摘 要：目的 通过分析机械通气呼气峰流量时刻对应的回路压、容积,及增加回路不同部位阻力后气道阻力的变化特点,来分析机械通气时用呼气峰流量法“Re=(PPlat-PEEP)/Ve”所计算的呼气阻力的准确性与影响因素。方法 将夹板模拟肺通过呼吸回路与呼吸机相连。(1)观察分析呼气峰流量时刻气道两端的压力:选择容量控制通气模式,留置平台时间进行通气;锁屏后,观察呼气峰流量时刻对应的回路压力与所设置的呼气末正压(PEEP)间的关系;观察此时的容积与吸气平台期容积之间的关系,以此来推测此时的肺泡内压与平台压(Pplat)间的关系。(2)验证呼吸机回路呼气支阻力对所计算的气道呼气阻力的影响:分别用夹子依次增加回路吸气支阻力、呼气支阻力、Y型管后延长管(相当于气道)阻力,观察其对所计算的吸气阻力(Ri)与呼气阻力(Re)的影响。(3)观察管路内气流释放对呼气峰流量的干扰:在正常回路状态,在一次正常通气的平台期,完全夹闭Y型管后延长管,待进入呼气时刻,管路气流释放后,再松开夹闭,让模拟肺内气流排出;观察由单纯模拟肺内气流排出形成的呼气峰流量与未干预状态下的呼气峰流量间的关系。结果(1)呼气峰流量时刻对应的气道两端压力:压力-时间曲线显示,此时外口压力(回路压力)明显高于PEEP;容积-时间曲线显示,呼气峰流量点的容积要略小于平台期的容积,意味着,此时内口压力(肺泡内压)会略低于Pplat;即,气道内外口实际压力差要明显小于“PPlat-PEEP”。(2)气道阻力与回路阻力关系:增加回路吸气支阻力时,Ri/Re均无明显变化;增加呼气支阻力时,Ri无明显变化,Re明显增加;增加延长管阻力时,Ri/Re均同时明显增加。即,回路呼气支的阻力明显影响所计算的呼气气道阻力。(3)管路对呼气峰流量的影响:流量-时间曲线显示,管路的回缩可形成明显的瞬时呼气气流,后续来源于模拟肺的呼气峰流量会略低于未干预状态下的呼气峰流量,即管路回缩释放的气流对实际的呼气峰流量存在影响。结论 因呼气峰流量时刻气道两端的压力差小于“平台压-PEEP”,且呼气峰流量包含管路回缩产生的流量,导致呼气峰流量法呼气阻力计算公式的计算结果存在一定的不准确性,其结果包含回路呼气支的阻力;当回路支阻力明显增高时,会严重干扰计算结果,临床上需有清晰的认识。c5J知览论文网 c5J知览论文网 关键词：机械通气 呼气阻力 呼气峰流量c5J知览论文网 c5J知览论文网
An analysis about the expiratory airway resistance calculation with the peak-expiratory-flow method in mechanical ventilationc5J知览论文网 c5J知览论文网
WU Yunzhenc5J知览论文网 c5J知览论文网
Department of intensive care unit,Dongying People's Hospital;c5J知览论文网 c5J知览论文网 Abstract：Objective To analyze the accuracy and influence factors of the expiratory resistance calculated by the method "Re=(Pplat-PEEP)/Ve" in mechanical ventilation by observing the characteristics of the pressure,the volume,and the airway resistance changes with increasing the resistance of different parts of the circuit at the peak-flow time.Methods The respiratory circuit with a test lung was connected to the ventilator.(1)The pressure at the both ends of the airway at peak-expiratory-flow time was observed and analyzed.The volume-control ventilation mode was selected with a platform time.First,the relationship between the circuit pressure and the PEEP at the peak-flow time was observed in a frozen screen.Second,the relationship between the alveoli internal pressure and the platform pressure was speculated according to the difference between the volume at the platform time and the volume at the peak-flow time.(2)The influence of the circuit resistance on the calculated airway resistance was verified.The changes of the inspiratory resistance(Ri) and the expiratory resistance(Re) were observed with the resistance of the inspiratory branch,the expiratory branch,and the extension tube after Y tube being increased respectively by a clamp.(3)The interference of air released from the pipeline on the peak flow was observed.The extension tube was completely closed in the platform stage of a normal ventilation.The air in the pipeline was released first when it entered the exhalation phase.Then,the air in the test lung was released with the clamp being opened.The difference between the peak flow only from the test lung and the peak flow from the whole circuit was observed.Results(1)The pressure at both ends of the airway at the peak-flow time:The pressure-time curve showed that the pressure at the outer port(circuit pressure) was significantly higher than PEEP.The volume-time curve showed that the volume at the peak-flow time was slightly lower than the volume at the platform period.Thus,it meant that the pressure at the inner port(alveoli pressure) was slightly lower than the platform pressure.So,the actual pressure difference between the internal and external ports of the airway was significantly smaller than the difference "Pplat-PEEP".(2)The relationship between airway resistance and circuit resistance:Ri and Re did not change significantly when the resistance of the inspiratory branch was increased.Re increased obviously and Ri did not change when the resistance of the expiratory branch was increased.Ri and Re increased significantly when the resistance of the extension tube was increased.So,the resistance of the expiratory branch could obviously affect the calculated expiratory airway resistance.(3)The interference of air released from the pipeline on the peak flow:The flow-time curve showed that the pipeline retraction could form an obvious instantaneous expiratory flow.And the peak flow formed only by the test lung retraction was slightly lower than the peak volume formed by the whole circuit.That meant the air flow released from the pipeline retraction could have an effect on the actual peak flow.Conclusion The pressure difference between the both ends of the airway is lower than " Pplat-PEEP " at peak-expiratory-flow time.And the peak-expiratory-flow includes the flow generated by pipeline retraction.So,they lead to the uncertainty of the expiratory resistance calculation with the peak-expiratory-flow method.The result should include the resistance of the expiratory branch.When the resistance of the expiratory branch is obviously increased,the calculation result will be seriously disturbed.The clinical should have a clear understanding.c5J知览论文网 c5J知览论文网 Keyword：Mechanical ventilation; Expiratory resistance; Peak expiratory flow;c5J知览论文网 c5J知览论文网
目前临床上针对机械通气时呼气阻力的计算方法并不多，其中呼气峰流量法是应用较为普遍的一种，也称“Jonson method”[1-2]，其表达方式为“呼气阻力=(平台压-呼气末正压)/呼气峰流量”，也即“平台压-呼气末正压=呼气阻力*呼气峰流量”。从公式可以看出，此方法认为在呼气峰流量时刻，气道两端的压力差等于“平台压-呼气末正压”。同时，从呼吸力学角度[3-5]，在呼气峰流量时刻，根据欧姆定律，应该也同时存在“气道两端的压力差=肺泡内压-回路压=呼气阻力*呼气峰流量”。所以，假如上述情况成立，在呼气峰流量时刻，则应该存在“肺泡内压-回路压=平台压-呼气末正压”。但临床上的很多迹象或现象提示这些假设可能存在问题，比如用可以冻结屏幕的呼吸机观察呼气峰流量时刻的回路压时，回路压并不是呼气末正压(Positive End Expiratory Pressure,PEEP)，而是高于PEEP。所以，进一步验证这些假设或设定，对正确理解呼气阻力的计算及临床意义很有必要。c5J知览论文网 c5J知览论文网
1 资料与方法c5J知览论文网 c5J知览论文网
1.1 材料与设备c5J知览论文网 c5J知览论文网
夹板模拟肺一个(成人型，台湾彦大有限公司)，一次性成人呼吸机管路一套(型号REF67010，崇仁科技事业股份有限公司)，麻醉延长管一根(型号MP01850，德尔格Drager)，金属夹子一个。美敦力PB840呼吸机一台;迈瑞呼吸机SV600一台;应用呼气峰流量法(或类似方法，如湍流阻力计算方法)测量呼气阻力的某品牌的呼吸机V-X一台。c5J知览论文网 c5J知览论文网
1.2 方法c5J知览论文网 c5J知览论文网
1.2.1 观察呼气峰流量时刻对应的回路压，及呼气峰流量时刻与呼气开始时刻的容积差异c5J知览论文网 c5J知览论文网
将一次性成人呼吸管路连接到PB840呼吸机，按流程执行开机自检。选择容量控制通气模式，设呼吸频率为每分钟16次，潮气量为350 m L，送气流速(方波)为35L/min，平台时间为0.5 s,PEEP为5 cm H2O，氧浓度为40%。将模拟肺通过麻醉延长管连接到Y型口，开始通气。将呼吸机屏幕横轴调至最长3 s。锁屏一次通气时的压力-时间、流量-时间、容量-时间曲线。通过压力-时间曲线查看峰流量时刻对应的回路压力(Y型口处压力，PY-P)，通过容量-时间曲线对比呼气峰流量时相与呼气开始点(吸气末)的容积差别。同样的方式与迈瑞SV600呼吸机相连。容量控制通气，设呼吸频率为每分钟14次，潮气量为450 m L，送气流速(方波)为40 L/min，吸气时间为1.2 s,PEEP为5 cm H2O，氧浓度为40%。开始送气。屏幕包含压力-时间、流量-时间、容量-时间曲线。采用定标功能，将定位线定位于呼气峰流量时刻。采用拍照输出功能，输出图片。通过压力-时间曲线查看峰流量时刻对应的回路压力PY-P，通过容量-时间曲线对比呼气峰流量时刻与呼气开始时刻(吸气末)的容积差别。c5J知览论文网 c5J知览论文网
1.2.2 观察呼吸回路不同部位阻力改变对呼气阻力的影响c5J知览论文网 c5J知览论文网
将一次性成人呼吸管路、麻醉延长管、模拟肺连接到V-X呼吸机。容量控制通气，设呼吸频率为每分钟14次，潮气量为450 m L，送气流速为40L/min，吸气时间为1.2 s,PEEP为5 cm H2O，氧浓度为40%。开始送气。分别用夹子夹到呼吸管路吸气支、管路呼气支、麻醉延长管的一部分(勿完全夹闭)，以增加其阻力;观察三种状态下，吸气阻力(Inspiratory Insistence,Ri)与呼气阻力(Expiratory Resistance,Re)的变化情况。c5J知览论文网 c5J知览论文网
1.2.3 观察管路回缩气流对呼气峰流量的影响c5J知览论文网 c5J知览论文网
在PB840与SV600呼吸机通气期间，在一次正常通气的平台期，完全夹闭Y型管后麻醉延长管，待进入呼气时刻，管路气流释放后，再松开夹闭，让模拟肺内气流排出。观察管路产生的气流是否在流量-时间曲线上呈现，及此时单纯由模拟肺回缩形成的呼气峰流量与未干预状态下的呼气峰流量的差别。c5J知览论文网 c5J知览论文网
1.3 统计学处理c5J知览论文网 c5J知览论文网
对通气曲线图片使用Photoshop CS6进行编辑。使用Excel 2013对数据进行列表分析。c5J知览论文网 c5J知览论文网
2 结果c5J知览论文网 c5J知览论文网
2.1 呼气峰流量时刻对应的回路压力PY-P，呼气峰流量时刻的肺泡内压(PA-P)与吸气末平台压(Plat-form pressure,Pplat)的关系c5J知览论文网 c5J知览论文网
压力-时间曲线显示，呼气峰流量时刻对应的回路压力PY-P明显高于基线PEEP，即PY-P>PEEP (图1)。流量-时间曲线显示，自呼气开始时刻至呼气峰流量时刻，会形成一定的曲线下面积。容量-时间曲线显示，峰流量时刻的容积较呼气开始点(吸气平台期)有极少量的下降。意味着，虽然时间极短，至呼气峰流量时刻，已有部分容积的气体自呼吸系统排出;也就意味着此时肺泡内压PA-P会略低于Pplat，即PA-P<Pplat，图1。c5J知览论文网 c5J知览论文网
2.2 阻力与回路阻力关系c5J知览论文网 c5J知览论文网
吸气支阻力增加时，Ri/Re均无明显变化;呼气支阻力增加时，Ri无明显变化，Re明显增加;延长管阻力增加时，Ri/Re均同时明显增加，表1。c5J知览论文网 c5J知览论文网
2.3 管路对呼气峰流量的影响c5J知览论文网 c5J知览论文网
流量-时间曲线显示，管路回缩可形成较明显的瞬时呼气气流，后续模拟肺释放的呼气峰流量略低于未干预状态下的呼气峰流量，图2。c5J知览论文网 c5J知览论文网
3 讨论c5J知览论文网 c5J知览论文网
根据呼吸力学，按照欧姆定律，对于气道R1段，在呼气峰流量时刻，此时的肺泡内压力(PA-P)与Y型口压力(PY-P)，存在Re=(PA-P-PY-P)/Ve;而根据呼气峰流量阻力计算法，则存在“Re=(PplatPEEP)/Ve”。假如上述两种情况都成立，应存在Re=(Pplat-PEEP)/Ve=(PA-P-PY-P)/Ve，即PplatPEEP=PA-P-PY-P。为明确这个关系是否成立，本研究给予了进一步论证，图3。c5J知览论文网 c5J知览论文网
因PA无法直接监测，所以临床上多采用平台压法来评估。在吸气末段，当气道气流为0时，外部回路压力与PA持平，此时呼吸机所监测到的回路压力就等于PA，即，平台期，PA=Pplat。平台压在临床监测中非常重要[6]，其中，测量最常用的方法是容量控制通气给予平台时间测定。在呼气阶段，呼气伐瞬间打开后，气流开始释放，这个过程中呼气气流流量会从0迅速增快到峰流量时刻，但这个细节演变过程，只有在能够拉伸坐标轴的呼吸机才可以看到，这也正是此研究选择PB840呼吸机的原因。从理论上而言，无论这个时间多短，至呼气峰流量点，都会有一部分气体从肺泡中排出，所以此时PA-P<Pplat。可以表示为:PPlat=PA-P+m,m>0。从图1中，尤其PB840图中拉伸的压力-时间曲线而言非常清楚，显然，此时的PY-P要明显大于PEEP。当然，这个对应关系，在没有经过拉伸的视图中，还是很难辨别的;因为常规视图(图2)下，这个压力下降过程，曲线表现为一条垂直于横轴的直线，这个已在前期研究中论述[7]。可表示为PY-P=PEEP+n,n>0;即，PEEP=PY-P-n。根据以上实际情况，则Pplat-PEEP=PA-P+m-(PY-P-n)=PA-P-PY-P+(m+n)，因m+n>0，显然，Pplat-PEEP<PA-P-PY-P。也就意味着，在呼气峰流量时刻，气道两端的压力差并不等于“Pplat-PEEP”。而且，其也不能满足欧姆定律关系。因从呼气开始至呼气峰流量时刻，这个时间极短，甚至在常规视图下，这段流量-时间曲线呈现为一条垂直于横轴的直线(图2)，所以，到达呼气峰流量时刻，肺泡内容积损失非常小，可以从图1中的容积-时间曲线看出。所以，可以认为此时PA-P≈Pplat。c5J知览论文网 c5J知览论文网
虽然呼气峰流量时刻，PA-P≈Pplat;但，PY-P与PEEP的差距却较大。既然，此时Y形口压力不为PEEP，且又很难确定其具体数值是多少;那么，我们就寻找此时回路中哪个位置的压力最有可能是PEEP。从呼吸机工作原理分析[8]，在呼气过程的早期，送气阀不需要提供基础气流，所以，此时只有一个阀门在工作，就是呼气阀;呼气阀在呼气过程中始终在背侧提供一个PEEP水平的压力(图3)，所以，此时呼气阀的正面位置压力应为PEEP。c5J知览论文网 c5J知览论文网
所以，根据上述推断，呼气峰流量时刻，内口(肺泡内)压力约为PPlat，呼气阀处压力为PEEP，根据欧姆定律，目前常用的公式所计算的阻力，应该包含自Y形口至呼气阀口这段管路及组件的阻力R2(图3)。为验证这个推断，选择可能采用这种方法或类似计算方法的某一品牌呼吸机，并通过顺次改变管路阻力的方法来实施;结果证明，当R2明显增大时，Re计算值也会明显增大，所以，这个推断应该是成立的。即此公式所计算的阻力其实为R'=R1+R2。试验结果也证明，吸气阻力Ri的计算公式并不受吸气与呼气支管路阻力的影响(选择两端的压力符合欧姆定律)。c5J知览论文网 c5J知览论文网
需要说明的是，在气道阻力计算公式中，当气流形式为湍流时[9]，一般不使用欧姆定律来评估，而是变为气道两端压力差ΔP=RV2。按照此计算原理，对于呼气峰流量点，气道两端压力差为“PplatPEEP=Re Ve2”，也为“PA-P-PY-P=Re Ve2”。与上相同的道理，采用这种计算方式的前提，仍然是建立在认为气道两端的压力差等于“Pplat-PEEP”的基础上，显然，这个设定仍然存在相同的问题。c5J知览论文网 c5J知览论文网
当然，即使清楚了上述情况，此公式仍然存在其他问题。剩下的另一个因素，呼气峰流量是否准确、在呼气峰流量时刻，呼气端流量传感器监测到的气流Ve'是否等于经气道的气流Ve(图2、图3)，这个问题涉及到呼吸机的工作原理[7]。在呼气过程中，在无基础气流情况下，呼出气流的数据Ve'均来自呼气盒内靠近呼气阀处的流量传感器感测的数值;因为是一个瞬时气流，而不像潮气量一样是一种汇总计算(可以剔除管路顺应性导致的容积消耗)，所以，呼吸机应该难以辨别这个数值是包含来源于管路(包含吸气支与呼气支)回缩形成的气流V1，还是只有肺泡回缩形成经过气道的气流Ve。为验证这个推断，采用管路与模肺分别释放气流的方式进行鉴别，当然，最终结果说明呼吸机并不能在呼气气流中将管路回缩产生的气流剔除掉，呼气峰流量是由管路与模肺共同回缩形成，即Ve=Ve'-k,k>0。但因为管路回缩产生的气流很小，接下来由模肺产生的呼气峰流量与未干预状态下的呼气峰流量相差甚小(图2)，所以，此时可以认为监测的呼气峰流量Ve'≈Ve。c5J知览论文网 c5J知览论文网
所以，呼气峰流量法计算呼气阻力，从细节及理论而言，存在着较多的瑕疵与问题;理论上应该是R1=(PA-PY)/Ve，但实际的计算值Re计算值=(PplatPEEP)/Ve'，其中PA-P<Pplat,PY-P>PEEP,Ve<Ve'，所以R1与Re计算值之间存在着理论上的明确误差。从整个回路而言，可以总结为，总阻力R'=R1+R2=(PA-PEEP)/Ve≈(Pplat-PEEP)/Ve'=Re计算值;其误差，取决于PA与Pplat、Ve'与Ve的近似程度。即，真实的气道阻力R1≈Re计算值-R2=(Pplat-PEEP)/Ve'-R2。c5J知览论文网 c5J知览论文网
所以，R2越小，R1越接近Re计算值;Ve'越接近Ve,R1就越接近Re计算值。当然，即使不用欧姆定律，而是采用湍流的计算方式，不但存在与欧姆定律相同的问题，而且因阻力受流量2次方的影响，流量数值的不准确，对其计算结果干扰更大。c5J知览论文网 c5J知览论文网
所以，临床医务人员要能认识到呼气阻力的计算问题，同时，更重要的是对此有一定的警惕性，避免特殊情况下的数据误导。采用层流计算方法“Re=(Pplat-PEEP)/Ve”，或湍流计算方法“Re=(Pplat-PEEP)/Ve2”计算呼气阻力，当呼吸机管路回路支及组件阻力很小时，所计算的呼气阻力可以一定程度上反映气道的阻力，但当回路支阻力明显增大时，比如回路支管路打折、管路太长或太细、回路端附加过滤器等，所显示的呼气阻力值就无法反映真实的气道阻力。从呼气峰流量准确性而言，使用顺应性越小的呼吸回路，管路对呼气峰流量的影响越小，阻力计算值也就越能反映真实的气道阻力。c5J知览论文网 c5J知览论文网
参考文献c5J知览论文网 c5J知览论文网
[1] Jonson B,Nordstr9m L,Olsson SG,et al.Monitoring of ventilation and lung mechanics during automatic ventilation. A new device[J]. Bull Physiopathol Respir(Nancy),1975,11(5):729-743.c5J知览论文网 c5J知览论文网
[2] Hess D,Tabor T. Comparison of six methods to calculate airway resistance during mechanical ventilation in adults[J].J Clin Monit,1993,9(4):275-282.c5J知览论文网 c5J知览论文网
[3] JOHN E. HALL. Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology(13th edition)[M]. ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS,2015.c5J知览论文网 c5J知览论文网
[4] Gómez RubíJA,Sanmartin A,Gonzalez Diaz G,et al.Assessment of total pulmonary airway resistance under mechanical ventilation[J].Crit Care Med,1980,8(11):633-636.c5J知览论文网 c5J知览论文网
[5]朱蕾．机械通气(第4版)[M]．上海:上海科学技术出版社，2016.c5J知览论文网 c5J知览论文网
[6]田光，韩志海，段蕰铀．肺泡复张手法的临床应用[J]．海军总医院学报，2006,(2):99-102.c5J知览论文网 c5J知览论文网
[7]武云珍．机械通气呼气相超早期流量时间波形分析[J]．中华重症医学电子杂志(网络版)，2019,5(3):249-257.c5J知览论文网 c5J知览论文网
[8]柯惠医疗公司．Puritan BennettTM800系列呼吸机系统操作和技术参考手册[M].Mansfield:柯惠医疗公司，2011.c5J知览论文网 c5J知览论文网
[9] Kaminsky DA. What does airway resistance tell us about lung function?[J].Respir Care,2012,57(1):85-96.
