高频通气的机理

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高频通气的机理
江西省医学院 刘汉清

    目前对高频通气机理的研究，文献资料多集中在HFO方面，尽管其它形式的高频通气 机理上 不可能与此完全相同，但从都是达到高频条件下小潮气量的有效通气这一共同要求来考虑， 则不难理解在HFO通报导中起作用的某因素，可能也存在于其它形式的高频通气中。本章侧 重讨论HFO的通气机理，然而有些基本的气体运动规律看来同样适用于它种高频通气。
    有些学者认为，无论是高频通气或是正常的呼吸，其气体运输都要依靠整团(或整体)对流(bulk convection)以及分子弥散(molecular dirrusion)这两种基本过程。不过在不同场合下 ，二者各起的作用大小有差异。在对流起主要作用的场合，可能存在直接肺泡通气、对流扩 散、摆动及增强扩(弥)散等气体运输形式，借此实现气体交换过程。而在主要通过分子弥散 实现气体交换的场合，则纯粹分子弥散和增强扩散成为的气体运输的基本形式。这些形式的 气体运动往往彼此交杂，难以截然分开，它们互相影响，共同发挥作用。〖 7”〗
    一、直接肺泡通气(direct alveolar ventilation)
    在正常潮气量下的吸气时相，气道内的气柱(它包括无效腔内气体和后继的从外界吸 入的一 部分气体)向肺泡方向推进，使肺泡获得新鲜空气。在呼气时相，气柱循相反方向移动，从 而使肺泡的一部分气体得以排出。这种整团对流实现的肺泡通气范围较广，足以保证活动的 肺泡可通过分子弥散以完成与血液间的气体交换。
    当潮气量近于或小于无效腔气量时，上述对流形式所起的作用范围显著缩小。但由于气管和 肺在结构上的不对称，致使进入气道的新鲜空气柱的前沿有可能达到交靠近口端的一部分肺 泡，实现直接的肺泡通气(图3-1，A)。Isabey等证实，当采用HFO而Ｖ?T／Ｖ?D＝0.8～1 .2时，通过中心对流性整团流动所引起的直接肺泡通气，在气体运输中具有重要意义。
    图3-1 高频通 气时几种可能的气体混合机理
    A、直接肺泡通气 阻影区表示低潮气量下的通气区
    B、摆动 并联的肺单位由于时间常数的差异，使它们之间产生气体的往返移动
    C、对流流动 Ⅰ、吸气速度剖面 Ⅱ、呼气速度剖面 Ⅲ、净速度剖面 在层流条件下出现 中心处质点向右面近管壁质点向左的双向流动
    D、轴向对流和侧向混合 Ⅰ、静止时的非混合性流体 Ⅱ、非混合性流体向右移动 Ⅲ、箭 头表示径向混合的方向
    (引自Drazen等)
    二、对流体扩散(convective dispersion)或对流性
    流动(convective strcaming)
    采用模型实验，Haselon和scherer观察到在一个振荡周期中，由于流体的 流向不同，其呈抛 物线形的速度剖面会出现差异，产生非对称性速度剖面。经过几个振荡周期后，流体的质点 究竟是向右还是向左，这取决于发生振荡时这些质点是在管道的中心还是靠近管壁。中心部 的质点被移向右侧，而近壁处的质点则被移向左侧，于是在每振荡周期之末，流体在管内 产生一双向的净移动(图3-1，C)。如果从左侧进入的气体中，含有比右侧气体中较高浓度 的某种成分，则将会发生该种成分的净交换，此为对流性交换。
    三、摆动(pendellft)或异时相高频振荡
    (out-of-phaseHFO)
    按照一般的物理学概含，可将肺单位的充气和排气比拟为电容的充电和放电。Ot is等认为， 肺单位的充气、排气时间常数(t)，为其阻力(R)和顺应性(C)的乘称，即t＝R×C。糨时间常 数的大小，决定着在一定的压力梯度下肺单位充盈和排空的速度。由于一些处于并联状态的 肺单位时间常数可有很大的差异，在单次呼气之末，时间常数小的单位已准备转入允气阶段 ，而时间常数大者仍在继续排空之中。因此后一类单位排出的气体，这时可流向前一类正在 充盈的单位(图3-1，B)。
    上述周期性通气中相邻肺单位间的这类气体“晃动”现象，一般称之为摆动，也有人用“迪 斯科肺”一词来形容肺的此种运动形式。Lehr等在动物肺中观察到，当通气频率为7.5～20H Z时，在不同肺叶及同一肺叶的不同区域间，肺的充胀有明显时相差。当频率增加到30～60H Z时，时相差可出现在同一肺叶的更小区域间。他们认为肺泡间存在的这种循环气流，是高 频通气时气体运输的形式之一。通过肺泡间的气体交流，可使它们所含气体得到混合，从而 使肺内气体浓度可更为一致。
    四、增强弥散(augmented dirrusion)或泰勒型扩散
    (Taylor-type dispersion)
    高频通气时的气体运输，有些人认为可能是中心气道内出现的增强扩(弥)散，与 肺外周部分 的分子弥散二者的结合。增强扩散类似Taylor提出的湍流扩散(turbulent dispersiln)，它 是轴向速度剖面与径向浓度梯度相互作用的结果。在振荡气流中，可出现湍流或次级速度型 式(即剖面)，引起径向混合或者横向流动混合(cross-stream mixing)。在它们与此时存在 的轴向对流共同作用下，产生增强扩散(图3-1，D)，亦称为纵向扩散(longitudinal dispe rsion)。
    增强扩散与对流扩散是有区别的。一是即使速度剖面在方向上对称的情况下，增强扩散也能 出现。二是在完全缺管侧向混合时，依赖曾强扩散而进行的气体交换将会停止，但对汉扩散 则可被最佳化。
    五、纯粹的分子弥散(pure molecular dirrusion)
    []在总横截面积很大和气流速度很小的肺区，气体运输主要是通过分子弥散。这种 气体分子的 热力学运动， 不仅在经肺毛细血管膜的气体交换中，而且在靠近膜的气相O?2和CO?2运输 中，都是一种主要的形式。
    总的说来，高频通气的机理至今还未得到充分阐明，以上仅是目前提出的一些解释。在这些 因素中，有人认为如同在进行正常呼吸时那样，当进行HFO通气时，气道内的对流性运输仍 然是很重要的。增加潮气量比起提高潮气量，对改善气气体交换更为有效。有些资料指出， 分子弥散和Taylor型层流扩散在气道内气体运输中都不重要。
   
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高频通气临床应用的现状和前景
江西医学院二附院 饶伟华 范希光

    高频通气(high frequency ventilation,HFV)问世已经多年了，它是以较正常呼吸频 率为高 (1～50HZ)、潮气量为低(低于或接近解剖死腔量)和气道内低压力为牲的一类机械通气模式 ，有三种基本类型：高频正压通气(high frequency positive pressure ventilation,HFPP V)、高频喷射通气(high frequency jet ventilation,HFJV)和高频振荡通气(high frequen cy oscillation ventilation,HFOV)。HFPPV一般用常规机械通气(CMV)的机器，调成高频参 数，其临床生理变化可参看其它两个类型，目前应用很少，此处不拟详述。HFJV在国内外都 有大量的实验和临床研究，近些年来我国还对它的气管上喷射，包括鼻前庭和鼻咽部喷射( 临床和生理效应两者大致相同)，进行了较系统的观察，本文将重点介绍。HFOV也有很 长时间的实验研究，现在有的国家正在开始一些临床应用，本文将简要述及。
    高频喷射通气
    HFJV是将氧压或其混合气从高压气源中有控制地通过小口径导管间断地高速地向气道 喷射的通气方法，频率一般在60～300次/分，潮气量在50～300亳升之间。吸气主动而呼气 被动。
    一、临床生理
    HFJV的供氧浓度与驱动气源、喷射气量和喷射管所在的位置有关，高压氧驱动时，吸 入气氧 浓度(FiO?2)随喷射气量的增加而增高，喷射气量10Lmin分以上时，FiO?2可达80％以上； 如喷射气源和喷射气量相同，气管外喷射比气管内喷射的FiO?2约高5％，这与前者喷射时 卷入的空气量(venture效应)较少有关；FiO?2与氧分压(PaO?2)的相关性，肺部正常时其 系数为0.91，喷射气量10L/min时，FiO?20.8，PaO?2可达40KPa。HFJV对CO?2的排出与喷 射部位和喷射气量有关(图1)，肺正常时，喷射气量如在10L/min以下，气管内喷射可使二氧 化碳分压(PaCO?2)降低，而气管外喷射PaCO?2则不变或略升；如喷射气量在10L/min以上 ，则无论气管内或气管外喷射，PaCO?2则随喷射气量的增加而逐步上升。
    图1 喷射部位及喷射气量对CO?2 的影响
    HFJV时气道内压力和呼吸形式的变化(图2，3)；胸肺正常时，HFJV的气道内压 力，包括峰压 及平均压均较低；因潮气量少，呼吸周期中气道内压力的波动常较小。喷射部位及喷射气量 对气道内压影响明显，气管内喷射时，随喷射气量增加，气道内峰压(PiP)及呼气末正压(PE EP)增大，在30L/min时PiP可达3KPa而PEEP亦增至2KPa；气管外喷射时PiP及PEEP均低，喷射 气量30L/min时均未超过1KPa，但可持续气道内正压(CPAP)。HFJV时的呼吸形式依其喷射部 位和喷射参数而有明显不同，气管内喷射时自主呼吸基本或完全消失，而为HFJV所控制；气 管外喷射时自主呼吸与高频呼吸并存，但自主呼吸频率减慢。根据呼吸形式及压力情况，HF JV可起控制呼吸、持续正压辅助通气、间歇正压辅助通气和喷射给氧四种作用。
    胸肺疾病时，因其顺应性降低及(或)气道阻力增加，反压力增高，HFJV应用时产生的生理效 应会有改变。在成人呼吸窘迫综合症(ARDS)的对比实验中，FiO?2虽然相近，但PaO?2明 显 降低，尤以气管外喷射为著；对CO?2排出；气管外喷射的影响不变，但气管内喷射的CO? 2降低的效应消失，而与气管外相似；对气管内PEEP，无论气管内外喷射，均见成倍的增高 ，尤以气管内喷射为著；气管内喷射对自主呼吸的抑制作用在ARDS模型中明显削弱或消失了 。在药物抑制自主呼吸的动物模型中，HFJV的供氧和排CO?2的效率，无论气管内外喷射， 均可达到与自主呼吸存在时相同的结果，气道内压力也近似(无自主呼吸行气管外喷射必需 先置口咽管)，但如无自主呼吸又并发ARDS时，无论气管内外喷射，其供氧效率及PEEP效应 都较有自主呼吸并发ARDS时有进一步降低，而对PaCO?2的效应不变。
    图2 气管外喷射的压力和呼吸形 式 (1)自主呼吸 (2)喷射气量3L/min(4)～(7)喷射气量10L/min (8)及(9)喷射气量27 L/min
    HFJV有驱动压(DP)、吸呼时比(I∶E)及频率(f)三个可调参数，其调节时对喷射 气量、PaC O?2及PEEP的影响不尽相同；对喷射气量、DP及I∶E均有显著正相关，而f变化影响很小； 对CO?2影响，DP相关性最大，DP过高则CO?2排出困难，与f亦相关，f越快则CO?2排出不 易，而I∶E的作用很小；对PEEP，随DP增加，PEEP可成倍地上升，I∶E增大PEEP也随之明显 升高，f也有一定影响。HFJV喷氧与单纯吸氧的比较；如每分钟喷射氧量与吸入的氧流量相 同 时，两者FiO?2相同，喷氧并不比吸氧高，HFJV有通气效应，而单纯吸氧则无，无自主呼吸 时吸氧不能存活；故HFJV的生理效能不可单纯以氧疗解释；喷射所致气道内压力也较吸氧 为高。

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二、临床应用
    Ⅰ型呼吸衰竭：HFJV的气管内喷射可产生较高的PEEP，在ARDS时常呈CPAP，还可提供 高氧， 故对Ⅰ型呼吸衰竭可有很好的疗效，参数可根据病情调节，喷射气量应较多(10～30L/min) ，DP要高(1.0～2.5kg/?)，I∶E应较大(2～4∶1)，f可快些(100～250次/分)；气管外喷射 一般也有显著疗效，参数选择与气管内喷射相似，但相对要大一些。HFJV与CMV一样，能改 善通气与血流比例，但不能减少或消除肺内水分，有明显肺水肿者。加用山莨菪碱能取得协 同作用。
    Ⅱ型呼吸衰竭：HFJV的气管内喷射对神经肌肉疾患所致的Ⅱ型呼吸衰竭，可有确切疗效；对 胸肺疾患所致者，参数选择适当，一般PaO?2可明显升高，PaCO?2变化一般不大；DP要选 低些(0.5～1.0kP/?)，吸呼时比可大些(1.5～3.0∶1)，f应小些(60～100次/min)。 PaCO?2降低多不明显，近年根据慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者有吸 呼气双正压(BiPAP)的原理来调节HFJV的参数，PEEP能达0～5cmH?2O(1cmH?2O＝0.098KPa) ，而PiP不易达到15cmH?2O以上，因而疗效并不可靠，近年我们在重症哮喘或重症慢性支气 管炎喘息型患者，包括已有肺脑或几近窒息者，应用HFJV气管外喷射的较大参数，以形成明 显的PEEP，去克服小气管阻塞所致的肺泡与气道较大的压力差和气道陷闭，以增加肺泡通气 ，取得了明显疗效，可起急救效能，此时的参数选择DP要高些(1.0～2.0kg/?)，I∶E要大 些 (2～4：1)，至于HFJV并用呼吸兴奋剂或膈肌起博器，高频双向喷射等，已有一些临床经验 ，但均需进一步规范或验证。
    控制呼吸：在自主呼吸消失而胸肺正常者，气管内喷射有可靠效果，参数一般DP在1.0kg/? ，I∶E在1∶1，f在100次/min左右，如胸肺有病变，参数选择可据情调整。无自主呼吸而需 气管外喷射者，则必需先放置口咽导管后进行，否则舌根下坠或会厌垂落可致上呼吸道阻塞 ，选用参数要比气管内喷射时稍大些。
    其它：对气胸、支气管胸膜瘘及支气管食管瘘者，对休克或心力衰竭等循环障碍者，需要人 工通气而要求胸肺内压力过高时，HFJV有其独特优点；在麻醉患者配合气管插管呈导管置负 时，在钳取气管、支气管内异物时，需要辅助通气者HFJV更为方便有效。在口腔或喉部手术 时，HFJV经环甲膜穿刺喷射可有辅助通气效果；在胸腔或上腹手术时，HFJV的气道内压力波 动较小而使手术视野较大且相对静止。
    〖 5”H〗图3 气管内喷射的压力和呼吸形式(1)自主呼吸) (2)喷射气量3L/min (3) 喷射气量10L/min (4)喷射气量27L/min
    三、现状和前景
    近些年来，HFJV在我国许多医院得到较快的推广应用，这是因为我国地区间经济和技 术发展 不平衡，总体来说还较落后，而高频喷射呼吸机以其结构简单，价格便宜，易于操作而受到 广大基层医务人员的欢迎；对它的生理效应的深入了解，使临床应用在很大范围内能取得和 CMV基本相同或相同的效能；气管外喷射形成的开放式正压通气，以其无创伤、可减少插管 的麻烦和痛苦，而较易为患者接受；更有利于气道分泌物的引流；更易于与自主呼吸协调， 而不存在同步或撤机的困难；很少引起气压伤；很少阻碍循环回流等故障。
    HFJV还存在一些问题：由于个体和疾病的众多差别，其使用参数调节和生理效应不易达到标 准化，故掌握上不易准确；喷射气流的加温和湿化装置还不够满意；高压氧源驱动如掌握不 当耗氧量易增大，临床应用时都应当注意并逐步改进的。编者按(以上存在复现性 、湿化、耗氧量大，TKR系列新一代高频呼吸机已得到解决)。
    高频振荡通气
    HFOV是利用活塞泵往返活动以推动气体振荡的一种通气方法，一般频率在900～3000 次/min，潮气量在30～100ml之间。吸气和呼气都主动的。它又有以下两种类型。
    一、气道内高频振荡
    此型即一般简称的高频振荡。在气道内行高频振荡的呼吸机是由线性发动机的活塞泵 振动器 和氧混合器辅助装置两部分组成，新鲜气流以一定的驱动力从氧混合器导入活塞尕振动器前 端的导管内，该导管则接于气管插管导管的外口；依靠活塞的反复性往返，使气体在气道内 不断振动；所要求的PaO?2可由调节FiO?2及气道内平均压来实现，PaCO?2也可由调节频 率和振幅来控制；新型机器还有转换为间歇指令通气(IMV)的设计。
    HFOV的持续振荡可使肺容量增加，并使肺内气体弥散、摆动和对流加强，使部分闭合的肺泡 张开，肺内气体分布和通气与血流比例得以改善。HFOV目前已较成功地应用于新生儿和婴 幼儿 的呼吸窘迫综合征(ARDS)，可以取得较好疗效而不致引起严重的并发症。如气胸、支气管肺 发育不良和心室出血等；HFOV应用于成人ARDS也有初步经验，尤其是伴发于气胸、肺气肿的 患者；对支气管胸膜瘘或新生儿膈疝伴呼吸衰竭患者在手术修复时，使用HFOV是较好的选择 ，手术视野较大而局部较为安静；有人试用于睡眠呼吸暂停综合征，也取得了较好疗效。
    HFOV虽然经过相当长期的实验研究，而临床应用还只是近几年的事，是在机器设计改进，解 决了CO?2排出等难题之后才用得多一些；它是一种非常柔和的通气模式，极少发生机械性 或压力性肺损伤，近年研究，也不会发生白细胞或其它中介诱导的肺透明膜形成；它能够较 好的对吸入气加温和湿化，因此是一种比较安全的人工通气。但是，目前高频振荡呼吸机结 构仍较复杂且价格较贵；需要气管插管有创伤性。国外现在使用也仅限于CMV无效或使用有 顾忌的呼吸衰竭患者，在我国也仅在个别医院有过设计和应用，推广还会有相当时日。尽管 如此，HFOV的有效和安全的特色将使其成为人工通气机中不可缺少的一员，它的完善和简化 等进一步发展也是可以预期的。
    二、高频胸壁振荡
    在胸壁上进行高频振荡(HFCWO)是以两个血压计袖套式的密闭气囊并与空气压缩机有 振荡器 相连而组成，气囊有可变的排气孔道。使用时气囊包绕下胸部，在呼气时充予气体，以保持 对胸壁一定的压力，同时在气囊中叠加5～50HZ的活塞泵振动，通过胸壁传导，促成肺内气 体振荡，也可能继发横膈的振荡。
    HFCWO一般在有自主呼吸时进行，短期(15～30分钟)、间断和反复使用。HFCWO时自主呼吸数 可有所减少，潮气量也可稍少，故每分钟通气量可能降低，但PaO?2多不变或稍有增加，Pa CO?2有明显下降，可改善通气和换气，HFCWO目前主要用于慢性胸肺疾患的康复治疗，有明 显的辅助通气作用；COPD并发呼吸衰竭时，如患者拒绝人工气道辅助通气，使用HFCWO并用 吸氧，常可取得明显疗效；在CMV撤停过程中，HFCWO可以作为递换。有人也做过抑制自主呼 吸而行HFCWO的实验，取得了疗效。
    HFCWO临床应用时间也不长，虽然它是无创的，对呼吸道无损伤，无并发感染等困扰，还能 促进排痰；有人从计算跨膈压和最大跨膈压的比值，发现它能帮且恢复膈肌的疲劳。HFCWO 也有一些问题：它紧搏胸腹，可使胸壁和肺的顺应性降低，呼气末的肺容量减少，还可以增 加气道阻力。它的实际临床应用价值，还需进一步研究和验证。

fulang

讲的很详细,学习

河北维修

学会基础知识，解决大问题

myweiyi

好东西啊，收下了

wangwenzhongsz

学习学习再学习

myweiyi

好东西，谢谢楼主

yangxiaoqian

虽是临床知识面多，但对维修来说还是有用的。

shanbill

太专业了。楼主很NX 要是能开发出实用的机器 就更好了