呼吸机基础:呼吸功和机械能

呼吸功(Work of breath  WOB)是指呼吸肌克服阻力(气道阻力和呼吸系统弹性阻力)维持通气量所做的功。正常人平静呼吸时吸气是主动耗能的,呼气是被动、不耗能的,因此呼吸肌仅在吸气时做功。正常呼吸功为0.4-0.6J/L,占全身氧耗的1-2%,气道阻力增加、呼吸系统顺应性下降时,呼吸功可增加50倍。如重度ARDS患者呼吸肌氧耗可占机体氧耗的50% 。上面一段话摘自邱海波所著《ICU主治医师手册》第二版P379页。我们可以看到呼吸功一般是指呼吸肌肉做功,特别是不上机械通气时,如果患者上了呼吸机,且给予镇静、肌松,那么原来维持通气所做的功现在都由呼吸机完成,呼吸机维持通气所做的功称为机械功或者机械能(Mechanical Power MP)。无论呼吸肌所做的呼吸功还是呼吸机所致的机械能都是施加在呼吸系统上的能量,这个能量会对呼吸系统特别是肺组织造成损伤。
这一讲就简单给各位老师介绍一下关于机械能(有些翻译为机械功)的概念。机械能的前提就是吸气做功完全由呼吸机完成,也就是说没有自主呼吸参与。这部分功应该等于呼吸机提供的平均压力乘以产生的潮气量。在标准的容控模式下(流量为方波),呼吸机提供的压力由三部分组成:基线压力peep、克服气道阻力的压力Flow*Ri(吸气阻力)、克服呼吸系统弹性阻力的压力△V/Crs(即驱动压)。

每次呼吸呼吸机做功=P峰*△V

=(peep Flow*Ri 0.5*△V/Crs) *△V

=peep*△V(图中紫色部分) Flow*Ri*△V(图中橙色部分)         0.5*(△V/Crs)*△V(图中蓝色部分)

这里需要解释一下克服弹性阻力做功为什么要乘上0.5,因为克服弹性阻力做功的压力是从peep线性增加至平台压,所以要用其平均值(即图中蓝色三角形面积,Crs和Ers互为倒数)。
机械能的定义一般为每分钟的呼吸机做功:
MP=(peep Flow*Ri 0.5*△V/Crs)*△V*RR,这里的单位是cmH2O*ml/min,而能量的单位一般为J/min,换算单位是0.098。
由于公式里面Ri和Crs均不能在机器上直接测量,所以计算起来较麻烦,有人给予简化,把Flow*Ri换成P峰-P平台,△V/Crs换成驱动压△P,而△P=P平台-peep,所以Flow*Ri换成P峰-P平台=P峰-△P peep,带入上面的公式中可以得到简化公式:
MP=0.098*RR*△V*(P峰-0.5△P)
在临床中我们只要知道峰压和驱动压,同时看一下设置的潮气量和呼吸频率就可以快速计算出MP。
从单纯的平台压到综合指标机械能,是我们认识呼吸机相关性肺损伤(VILI)的一个过程,从单一指标到综合指标,可以更加全面的评估肺损伤进行肺保护。
目前机械能的研究尚处于临床研究阶段,还没有具体的临界值作为指南参考,有回顾性分析认为MP超过17J/min患者的死亡率增加,但是需要更多的RCT证实。
好了,关于呼吸功和机械能的介绍就这么多,希望对大家理解有所帮助,欢迎大家继续关注。
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