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肺損傷的呼吸機(jī)相關(guān)因素:機(jī)械能

 fjgsd 2018-05-14

河南科技大學(xué)第一附屬醫(yī)院急診醫(yī)學(xué)部  梁宇鵬    譯    

重癥行者翻譯組   梁艷  校對


摘要

目的:

       我們假設(shè)肺損傷的呼吸機(jī)相關(guān)因素可統(tǒng)一為一個變量:機(jī)械能。我們對壓力-容積環(huán)測量的機(jī)械能進(jìn)行了評估,,看其是否可以應(yīng)用其組成要素:潮氣量(TV)/驅(qū)動壓(ΔPaw),、流速、呼氣末正壓(PEEP)和呼吸頻率進(jìn)行計(jì)算,。如果是這樣,,那就可以估算每個變量占機(jī)械能的相對權(quán)重了。

 

方法:

       我們按照容積和頻率的變化將運(yùn)動方程的相關(guān)組成參數(shù)相乘,,對機(jī)械能進(jìn)行了計(jì)算,。

我們在30例肺部正常和50例ARDS患者中,利用能量方程對機(jī)械能進(jìn)行計(jì)算,,同時應(yīng)用動態(tài)壓力-容積曲線在5和15厘米水柱PEEP以及6,,8,10和12 ml/kg潮氣量狀態(tài)下分別對機(jī)械能進(jìn)行測量,。然后,,我們對各個組成變量占機(jī)械能的權(quán)重進(jìn)行了計(jì)算。

 

結(jié)果:

       在5和15厘米水柱PEEP有條件下,,對肺部正?;颊吆虯RDS患者所計(jì)算和測量得到的機(jī)械能是相似的(斜率分別為0.96, 1.06, 1.01, 1.12,R^2均>0.96,,p值均<>aw)和流速(指數(shù)=2),,以及呼吸頻率(指數(shù)=1.4)的增加呈指數(shù)性上升,,隨PEEP的增加呈線性上升。

 

結(jié)論:

     機(jī)械能方程可有助于對不同的呼吸機(jī)相關(guān)的肺損傷因素及其變化對肺損傷的影響程度進(jìn)行評估,。在每臺呼吸機(jī)的軟件中都可以很方便地應(yīng)用該機(jī)械能方程,。

 

關(guān)鍵詞:

ARDS,呼吸機(jī)相關(guān)性肺損傷,,機(jī)械通氣,,呼吸力學(xué)


要點(diǎn):每個被發(fā)現(xiàn)與肺損傷相關(guān)的變量均對施加到呼吸系統(tǒng)的機(jī)械能存在影響。我們提出的等式準(zhǔn)確反映了所測得的隨TV,、ΔPaw和流速(指數(shù)=2),,RR(指數(shù)=1.4)的增加呈指數(shù)性上升,隨PEEP的增加呈線性上升的機(jī)械能,。



前言

       呼吸機(jī)/機(jī)械通氣相關(guān)的肺損傷(VILI)源于呼吸機(jī)對肺實(shí)質(zhì)施加的機(jī)械能與肺實(shí)質(zhì)之間的交互作用,,它涉及到兩種因素:即呼吸機(jī)施加給肺實(shí)質(zhì)的機(jī)械能的大小,以及肺實(shí)質(zhì)如何接受呼吸機(jī)施加的機(jī)械能,。在過去的數(shù)十年間,,我們對這兩種實(shí)際作用因素的理解在逐步提高:一方面,呼吸機(jī)內(nèi)裝載的各種元件已被不同程度地強(qiáng)調(diào),;另一方面,,肺實(shí)質(zhì)對呼吸機(jī)內(nèi)裝載的各種元件的反映情況已經(jīng)得到了研究和澄清。呼吸機(jī)引起VILI的原因包括:壓力,、容積,、流速和呼吸頻率。 另一方面,, 容易引起VILI的肺部情況主要取決于肺水腫的嚴(yán)重程度,,它可導(dǎo)致肺的形態(tài)縮小、不均一性升高,、應(yīng)力上升變快,、以及肺泡周期性地塌陷和開放。需要澄清的是,,我們在此處忽略了例如:灌注,、PH值、氣體張力和溫度等“肺外”因素,。顯然,,引起VILI的呼吸機(jī)和肺部因素之間是可以相互影響的。例如,,呼氣末正壓(PEEP),,一方面增加了呼吸機(jī)的壓力負(fù)荷,另一方面可降低肺泡的不均一性以及肺泡明顯的潮式開-閉。然而,,把呼吸機(jī)因素與肺部因素對產(chǎn)生VILI的影響進(jìn)行區(qū)分,,或許有助于制定出更好的VILI預(yù)防策略。實(shí)際上,,值得我們注意的是,所有與呼吸機(jī)相關(guān)的VILI發(fā)生因素(雖然是單獨(dú)進(jìn)行研究的),,都是這個統(tǒng)一物理變量(即:機(jī)械能)的組成部分,,而大部分與肺相關(guān)的VILI發(fā)生因素主要是肺水腫的嚴(yán)重程度的結(jié)果(即:ARDS的嚴(yán)重程度,至少在早期階段),。如果我們對機(jī)械通氣的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行分析,,顯然,潮氣量,、壓力和流速都是能量負(fù)荷的組成部分,,采用單位時間表示,也就是機(jī)械能,。我們在本文中提出了一個簡單的床旁評估機(jī)械能的模型并對其與設(shè)定一個“安全”的機(jī)械通氣策略的可能的相關(guān)性進(jìn)行討論,。

方法

機(jī)械能公式的來源

 

運(yùn)動方程

按照經(jīng)典的運(yùn)動方程(包含了PEEP),在任何指定時間下,,整個呼吸系統(tǒng)內(nèi)的壓力(P)等于:

實(shí)際上,,運(yùn)動方程的每個組成部分都是壓力:

●     ELrs×ΔV=ΔP(因彈性回縮力而產(chǎn)生的壓力成分),也就是,,ELrs=(Pplat-PEEP)/ΔV(即呼吸系統(tǒng)順應(yīng)性),。

●  Raw × F = Ppeak ? Pplat (因呼吸運(yùn)動而產(chǎn)生的壓力成分), 也就是 Raw = (Ppeak ? Pplat)/F,

●  PEEP=P呼氣末,PEEP與運(yùn)動本身并無關(guān)系,,但其代表了肺的基礎(chǔ)張力,,即其代表了當(dāng)ΔV和流速均為零的時候,呼吸系統(tǒng)的壓力,。

單次呼吸的能量

     圖1所描述的是在靜息肺容積的基礎(chǔ)上增加ΔV所需要施加于呼吸系統(tǒng)的能量,。為了清楚起見,我們假設(shè)呼吸系統(tǒng)(或肺)的壓力-容積曲線在涉及的容積范圍內(nèi)是線性的,,即到達(dá)肺總量(TLC)的起始區(qū)域,。

●     呼氣末壓力為零的情況下單次呼吸的能量。能量(即:通氣線與Y軸間的面積)是壓力(P)的絕對值與容積變化(ΔV)的乘積,,即P×ΔV,。因此,當(dāng)PEEP等于零時,,用于補(bǔ)償彈性回縮力的能量相當(dāng)于三角形的面積,,即1/2 × Pplat × ΔV。

●     存在PEEP的情況下單次呼吸的能量。當(dāng)開始應(yīng)用PEEP時,,為了達(dá)到預(yù)先設(shè)定PEEP值所需要的氣體容量(ΔVPEEP)而需要施加的能量等于1/2 × PEEP × ΔVPEEP,,但這能量僅需要施加一次(因?yàn)镻EEP將會一直被保持),在小潮氣量通氣期間,,ΔVPEEP等于零,,因此相應(yīng)的算法1/2 × P × ΔV也等于零。然而,,在PEEP存在的情況下,,往肺內(nèi)充氣則需要更多的能量。因此,,為了保證潮氣量而需要達(dá)到的Pplat所需施加的能量等于ΔP + PEEP(即平臺壓)乘以從PEEP狀態(tài)下到達(dá)平臺壓狀態(tài)下的肺容積變化,。該能量等于以Pplat 和 PEEP 為底,以潮氣量為高的梯形面積(見圖1),。更詳細(xì)的,,有關(guān)PEEP的作用的討論見電子附錄E-1章。

●     每次呼吸中,,氣體運(yùn)動所需的能量,。此能量近似等于圖1中右側(cè)平行四邊形的面積,其一條邊為(Ppeak – Pplat),,另一條邊為ΔV,。因其可隨容控或壓控機(jī)械通氣過程而變化,這實(shí)際上是現(xiàn)實(shí)情況的一個簡化,。

 

因此,,我們可以通過將下述運(yùn)動方程中的每個壓力與容積變化相乘來計(jì)算每次呼吸的能量:

方程2中的第一部分等于ΔV×ΔP,除以2(三角形的面積)以接近它們的乘積的積分(見圖1a),。而第二和第三部分則因其代表著沿坐標(biāo)軸的平行移動,,故其不需要進(jìn)行校正。

來自方程2

因此

可以應(yīng)用下列的推導(dǎo)過程將Tinsp表示為呼吸頻率(RR)和吸呼比(I:E)這兩個每臺呼吸機(jī)設(shè)置中可以應(yīng)用的參數(shù),。

原型

如果我們分別使用升和厘米水柱表示容積和壓力,,它們的乘積乘以0.098即換成用“焦耳”來表示。

圖1 a.能量方程的圖解示意圖,。該圖由一個大三角形(綠色+天藍(lán)色部分)及其右側(cè)的平行四邊形(代表阻力,,黃色)組成。大三角形左側(cè)的直角邊代表肺總?cè)莘e(即:TV+PEEPvolume),,而上面的直角邊代表平臺壓,。三角形斜邊的斜率為呼吸系統(tǒng)的順應(yīng)性,(在本例子中,,1200ml / 30cmH2O = 40ml / cmH2O),。大三角形的面積是處于平臺壓狀態(tài)下的總彈性能量,等于(1200ml X 30cmH2O)/2 X 0.000098=1746 J。該總彈性能量由兩部分組成:小三角形(靜態(tài)彈性,,綠色),,代表應(yīng)用PEEP時,僅需在起始時一次施加于呼吸系統(tǒng)的能量,,而大梯形(動態(tài)彈性,,天藍(lán)色)的面積代表每一次潮氣量呼吸施加于呼吸系統(tǒng)的能量。需要注意的是,,這個大梯形是由兩部分面積加起來的(全部天藍(lán)色部分):一部分是長方形,,它的面積等于TV X PEEP(能量方程的第三組成部分),另一部分是三角形,,它的面積等于TV X ΔPaw X 1/2,相當(dāng)于ELrs X TV X 1/2(即能量方程的第一組成部分),。能量方程的第二組成部分相當(dāng)于代表阻力的平行四邊行的面積黃色),,它的面積等于(Ppeak – Pplat)X TV。

    b.是在PEEP等于15厘米水柱時獲得的動態(tài)壓力-容積環(huán),,還有以下測量的參數(shù):Ppeak 32.8cmH2O, Pplat 29.2 cmH2O, TV 303ml,。能量的測量值為0.77J,即吸氣相藍(lán)線描繪的梯形區(qū)域,,上底為峰壓線,,下底為PEEP線,TV線為梯形的高,,計(jì)算值為0.80J,。RR=18次/分,那么能量測量值為13.9J/min,,計(jì)算值為14.4J/min,。

機(jī)械能

      由方程5,以J/min表示機(jī)械能將如下公式所示:

從上述公式可以計(jì)算出任何變量(潮氣量,、驅(qū)動壓,、呼吸頻率、阻力)的改變對施加于呼吸系統(tǒng)的機(jī)械能的影響

      方程(6)的簡化版本和對施加于肺而非整個呼吸系統(tǒng)的機(jī)械能的計(jì)算參見電子附錄E-2和E-3,。

所應(yīng)用的能量/功率的測量

 

       我們利用了之前的一項(xiàng)納入了30例肺部正常,,無ARDS的患者(19例外科和11例內(nèi)科對照患者)和50例ARDS患者(輕度=26,中度=16,,重度=8)的研究的數(shù)據(jù),。該研究的人口學(xué)特征總結(jié)于表1(更詳細(xì)的細(xì)節(jié)可在原始研究的表1-3中獲得)。在四個不同的潮氣量(6,、8,、1、12ml/kg)水平和兩個不同的PEEP水平(5和15厘米水柱)對每例患者(伴或不伴ARDS)進(jìn)行測量。在100Hz的條件下,,利用專用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(Colligo; Elekton, Milan, Italy)記錄流速和氣道壓力(Paw),。在小潮氣量通氣過程中,應(yīng)用動態(tài)壓力-容積曲線記錄來對施加于每次呼吸過程中的能量進(jìn)行測量,。每次呼吸所施加的能量(氣道+呼吸系統(tǒng))被定義為氣道壓力吸氣支與容量軸之間的面積(見圖1.b),。需要注意的是壓力利用絕對值表示的(也就是說,包含了PEEP)而容量則以EELV之上的ΔV表示,。容量-壓力區(qū)域面積積分用升×厘米水柱來衡量,,以焦耳表示就是(1 L × cmH2O = 0.000098 J)。機(jī)械能則通過每次呼吸的能量乘以呼吸頻率而得到,。


 

表1.患者的人口學(xué)特征

統(tǒng)計(jì)學(xué)方法


       機(jī)械能的測量值和計(jì)算值之間的相關(guān)性應(yīng)用單因素Logistic回歸分析來進(jìn)行評估,。運(yùn)用Bland–Altman方法對機(jī)械能的測量值和計(jì)算值之間的一致性做進(jìn)一步評估。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析應(yīng)用SAS 9.2軟件(SAS Institute,Cary, NC, USA)進(jìn)行分析,。

結(jié)果

機(jī)械能的計(jì)算值與測量值


      在30例非肺部疾?。础罢!狈危C(jī)械通氣患者中機(jī)械能的測量值和計(jì)算值的回歸分析結(jié)果見圖2中的a圖(5cmH2O PEEP)和c圖(15 cmH2O PEEP),。分別在6,、8、10,、12ml/kg潮氣量的狀態(tài)下測量機(jī)械能,,每個PEEP水平下測量120次。機(jī)械能的測量值(x軸)與運(yùn)用能量方程計(jì)算出來的計(jì)算值密切相關(guān),,回歸分析如下:(PEEP為5厘米水柱時)機(jī)械能的計(jì)算值=0.96×測量值+0.16,,R^2=0.98,p < 0.0001,,(peep為15厘米水柱)機(jī)械能的計(jì)算值="1.05×測量值-0.52,,R^2=0.99,p">< 0.0001,。相應(yīng)的bland–altman分析結(jié)果見圖2中的b圖和d圖,。如圖中所示,在peep為5厘米水柱時,,測量值和計(jì)算值之差的平均值為0.196="" j/min,此時測量值與計(jì)算值之間一致性的上限為0.916="" j/min,,下限為-0.525="" j/min。在peep為15厘米水柱時,,測量值和計(jì)算值之差的平均值為-0.396="" j/min,,此時測量值與計(jì)算值之間一致性的上限為0.560="" j/min,下限為-1.353="">

圖2.正常受試者。a,c 分別為在5和15厘米水柱PEEP水平下機(jī)械能的計(jì)算值(y軸)與測量值(x軸)之間的函數(shù)關(guān)系,。在PEEP為5厘米水柱時,,y=0.9633x + 0.1609,;在PEEP為15厘米水柱時,y=1.0592x - 0.5218,。b,d分別為相應(yīng)的Bland-Altman方法對機(jī)械能的測量值和計(jì)算值之間一致性的分析結(jié)果(見文中詳述),。


      在50例ARDS患者中的機(jī)械能測量值和計(jì)算值之間的回歸分析結(jié)果見圖3中a圖(5cmH2O PEEP)和圖3中c圖(15 cmH2O PEEP)。分別在6,、8,、10、12ml/kg潮氣量狀態(tài)下測量機(jī)械能,,每個PEEP水平下測量共200次,。機(jī)械能的測量值(x軸)與通過能量公式計(jì)算出來的計(jì)算值之間存在密切的相關(guān)性,回歸分析如下:(PEEP為5厘米水柱時)機(jī)械能的計(jì)算值=1.01×測量值-0.48,,R^2=0.96,,p < 0.0001,(peep為15厘米水柱時)計(jì)算得到的機(jī)械能="1.12×測量值-1.38,,R^2=0.97,,p">< 0.0001。相應(yīng)的bland–altman分析結(jié)果見圖3中的b圖,d圖,。在peep為5厘米水柱時,測量值和計(jì)算值之差的平均值為0.316="" j/min,="" 此時測量值與計(jì)算值之間一致性的上限為0.840="" j/min,,下限為-0.840="" j/min,。在peep為15厘米水柱時,測量值和計(jì)算值之差的平均值為-0.396="" j/min,,此時測量值與計(jì)算值之間一致性的上限為0.924="" j/min,下限為-2.604="">

圖3.ARDS患者,。a,c 分別為在5和15厘米水柱PEEP水平下機(jī)械能的計(jì)算值(y軸)與測量值(x軸)之間的函數(shù)關(guān)系。在PEEP為5厘米水柱時,,y=1.0137x - 0.4842,;在PEEP為15厘米水柱時,y=1.1216x – 1.3833,。b,d分別為相應(yīng)的Bland-Altman方法對機(jī)械能的測量值和計(jì)算值之間一致性的分析結(jié)果(見文中詳述),。

各個機(jī)械通氣參數(shù)對機(jī)械能的影響


     圖4中,在正常條件下(ELrs10 cmH2O/L, Raw 8 cmH2O/L/s),,我們以10%為步長來展示機(jī)械能的變化(y軸)與其各個組成要素(TV, ΔPaw, 吸氣流速, RR 和 PEEP)之間變化的函數(shù)關(guān)系,,前提是當(dāng)機(jī)械能的某一組成要素發(fā)生變化時,其他要素保持不變,。如圖所示,,當(dāng)TV、驅(qū)動壓和吸氣流速以相同百分比發(fā)生變化時,,其導(dǎo)致機(jī)械能以相同的指數(shù)在增加(指數(shù)=2),,也就是說,,TV增加一倍(例如,潮氣量從6ml/kg增加至12ml/kg)可導(dǎo)致機(jī)械能增加四倍,。呼吸頻率以同樣的百分比增加,,也導(dǎo)致了機(jī)械能呈指數(shù)性增加,但指數(shù)僅為1.4,,而PEEP的增加引起機(jī)械能呈線性增加,。氣道阻力和呼吸系統(tǒng)彈性的變化對機(jī)械能的影響見圖5。呼吸機(jī)變量的不同組合對機(jī)械能的影響在特定的計(jì)算機(jī)程序中是可見的,,其可從以下鏈接下載:http://www.ains.med./de/abteilung-anaesthesiologie/

forschung/energy-calculator-software,。

圖4.機(jī)械能增加的百分比與TV/ΔPaw/吸氣流速(菱形、正方形和三角形圖示), RR(星形圖示) 和 PEEP(圓形圖示)之間變化的對應(yīng)函數(shù)關(guān)系,。機(jī)械能隨著TV,、ΔPaw、吸氣流速的變化而發(fā)生的變化是恰好是相同的,,以同一條線來描記(為了清楚起見,,我們描記的機(jī)械能變化相對應(yīng)的TV、ΔPaw,、吸氣流速的變化百分比是不相同的,,如果都以相同的百分比來描記,則所有的點(diǎn)都會重疊在一起了),。當(dāng)TV/ΔPaw/吸氣流速分別增加20%時,,機(jī)械能均相應(yīng)增加37%;當(dāng)呼吸頻率與PEEP分別增加20%時,,機(jī)械能分別相應(yīng)增加27%和5.7%,。所有的計(jì)算結(jié)果均為只改變一個變量前提的,而此時其它變量保持不變,。

圖5.機(jī)械能變化的百分比與ELrs(圓形圖示)和Raw(正方形圖示)之間函數(shù)關(guān)系,。Raw變化引起機(jī)械能發(fā)生的變化比ELrs引起的要小。當(dāng)ELrs和Raw分別增加20%時,,引起的機(jī)械能變化分別為8%和6%,。所有的計(jì)算結(jié)果均為只改變一個變量前提的,而此時其它變量保持不變,。

討論

       鑒于時間因素與機(jī)械能的一些組成要素共同作用下引起VILI,,這很顯然已不是什么新發(fā)現(xiàn)了。在該研究中,,我們發(fā)現(xiàn)源于經(jīng)典的運(yùn)動方程的“能量方程”(已經(jīng)加入了PEEP,,雖然慣性力已被忽略)所計(jì)算出的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)中通過壓力-容積曲線分析所獲得的結(jié)果是非常接近的。以數(shù)學(xué)形式來描述機(jī)械能的優(yōu)點(diǎn)在于它能夠?qū)C(jī)械通的各個不同組成要素(TV,、RR,、ΔPaw,、PEEP、I:E,、流速)所占權(quán)重大小進(jìn)行量化,,并且可以預(yù)測各個組成要素的變化對機(jī)械能產(chǎn)生的影響。


機(jī)械能的組成部分

呼吸系統(tǒng)的彈性

能量方程的第一部分(即:與潮氣量/驅(qū)動壓相關(guān)的能量)呈現(xiàn)出線性關(guān)系的壓力-容積曲線,。如果在接近肺總?cè)莘e的狀態(tài)下彈性是增加的,,此時由于肺過度膨脹,導(dǎo)致能量的計(jì)算值可能會偏低,。相反,,如果彈性是下降的,能量的計(jì)算值則可能會偏高,,例如,,由肺復(fù)張帶來的彈性下降。然而,,必須要注意的是,,有兩種現(xiàn)象(即:過度膨脹和復(fù)張)可在不同的肺區(qū)域中同時發(fā)生,從而導(dǎo)致肺的總彈性不變,。此外,,彈性每改變(升高或降低)10-20%,機(jī)械能的計(jì)算值則可能相應(yīng)發(fā)生改變(升高或降低)5-10%(見圖5),。一個由壓力-容積衍生出來的可以對每個P-V對進(jìn)行自動測量的系統(tǒng),,將可避免對機(jī)械能產(chǎn)生高估或低估的結(jié)果。

 

氣道阻力

       能量方程的第二部分是與氣體運(yùn)動相關(guān)的能量,。如圖1a所示,在我們的模型中,,我們設(shè)想阻力和流速在通氣過程中是保持不變的,。因此,Ppeak – Pplat之差可立即到達(dá)其目標(biāo)工作水平,,并保持到吸氣相結(jié)束,。這個假設(shè)顯然是過度的簡化了。實(shí)際上,,機(jī)械通氣過程中,,當(dāng)呼氣末肺容量(EELV)減少時,氣道阻力確實(shí)是下降的,。不管是肺部正常受試者還是ARDS患者,,當(dāng)在15厘米水柱PEEP條件下開始通氣時,我們發(fā)現(xiàn)機(jī)械能的計(jì)算值是高于測量值的,。圖2和圖3中的d圖是Bland–Altman分析圖,,提示在15厘米水柱PEEP的條件下進(jìn)行機(jī)械通氣,,對機(jī)械能的系統(tǒng)性高估是明顯存在的。同樣在這種情況下,,一個能對氣道阻力和流速進(jìn)行自動測量的系統(tǒng)將可以提高機(jī)械能計(jì)算值的估計(jì)準(zhǔn)確性,。

 

呼氣末正壓

       能量方程的第三部分相當(dāng)于在整個吸氣相中用于克服因PEEP引起的纖維張力所需要的能量。

       呼吸機(jī)在對呼吸功進(jìn)行計(jì)算時,,對PEEP的影響并未進(jìn)行考慮,,因P-V環(huán)是從原點(diǎn)(0,0)開始的,,并未把PEEP和呼氣末肺容積考慮在內(nèi),。然而,盡管PEEP對與機(jī)械通氣相關(guān)的周期性能量負(fù)荷并未產(chǎn)生影響,,但通過“PEEP x ΔV”這一因素可以發(fā)現(xiàn)施加到呼吸系統(tǒng)的能量負(fù)荷是增加的(同樣參見附錄,,E-1章節(jié))。雖然PEEP每增加10-20%引起機(jī)械能的增加程度是接近的,,但PEEP的這種影響經(jīng)常被忽略,。

機(jī)械能與VILI

 

      VILI是由施加于可通氣肺實(shí)質(zhì)的機(jī)械能和可通氣肺實(shí)質(zhì)的解剖-病理特點(diǎn)之間的相互作用所引起。實(shí)際上,,TV/ΔPaw, RR, 流速和PEEP都是一個特殊物理范疇的組成要素,,盡管這些因素已經(jīng)被單獨(dú)進(jìn)行過研究,但它們對機(jī)械能的影響可能是各不相同的,。如果機(jī)械能對肺實(shí)質(zhì)的機(jī)械性損傷與機(jī)械能之間存在函數(shù)關(guān)系,,那么機(jī)械能的不同組成部分之間構(gòu)成的不同組合產(chǎn)生的機(jī)械能可能大于之前給定的閾值,可對肺實(shí)質(zhì)產(chǎn)生同樣的損傷,,這和最近的動物實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相符合的,。顯然,由于機(jī)械能受到系統(tǒng)容量特性的影響,,因此應(yīng)該對暴露在機(jī)械通氣的肺氣體容積單位或肺組織重量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,。

 

健康肺

   有關(guān)健康肺發(fā)生VILI的大部分文獻(xiàn)都提到了TV和PEEP的不同組合的應(yīng)用,然而為了維持一定的PaCO2范圍,,常常需要設(shè)置一定的呼吸頻率,。若要在健康肺中以“正常的”呼吸頻率來誘導(dǎo)肺損傷,TV需要大于30-40ml/kg甚至更高,。如果和肺的大小進(jìn)行對比,,這樣大的潮氣量相對應(yīng)產(chǎn)生的形變達(dá)到了肺的總?cè)萘浚?-3倍FRC的容量)。為了更好理解不同物種的機(jī)械能與健康肺之間的關(guān)系,,我們認(rèn)為必須要考慮到以下兩個因素:首先是肺的尺寸大小,。其次是肺的特異性彈性,它反映著肺實(shí)質(zhì)的固有彈性(人類:12厘米水柱,,豬:6厘米水柱,,大鼠:4厘米水柱),。在平均重量為21kg、平均功能殘氣量為295ml的健康豬中,,我們通過CT掃描對水腫進(jìn)行評估,,前瞻性的發(fā)現(xiàn)了其發(fā)生VILI的機(jī)械能閾值是12 J/min,大約為40mJ/min/ml。

 

有病變的肺

     有關(guān)肺的形態(tài)大小和固有彈性的觀點(diǎn)也適用于罹患急性疾病的肺,。由于此時肺的固有彈性與正常肺是相似的,,因此“嬰兒肺”容積越小,導(dǎo)致肺損傷所需要的的機(jī)械能就越小,。如果要把“嬰兒肺”的容積增加到接近其肺總?cè)莘e,,這對于即將應(yīng)用于臨床的機(jī)械能來說還是很困難的。然而,,患病的肺具有如下特點(diǎn):不同彈性區(qū)域之間存在數(shù)個接觸面,,這可能會使它們所承受的作用力加倍。實(shí)際上,,肺的不均一性決定了作用力和機(jī)械能明顯的不均勻分布,,這或許是導(dǎo)致VILI發(fā)生的主要肺內(nèi)因素。

研究的局限性

 

       每次呼吸所遞送的能量,,一部分儲存為彈性能量,,另一部分通過各種機(jī)制肺部消散。P-V環(huán)的滯后面積所代表的這一部分能量可能是有害的,。然而,,因滯后面積是所遞送的能量中的一部分,它幾乎是固定不變的(至少在生理潮氣量范圍內(nèi)),,為了簡單起見,,我們選擇了后者,因它可能更容易計(jì)算和理解,。

       能量/功率的計(jì)算值與肺容積,、彈性和阻力之間呈現(xiàn)出線性關(guān)系。如前所述,,在較高的容積(15厘米水柱PEEP)條件下,,這些線性關(guān)系均有可消失,,導(dǎo)致了對機(jī)械能的高估/低估,。然而,如果機(jī)械能的概念可以被證明是有用的,,那么彈性和阻力就都可以在每個P-V環(huán)中每個容積點(diǎn)上被自動計(jì)算出來,,從而克服線性偏倚。

       為了理解能量方程中引用的不同變量的相對權(quán)重,,我們在保持其它變量恒定不變的情況下,,對其中一個變量進(jìn)行單獨(dú)研究,。這個方法顯然是存在問題的,例如,,在正常情況下,,隨著潮氣量的增加,可能會伴隨著呼吸頻率的下降,、流速的變化等,。然而,我們提供的是一個簡單工具,,它被認(rèn)為適合于計(jì)算任何變量的組合,。

       必須要強(qiáng)調(diào)的是,機(jī)械能僅僅是問題的其中一方面,。另一方面則是指肺部的情況,。同樣的機(jī)械能可能會出現(xiàn)不同的效果,這取決于肺的大小,、不均一性的存在,、應(yīng)力上升的程度、以及血管充盈狀態(tài),,所有這些因素導(dǎo)致了所遞送能量的不均勻分布,。因此,要使其在臨床上有意義,,機(jī)械能必須要標(biāo)準(zhǔn)化,,至少對肺容積要標(biāo)準(zhǔn)化。

結(jié)論

      機(jī)械能分析強(qiáng)調(diào)了可能與臨床相關(guān)的概念,。第一,,它解釋了TV/ΔPaw在誘導(dǎo)VILI中的極端重要性,這在科學(xué)界是已被廣泛認(rèn)可的,。第二,,它可能解釋了PEEP對VILI的發(fā)生的模棱兩可的影響。實(shí)際上,,機(jī)械能的增加和PEEP是呈線性關(guān)系的,,因此它有可能導(dǎo)致VILI的發(fā)生。另一方面,,PEEP可能減少了導(dǎo)致VILI的肺內(nèi)因素(如:肺的不均一性和肺泡的潮式閉合-開放),。最終結(jié)果(是陽性還是陰性)將取決于兩個方面中哪一方面占據(jù)優(yōu)勢,以及患者的情況,。第三,,機(jī)械能強(qiáng)調(diào)了呼吸頻率對它的影響,這是經(jīng)常被忽視的、但可能存在相關(guān)性,,當(dāng)呼吸頻率上升時,,機(jī)械能隨著呼吸頻率的上升呈指數(shù)性增長??傊?,把機(jī)械能作為一個整體來考慮,比對其組成要素分開單獨(dú)考慮可能提供更好的視角,。


原文分享:http://pan.baidu.com/s/1nuCREWT

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