容积控制通气的发展演变与临床应用

容积控制通气(volume－controlled ventilation，VCV)是有创机械通气领域最早开发和临床常规应用的机械通气模式，是以预设潮气量为目标、容积切换的控制通气模式，在临床已经应用了60余年。随着电子工程、计算机技术的不断发展和人类对呼吸生理认识的不断深入，容积控制通气模式不断进步和完善，由此也演衍生出了诸多智能化和更加理想的机械通气模式，推动着机械通气技术的不断前进。

一、什么是容积控制通气

容积控制通气也可以称之为容积持续指令通气(volume continuous mandatory ventilation, V－CMV)，有些呼吸机厂家称为间歇正压通气的容积控制模式(intermittent positive pressure ventilation, volume mode，IPPV－VC)。呼吸机以预设频率定时触发，并输送预定的潮气量，达到预设的潮气量后呼吸机由吸气向呼气转换。早期的容积控制通气模式由呼吸机完全替代患者的自主呼吸，患者的呼吸方式完全由呼吸机控制。进入20世纪80年代后，随着电子工程技术的不断进步，为了更好地做到人机同步，很多呼吸机厂家不断改进机械通气模式。目前临床应用的国内外呼吸机上的容积控制通气模式均从传统意义上的容积控制通气转变为辅助/控制的容积控制通气(A/C－VCV)，即如果患者没有自主呼吸，呼吸机完全按照预设参数进行容积控制通气；如果患者有自主呼吸，控制通气模式由患者吸气触发，触发后呼吸机按照预设参数进行控制通气。在自主呼吸条件下，容积控制通气模式下的实际呼吸频率往往大于预设呼吸频率，而且由于受人机同步、患者自主呼吸频率、气道压力以及肺的弹性阻力等因素影响，实际的潮气量往往与预设的潮气量不符，临床上应予以注意。容积控制通气常规需要设置的参数包括：FiO₂、潮气量、呼吸频率、吸气触发灵敏度(trigger sensitivity，分为压力触发和流量触发，建议常规选择流量触发)、吸气流速(或称为吸气上升时间)、吸呼比(inspiratory/expiratory ratio，I/E)、吸气末暂停/屏气时间(pause time)以及吸气上升时间/比例(inspiratory rise time/ratio)等参数，临床应根据患者的病情特点去设置(图1，图2)^[1,2]。

二、容积控制通气相关技术的发展史

现代有创机械通气的历史要回溯到20世纪40年代，第二次世界大战中众多伤员的救治和麻醉技术的迅猛发展奠定了现代有创机械通气的基础。1951年瑞典Engstrom公司率先研制出容积切换的间歇正压通气的呼吸机，随后丹麦、英国等医疗器械厂家也先后研发出早期的具有容积控制通气模式的呼吸机；1955年德国Dragger公司进一步完善了容积控制通气模式，增加了吸呼比和时间切换等防止长吸气的保护功能；1967年呼气末正压(positive end expiratory pressure，PEEP)开始应用于有创机械通气中，1971年德国西门子公司生产出世界上第一台第三代电控电动呼吸机(Servo 900 series)，同年应用于婴儿的具有容积控制通气模式的呼吸机(Baby bird)诞生；1975年，压力控制通气模式诞生；1982年，兼具容积控制通气和压力控制通气优势的容积控制压力限制通气模式(volume control pressure limited)研发成功，并应用于新的呼吸机中。随着临床医生临床应用经验不断增加，传统容积控制通气的局限性逐渐显现，如完全控制通气仅适用于完全没有自主呼吸的患者，如果患者有自主呼吸，必须应用镇静药物或者肌肉松弛药物将患者的自主呼吸抑制，但是带来一系列的不良反应，如撤机困难、继发肺部感染等，因此促进呼吸机厂家在容积控制通气的基础上开发出允许患者吸气触发的容积控制通气模式(assisted VCV)。鉴于压力触发容易导致患者呼吸肌疲劳、不利于患者尽早撤机等问题，20世纪80年代，世界上主流的呼吸机厂家先后开发出了流量触发(flow trigger)的相关技术，并通过应用维持呼气时相持续气流技术(bias flow)促进吸气触发以改善人机同步。

随后的20余年中，由于计算机技术、电子工程技术的迅猛发展，诸多新技术应用于新一代的呼吸机中，如吸气相减速波送气、自动变流技术(auto－flow)、闭合环通气(closed loop ventilation)使得以潮气容积保证的通气模式不断向前发展。鉴于传统的容积控制通气的局限性和先天不足，容积控制通气模式逐渐向容积目标通气(volume targeted ventilation)和智能化通气模式演变^{[1,2,3,4,5,6]}。

三、容积控制通气临床应用指征及相关问题

随着人们对有创机械通气认识的不断深入，减少控制通气应用、尽早应用辅助/部分辅助通气模式、减少有创机械通气时间是当今的共识，因此容积控制通气在机械通气患者应用的指征在不断缩窄，具体如下：(1)气管插管早期的重症呼吸衰竭患者；(2)严重呼吸抑制或呼吸暂停，如麻醉、中枢神经系统功能障碍、神经肌肉疾病、胸部外伤或药物过量等；(3)应用特殊通气方式，如反比通气、分侧肺通气、低频通气等；(4)神经外科疾病，如闭合性脑损伤等，为减少血流和降低颅压应用过度通气等；(5)进行呼吸生理学指标检测，如检测呼吸阻力、顺应性、内源性PEEP、呼气末二氧化碳浓度、呼吸功能，在容积控制通气模式下更为准确可靠，必要时需要充分镇静、肌肉松弛^[1,7]。

在临床工作中，因ARDS等导致肺弹性阻力增高、顺应性下降、进行性恶化的氧合功能障碍疾病，应采取小潮气通气[潮气量为4～7 ml/kg(理想体重)]使气道平台压的水平维持在30 cmH₂O以下，以有效避免高平台压引起(或加重)呼吸机所致肺损伤(VILI)。PEEP是维持呼气末肺泡膨胀、防止肺泡萎陷和改善氧合的最有效手段，临床可根据静态压力－容积(P－V)曲线的低位拐点P_flex＋2 cmH₂O选择PEEP更符合ARDS病理生理特点。对于呼吸科医生常见的慢性阻塞性肺疾病(简称慢阻肺)继发呼吸衰竭患者，有创机械通气原则是小潮气(5～7 ml/kg)、慢频率(12～15次/min)、长呼气(I/E<1∶1.5)，允许PaCO₂轻度高于正常，原则上PEEP水平不宜过高，为静态内源性PEEP(PEEPi)的70%～80%左右。重症支气管哮喘继发呼吸衰竭患者，有创机械通气治疗宜采用小潮气(6～8 ml/kg)、慢频率(10～15次/min)和长呼气(吸/呼比<1/2)策略，部分患者需要应用镇静药物使患者能够配合治疗，PEEP水平不宜过高，一般最高在5 cmH₂O左右^[7,8,9,10]。

四、容积控制基础上发展的新通气模式及未来发展方向

1．压力调节容积控制通气(pressure regulated volume controlled ventilation，PRVCV)：

是德国西门子公司在20世纪80年代研发出来的自动调节吸气气流保证潮气量的压力控制通气模式，有的呼吸机厂家称为压力限制容积控制通气(pressure limited volume controlled ventilation)、容积目标压力控制通气(volume targeted pressure control)、适应性压力控制容积保障通气(adaptive pressure control volume assured ventilation，APV)。其工作原理是：呼吸机在开始时先给予连续4次压力为5 cmH₂O(后改为10 cmH₂O)的实验性通气，呼吸机中的微电脑连续测定肺的顺应性，并根据容积－压力关系，计算下一次通气要达到预设潮气量所需的吸气压力，在气道压力高限5 cmH₂O以下至PEEP压力以上范围内自动调整预设吸气压力水平(通常调至计算值的75%)；通过每次呼吸的连续测算与调整，每次调整幅度≤3 cmH₂O。因此，PRVCV为潮气容积保证的压力控制通气(图3)^[2,5]。

2．自适应性支持通气(adaptive support ventilation，ASV)：

是瑞士夏美顿(Hamilton)公司率先开发的一种闭合环通气模式(closed－loop ventilation)，其工作原理是根据患者的体重和临床疾病特点，设置每分通气量(minute mandatory ventilation，MMV)，呼吸机先提供5次实验性通气，自动测出患者的动态顺应性(Cdyn)和呼气时间常数(RCexp)，然后根据Otis公式计算最小呼吸功，据此推算出理想的呼吸频率和理想潮气量，然后对患者进行机械通气。ASV是一种理论上的全能型通气模式，可以应用于患者从上机到脱机的全过程，患者没有自主呼吸就是智能化的潮气容积保证压力控制通气模式，患者有自主呼吸就成为潮气容积保证的压力支持通气，与传统意义上的机械通气模式有很大的不同，ASV通气参数设置简单，有利于人机配合和患者早期撤机，虽然临床应用中还有较多的缺陷，但是代表着今后智能化机械通气的发展方向^[4,10]。

3．未来发展方向：

随着计算机智能技术的进步和人们对自身认识的不断深入，以闭合环通气为代表的智能化机械通气模式当是今后的发展方向，融合容积控制通气和压力控制通气二者优势的机械通气模式今后会成为主流控制通气模式^[6]。

总之，容积控制通气模式作为现代机械通气发展过程中最早应用的有创控制通气模式，自诞生起60余年来历经风雨，不断改进，虽然有着诸多不足，相信在未来很长的一段时间内容积控制通气还是呼吸机的标准配置的机械通气模式，作为与呼吸支持技术领域相关的临床医生，呼吸科医生应了解容积控制通气的优势与不足，在临床工作中灵活应用，当是职责所在。

参考文献

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[10]解立新，刘又宁．机械通气中如何改善氧合[J]．中华结核和呼吸杂志，2013，36：146-148.

引用: 解立新, 刘又宁. 容积控制通气的发展演变与临床应用 [J] . 中华结核和呼吸杂志,2014,37 (3): 232-234.

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