triggering,定义吸气何时开始),控制(Controlling,定义如何控制吸入气体的输送),目标(Targeting)/限制(Limiting)【定义机械呼吸的大小】,切换(Cycling,定义吸气何时结束),基线(Baseline,定义发生机械呼吸时的基线压力,一般为呼气末正压),它们共同定义了机械呼吸的不同的阶段。

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当我们掌握了不同的变量,再对变量进行不同的组合,就得到了不同的机械呼吸类型。例如触发变量,常见有时间触发和自主触发,自主触发又包括压力触发和流量触发;控制通常有容量控制、压力控制、适应性控制及混合控制;限制变量包括潮气量、吸气压力、目标潮气量;切换包括时间切换和流量切换。每种类型的机械呼吸都代表了这些变量的独特组合。在这5个变量中,呼气末正压(PEEP)在每个呼吸类型中都是固定的。另外,控制变量和限制变量之间是一一对应的,容量控制对应潮气量,压力控制对应吸气压力。所以,我们只需要考虑3个变量即可。

2. 呼吸类型
根据使用的触发和切换机制可以将呼吸类型分为三类:控制呼吸,辅助呼吸,支持呼吸。控制呼吸指的是触发和切换都是由机器决定的,患者不参与【时间触发、时间切换】。支持呼吸指的是触发和切换都是由患者决定的【患者(压力或流量)触发,流量切换】。辅助呼吸介于两者之间,患者(压力或流量)触发,时间切换。
根据使用的控制机制可以将机械呼吸类型分为定容型呼吸(容量控制)、定压型呼吸(压力控制)和适应性呼吸(适应性控制)。定容型呼吸以容量为目标,气流的大小是预设的、固定的;气流的形态可能是方波或减速波,也可能是正弦波等。定压型呼吸是以压力为目标,气流的大小不固定;气流的形态表现为减速波。适应性呼吸结合了容控和压控的优点,其本质上是压力控制的变体,我们设定一个目标容量,它以压力控制的方式送气,压力大小自动调节。
上述,我们分别从控制变量和触发/切换变量这两个层面对呼吸类型进行了分类,从这两个层面进一步进行组合,理论上能够得到9种基本的呼吸类型。但在下表中少了一种,即容量支持呼吸。因为定容型呼吸送气的流量是已知且固定的,因此不可能由患者进行流量切换,所以容量支持呼吸其实是不可能存在的。所有的机械通气模式基本上是对这8种呼吸类型的再组合。由于无创通气”漏气“的特点,很难控制输送的潮气量,因此无创呼吸机中定容型呼吸模式少见,本文不做进一步的讨论。本文涉及的呼吸类型主要有以下6种:压力控制呼吸、压力辅助呼吸、压力支持呼吸、适应性控制呼吸、适应性辅助呼吸、适应性支持呼吸。
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3. 通气模式
当面对未知的通气模式时,如果我们能正确识别它的基本变量和呼吸类型,我们就几乎知道它的作用机制和应用场景,而无论其称谓是什么。
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(1)T模式:T模式只有一种呼吸类型,即压力控制呼吸,它的触发和切换都由机器来决定。当我们设置好呼吸频率之后,送气的频率被固定;当我们设置好吸气时间之后,送气时间也是固定的。因此,EPAP和IPAP之间的相互切换完全按照预设的节点进行,这种压力的升高和降低,就会造成肺的充气和放气。在这种模式下,患者无法产生自主的触发和切换。而使用无创通气的患者,一般具有较好的自主呼吸能力,所以这种模式很少应用。T模式的设置参数主要包括氧浓度、吸气正压、呼吸频率、吸气时间、呼气压力和上升时间。
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(2)压力辅助控制模式(P-A/C模式):压力辅助控制模式,其包含的呼吸类型在压力控制呼吸的基础上增加了压力辅助呼吸,区别就是其可允许患者触发。因此在实际工作中,如果患者有自主呼吸,就由患者来触发呼吸机送气;如果患者在一段时间内没有自主呼吸,就由机器给患者进行一次强制通气。需要注意的是,无论一次呼吸是否由患者触发,它都是由时间切换的,这与有创呼吸机上的P-A/C模式类似,此时的IPAP相当于有创呼吸机上的PEEP+PC值。P-A/C模式的参数包括氧浓度、吸气正压、呼吸频率、吸气时间、呼气压力、上升时间、吸气触发(允许患者触发)。

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(3)S模式:S模式涉及的机械呼吸类型也只有一种,即压力支持呼吸,其触发和切换都是由患者自主决定,这与有创呼吸机上的PSV模式几乎一致,S模式中的IPAP相当于有创呼吸机上的PEEP+PS值。为了保证安全,S模式设置的参数较多,包括氧浓度、支持压力、呼气压力、上升时间、压力释放、备用通气压力、备用呼吸频率、吸气时间、吸气触发、呼气触发。

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(4)CPAP模式:我们可以将CPAP模式理解为支持压力为零的S模式,或者是IPAP与EPAP相等的S模式。因此,CPAP模式的呼吸类型也可以认为是压力支持呼吸,但设置参数要去掉吸气触发相关参数、呼气触发相关参数及控制相关参数,故CPAP模式的设置参数包括氧浓度、持续气道正压、压力释放、备用通气压力、备用呼吸频率、吸气时间。

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(5)S/T模式:当我们将S模式与T模式组合后就可以得到S/T模式,其包括了压力支持呼吸和压力控制呼吸两种呼吸类型,在这种模式下,既允许患者触发和切换,也允许机器触发和切换。但需要注意的是,触发和切换方式是相互关联的,这与P-A/C模式有所不同。如果一次呼吸是患者触发,那么必然是流量切换;如果是时间触发,则必然是时间切换。因此,当患者的呼吸频率大于设置的呼吸频率时,设置的呼吸频率和吸气时间没有任何作用。只有当患者的呼吸频率小于设置的呼吸频率,才会出现机控通气,设置的吸气时间才会发挥作用。S/T模式是在T模式参数基础上加上自主触发和流量切换,其设置参数包括氧浓度、吸气正压、呼吸频率、吸气时间、呼气压力、上升时间、吸气触发、呼气触发。

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(6)VAPS模式:即容量保证压力支持通气模式,其呼吸类型包括适应性支持呼吸和适应性控制呼吸。其与S/T模式的工作原理一致,只不过是在S/T模式参数基础上将吸气压力变为潮气量,增加最大和最小压力限制。相当于设定了一个目标潮气量,但仍以定压的方式送气,呼吸机根据监测到的前次呼吸的潮气量调节下次呼吸的送气压力,最终使监测潮气量尽可能接近目标潮气量。本质上来讲,VAPS模式还是一种压力型通气方式,只不过其压力值是由呼吸机自动调节的。VAPS模式的设置参数包括:氧浓度、潮气量、呼吸频率、吸气时间、呼气压力、上升时间、最小压力、最大压力、吸气触发、呼气触发。其中,最小压力和最大压力能够防止压力过高或过低对患者造成的不良后果。

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4模式选择
CPAP模式是单水平模式,通常用于肺通气功能良好的患者,例如单纯因心衰、心源性肺水肿使用无创通气患者或有阻塞性睡眠呼吸暂停患者,此类患者可能仅需要基础的EPAP/PEEP支持即可。对于通气需求高(如发热、无效腔增加)或通气能力差(如呼吸肌疲劳)的患者,需要双水平模式,最常用的是S/T模式。临床中使用的一些进阶的呼吸模式都是基于双水平呼吸模式改进而来,在特定情况下使用可能会取得更好的临床效果,需要根据患者的具体情况进行选择。

无创通气参数

按照基本的变量,我们可以将无创通气参数分为触发参数、限制/控制参数、切换参数、基线参数、氧合参数和次要参数。

1. 触发参数

(1)呼吸频率触发可以是患者触发,也可以是时间触发,而时间触发的频率由设置的呼吸频率来决定。呼吸频率一般设置为12~20次/分,根据患者情况调节,与潮气量配合,保证一定的分钟通气量。对于自主呼吸较好的无创通气患者,设置的后备呼吸频率可低于患者的呼吸频率,保证基本的通气安全即可。对于一些特殊人群,例如慢阻肺患者,其一般是深慢呼吸,我们可以将呼吸频率设置得慢一些;对通气需求较高的患者,可以将呼吸频率设置得快一些。呼吸循环时间(breath cycle time,BCT)是机械呼吸的持续时间,是用60除以设置的呼吸频率。例如,设置呼吸频率为12次/分,呼吸循环时间为5秒,即5秒后如果患者没有出现自主呼吸,机器会为患者进行一次强制送气。

(2)吸气触发:由于无创呼吸机并不是一个密闭的回路,压力触发无法精确监测,因此通常采用流量触发,并使用计算机辅助技术。一呼吸机中有EasySync同步增强技术或者自动跟踪(Auto-Trak)灵敏度技术,这些技术可以根据波形特征实时监测患者吸气努力特征并触发吸气,降低触发延迟和触发做功,减少无效触发和误触发。

2. 限制/控制参数

在限制/控制参数中最重要的是IPAP或PS,其作用是形成肺泡内外的压力差,从而使肺充气,其值的大小直接决定潮气量的大小。为了患者更好地适应,一般会从较低值开始,如6~8 cmH2O,保证ΔP在2~4 cmH2O,患者适应后再逐渐上调,直至潮气量为4~6 ml/kg PBW或呼吸窘迫、血气结果等改善。正常人食道开放压约为25 cmH2O,因此我们能够使用的IPAP最高为20~30 cmH2O,如果仍然无法获得良好的通气效果,需要考虑进一步的呼吸支持手段。压力过高,可能会导致很多问题,如大量漏气、压疮、湿化困难、眼部刺激、呼气受限、不舒适、食道开放等。

3. 切换参数

切换包括时间切换和流量切换。

(1)吸气时间:用于实现时间切换,一般设置为0.8~1.4秒,实际操作应根据患者情况决定。一般需要使流量-时间曲线上吸气相流量恰好归零,切换过早或过晚均会产生不良影响。

(2)呼气触发:与吸气触发类似,其实质是流量切换,同时结合EasySync同步增强技术或者自动跟踪(Auto-Trak)灵敏度技术等,根据波形特征实时监测患者呼气努力特征并触发呼气,提高吸呼切换的同步性,降低切换提前或延迟时间。

4. 基线参数

在有创呼吸机上,基线参数是PEEP,而在无创呼机上,通常为EPAP或CPAP,二者机制类似。在无创通气中,EPAP通常不低于4 cmH2O,因为无创呼吸机存在无效腔,因此需要一定的基础流量去冲刷无效腔,所以会在管路内产生一个基础压力。EPAP/CPAP的作用与有创呼吸机的PEEP类似,例如:维持上气道开放状态;增加功能残气量,改善氧合;抵消内源性PEEP,降低呼吸功耗;降低左心室后负荷,改善心功能。

EPAP/CPAP的设置遵循由低到高的原则逐渐调整,初始设置4~5 cmH2O,根据患者耐受情况以及预期达到的临床效果来滴定,当CPAP达到10~15 cmH2O仍然无法缓解患者状态时,建议更换为其他模式。如果采用的是CPAP模式,可以改用S/T模式,如果S/T模式依然无效,需要改用进阶的呼吸支持手段。

5. 次要参数

(1)压力上升时间(rise time):是指吸气压力上升至目标压力的时间,也称为增压斜率。压力上升时间过慢,会导致患者呼吸做功增加,潮气量降低;压力上升时间过快,患者主观感受差,可能诱发双触发。一般来说,我们需要根据波形以及患者的主观感受来选择合适的上升时间。慢阻肺患者倾向于选择相对较快的上升时间(0.05~0.1秒),而神经肌肉疾病患者更适合较慢的上升时间(0.3~0.4秒)。如果患者有较高的通气需求,应设置较短的上升时间。

(2)压力释放:压力释放一般出现在CPAP模式中,持续的气道正压,并且没有高压与低压之间的交替,可能会使患者感到呼气困难。因此,在呼气开始阶段,呼吸机会降低呼气压力目标值一段时间,并在吸气开始之前恢复到呼气压力设定值,就可以改善患者的舒适度。一般来说,它是以档位的方式出现,档位越高,压力下降的值就越大。根据患者的耐受度和舒适度进行调节。

6. 无创通气参数的调节

总体而言,在无创通气模式中,比较重要的参数包括IPAP、EPAP、氧浓度、呼吸频率。IPAP和EPAP的差值决定了患者的潮气量,潮气量和呼吸频率共同决定了患者的分钟通气量。分钟通气量增加,PaCO2则降低。可以通过增加IPAP或降低EPAP来增加差值,但降低EPAP可能会对患者的氧合、内源性PEEP及人机同步性造成一定的影响。因此,在设定好EPAP的基础上再去设定IPAP是比较可取的方法。另外,氧浓度的设置原则是维持基本的氧合,对于Ⅰ型呼吸衰竭患者,氧饱和度在94%~96%之间;对于Ⅱ型呼吸衰竭患者,氧饱和度在88%~92%之间。

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总结

无创通气模式多种多样,我们只要知道了每种模式包含的呼吸类型,就能比较清楚地看清它们的本质。本文内容是在通气模式和通气参数之间引入呼吸类型和基本变量,有助于更好地理解无创通气的模式和参数,进而提高临床工作效率。
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 作者介绍


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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
  • 在危重症患者的机械通气、气道管理和呼吸康复等方面具有丰富的临床经验,具备良好的专业技能


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