肺压力—容积曲线的临床应用及进展

沈鹏 朱建刚 宋先斌 张茂

DOI：10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2014.12.028

作者单位：314000浙江省嘉兴，嘉兴市第一医院重症医学科（沈鹏、朱建刚、宋先斌）;浙江大学医学院附属第二医院急诊医学中心（张茂）

通信作者：张茂，Email：zmhz@hotmail.com

压力容积曲线（pressure-volume curve，P—V曲线）是反映呼吸系统力学特性的一项指标，在指导临床治疗以及反映疾病进程等方面被寄予厚望，本文综述了这方面的临床应用与近年来的一些进展。

1P—V曲线

P—V曲线是根据呼吸系统的压力和容量相关性描绘出的曲线，反映的是呼吸系统的顺应性。

P—V曲线分为动态P—V曲线（dynamic P—V curve）和静态P—V曲线（static P—V curve）。动态P—V曲线反应气道阻力和肺、胸壁顺应性的综合影响，测定简便，但参杂了气道阻力等因素，并不能真正反映呼吸系统的顺应性。静态P—V曲线是指理想状态的肺容积随压力改变的曲线。相对而言，静态P—V曲线更准确，但测定相对更繁琐。实际测试中，因为我们必需允许保持一定的呼吸，因此，呼吸系统并不能达到一个真正的稳态，这样所测量到的只是准静态P—V曲线（quasi-static P—V curve）^[1]。这一曲线的精确度，取决于研究者所能等待的呼吸系统达到稳态的时间，而我们可以通过一种低速恒流的方式达到类似于静态的条件;已有研究证明，流速须<9 L/min以最大地消除呼吸系统固有阻力所引起的压力改变^[2，3]。

2测定方法

经典的准静态P—V曲线测定方法主要有大注射器法、联合闭塞法（呼吸机法）和恒定低流速法^[4]。

沿用多年并被大多数学者认为“标准”的大注射器（Super-Syringe）法是1975年由Harf等提出的^[5]。描记时患者脱离呼吸机，用2～3 L容量的推进型大注射器和压力计与气管导管相接，在患者呼气达功能残气量（FRC）以后，推动大注射器，每次注气100 mL，同时记录压力，直至压力达45 cmH₂O（1 cmH₂O=0.098 kPa），然后再以类似方法逐步放气测压力。为保证测压时的静态，每次注气后暂停2～3 s，以便让肺内压力达到平衡，测定过程常持续60～90 s（图1）;以容量为Y轴，以相应压力为X轴，描出P—V曲线（图2）。

上图为吸气像，下图为呼气像。同时可以发现随着压力的增高，吸气像压力衰减逐渐变缓，而呼气像正好相反;圈出的点将被连接以绘记准静态压力—容积曲线圆圈为实验测得的数据，实线为各点连接所得的准静态P—V曲线，因为吸气像和呼气像曲线是分别测定，因此两条曲线没有封闭。随着容积的增加，由于气道阻力的原因，压力逐渐上升，但相同容积压力增加的幅度逐渐减小，这可能与张力松弛有关

此法的特点是描记可以记录吸气和呼气双相的准静态P—V曲线，缺点是患者需脱开呼吸机，操作比较繁琐和耗时，有发生低氧血症的危险;同时患者需要镇静甚至肌松，且无法去除测定时间内持续的气体交换、气体的可压缩性等影响。

吸气闭塞法：亦称呼吸机法，由大容量注射器法改进而来，由呼吸机给予大小不同的潮气量，获得不同的平台压，多个相对应的潮气量和平台压描记在XY轴上就能得到P—V曲线。这种方法不需将患者与呼吸机断开，操作方便，但精度较差，费时较长，且不适合所有的呼吸机^[6]。

恒定低流速法：以恒定的低流量气体（常为3～9 L/min氧气）为呼吸系统充气，同时以压力为X轴，容量为Y轴（流量的积分即为容量或根据恒定流量乘以时间算出容量）描出P—V曲线（图3）。

恒定低流速测定的曲线由一种特制的能在吸气和呼气象提供恒定1.7 L/min流速的设备测得。总体与大容量注射器法测得的曲线很接近，但在吸气象出现轻度右移，而在呼气象又有轻度左移的现象。

图3分别以恒定低流速法（ATM）与大容量注射器法（SYR）测定所得的P—V曲线

此法运用比较简单并可以用某些呼吸机实现。但是此法可能会受到氧气消耗所带来的影响，并因为呼气流速的无法控制而无法测定呼气相曲线。

不管哪种测定方法，均需将患者充分镇静甚至肌松，以避免主动呼吸影响测定的准确性。

3生理意义

正常人在直立、放松、清醒状态下的呼吸系统准静态P—V曲线呈低段凹面向上高段凹面向下的“S”形^[7]，整个曲线是胸壁（膈肌和胸腔）作用力与肺弹性回缩力之间相互作用的平衡。当两者相互作用里刚好抵消，肺容积达到平衡状态，此时的肺容积即为功能残气量（FRC），而此时，肺泡内的压力也等于大气压。

正常人仰卧位时，肺的FRC减少约50%，胸壁顺应性曲线轻度右移并轻度逆时针旋转，源于膈肌张力的变化以及胸廓顺应性的轻度改变^[7]。

4临床意义

任何累及胸壁（膈肌和胸腔）以及肺实质或气道，导致肺容积变化的疾病都可能改变肺的顺应性而导致P—V曲线形态和位置上的变化[2，8-9]。其中，最具有代表性的是急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory dstress syndrome ，ARDS），其他在肺间质病变、充血性心力衰竭以及肥胖等疾病中也有一定意义。

4.1 ARDS

P—V曲线使用和研究最多的是在ARDS的患者中，近年来，根据P—V曲线采取的最佳PEEP和有效小潮气量策略结合允许性高碳酸血症策略（permissive hypercapnia， PHC）是目前ARDS机械通气治疗中的主要方法。

ARDS早期，水肿液受重力的影响向低位组织积聚，处于仰卧位时，从肺前侧至背侧，肺组织受到的静水压逐渐增大^[10]。因此，在肺的低下部位，陷闭或实变的肺泡远远多于高位区域。其力学的分布表现为肺的充气相P—V 曲线呈“S”型，可概括为三段两点：低位平坦段，表现为低顺应性，相当于正常或基本正常的肺泡随压力的增大而扩张;下拐点（1ow inflection point，LIP），相当于陷闭肺泡的开放点;中间陡直段，压力的升高和肺容积的变化呈线性关系，相当于已张开的“陷闭”肺泡和正常肺泡在弹性限度内的等比例扩张。高位平坦段，顺应性下降，表明肺处于过度扩张的危险中。后两段之间的交点称为上拐点（upper inflection point，UIP）（图4）。

FRC=功能残气量;TLC=肺总量;EELV=呼气末肺容积;PEEPi=内源性呼气末正压;LIP=下拐点;UIP=上拐点;P为压力;V为容量;C为顺应性;晚期的ARDS肺因增生和纤维化，正常和陷闭肺泡显著减少，P—V 曲线不典型，LIP多消失

临床上主要根据LIP以及UIP设定机械通气的PEEP以及潮气量等。

一般认为，PEEP宜大于或者等于PLIP，高于PLIP 2 cmH₂O左右的PEEP加压力限制模式机械通气与常规容量切换模式加FiO₂指导的最小PEEP对照研究发现其肺功能改善明显好于对照组，增加了早期撤机和肺功能恢复的机会^[11]。但亦有学者认为PEEP是代表呼气相的力学因素，而PLIP代表的是吸气相的力学因素，因此根据呼吸相的P—V曲线设定PEEP似乎更加合理^[12]。

由于肺水肿和肺泡萎陷，ARDS患者的肺容量远远低于正常的肺容量，因而对正常肺而言较低的潮气量可造成肺的过度扩张^[13]。P—V曲线上提示肺过度扩张的标志是UIP的出现，其相对应的容量值和压力值分别代表ARDS肺所能承受的最大潮气量（VUIP）和平台压（PUIP）。因此，须使VT<VUIP 或Pplat<PUIP。ARDS肺应使用有效小潮气量，按PHC策略，可使用5～8 mL/kg。Roupie等根据PLIP选择PEEP，使用10 mL/kg的VT，80%（20/25）的患者Pplat>PUIP。使VT<VUIP）VT下降（2.2±0.9 ）mL/kg，PCO₂从（44±10 ）mmHg上升到（77±25）mmHg（1 mmHg=0.133 kPa），而PaO₂/FiO₂无显著改变^[14]。

但由于肺损伤的不均一性，UIP可不出现在P—V曲线上， 因此，若曲线上出现UIP应使VT<VUIP，Pplat<PUIP。正常肺通气至VUIP时，其跨肺压约35 cmH₂O～50 cmH₂O，大约相当控制通气时Pplat35 cmH₂O。超过此值，正常肺泡出现过度充气，并可能导致肺泡破裂的发生.据此，UIP若被掩盖，则应使Pplat<35 cmH₂O^[15]。

尽管P—V曲线对于ARDS有着重要的意义，这一技术也似乎有着高度的安全性和可重复性^[16-17]。但P—V曲线在ARDS的日常应用中仍有着许多问题。P—V曲线与既往肺容积情况有很大的关系，因此，对于不同时期、不同患者或不同研究中的P—V曲线的比较，需要特别注意。另一个问题是P—V曲线反映的是成千上万个肺泡总体特性，对于拥有复杂的机械特性的肺来说，P—V曲线可能只是反映了健康的肺泡的特性。在一项对ARDS患者的肺CT扫描的研究中，研究者们在不同的肺损伤中，P—V曲线并不能准确的反应CT发现的肺复张或过度充气^[18]。而一项利用电阻抗X线断层扫描的研究也得出了类似的结论^[15]。

另一个问题是肺的复张是一个时间依赖的动态过程，单一的P—V曲线并不能全面的反映这个现象^[19]。

4.2间质性肺病

间质性肺病的本质是肺泡出现纤维化，肺含气量减少，从而使P—V曲线在容量轴上的值下降（图5），尽管这一改变是因为气体含量的减少，但这并不意味着胸腔内总容量的减少，甚至有研究表明由于组织和血容量变化的不确定性，胸腔总容量的变化可以减少，不变或增加。代入Salazar和Knowles方程（V=Vmax-Ae-kP， Vmax为压力无穷大时的容量，A为容量轴上的恒定截距，e为自然常数[2.718]，P为静态气道压力），14名患者中只有2人的k值是减小的^[20]，因此，P—V曲线对评估肺泡纤维化的敏感性并不高。

实线是数据代入方程V=Vmax-Ae-kP后描记，可见相对于正常肺，肺气肿时曲线在容量轴上上移，凹度增加（k增大）;肺间质疾病时容量轴上下移，凹度减小（k减小）。

4.3充血性心力衰竭

充血性心力衰竭时，肺泡内被液体充满，从而使表面活性物质受损，含气量减少。这一现象与早期ARDS的变化（无心源性肺水肿时）非常相似。动物研究发现，顺应性的降低程度远远大于气体体积的减少，而这一现象可能是由于小气道内液体形成液栓导致迟滞现象加剧^[21]。在人群中尚缺乏有效的证据表明充血性心力衰竭时的P—V曲线变化，但基于和ARDS早期类似的病理生理改变，P—V曲线的变化也可能类似。有学者甚至认为P—V在ARDS患者中的变化也可以用肺泡水肿解释，而不是所谓的肺泡塌陷^[22]。

4.4肥胖

Pelosi等^[23]利用氦气测量24名患者全麻状态下时的肺功能残气量（FRC），其中8名患者体质量指数（BMI）≤25 kg/m2，8名患者BMI在25至40 kg/m2之间，8名BMI≥40 kg/m2的肥胖患者。发现随着体质量指数的增加，FRC明显减少（图6）;

仰卧位全麻患者，随着BMI的增加FRC减小。

5进展

近年来，Lu等 ^[24]等利用持续恒定低流量法描记准静态P—V，与CT扫描相比评价PEEP诱导的肺复张效果，显示了P—V曲线与CT扫描有良好的相关性，这与隆云等^[25]的研究结果类似。因此，利用P—V曲线测定作为指导临床机械通气策略，特别是ARDS患者，以及对肺复张效果的评价和呼吸系统顺应性的监测，将得到进一步的应用和发展。同时，应用P—V曲线基础上测定肺复张后的呼气末肺容积变化（end-expiratory lLung volume，ΔEELV），使P—V曲线评估肺复张的效果得以量化^[26]。

P—V曲线正在成为临床越来越实用和简便的工具，但目前没有一个标准的P—V曲线测定的方法。同时，P—V曲线反应的只是整个呼吸系统顺应性的变化，而许多呼吸系统的病变往往是局灶性的，因此，P—V曲线和其他的临床评估工具（CT、超声^[27]等）应该充分结合，而不是相互取代。只有对P—V曲线充分正确的认识，才能更好的运用这一工具服务于临床工作，而对于P—V曲线的研究，仍有许多问题需要我们去解决。

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（收稿日期：2014-05-14）

（本文编辑：何小军）

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