PB840呼吸機壓力觸發做功分析

鄭吉鋒，白玫，嚴漢民，郭米嘉

首都醫科大學宣武醫院 醫學工程處，北京 100053

PB840呼吸機壓力觸發做功分析

鄭吉鋒，白玫，嚴漢民，郭米嘉

首都醫科大學宣武醫院 醫學工程處，北京 100053

目的了解PB840呼吸機在不同呼氣末正壓通氣（PEEP）水平及不同壓力觸發靈敏度下吸氣觸發做功的變化。方法將FLUKE VT-Plus氣流分析儀串聯在待測呼吸機與主動模擬肺之間，通過主動模擬肺模擬患者的自主呼吸，應用氣流分析儀采集自主呼吸觸發呼吸機做功時的呼吸參數及波形。結果主動模擬肺吸氣觸發流速、實際觸發壓力和觸發做功隨PEEP值的增加而增加，其中實際觸發壓力與設定的壓力觸發靈敏度的差值反映了內源性PEEP的增加。結論對不同PEEP水平、不同壓力觸發靈敏度條件下，患者觸發呼吸機所需做功的變化進行分析，可輔助醫生在進行呼吸機治療時正確評估患者的病情，使用合理的呼吸模式，設定合適的呼吸機參數，并對患者的呼吸功能進行快速評價，從而提高呼吸機治療的有效性和安全性。

PB840呼吸機；呼氣末正壓通氣；壓力觸發靈敏度；吸氣觸發做功

0 前言

機械通氣可改善肺的氣體交換、呼吸窘迫、壓力-容量關系等，有利于肺和氣道的愈合，避免并發癥的產生。呼吸機作為機械通氣的必備儀器，被普遍應用于臨床急救和治療中。呼吸機的性能好壞、設備使用人員對呼吸機的熟練運用程度對患者病情的恢復有著至關重要的作用[1]。

呼氣末正壓通氣（PEEP）是指呼吸機在吸氣相產生正壓，將氣體壓入肺內，但在呼氣末，氣道壓力并不降為零，而是仍保持在一定正壓水平的現象，主要適應癥是肺內分流所致的低氧血癥，如以急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）為代表的臨床疾病。

壓力觸發是對氣道內壓力降低的反應。呼吸機監測患者管道壓力并識別其吸氣動作，當采用壓力觸發使患者氣道內的壓力降至設定的壓力觸發靈敏度值時，呼吸機就開始進行患者所觸發的呼吸過程。因為患者呼氣末氣道壓力通常為0 cmH2O，故觸發靈敏度常設定為-0.5～-2.0 cmH2O。當加用呼氣末正壓（PEEP）或患者氣道內存在內源性呼氣末正壓（PEEPi）時，應將觸發靈敏度設定為PEEP-1.5 cmH2O水平[2]。

了解呼吸機在不同PEEP水平、不同壓力觸發靈敏度條件下，患者觸發呼吸機所需做功的變化是非常重要的，這將有助于醫生合理地設置呼吸模式和參數，快速、簡便地評估患者的自主呼吸能力，從而及時有效地對患者進行搶救和治療。

1 材料與方法

1.1 研究對象

待測設備：本院6臺在用、自檢正常的840呼吸機[3-4]。

檢測設備：FLUKE VT-Plus氣流分析儀和諾唯5600i型主動模擬肺[5-6]。

1.2 研究方法

1.2.1 測試目的及方法

測試目的：了解呼吸機在不同PEEP水平及不同壓力觸發靈敏度下吸氣觸發做功的變化。

測試方法：將氣流分析儀串聯在待測呼吸機與主動模擬肺之間（圖1），通過主動模擬肺模擬患者的自主呼吸，應用氣流分析儀采集自主呼吸觸發呼吸機做功時的呼吸頻率、氣道壓力、PEEP、潮氣量、吸/呼氣時間、峰值流速、吸呼比等呼吸參數，以及流速-時間、壓力-時間、容量-時間、壓力-容量、容量-流速等波形[7]。

圖1 測試設備FLUKE VT-Plus氣流分析儀與諾唯主動模擬肺連接

將主動模擬肺模擬正常肺的順應性設定為0.05 L/ cmH2O，氣道阻力設定為5 cmH2O/L/s。待測呼吸機的呼吸模式設定為自主呼吸模式，呼吸頻率設定為17次/min，壓力支持設定為10 cmH2O，潮氣量設定為80 mL；PEEP值分別設定為0、5、10、15 cmH2O。在不同的PEEP水平通過氣流分析儀采集壓力觸發靈敏度分別為1、5、10、15、20 cmH2O時的呼吸參數及波形，通過采集到的壓力-容積環型圖計算吸氣觸發所做的功。

對6臺呼吸機采集并計算出的呼吸參數取平均值，再通過Excel作出壓力觸發靈敏度分別為1、5、10、15、20 cmH2O時的觸發流速、實際觸發壓力和觸發做功變化的折線圖。通過對折線圖上的5條曲線的變化進行分析，判斷隨著PEEP值的增加，觸發流速、實際觸發壓力和觸發做功的變化趨勢。

1.2.2 觸發做功計算

呼吸功是指呼吸肌克服阻力（肺及胸廓的彈性回縮力、氣道阻力、組織阻力），維持通氣量所做的功。正常人平靜呼吸時，吸氣過程是主動、耗能過程，呼氣過程是被動、無耗能過程，因此，其呼吸肌僅在吸氣時做功。正常呼吸功大小為0.3～0.6 J/L，占全身耗氧量的1%～2%。當氣道阻力、肺及胸廓順應性降低時，呼吸功最高可增加50倍，如重度ARDS患者的呼吸氧耗可占總氧耗的50%。因此監測患者的呼吸功具有重要功能，主要有：① 可輔助選擇呼吸支持模式；② 可輔助調整呼吸支持水平；③ 可指導患者脫機[8]。

壓力-容積環（P-V環）原理：根據物理原理，物體做功等于物體在力的方向上的位移與力的乘積，由于呼吸肌是氣體進入肺內的動力泵，呼吸肌所做的功就等于進入肺內氣體量（潮氣量）和壓力變化的乘積，臨床上可通過壓力-容積環來計算其呼吸功。

呼吸功表征了呼吸肌的做功大小和能力，其數學表達式為：

式中：W是呼吸功，P是呼吸肌產生的壓力，V是吸入氣體的容量，VT是潮氣量，Ti是吸氣時間，是吸氣流速，t是時間變量。

由公式(1)可知，影響呼吸功的主要因素是呼吸肌產生的壓力和吸氣流速，因此在采集到的眾多呼吸參數中，本研究重點對吸氣觸發流速、吸氣觸發壓力和通過壓力-容積環型圖計算出來的吸氣觸發做功的變化進行分析[9]。

2 結果

2.1 觸發流速的比較結果

不同壓力觸發靈敏度下觸發流速變化曲線圖，見圖2。由圖2可知，在不同壓力觸發靈敏度條件下，主動模擬肺的吸氣觸發流速隨著PEEP值的增加而明顯增加，且在壓力觸發靈敏度為1 cmH2O時尤其明顯。

圖2 不同壓力觸發靈敏度下觸發流速變化曲線

2.2 實際觸發壓力的比較結果

不同壓力觸發靈敏度下實際觸發壓力變化曲線圖，見圖3。由圖3可知，在不同壓力觸發靈敏度條件下，主動模擬肺的實際觸發壓力隨著PEEP值的增加而有所增加，幅度不像觸發流速那樣明顯。但與設定的壓力觸發靈敏度值比較，實際觸發壓力值還是有0.3～2.9 cmH2O的壓力差異，而這個壓力差異值就是內源性PEEP，也就是造成觸發做功增加的主要因素。

圖3 不同壓力觸發靈敏度下實際觸發壓力變化曲線

2.3 觸發做功的比較結果

不同壓力觸發靈敏度下觸發做功變化曲線圖，見圖4。由圖4可知，在不同壓力觸發靈敏度條件下，主動模擬肺的觸發做功大部分情況下隨著PEEP值的增加而有所增加，且壓力觸發靈敏度越高，觸發做功的增加越明顯。

圖4 不同壓力觸發靈敏度下觸發做功變化曲線

3 討論

隨著PEEP的增加，平均氣道壓力以及內源性PEEP也升高，呼吸肌需要克服更大的阻力來送氣，因此需要做更多的呼吸功，因此呼吸功會隨著PEEP的增加而增加。了解不同PEEP水平時觸發做功的變化，有助于臨床上合理應用呼吸機及選擇合適水平的PEEP，以減少呼吸機引起的相關并發癥[10-11]。

PEEPi一般是由于呼氣時間太短或呼吸阻力過高，致肺泡內氣體滯留，使肺泡內壓在整個呼吸周期均保持正壓所致。內源性PEEP可以由疾病或者人為應用呼吸機造成。內源性PEEP的產生與肺動力學（阻力、順應性和閉合容積及肺排空等許多因素）有關。在正常的自主呼吸情況下，只要胸腔內壓稍許下降即可產生吸氣氣流，但在存在內源性PEEP時，患者必須首先產生足夠的吸氣壓力才能克服內源性PEEP而產生吸氣氣流[12]。

功能殘氣量的增加也是由于PEEP的增加而造成的。一般情況下PEEP愈高，功能殘氣量的增加就愈明顯。但不同患者肺的病理、生理改變不同，同等水平的PEEP增加所導致的功能殘氣量的增加可能完全不同，這取決于患者胸廓和肺的力學變化，如胸廓和肺的彈性與非彈性阻力、肺和胸廓的順應性。氣道阻力愈高、順應性愈差，增加同等程度功能殘氣量所需的PEEP水平就愈高[13]。

本研究通過使用主動模擬肺模擬患者主動呼吸，應用氣流分析儀采集相關呼吸參數，對在不同呼吸機壓力觸發靈敏度以及不同PEEP值條件下的吸氣觸發流速、吸氣觸發壓力以及吸氣觸發做功值進行了比較。結果表明：主要影響觸發做功的吸氣觸發流速值隨PEEP的增加而明顯增加；另一個主要影響觸發做功的吸氣觸發壓力值隨著PEEP的增加也有所增加，與設定的壓力觸發靈敏度值比較，實際壓力值有0.3～2.9 cmH2O的差異，這個差異值就是內源性PEEP值，也就是使觸發做功增加的主要原因。由此證明，呼吸機外加PEEP的增加，會使肺內的功能殘氣量明顯增加，進而使通氣阻力加大，造成內源性PEEP的增加，使患者的吸氣觸發做功增加。

目前醫生通常采用食管球囊法測量患者的呼吸做功，即放置食道囊管于患者食道和胃的不同位置，通過壓力傳感器來檢測胸腔和腹腔的壓力變化；再建立肺的靜態壓力容積曲線，用食道壓與潮氣量的積分來計算呼吸做功。這種方法不僅給患者帶來了身體上的痛苦和精神上的壓力，還不準確，不適合應用于一般呼吸機的治療過程。另外還有醫生采用呼吸氧耗的方法來推斷呼吸做功的水平，也是非常不準確的[14]。

而通過對不同PEEP水平、不同壓力觸發靈敏度條件下觸發做功變化的分析，可以讓使用人員對呼吸機壓力觸發的基本狀況有一個大致的了解，有助于醫生在進行呼吸機治療時，正確評估患者的病情，使用合理的呼吸模式，設定合適的呼吸機參數，對患者的呼吸功進行快速評價并患者指導脫機。

當然，不同的患者、不同的病情、不同的肺內病理生理情況，其觸發做功都是不一樣的，本研究只是在模擬單一狀態的基礎上分析了觸發做功的變化，目的是讓使用人員對PB840呼吸機壓力觸發有一個大致的認識。本研究主要是檢測當壓力觸發呼吸機時，吸氣觸發做功隨外加PEEP的增加而變化的情況，未進行流量觸發測試。下一步準備開展這方面的工作，將PB840呼吸機壓力觸發做功和流量觸發做功隨外加PEEP的增加而變化的情況進行總結，供臨床醫生進行參考。

[1] 俞森洋．機械通氣臨床實踐[M]．北京:人民軍醫出版社,2008: 60-87．

[2] 呂煜,李海濤,曹靜靜．觸發靈敏度在機械通氣中合理設置[J]．臨床肺科雜志,2013,(7):7．

[3] 李朝偉．PB840呼吸機的工作原理及其應用[J]．中國醫學裝備, 2013,(8):8．

[4] 張維,趙暉．PB840呼吸機構成和維修[J]．醫療裝備,2014,(3):3．

[5] 李威,倪萍,馬繼民．呼吸機質量控制檢測常見問題分析[J]．中國醫療設備,2014,(5):5．

[6] 馬建民．呼吸機效準的幾點經驗[J]．上海計量測試,2012,(5): 231．

[7] 賀佳彥．呼吸機的質量控制及技術實踐探討[J]．中國醫療設備, 2014,(7):7．

[8] 宋志芳．現代呼吸機治療學[M]．北京:人民軍醫出版社,2002: 161-163．

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[11] 周娟,吳昊,曹德森．三種新型呼吸機壓力支持模式下的人機同步性能研究[J]．生物醫學工程學雜志,2014,(8):4．

[12] 陳宇清,程克文,周新．應用COPD模型比較系統泄漏對7款雙水平正壓呼吸機吸氣觸發同步的影響[J]．國際呼吸雜志,2012,(12):24．

[13] 趙建江,徐玨華,朱霞,等．呼氣末正壓影響機械通氣患者PICCO監測值的相關性研究[J]．中華急診醫學雜志,2014,(3):3．

[14] 孫春意．機械通氣在48例呼吸衰竭中的應用體會[J]．中國保健營養,2012,(11):14．

Analysis of the Pressure-Triggered Work of PB840 Ventilator

ZHENG Ji-feng, BAI Mei, YAN Han-min, GUO Mi-jia
Department of Medical Engineering, Xuanwu Hospital, Capital Medical University, Beijing 100053, China

ObjectiveTo understand the changes in inspiration-triggered work of PB840 Ventilator under different PEEP (Positive End-Expiratory Pressure) levels and pressure trigger sensitivity.MethodsFLUKE VT-Plus AirStream Analyzer was connected in series between the to-be-measured ventilator and the active simulated lungs. The active simulated lung could simulate patients’ spontaneous breath. Then, the air stream analyzer was deployed for acquisition of breathing parameters and waveform when the work of PB840 Ventilator was triggered by spontaneous breath.ResultsWith the increase of PEEP value, the speed of air stream triggered by inspiration of the active simulated lung, the actual trigger pressure and the work of trigger increased. The differences between the actual trigger pressure and the set pressure trigger sensitivity reflected the increase of endogenous PEEP.ConclusionAnalysis of the changes in patient-triggered work of ventilators under different PEEP levels and pressure trigger sensitivity could help doctors to correctly assess the patient's conditions during ventilator therapy and set proper settings of the ventilator. Moreover, it also contributed to quick evaluation of patients’ breathing function so as to improve the effectiveness and safety of ventilator therapy.

PB840 ventilator; positive end-expiratory pressure; pressure trigger sensitivity; inspirationtriggered work

R197.39

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.06.010

1674-1633(2015)06-0046-04

2015-02-05

作者郵箱：2297540539@qq．com