机械通气基础（好文力荐）

机械通气基础

介绍

       机械通气是一种人工呼吸支持手段，可部分或完全协助呼吸和气体交换。机械通气既可以通过气管内导管或气管切开插管进行有创通气，也可以通过面罩或其他接口进行无创通气。在重症监护病房 (ICU) 中，有创机械通气最常见的适应症是顽固性低氧血症、通气衰竭、伴有代谢性酸中毒的休克，以及由于精神状态改变或气道阻塞导致的气道损害。呼吸衰竭患者机械通气的主要目标是维持足够的肺泡通气和动脉血氧含量，防止呼吸性酸中毒和缺氧。

机械通气模式

        机械通气模式可以根据其控制变量和呼吸顺序来定义（表1）。控制变量决定了每次呼吸所输送的气体容积和流速，而呼吸顺序决定了输送呼吸的频率。作为一般原则，呼吸机为每次呼吸输送一定量的气体，作为控制变量指定的容积或压力，患者的呼吸系统顺应性根据他们各自的压力-容积关系确定另一个。例如，对于肺顺应性正常（容量变化除以压力变化）为 100 cc/cm H2O 的患者，由呼吸机输送的 500 cc 容量控制呼吸将导致 5cmH2O的压力。对于同一位患者，由呼吸机输送的 10 cm H 2O 的压力控制呼吸将产生 1000 cc 的气体容积。

       对于容量控制模式，医生设置潮气量（定义为每次呼吸时输送到肺部的气体量）和吸气流速。当开始呼吸时，气体以设定的流速流入，一旦达到指定的潮气量，呼吸就会终止。由指定的流速和潮气量产生的压力取决于患者的特定因素，如下所述。

        在压力控制模式下，医生指定吸气压力，气体流速由预设的压力梯度和气流阻力决定。呼吸在设定的吸气时间后或在流速下降到初始流速的预定百分比后终止。在压力控制模式下产生的潮气量取决于患者的特定因素，在危重病人中经常动态变化。因此，压力控制模式无法保证潮气量或确保最小分钟通气量（简单定义为每分钟呼吸的气体量）；这种保证是容量控制模式的优势之一。压力控制通气可以更好地模拟自主呼吸，提高患者舒适度和呼吸机同步性。尽管存在这些差异，但现有的临床数据并未表明两者之间的患者结局有任何差异。

       除了容量和压力控制模式之外，双重控制模式通过自动调节吸气压以达到指定的目标潮气量，结合了每种模式的理想特性。这允许以压力的形式输送呼吸，这对患者来说可能更舒适，同时仍确保足够的分钟通气量。

       除了控制变量之外，还必须指定呼吸序列。在连续指令通气（也称为辅助控制）中，设定速率是呼吸机提供的最小呼吸速率。呼吸机根据设置的控制变量提供额外的患者启动呼吸。在容量控制的连续指令通气的情况下，每次患者启动的呼吸都作为设定的潮气量输送。ICU最常用的模式是容量控制的持续指令通气，也称为容量辅助控制或简称辅助控制。压力控制连续指令通气通常称为压力控制或压力辅助控制，双重控制连续指令通气也称为压力调节容量控制。

        间歇性指令通气类似于连续指令通气，但在处理患者发起的呼吸方面有所不同。 设定的速率决定了最小的呼吸速率，但病人发起的呼吸并不是根据控制变量来进行的。相反，允许患者自主呼吸，潮气量由患者的自主呼吸努力决定。还可以设置额外的吸气压力以支持自主努力。间歇指令通气是最常用的是容量控制同步间歇指令通气。在在同步间歇指令通气中，患者在计划呼吸的特定时间内根据控制变量进行呼吸，使患者的努力与设定的呼吸机速率“同步”。

      机械通气的自主模式没有呼吸机设定的呼吸频率，该频率完全由患者决定。最常见的模式自主压力支持，一种压力控制的自主模式。当患者触发呼吸时，呼吸机将气道压力增加一定量（称为压力支持水平），这增加了气体流量，超过了仅由患者产生的胸膜负压产生的气体流量。当流量下降到初始吸气流量的设定百分比时终止呼吸，并且气道压力恢复到设定的呼气水平，允许呼气。一些呼吸机允许自动调节压力支持水平以达到目标潮气量，这种双重控制自主模式称为容量支持。

呼吸机力学

        呼吸力学是在大多数呼吸机上显示为压力-时间和流量-时间波形的动态压力、容积和流量关系。这些波形的分析和解释为了解患者的病理生理学提供了丰富的信息。将呼吸机设置为具有恒定吸气流量（根据惯例通常为 60 L/min）的容量辅助控制，可以实现压力-时间波形的标准化和呼吸系统力学的快速评估。

       吸气结束时的最大气道压力称为吸气峰压 (PIP)（图1），它是三个主要分量的函数：气流阻力造成的压力、肺和胸壁的弹性反冲压力和呼气末正压 (PEEP)。等式 1以数学术语显示了 PIP 的贡献分量（流速 [ V ]、气道阻力 [ R aw ]、肺和胸壁的顺应性 [ C肺] 和潮气量 [ V T ]）：

图 1。被动患者接收容量辅助控制模式通气的压力-时间和流量-时间波形，具有恒定的吸气流量。在第二次呼吸期间执行吸气屏气动作。呼气末正压 (PEEP)、吸气峰压 (PIP) 和气道平台压 (Pplat) 均已标记。

吸机管理中的常见问题是 PIP 升高的诊断和治疗，这需要评估气流阻力和弹性回缩对 PIP 的相对贡献。为了确定这一点，执行吸气屏气操作以测量气道平台压 ( P plat )。气道平台压仅是弹性反冲压力（也称为驱动压，由潮气量和顺应性决定）和 PEEP 之和，如公式 2所示：

这三个组成部分对 PIP 的相对贡献提供了对患者潜在病理生理学的洞察。图1显示了吸气屏气的结果，并以图形方式显示了 PIP 的三个组成部分。

PIP 和气道平台压之间的差异可用于确定气道阻力是正常还是升高（公式 3和4）：

        机械通气患者的正常气道阻力小于每秒 10 cm H2O/L，在 60 L/min 的气体流速下对应于 10 cm H2O 的峰值至平台压力梯度。高于此值的值被认为是异常的，并且可能是由于从呼吸机回路到小气道的任何地方的阻塞，如图 2和表 2中所述。在测量峰值到平台压力梯度时，重要的是要注意气体流速，因为压力梯度取决于流速和气道阻力；在不改变气道阻力的情况下增加气体流速将增加峰值到平台压的梯度。具有正常峰压到平台压梯度的 PIP 增加是平台压增加的结果。由于操作者设置了 PEEP 和潮气量，气道平台压增加最常见的原因是肺和/或胸壁的顺应性降低。图 2 和表 2 总结了肺和胸壁顺应性降低的常见原因。

图2。

患者和呼吸机回路的图形表示，说明了增加气道阻力和顺应性的部位。ARDS，急性呼吸窘迫综合征；COPD，慢性阻塞性肺病；ETT，气管插管。

表 2  气道峰值压升高的原因

        在呼气气流阻塞的情况下，长时间呼气会导致在呼气完成之前开始吸气，从而导致动态空气滞留和内源性 PEEP。这在哮喘持续状态或慢性阻塞性肺疾病 (COPD) 恶化的患者中最常见，但也可能发生在中央气道阻塞或呼吸频率非常高的情况下。可以通过检查流量时间波形来检测内源性 PEEP 的存在，其中负流量（呼气）一直持续到下一次呼吸的开始。在气流极度阻塞的情况下，波形显示上可能会错过非常小的负流量值，在这种情况下，可以执行呼气末屏气操作以检测和量化内源性 PEEP 的存在。在呼气末屏气期间，呼吸机回路在下一次呼吸开始时关闭，并测量产生的气道压力。如果在保持期间测得的压力大于设置的外部 PEEP，则存在内源性 PEEP，并量化为测量压力与设置的 PEEP 之间的差异。图 3显示了患者的特征性流量时间波形和呼气末屏气结果，显示了内源性 PEEP。如果存在内源性 PEEP，则应进行调整，例如降低呼吸频率或增加吸气流量，以增加呼气时间。如果存在严重的内源性 PEEP，高胸内压会阻碍静脉回流，导致梗阻性休克和低血压，在这种情况下，应将机械通气回路与患者暂时断开以允许完全呼气。

图 3。被动通气患者在容量辅助控制上的压力-时间和流量-时间波形展示了动态空气滞留和内源性 PEEP。在流动时间波形上可以看到第一次呼吸的不完全呼气。在第二次呼吸后执行呼气屏气操作，之后总 PEEP 增加到设置的 PEEP 水平以上，确认存在内源性 PEEP。

选择呼吸机设置

        启动有创机械通气时，除了选择适当的初始模式外，临床医生还必须为该模式仔细选择适当的设置。对于机械通气的连续指令模式（最常见的初始模式），必须设置潮气量（或压力）、呼吸频率、PEEP 和吸入氧分数 (FiO 2 )。对于机械通气的容量控制和双重控制模式，目标潮气量是直接设置的，而在压力控制模式下，必须滴定压力支持水平以达到所需的潮气量。

潮气量

        选择合适的潮气量的目的是确保足够的肺泡分钟通气量，同时防止因潮气量过大造成的压力和应变造成伤害 。在柏林标准（表 3 ）定义的急性呼吸窘迫综合征 (ARDS) 患者中，与较大的潮气量相比，6 ml/kg 预测体重 (PBW) 或更低的潮气量具有肺保护作用并降低死亡率 。此外，潮气量为 6 ml/kg PBW 且驱动压（气道平台压减去 PEEP）高于 15 cm H2O 的 ARDS 患者可能会受益于潮气量的进一步减少。然而，这必须与保持足够的肺泡每分钟通气量的需要相平衡。患有 ARDS 且肺顺应性非常低的患者可能会受益于先进的呼吸支持，例如体外膜肺氧合，这超出了本综述的范围。

       在没有 ARDS 的患者中，最佳潮气量不太确定，因为这些患者从较低潮气量中获得的益处较少。在接受机械通气的无 ARDS 的内科患者中，一项比较潮气量 6 与 10 ml/kg PBW 的随机对照试验显示死亡率或无呼吸机天数没有差异 。观察数据还表明，低潮气量的益处随着肺顺应性的降低而增加。在手术患者中，一项比较术中潮气量 6 和 10 ml/kg PBW 的大型随机对照试验显示，术后肺部并发症没有差异，尽管一项较小的先前研究比较了低潮气量与 PEEP 和肺复张操作（周期性肺过度充气）的应用相结合，表明其有益。鉴于没有 ARDS 的机械通气患者缺乏确凿的数据，6-8 ml/kg PBW 的潮气量是合理的，如果需要进一步增加以维持肺泡分钟通气量是可以接受的。

呼吸频率

       除自主模式外的所有模式都需要设定速率，这是在没有患者启动呼吸的情况下呼吸机提供的最小呼吸速率。最佳呼吸频率和由此产生的每分钟通气量在很大程度上取决于患者的特定因素，例如死腔分数和酸碱状态。一般来说，每分钟 12-16 次呼吸的初始设定呼吸频率是合理的，但应监测 pH 值和 PaCO 2水平，然后根据需要调整速率。当设定的每分钟通气量过低时，大多数患者会触发额外的呼吸以在没有重度镇静、肌松或严重神经功能障碍的情况下维持较低的正常 pH 值。此外，患者可能因疼痛、焦虑或低氧血症而过度呼吸，导致呼吸性碱中毒，在这种情况下，应解决呼吸急促的根本原因。调整呼吸频率时，临床医生应注意设定呼吸频率和实际呼吸频率，因为它们可能存在显著差异。

        对于采用低潮气量通气管理的 ARDS 患者，通常需要高呼吸频率来维持足够的肺泡分钟通气量。相反，在患有阻塞性肺病和内源性 PEEP 的患者中，降低呼吸频率可以延长呼气时间，并且可以减少或防止空气滞留。在这两种情况下，只要 pH 值保持 >7.2，一定量的允许性高碳酸血症是可以接受的 。

呼气末正压

      呼吸机应用 PEEP 或外在 PEEP 的目标是复张肺不张或实变的肺区域并防止呼气末肺塌陷，从而改善气体交换和肺顺应性并防止呼吸机引起的肺损伤。然而，不适当的高水平 PEEP 会导致肺过度膨胀、气压伤和血流动力学损害。大多数患者的合理初始 PEEP 设置为 5 cm H2O，虽然经常需要更高的水平来改善 ARDS 中的氧合。调整 PEEP 的目的是平衡增加肺顺应性的益处与过度膨胀和高胸内压（气压伤）的危害。ARDS 中 PEEP 滴定的确切方法是一个积极研究的领域，有许多负面研究，尽管合理的方法是选择导致最佳肺顺应性的 PEEP，同时将气道平台压限制在最大 30-35 cm H2O。

吸入氧分数

       FiO 2应设置为所需的最低值（理想情况下为 60% 或更低）以维持可接受的氧合目标，以防止高氧和氧中毒的后果。对于大多数重症患者，90%–96% 的外周动脉血氧饱和度是一个合理的目标，而对于患有高碳酸血症或有高碳酸血症风险的患者， SpO 2的目标值较低，为 88%–92% 。在 ARDS 患者中，55 或以上的动脉氧分压和 88% 或以上的外周动脉氧饱和度是可以接受的，将这些保守的氧合目标与更宽松的目标进行比较的试验结果相互矛盾，两种策略都没有显示出明显的益处在生存或无呼吸机天数方面.

常用呼吸机模式和设置

对呼吸肌活动的影响和同步的重要性

      在 MV 期间通常无法测量患者的努力程度。需要复杂的测量来确定患者的呼吸功或压力时间乘积，两者都需要食道导管；呼吸的耗氧量需要测量氧气消耗。在呼吸窘迫期间，患者的呼吸功可增加多达 6 倍；MV 的一个主要目标是减少这项工作。患者的呼吸驱动通过化学感受器进行调节，并通过镇静和 PaO2、pH 和 PaCO2 进行调节。触发灵敏度和吸气峰流量对呼吸驱动和呼吸做功也有重要影响。

      一个基本但尚未解决的问题是，特定的通气策略应在多大程度上减少患者的呼吸功。重要的是缓解呼吸困难，减少呼吸肌的耗氧量，避免损伤这些肌肉。然而，越来越多的证据表明过负荷会导致肌肉功能障碍和萎缩，从而导致脱机困难。在患者疾病的急性期，需要减少或抑制患者的努力。在恢复期间，确定患者努力和呼吸机辅助之间的最佳平衡对临床医生来说是一项挑战，部分原因是缺乏足够的监测以及缺乏关于努力与帮助的最佳比例的数据。

      人机不同步，定义为患者固有的吸气和呼气时间与呼吸机提供的时间不匹配，是 MV 期间常见的问题，发生在大约三分之一的患者中。在有创和无创通气期间，有许多不同类型的不同步现象，在表2中进行了总结。图 3 显示了一个呼吸机监视器的示例，该示例显示了具有双循环的反向触发。通常，这些不同步表明患者的通气需求与所提供的通气量不匹配。尽管关联并不意味着因果关系，但不同步次数较多的患者预后较差，包括较长的通气时间、较长的 ICU 停留时间和较高的死亡率。

停止机械通气

      计划内的每日自主呼吸试验是确定可以成功摆脱机械通气的患者的最有效方法 。基础状况有所改善、气体交换充足、血流动力学稳定且能够启动吸气努力的患者被认为已准备好参加自主呼吸试验 。应优化容量状态以减少自主呼吸试验期间呼吸系统的任何额外负荷。此外，与单独进行自主呼吸试验相比，将每日自主呼吸试验与中断镇静剂配对可减少机械通气的持续时间并提高长期死亡率。对于最初的自主呼吸试验，在低水平压力支持（5-8 cmH2O）下进行较短的 30 分钟试验比在 T 管上进行较长时间的 2 小时试验（一种仅通过气管内导管吸氧，无需任何额外的通气支持）更佳。对于初次试验失败或机械通气时间延长的患者，进行自主呼吸试验的最佳方法尚不清楚，应根据个体情况决定。在自主呼吸试验期间，应监测生命体征以及监测呼吸窘迫或躁动的体征，最终根据临床判断将自主呼吸试验视为成功或失败。对于通过自主呼吸试验的患者，接下来应评估拔管的安全性，包括意识水平、气管内分泌物量、咳嗽强度和气道通畅情况。对于拔管失败风险高的患者，例如有心肺合并症或高碳酸血症的患者，拔管后立即应用无创通气可预防拔管后呼吸衰竭的发生并减少重新插管的需要。

肺肾相互作用

       对于在 ICU 中患有呼吸衰竭的许多患者，AKI 通常发展为多器官系统功能障碍的一个组成部分。肾功能不全的存在使呼吸衰竭患者的护理进一步复杂化，尤其是在酸碱紊乱和容量状态的管理方面。

正压通气对肾脏的影响

      正压通气本身对肾脏灌注和功能有不利影响 ( 。正压通气导致的胸内压升高会降低静脉回流，从而降低心输出量 。反过来，这会导致肾血流量和 GFR 降低 。此外，右心室功能障碍患者特别容易受到胸内压升高导致右心室后负荷增加的影响。

       除了对心输出量的直接血流动力学影响外，正压通气还可以引起几种神经激素通路的改变。其中一些作用包括增加抗利尿激素释放、激活肾素-血管紧张素-醛固酮轴和抑制心钠素 。这些途径的复合作用是进一步降低肾血流量和 GFR，最终导致少尿伴体液潴留，所有这些都可能进一步恶化肺气体交换。

酸碱注意事项

       如前所述，在 ARDS 患者中，允许性高碳酸血症常用于允许肺保护性低潮气量通气。几乎没有数据来指导可以安全允许的酸中毒的确切程度以及何时应给予碳酸氢盐缓冲液或 KRT。由于缺乏具体的指导方针，一个合理的策略是遵循低潮气量通气的原始试验中概述的一般方法 。该方案规定，对于 <7.30 的 pH 值，应首先将呼吸频率增加到 35 或直到达到低于 25 的 PaCO2。尽管有上述情况，但由于呼吸性酸中毒导致 pH <7.15，潮气量可逐渐增加到 6 ml/kg PBW 以上，直至 pH 达到 7.15 或更高。

      虽然没有关于该主题的随机对照试验，但如果需要纠正代谢成分，同时通过增加肺泡每分钟通气量来提供呼吸代偿，呼吸性和代谢性酸中毒患者可能会从碱治疗中受益。此外，许多患有慢性肺病（例如 COPD）的患者患有慢性呼吸性酸中毒并导致代偿性代谢性碱中毒。这些患者的合理酸碱管理策略是针对他们的基线血浆碳酸氢盐水平（如果已知），以减少呼吸系统的负荷并促进从机械通气中解放出来；这可以使用碳酸氢盐输注或对接受透析的人使用更高的碳酸氢盐来完成。

容量管理注意事项

       液体平衡是急性肺损伤患者管理中的一个重要组成部分，一项大型随机对照试验表明，与宽松策略相比，保守的液体策略导致这些患者的无呼吸机天数和 ICU 天数更少。然而，这种保守的补液策略并没有提供任何死亡率益处，也没有改善以肾脏为中心的结果（包括需要透析）。事实上，需要 KRT 的肾损伤患者被排除在研究之外，如果纳入的患者出现需要透析的 AKI，他们将被取消治疗方案。不幸的是，缺乏高质量的数据来指导也需要 KRT 的急性肺损伤患者的最佳液体管理策略，并且围绕液体平衡和肾损伤的广泛讨论超出了本综述的范围。

结论

      机械通气是呼吸衰竭重症患者的救命疗法，但如果管理不当，它有可能造成伤害。通过仔细选择适当的初始呼吸机设置以避免肺泡扩张和气压伤，可以最大限度地减少 ARDS 患者的呼吸机引起的肺损伤。在阻塞性肺病患者中，识别和预防内源性 PEEP 可以防止灾难性的血流动力学后果。呼吸机波形中提供了大量信息。此外，在适当的患者中及时应用无创通气可以完全避免气管插管的需要。

来源于斌哥话重症，原文献来源：1.Management of Respiratory Failure，Ventilator Management 101 and Noninvasive Ventilation.CJASN April 2022, 17 (4) 572-580. 2.Mechanical Ventilation: State of the Art,Mayo Clin Proc. 2017;92(9):1382-1400

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