呼吸生理与呼吸力学

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1、呼吸生理与呼吸力学呼吸生理与呼吸力学首都儿科研究所首都儿科研究所 宋国维宋国维 儿科门户网站儿科门户网站主要内容主要内容 肺换气肺换气 肺通气肺通气 呼吸力学呼吸力学Terminal airwayTerminal bronchioleAlveolar ductRespiratorybronchiolesSmoothmuscleAlveoliPerfusion of the alveoliCapillariesTerminal bronchioleBranch of pulmonary arteryAlveolusBranch of pulmonary veinRespiratory bronc

2、hioleAlveolar designAqueous layerAqueous macrophageLamella body(stores surfactant)Type ll pneumocyte-lining cell(produces surfactant)Type l Lining cellCapillaryCO2O2O2运输运输 血浆溶解血浆溶解O2 1.5% （1mmHg 0.003ml） 血红蛋白结合血红蛋白结合O2 98.5% （1g 1.34ml）CO2运输运输 血浆溶解血浆溶解CO2 710% 化学化学结合合CO2 2030% （HbCO2) 血血浆HCO3 6070%大

3、气成分大气成分 气体气体 浓度浓度 % N2 78.6 O2 20.9 CO2 0.04 H2O 0.46气体分压气体分压 分压分压=总压总压 x 浓度浓度(%) 大气压大气压 = 760mmHg 氧分压氧分压 = 760 x 20.9 = 158.8mmHg 二氧化碳分压二氧化碳分压 = 760 x 0.04 = 0.30mmHg肺泡气体分压肺泡气体分压 PACO2 = 40mmHg PAO2 = (760-47) x 20.9% - PACO2 /呼吸商呼吸商 = 150 50 = 100mmHg氧解离曲线氧解离曲线影响氧解离曲线因素影响氧解离曲线因素影响氧解离曲线因素影响氧解离曲线因素氧

4、解离曲线位移的意义氧解离曲线位移的意义 PCO2 曲线右移曲线右移 PCO2 40mmHg 80mmHg SO2 75% 65% 10%O2 组织细胞组织细胞 PCO2(肺内）肺内） SO2Lung Ventilation/Perfusion RatiosFunctionally:Alveoli at apex are underperfused (overventilated).Alveoli at the base are underventilated (overperfused). Insert fig. 16.24Figure 16.24PO2 = 40PCO2 = 45Normal

5、 VA/QLow VA/QHigh VA/QCO2 = 45PO2 = 150PCO2 = 0PO2 = 100PCO2 = 40PO2 = 150PCO2 = 0.Ventilation Perfusion RatiosNo flowPO2 = 40PCO2 = 45Low VA/Q.Normal VA/Q.PO2 = 100PCO2 = 40High VA/Q.PO2 = 150PCO2 = 0PO2 (mm Hg)PCO2 (mm Hg)5010015050BaseApex肺容量肺容量潮气量潮气量(VT)深吸气量（深吸气量（IC）补呼气量（补呼气量（ERV）肺活量肺活量(VC) 功能残气

6、量功能残气量(FRC) 残气量残气量(RV) 肺总量肺总量(TLC) VTTotal Lung CapacityExpiratory ReserveInspiratoryReserveFRCInspiratoryCapacityResidual Volume VitalCapacityExpiratory ReserveResidual Volume VitalCapacityVTTotal Lung CapacityInspiratoryReserveFRCInspiratoryCapacityTLCRVRVICVTIRFRCERVC肺通气（肺通气（1） 解剖死腔解剖死腔 肺泡死腔肺泡死腔

7、生理死腔生理死腔(VD) = 解剖死腔解剖死腔 + 肺泡死腔肺泡死腔 VD = (PaCO2 - PECO2)/PaCO2xVT PECO2: 呼出气平均呼出气平均CO2浓度浓度肺通气（肺通气（2） 肺通气量肺通气量 = VT x f 肺泡通气量肺泡通气量 = （VT VD）x f 肺泡肺泡CO2浓度浓度 = CO2产量产量/肺泡通气量肺泡通气量 肺泡通气量肺泡通气量 PACO2 PaCO2 肺泡通气量肺泡通气量 PACO2 PaCO2 呼吸力学 弹性阻力弹性阻力 非弹性阻力非弹性阻力 时间常数时间常数 内源性呼气末正压内源性呼气末正压 气体流动气体流动 高压高压 低压低压 呼吸肌是动力呼吸肌

8、是动力 克服弹性阻力克服弹性阻力 肺泡弹力纤维肺泡弹力纤维 表面张力表面张力克服非弹性阻力克服非弹性阻力 Mechanics of Breathing Mechanics of Breathing Figure 7-1From J.B. West, Respiratory Physiology: The Essentials (8th ed.), 2008, used with permission by Lippincott Williams & WilkinsAnatomy of Pleural SacTaken from Sherwood, Human Physiology: From

9、Cells to Systems, 5th EdAirliquidSURFACEPolar H2O molecules attractSurface tension肺表面张力表面张力液体薄层肺泡腔液面压力where:P = pressureST = surface tensionr = radius of the bubbleP = 2ST/rLaplaces lawP = 2x1= 0.210P = 2x1= 0.45105Connected bubblesAlveoli as bubblesFigure 7-7From J.B. West, Respiratory Physiology:

10、The Essentials (8th ed.), 2008, used with permission by Lippincott Williams & WilkinsFigure 7-3From J.B. West, Respiratory Physiology: The Essentials (8th ed.), 2008, used with permission by Lippincott Williams & WilkinsSalineAirVon NeergaardFigure 7-5From J.B. West, Respiratory Physiology: The Esse

11、ntials (8th ed.), 2008, used with permission by Lippincott Williams & Wilkins呼吸压力呼吸压力胸内压胸内压 胸膜腔内的压力胸膜腔内的压力肺内压肺内压 肺泡内压力肺泡内压力经胸廓压经胸廓压 肺内压与体表压之差值肺内压与体表压之差值经肺压经肺压 肺内压与胸内压之差值肺内压与胸内压之差值经胸壁压经胸壁压 胸内压与体表压之差值胸内压与体表压之差值 PA (cm H2O)+1-10+0.5-0.50Air Flow (L/s)1 2 3 4time (sec)-5-8Ppl (cm H2O)The linear Dashed t

12、race is the Ppl required to overcome recoil forces.More Ppl (solid curve) is required toovercome airway resistance to flow.N.B. P = PA-PB ResistFlow. VT (L)0.400.2Respiratory CycleInspiration Expiration-5-8-8-6-5Rest FRCInspiration End Inspiration+00- AirFlowPA= 0PplExpirationtimeRespiratory CycleSi

13、ngle VT BreathPB=0顺应性顺应性定义定义 单位压力改变时容积的改变单位压力改变时容积的改变公式公式 C=V/P肺顺应性肺顺应性 C肺肺 = 肺肺V/经肺经肺P胸壁顺应性胸壁顺应性 C胸壁胸壁 = 肺肺V/经胸壁经胸壁P 呼吸系统顺应性呼吸系统顺应性 C总总 = 肺肺V/经胸廓经胸廓P关系关系 1/ C总总 = 1/ C肺肺 + 1/ C胸壁。胸壁。 Static Compliance CurvesExpirationInspiration最佳最佳PEEP 曲线的下拐点曲线的下拐点 吸气过程中，肺泡复张，肺容量增大，顺应吸气过程中，肺泡复张，肺容量增大，顺应性改善性改善 在呼吸周

14、期中，反复出现肺泡复张，由于在呼吸周期中，反复出现肺泡复张，由于 “剪切力剪切力”的作用，会造成肺组织损伤的作用，会造成肺组织损伤 PEEP值高于下拐点，减少剪切力的损伤，对值高于下拐点，减少剪切力的损伤，对肺是一种保护肺是一种保护 这样设置这样设置 减少肺损伤，改善氧合，又可减少减少肺损伤，改善氧合，又可减少PEEP的副作用，应称为的副作用，应称为“最佳最佳PEEP”对对“拐点拐点”的新认识的新认识吸气过程中肺泡复张是一个连续的过程，吸气过程中肺泡复张是一个连续的过程，开始是肺上部肺泡复张，随着吸气量的增开始是肺上部肺泡复张，随着吸气量的增加，肺的下垂部分的肺泡逐渐复张加，肺的下垂部分的肺泡

15、逐渐复张 拐点的测定和估算一般是在拐点的测定和估算一般是在PV曲线的吸气曲线的吸气支上进行，而支上进行，而PEEP与呼气支关系更密切与呼气支关系更密切上拐点仅表明肺泡复张的数量减少上拐点仅表明肺泡复张的数量减少 而不一而不一定与肺泡过度扩张或受到过度牵拉有关定与肺泡过度扩张或受到过度牵拉有关将将PEEP设置在下拐点之上，不能有效减少设置在下拐点之上，不能有效减少剪切力对肺的损伤剪切力对肺的损伤 ARDSNET Ventilator Management Anticipated PEEP settings at various FIO2 requirementsFiO2 0.3 0.4 0.4

16、0.5 0.5 0.6 0.7 0.7 0.7 0.8 0.9 0.9 0.9 1.0PEEP 5 5 8 8 10 10 10 12 14 14 14 16 18 2024 Maintain SaO2/SpO2 8895% 顺应性的应用顺应性的应用肺病逐渐加重，顺应性随之下降肺病逐渐加重，顺应性随之下降 轻度病变，吸气压轻度病变，吸气压 1015cmH2O中度病变，中度病变， 1520cmH2O重度病变，重度病变， 2530cmH2O 非弹性阻力非弹性阻力 粘性阻力粘性阻力 肺形变，组织间产生的磨擦阻肺形变，组织间产生的磨擦阻 力，力，1020%气道阻力气道阻力 气流通过气道时遇到的磨擦阻气

17、流通过气道时遇到的磨擦阻 力力, 80% 气流分类气流分类 层流层流 湍流湍流 Reynolds 数值数值 = 2 V rp/ 2300 有湍流有湍流 4000 全湍流全湍流 r 半径半径 p 密度密度 黏度黏度 V 流速流速Figure 7-12From J.B. West, Respiratory Physiology: The Essentials (8th ed.), 2008, used with permission by Lippincott Williams & Wilkins气道阻力（气道阻力（R）定义定义 R=P/V (P气道口与肺内压之气道口与肺内压之差，差，V气体流速气

18、体流速)层流层流 R=8L/r4 (气体黏度，气体黏度，L 管道管道长度，长度，圆周率，圆周率，r 管道半径管道半径)湍流湍流 R=Vf L/2r5 ( f 磨擦系数磨擦系数) 小气道小气道R 20%Figure 7-14From J.B. West, Respiratory Physiology: The Essentials (8th ed.), 2008, used with permission by Lippincott Williams & Wilkins气道阻力与顺应性气道阻力与顺应性 条件条件 机械通气机械通气 潮气量潮气量 （VT） 顺应性计算顺应性计算 有效动态顺应性有效动

19、态顺应性 动态顺应性动态顺应性 静态顺应性静态顺应性顺应性计算顺应性计算 有效动态顺应性有效动态顺应性 = VT / Ppeak 动态顺应性动态顺应性 = VT / P1 静态顺应性静态顺应性 = VT / Pplat有效动态顺应性有效动态顺应性 易于监测易于监测 包括了弹性阻力及非弹性阻力因素包括了弹性阻力及非弹性阻力因素 Ppeak P1 Pplat 意义不同意义不同 ARDS 吸气末平台压吸气末平台压 30cmH2O时间常数时间常数不能单从吸气压和顺应性去估计潮气量的大小，不能单从吸气压和顺应性去估计潮气量的大小，必须考虑时间因素必须考虑时间因素计算计算 时间常数时间常数=顺应性顺应性X

20、 阻力阻力 举例举例 婴儿婴儿 顺应性顺应性 2ml/cmH2O, 阻力阻力40cmH2O/L/s 时间常数时间常数=0.002L/cmH2O X 40cmH2O/L/s = 0.08s 意义意义 1个时间常数个时间常数 63% VT 3个时间常数个时间常数 95% VT 5个时间常数个时间常数 100% VT内源性内源性PEEP 定义定义 呼气末肺泡内仍保持正压呼气末肺泡内仍保持正压, 这一压力这一压力称为内源性称为内源性PEEP 原因原因 时间常数延长而呼气时间不足时间常数延长而呼气时间不足 内源性内源性PEEP的危害的危害增加呼吸功增加呼吸功 患儿吸气时患儿吸气时, 需先克服内源性需先克

21、服内源性PEEP肺损伤肺损伤 内源性内源性PEEP的作用下的作用下,肺泡过度肺泡过度膨胀膨胀,易产生肺压力伤易产生肺压力伤影响心功能影响心功能 由于内源性由于内源性PEEP的存在的存在,胸胸腔内压升高腔内压升高, 增加肺血管阻力增加肺血管阻力,减少回心血减少回心血量量,可同时影响左、右心的功能可同时影响左、右心的功能 内源性内源性PEEP的处理的处理调节呼吸机参数调节呼吸机参数 增加呼气时间，减少潮气增加呼气时间，减少潮气量，降低呼吸频率量，降低呼吸频率清理气道分泌物清理气道分泌物支气管舒张剂支气管舒张剂适当应用适当应用PEEP（内源性（内源性PEEP值的值的75%）观观 点点呼吸力学知识对使用呼吸机有指导作呼吸力学知识对使用呼吸机有指导作用用密切观察患儿临床变化，及时按规矩密切观察患儿临床变化，及时按规矩调节呼吸机调节呼吸机个人经验个人经验谢 谢 ！