机械通气的基本模式（译文）

机械通气的基本模式

介绍

急诊医学 (EM) 提供者负责照顾范围广泛的处于急性、不确定疾病状态的危重病人。其中许多患者需要有创机械通气来支持呼吸，并且可以在 EM 提供者的护理下花费很长时间。

担负这一责任，EM 提供者必须具备呼吸机管理方面的专业知识。然而，调查表明对呼吸机管理的教育和舒适度有限。当然，还有改进的机会。

本文旨在通过概述呼吸机管理，重点关注模式、患者-呼吸机交互和故障排除来弥合差距。

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机械通风的目标和一般原则

目标

机械通气的主要目标是提供生理支持，同时将伤害降至最低。为此，机械通气用于维持足够的气体交换，同时最大限度地减少由于肺压力、容量和循环变形造成的伤害。像许多关键干预一样，它是支持性的；它没有修复保证其使用的基础过程。

呼吸力学

机械通气通过在吸气时产生正压气流进入患者的肺部并允许被动呼气来提供呼吸支持。在被动或肌松的患者中，吸气将完全由呼吸机控制。在有呼吸动力的患者中，吸气气流将作为患者努力和呼吸机工作的结果发生。

为了提供呼吸，呼吸机对气体进行加压，以克服气体流动的阻力（来自呼吸机管道、气管插管和气道）以及肺和周围结构的弹性反冲力。更简单地说，肺部充气所需的压力由呼吸系统的阻力和顺应性决定。当阻力增加、顺应性恶化（呼吸系统变得僵硬，表现为每单位压力变化的体积变小）或两者同时发生时，就需要更高的压力。

了解问题出在哪里——高阻力或顺应性差——有助于确定呼吸衰竭或呼吸机突然失代偿的最初原因，并相应地指导管理。高阻力和顺应性差的常见原因如图1 所示。

图 1. 气道阻力高和顺应性差的常见原因。影响阻力的呼吸回路区域包括呼吸机导管、气管内导管和到达细支气管水平的气道。影响顺应性的呼吸回路区域包括肺实质（肺泡）、胸膜腔、胸壁、腹部以及胸壁外部对肺泡施加塌陷力的任何部位。

呼气是一种被动过程，由肺泡中较高压力和呼吸机较低压力之间的压力梯度引起。重要的是，呼吸机可以施加呼气末正压 (PEEP) 以减少这种压力梯度并防止肺过度塌陷。

定义呼吸

气流的量和时间由呼吸机的输入决定。供应商指定呼吸机呼吸何时发生、如何传送（例如，施加的压力或流速）以及何时通过触发器、控制和循环变量结束。

• 触发：触发变量决定什么时候发生吸气。它被指定为时间（从最后一次呼吸开始）或压力或流量，以检测病人何时进行吸气。压力或流量作为病人主动呼吸的触发因素，在临床上很少有意义。

• 控制（或限制）：控制变量决定了呼吸机如何进行呼吸。它可以是流量或压力。在流量方面，以特定的流速（例如，60升/分钟）输送呼吸。在压力下，呼吸机在吸气时保持一个特定的压力，呼吸机和病人的肺部之间的压力差导致流量的发生。

  控制变量必须是流量或压力。不可能同时指定两者。

• 循环：循环变量决定了吸气何时结束，呼气何时开始。它可以是时间、容量或流量，其中流量指定了吸气结束时吸气峰值流量的百分比。

    触发、控制和循环变量等的组合有助于定义特定的呼吸机模式。

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机械通气的常见方式

呼吸机模式是一组规则或算法，用于在整个呼吸周期中进行呼吸，并且是启动机械通气时的第一个选择。

不同的呼吸机制造商对呼吸机模式的名称和用来定义它们的具体算法可能有所不同，但一般来说工作方式是相同的。最常见的呼吸机模式是容量控制（VC）-也称为容量辅助控制，压力控制（PC）-也称为压力辅助控制，以及压力支持（PS）的形式。这些模式足以满足大多数（如果不是全部）临床情况的需要。其他模式依赖于更复杂的算法，包括压力控制的VC（PRVC）、同步间歇性强制通气（SIMV）和气道压力释放通气（APRV）。

        用于每种模式的触发、控制和循环变量如表1 所示。

容量控制

在 VC 通气中，每个吸气周期都会输送相同的预设潮气量，无论呼吸是时间触发的还是患者触发的（图2）。

图 2. 容量控制波形。

关键提供设置包括：

• 流速*

• 潮气量

• 呼吸频率

• 吸入氧分数 (FiO2)

* 根据呼吸机，用户将输入流速和潮气量或吸气时间和潮气量。

在 VC 通气中，压力不受控制。它是一个由气道阻力和肺顺应性决定的因变量。随着阻力增加或顺应性恶化，流量将保持恒定，压力将上升。

VC 通气的优点包括保证潮气量、稳定的分钟通气量以及指定流速的能力，这在气道阻力高的情况下可能是有利的。

缺点是在肺顺应性恶化或高阻力的情况下可能会产生有害的压力。

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压力控制

在 PC 通气中，无论是呼吸机还是患者开始呼吸，都会在整个吸气过程中施加恒定的吸气压力（图3）。

图 3. 压力控制波形。

关键提供设置包括：

• 吸气压*

• 吸气时间

• 呼吸频率

• PEEP

• FiO2

  *根据呼吸机，用户将输入所需的总吸气压力或在 PEEP 以上施加的吸气压力。

在这种模式下，流量和产生的潮气量是因变量，并随着气道阻力和肺顺应性的变化而变化。

PC的一个优点是气道和肺部的压力永远不会超过选定的吸气压力。因此，可以最大限度地减少气压创伤的风险。另一个优点是病人可以控制他们的吸气流速--空气流量将与他们的吸气努力成比例地增加，提高病人的舒适度，并最大限度地减少病人-呼吸机的不同步性。

一个缺点是输送的潮气量可以变化。随着阻力降低或顺应性提高，相同的压力可能会导致潮气量过多。或者，如果阻力增加或顺应性恶化，相同的压力会产生更小的容量并导致通气不良、二氧化碳潴留和通气失败。

压力调节容量控制

PRVC 是一种机械通气模式，它使用自适应靶向方案自动调整吸气压力以达到指定的潮气量（图4）。

图 4. 压力调节的容量控制波形。在此示例中，呼吸机自动增加吸气压力以达到所需的潮气量。

关键提供设置包括：

• 目标潮气量

• 吸气时间

• 呼吸频率

• PEEP

• FiO2

这种模式的常用名称 PRVC 具有误导性。流量和体积不受控制。压力是控制变量，流量随着气道阻力、肺顺应性和患者努力的变化而变化。

为了达到目标潮气量，PRVC 监测由施加的吸气压力产生的潮气量。如果潮气量高于目标，则为下一次呼吸施加的压力会降低。如果低于目标值，则为下一次呼吸增加施加的压力。通过这种方式，PRVC 允许在面对不断变化的阻力、顺应性和患者努力的情况下进行逐次呼吸压力调整以达到所需的容量。PRVC 理论上提供来自 PC 的可变流量的好处，并保证 VC 的每分钟通气量，而无需用户调整吸气压力。

PRVC 的一个缺点是高呼吸驱动患者可能出现人机不同步。如果患者的呼吸做功增加并且在给定的吸气压力下产生大量潮气量，则自适应目标方案将在随后的每次呼吸中继续降低吸气压力。这会导致呼吸机的支持减少并增加患者的呼吸功。因此，PRVC 应用于呼吸驱动稳定的患者。

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压力支持

PS 通气是一种控制吸气压力的机械通气模式，但所有呼吸、流量和吸气时间均由患者决定（图5）。

图 5. 压力支持波形，显示固定的吸气压力，但吸气时间、呼吸频率和潮气量会根据患者的努力而变化。

关键提供设置包括：

• 吸气压

• 终止吸气的吸气峰流速百分比

• PEEP

• FiO2

在 PS 中，没有设定呼吸频率或吸气时间。所有呼吸都由患者触发，并且吸气继续，直到吸气流量衰减到选定值以下（例如，峰值流量的 30%）。

由于患者控制吸气流速、吸气持续时间和呼吸频率，PS 通常用于使患者脱离机械通气。呼吸动力低下、耗氧量高或气道阻力升高的患者不适合使用 PS，通常不包括在急诊科使用。

评估呼吸力学

评估不同模式下的呼吸力学

不同机械通气模式下阻力和顺应性的变化表现不同。

容量控制

在 VC 通气中，阻力增加或顺应性恶化或两者都导致压力增加。这两种情况可以通过比较吸气期间的最大压力或峰值压力，以及吸气流量停止后保持肺部充气所需的压力或平台压力来区分。

峰值压力只是在呼吸机上显示的压力与时间的关系上观察到的最高压力。平台压是通过执行吸气保持操作来测量的，其中呼吸机在吸气结束时停止气流并测量呼吸回路中的压力。由于肺部已完全充气且尚未发生呼气，这表示指定容量下的肺部总压力，包括 PEEP。

当气体输送的限制因素是气流阻力（例如，气道阻塞和正常肺）时，将观察到峰值压和平台压之间的巨大差异。当限制因素是呼吸系统的顺应性（例如，广泛开放的气道、弥漫性肺泡疾病）时，会出现小的差异。这显示在图6 中的压力与时间曲线中。

图6. (A)容量控制通气中正常的压力与时间曲线。(B)由于阻力增加，气道峰值压力升高，但平台压没有升高。(C) 顺应性差导致的峰值和平台压升高。(D)由于空气滞留导致的内源性PEEP而使峰值和平台压升高。

压力控制或压力支持

在 PC 和 PS 通气中，吸气压力固定为操作者设定的值。因此，更高的阻力或顺应性的恶化都会导致观察到的潮气量减少，而无法可靠地区分这两种情况。

压力调节容量控制

作为一种自适应模式，PRVC 根据呼吸系统的机制改变吸气压。更高的阻力或顺应性恶化导致呼吸机增加吸气压以达到目标潮气量。峰值和平台压之间的差异可以通过吸气保持来测量，就像在 VC 中一样。

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内源性呼气末正压

当患者在下一次呼吸开始之前没有完全呼气时，会出现呼吸顺应性恶化的特殊原因。空气被困在肺中，因此保留的压力超过了应用的 PEEP 或内源性 PEEP。

随着内源性 PEEP 的发生，需要越来越高的吸气压力来提供所需的潮气量。如果不加以控制，这可能导致气胸或静脉回流受损和心血管衰竭。

使用呼气末屏气操作测量内源性 PEEP。呼气末屏气操作在呼气末停止气流并评估此时的压力。该压力代表保留压力（自动 PEEP）和施加压力（PEEP）的总和，称为总 PEEP。通常，总 PEEP 将等于应用的 PEEP。当空气滞留发生时，由于内源性 PEEP，总 PEEP 测量值将高于应用的 PEEP。

当在呼气末（代表不完全呼气）没有回到零基线时，流量与时间的显示通常可以提供空气滞留和内源性 PEEP 存在的线索。然而，依靠它可能会错过重要的内源性PEEP，因此应该执行呼气末屏气操作。

由于严重的支气管痉挛或呼吸机设置不当或两者兼而有之，可能会发生内源性 PEEP。降低内源性 PEEP 的策略包括降低呼吸频率和缩短吸气时间以延长呼气（图 7）。

图 7. 显示内源性PEEP 的流量时间图

驱动压

驱动压定义为平台压与总 PEEP 之间的差值。从概念上讲，它表示保持肺膨胀至选定潮气量所需的高于 PEEP 的压力。肺的静态顺应性等于潮气量除以驱动压。

因此，驱动压与肺顺应性成反比。不太顺应或“僵硬”的肺将需要更高的驱动压才能达到相同的潮气量。

驱动压与 ARDS 患者的死亡率密切相关，小于15cm H2O的值被认为具有保护作用。

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何时测量呼吸力学

吸气和呼气保持动作是了解患者呼吸力学的关键。但是，只有在患者被动且顺从呼吸机时才应测量它们。否则，患者的负吸气努力会导致低估平台压和高估肺顺应性。重要的是，不应仅出于获得准确测量的目的而给予肌松。

初始设置

潮气量

大多数患者的初始潮气量应为 6 至 8 cc/kg 预计体重，并根据需要进行调整以确保平台压为 ≤30 cm H2O。

没有 ARDS 的患者可以耐受 10 mL/kg 预测体重的更高潮气量而不会产生不良影响。然而，ARDS 经常被低估，因此大多数患者的目标是 6 至 8 cc/kg 预测体重，当然，建议 ARDS 患者的预测体重低于 6 cc/kg。

如果使用 PC，则应设置吸气压以实现这些目标，并持续对患者进行重新评估，以避免潮气量过大。

呼气末正压

应为所有患者设置 PEEP，以尽量减少肺泡的创伤性打开和关闭，称为肺不张伤。

在 ARDS 的情况下应选择较高的 PEEP 值（5 mmHg），以尽量减少肺不张和肺内分流和肺水肿，以减少静脉回流并减少后负荷。

PEEP优化是一个复杂的话题，没有一个共识的方法。一个直接的方法是根据ARDS网络研究使用的PEEP/FiO2表来设置PEEP，该表显示在ARDS中使用低潮气量通气可以降低死亡率。另一个策略是通过将PEEP设置在导致最低驱动压的水平上，以使顺应性最大化。

呼吸频率

初始呼吸频率应为患者提供足够的通气并感到舒适。对于大多数患者来说，每分钟 14 到 18 次呼吸是合理的。然而对于代谢性酸中毒（如水杨酸过量）患者，应增加呼吸频率以匹配或超过其插管前的分钟通气量。不这样做可能会加重酸中毒并引发并发症，例如心脏骤停。

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吸入氧分数

在缺氧的情况下，FiO2 最初应设置为 100%，然后迅速停止以将 PaO2 设定为 60 至 100 mmHg 或 SpO2 92% 至 96%（图8）。

图 8. 启动机械通气的流程。BPM，每分钟呼吸次数；H2O、水；IBW，理想体重；RR，呼吸频率。

常见故障排除方案

气道峰值压力升高

如前所述（图9），应使用吸气屏气法测量平台压，以区分高阻力（大的峰值-平台压差）和顺应性差（小压差）的情况。

图 9. 应对气道峰值压力升高的管理流程。

不同步

患者-呼吸机不同步源于机械通气模仿但不匹配患者的自发呼吸力学。它很常见，会增加呼吸功、患者不适并降低通气支持的有效性（图10）。

图 10. 管理常见形式的呼吸机不同步的流程

不同步对于识别很重要，并且可以在呼吸机波形上轻松识别。人机不同步主要分为三种类型：流量、触发和循环。

当流量不能满足患者需求时，VC 通气中会出现流量不同步或流量不足。在压力与时间的曲线上，正常的凸形变为凹形，观察到的气道压力降低。流量不足可以通过增加流量或更改为 PC 通气来解决（图11）。

图 11. 显示流量不足的压力-时间图。

触发不同步是指患者触发的呼吸过多或过少。最常见的触发不同步类型是无效触发、自动触发或双重触发，并且可以在前面讨论的任何模式中发生。

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当呼吸机在患者吸气努力后没有呼吸时，就会发生无效触发。最常见的原因是流量或压力触发设置不当。临床医生观察到流量或压力与时间曲线的负偏转（表明患者吸气努力），而不是紧随呼吸机呼吸。相反，当呼吸机在没有患者吸气努力的情况下进行呼吸时，会发生自动触发。这通常是由呼吸机管路中的冷凝、剧烈的心脏活动或流量或压力触发灵敏度过于敏感时的回路泄漏引起的。调整触发灵敏度通常可以解决无效和自动触发的问题。图12 描述了这两种情况。

图 12. 显示无效触发的压力-时间图，由于触发灵敏度设置不当，尽管患者做出负压吸气努力，呼吸机仍无法进行呼吸。

当吸气气流过早停止或继续进入患者的自主呼气阶段时，就会发生周期不同步。图 13显示了在呼吸机输送呼吸结束之前开始的患者呼气阶段的示例。在 PC、VC 和 PRVC 中，这可以分别通过缩短或延长吸气时间来解决。在 PS 中，当从吸气到呼气的循环发生时，通过减少或增加峰值流量的百分比来解决这个问题（图14）。

图 13. 显示双触发的气流-时间图

图 14. 容量控制中的压力与时间曲线显示当患者进行剧烈的吸气努力，然后在呼吸机呼吸仍在输送时尝试呼气时，压力会出现早期的勺子样和后期的峰值

当在第一次呼吸之后立即触发第二次呼吸时会发生双重触发，通常称为“叠加呼吸”。这最常发生在 VC、PC 或 PRVC 中，这是由于一种称为过早循环的循环不同步形式，其中患者的呼吸驱动超过了呼吸机输送的容量或吸气时间。增加镇静、潮气量或流量、吸气压力或吸气时间可以修复这种形式的双重触发。

泄漏

如果测得的呼气量不等于吸气量，或者在下一次呼吸前容量与时间的关系曲线没有回到基线，则应怀疑泄漏。

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陷阱

镇静不足

尝试在没有充分镇痛的情况下对呼吸力学或不同步进行故障排除将导致测量不准确和波形误导。因此，在测量平台压、检查内源性 PEEP、大幅改变设置或切换模式之前，请确保充分镇静。

假设呼吸机模式能解决不良的呼吸机理问题

如前所述，呼吸机设置应选择目标平台压低于 30 cm H2O，驱动压低于 15 cm H2O。然而，当肺顺应性极差时，这些目标可能无法实现。切换模式不会改变这种情况，而且可能是有害的。例如，从VC 切换到 PC 以实现较低的吸气压力将导致更小和可能不足的容量和通气不足。

未能重新评估

与任何干预一样，重新评估是关键。应经常监测气道压力、潮气量、氧合和同步性，尤其是在患者状况发生变化时。

讨论

机械通气患者在急诊科很常见。不幸的是，这些患者有时会长时间留在急诊室，导致机械通气时间延长、ICU 住院时间延长和死亡率升高。

早期的呼吸机管理是一个改进的机会。事实上，在一项观察性研究中，不到一半的已确诊 ARDS 的 ED 患者接受了低潮气量通气。这尤其令人担忧，因为呼吸机引起的肺损伤可能在短短 20 分钟内发生。没有 ARDS 的患者也可能处于危险之中，因为最初 48 小时内的大量潮气量与随后的 ARDS 发展有关。幸运的是，最佳实践策略可以在 ED 中成功实施，以降低死亡率、减少病程的持续时间。通气和住院时间。

教育是另一个改进的机会。通常，通气患者由未经专科培训的医生管理，有证据表明该组的机械通气教育和管理不足。此外，一项对 EM 主治医师的调查显示，许多人在过去一年中接受了 3 小时或更少的呼吸机培训，许多人接受了呼吸机培训。确定呼吸治疗师主要负责呼吸机管理。较高的呼吸机管理分数与医师住院医师培训中对机械通气的优先重视相关；然而，之前对 EM 居民的一项研究报告称，他们很少接触机械通气并且接受过少量机械通气教育。

所有这些数据都突出了几个重要的发现。对于 EM 提供者来说，了解各种机械通气模式、及早启动最佳实践呼吸机设置以及在出现呼吸机并发症时识别和治疗呼吸机并发症变得越来越重要。了解阻力和顺应性发生变化的原因、它们如何以图形方式表示以及它们在解剖学上的相关性对于故障排除至关重要。

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结论

需要有创机械通气的急性呼吸衰竭是急诊科的常见表现。EM 提供者可以通过了解机械通气的常见模式、识别呼吸力学的变化以及相应地调整呼吸机设置和治疗来进一步改善对这些患者的治疗。

要点

*需要机械通气的呼吸衰竭很常见；急诊医学提供者必须具备呼吸机管理方面的专业知识。

*呼吸机克服呼吸系统的阻力和顺应性以输送气流。每个因素的相对贡献很容易衡量，可以帮助指导管理。

*没有完美的机械通气模式。每种都有其优点和缺点，可以适应大多数临床情况。最好的模式通常是供应商和临床医生最熟悉的模式。

来源：Basic Modes of Mechanical Ventilation，Emerg Med Clin N Am 40 (2022) 473–488.https://doi.org/10.1016/j.emc.2022.05.003.斌哥话重症

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