PB840呼吸机压力触发做功分析

郑吉锋，白玫，严汉民，郭米嘉

首都医科大学宣武医院 医学工程处，北京 100053

PB840呼吸机压力触发做功分析

郑吉锋，白玫，严汉民，郭米嘉

首都医科大学宣武医院 医学工程处，北京 100053

目的了解PB840呼吸机在不同呼气末正压通气（PEEP）水平及不同压力触发灵敏度下吸气触发做功的变化。方法将FLUKE VT-Plus气流分析仪串联在待测呼吸机与主动模拟肺之间，通过主动模拟肺模拟患者的自主呼吸，应用气流分析仪采集自主呼吸触发呼吸机做功时的呼吸参数及波形。结果主动模拟肺吸气触发流速、实际触发压力和触发做功随PEEP值的增加而增加，其中实际触发压力与设定的压力触发灵敏度的差值反映了内源性PEEP的增加。结论对不同PEEP水平、不同压力触发灵敏度条件下，患者触发呼吸机所需做功的变化进行分析，可辅助医生在进行呼吸机治疗时正确评估患者的病情，使用合理的呼吸模式，设定合适的呼吸机参数，并对患者的呼吸功能进行快速评价，从而提高呼吸机治疗的有效性和安全性。

PB840呼吸机；呼气末正压通气；压力触发灵敏度；吸气触发做功

0 前言

机械通气可改善肺的气体交换、呼吸窘迫、压力-容量关系等，有利于肺和气道的愈合，避免并发症的产生。呼吸机作为机械通气的必备仪器，被普遍应用于临床急救和治疗中。呼吸机的性能好坏、设备使用人员对呼吸机的熟练运用程度对患者病情的恢复有着至关重要的作用[1]。

呼气末正压通气（PEEP）是指呼吸机在吸气相产生正压，将气体压入肺内，但在呼气末，气道压力并不降为零，而是仍保持在一定正压水平的现象，主要适应症是肺内分流所致的低氧血症，如以急性呼吸窘迫综合征（ARDS）为代表的临床疾病。

压力触发是对气道内压力降低的反应。呼吸机监测患者管道压力并识别其吸气动作，当采用压力触发使患者气道内的压力降至设定的压力触发灵敏度值时，呼吸机就开始进行患者所触发的呼吸过程。因为患者呼气末气道压力通常为0 cmH2O，故触发灵敏度常设定为-0.5～-2.0 cmH2O。当加用呼气末正压（PEEP）或患者气道内存在内源性呼气末正压（PEEPi）时，应将触发灵敏度设定为PEEP-1.5 cmH2O水平[2]。

了解呼吸机在不同PEEP水平、不同压力触发灵敏度条件下，患者触发呼吸机所需做功的变化是非常重要的，这将有助于医生合理地设置呼吸模式和参数，快速、简便地评估患者的自主呼吸能力，从而及时有效地对患者进行抢救和治疗。

1 材料与方法

1.1 研究对象

待测设备：本院6台在用、自检正常的840呼吸机[3-4]。

检测设备：FLUKE VT-Plus气流分析仪和诺唯5600i型主动模拟肺[5-6]。

1.2 研究方法

1.2.1 测试目的及方法

测试目的：了解呼吸机在不同PEEP水平及不同压力触发灵敏度下吸气触发做功的变化。

测试方法：将气流分析仪串联在待测呼吸机与主动模拟肺之间（图1），通过主动模拟肺模拟患者的自主呼吸，应用气流分析仪采集自主呼吸触发呼吸机做功时的呼吸频率、气道压力、PEEP、潮气量、吸/呼气时间、峰值流速、吸呼比等呼吸参数，以及流速-时间、压力-时间、容量-时间、压力-容量、容量-流速等波形[7]。

图1 测试设备FLUKE VT-Plus气流分析仪与诺唯主动模拟肺连接

将主动模拟肺模拟正常肺的顺应性设定为0.05 L/ cmH2O，气道阻力设定为5 cmH2O/L/s。待测呼吸机的呼吸模式设定为自主呼吸模式，呼吸频率设定为17次/min，压力支持设定为10 cmH2O，潮气量设定为80 mL；PEEP值分别设定为0、5、10、15 cmH2O。在不同的PEEP水平通过气流分析仪采集压力触发灵敏度分别为1、5、10、15、20 cmH2O时的呼吸参数及波形，通过采集到的压力-容积环型图计算吸气触发所做的功。

对6台呼吸机采集并计算出的呼吸参数取平均值，再通过Excel作出压力触发灵敏度分别为1、5、10、15、20 cmH2O时的触发流速、实际触发压力和触发做功变化的折线图。通过对折线图上的5条曲线的变化进行分析，判断随着PEEP值的增加，触发流速、实际触发压力和触发做功的变化趋势。

1.2.2 触发做功计算

呼吸功是指呼吸肌克服阻力（肺及胸廓的弹性回缩力、气道阻力、组织阻力），维持通气量所做的功。正常人平静呼吸时，吸气过程是主动、耗能过程，呼气过程是被动、无耗能过程，因此，其呼吸肌仅在吸气时做功。正常呼吸功大小为0.3～0.6 J/L，占全身耗氧量的1%～2%。当气道阻力、肺及胸廓顺应性降低时，呼吸功最高可增加50倍，如重度ARDS患者的呼吸氧耗可占总氧耗的50%。因此监测患者的呼吸功具有重要功能，主要有：① 可辅助选择呼吸支持模式；② 可辅助调整呼吸支持水平；③ 可指导患者脱机[8]。

压力-容积环（P-V环）原理：根据物理原理，物体做功等于物体在力的方向上的位移与力的乘积，由于呼吸肌是气体进入肺内的动力泵，呼吸肌所做的功就等于进入肺内气体量（潮气量）和压力变化的乘积，临床上可通过压力-容积环来计算其呼吸功。

呼吸功表征了呼吸肌的做功大小和能力，其数学表达式为：

式中：W是呼吸功，P是呼吸肌产生的压力，V是吸入气体的容量，VT是潮气量，Ti是吸气时间，是吸气流速，t是时间变量。

由公式(1)可知，影响呼吸功的主要因素是呼吸肌产生的压力和吸气流速，因此在采集到的众多呼吸参数中，本研究重点对吸气触发流速、吸气触发压力和通过压力-容积环型图计算出来的吸气触发做功的变化进行分析[9]。

2 结果

2.1 触发流速的比较结果

不同压力触发灵敏度下触发流速变化曲线图，见图2。由图2可知，在不同压力触发灵敏度条件下，主动模拟肺的吸气触发流速随着PEEP值的增加而明显增加，且在压力触发灵敏度为1 cmH2O时尤其明显。

图2 不同压力触发灵敏度下触发流速变化曲线

2.2 实际触发压力的比较结果

不同压力触发灵敏度下实际触发压力变化曲线图，见图3。由图3可知，在不同压力触发灵敏度条件下，主动模拟肺的实际触发压力随着PEEP值的增加而有所增加，幅度不像触发流速那样明显。但与设定的压力触发灵敏度值比较，实际触发压力值还是有0.3～2.9 cmH2O的压力差异，而这个压力差异值就是内源性PEEP，也就是造成触发做功增加的主要因素。

图3 不同压力触发灵敏度下实际触发压力变化曲线

2.3 触发做功的比较结果

不同压力触发灵敏度下触发做功变化曲线图，见图4。由图4可知，在不同压力触发灵敏度条件下，主动模拟肺的触发做功大部分情况下随着PEEP值的增加而有所增加，且压力触发灵敏度越高，触发做功的增加越明显。

图4 不同压力触发灵敏度下触发做功变化曲线

3 讨论

随着PEEP的增加，平均气道压力以及内源性PEEP也升高，呼吸肌需要克服更大的阻力来送气，因此需要做更多的呼吸功，因此呼吸功会随着PEEP的增加而增加。了解不同PEEP水平时触发做功的变化，有助于临床上合理应用呼吸机及选择合适水平的PEEP，以减少呼吸机引起的相关并发症[10-11]。

PEEPi一般是由于呼气时间太短或呼吸阻力过高，致肺泡内气体滞留，使肺泡内压在整个呼吸周期均保持正压所致。内源性PEEP可以由疾病或者人为应用呼吸机造成。内源性PEEP的产生与肺动力学（阻力、顺应性和闭合容积及肺排空等许多因素）有关。在正常的自主呼吸情况下，只要胸腔内压稍许下降即可产生吸气气流，但在存在内源性PEEP时，患者必须首先产生足够的吸气压力才能克服内源性PEEP而产生吸气气流[12]。

功能残气量的增加也是由于PEEP的增加而造成的。一般情况下PEEP愈高，功能残气量的增加就愈明显。但不同患者肺的病理、生理改变不同，同等水平的PEEP增加所导致的功能残气量的增加可能完全不同，这取决于患者胸廓和肺的力学变化，如胸廓和肺的弹性与非弹性阻力、肺和胸廓的顺应性。气道阻力愈高、顺应性愈差，增加同等程度功能残气量所需的PEEP水平就愈高[13]。

本研究通过使用主动模拟肺模拟患者主动呼吸，应用气流分析仪采集相关呼吸参数，对在不同呼吸机压力触发灵敏度以及不同PEEP值条件下的吸气触发流速、吸气触发压力以及吸气触发做功值进行了比较。结果表明：主要影响触发做功的吸气触发流速值随PEEP的增加而明显增加；另一个主要影响触发做功的吸气触发压力值随着PEEP的增加也有所增加，与设定的压力触发灵敏度值比较，实际压力值有0.3～2.9 cmH2O的差异，这个差异值就是内源性PEEP值，也就是使触发做功增加的主要原因。由此证明，呼吸机外加PEEP的增加，会使肺内的功能残气量明显增加，进而使通气阻力加大，造成内源性PEEP的增加，使患者的吸气触发做功增加。

目前医生通常采用食管球囊法测量患者的呼吸做功，即放置食道囊管于患者食道和胃的不同位置，通过压力传感器来检测胸腔和腹腔的压力变化；再建立肺的静态压力容积曲线，用食道压与潮气量的积分来计算呼吸做功。这种方法不仅给患者带来了身体上的痛苦和精神上的压力，还不准确，不适合应用于一般呼吸机的治疗过程。另外还有医生采用呼吸氧耗的方法来推断呼吸做功的水平，也是非常不准确的[14]。

而通过对不同PEEP水平、不同压力触发灵敏度条件下触发做功变化的分析，可以让使用人员对呼吸机压力触发的基本状况有一个大致的了解，有助于医生在进行呼吸机治疗时，正确评估患者的病情，使用合理的呼吸模式，设定合适的呼吸机参数，对患者的呼吸功进行快速评价并患者指导脱机。

当然，不同的患者、不同的病情、不同的肺内病理生理情况，其触发做功都是不一样的，本研究只是在模拟单一状态的基础上分析了触发做功的变化，目的是让使用人员对PB840呼吸机压力触发有一个大致的认识。本研究主要是检测当压力触发呼吸机时，吸气触发做功随外加PEEP的增加而变化的情况，未进行流量触发测试。下一步准备开展这方面的工作，将PB840呼吸机压力触发做功和流量触发做功随外加PEEP的增加而变化的情况进行总结，供临床医生进行参考。

[1] 俞森洋．机械通气临床实践[M]．北京:人民军医出版社,2008: 60-87．

[2] 吕煜,李海涛,曹静静．触发灵敏度在机械通气中合理设置[J]．临床肺科杂志,2013,(7):7．

[3] 李朝伟．PB840呼吸机的工作原理及其应用[J]．中国医学装备, 2013,(8):8．

[4] 张维,赵晖．PB840呼吸机构成和维修[J]．医疗装备,2014,(3):3．

[5] 李威,倪萍,马继民．呼吸机质量控制检测常见问题分析[J]．中国医疗设备,2014,(5):5．

[6] 马建民．呼吸机效准的几点经验[J]．上海计量测试,2012,(5): 231．

[7] 贺佳彦．呼吸机的质量控制及技术实践探讨[J]．中国医疗设备, 2014,(7):7．

[8] 宋志芳．现代呼吸机治疗学[M]．北京:人民军医出版社,2002: 161-163．

[9] 宋志芳．实用呼吸机治疗学[M]．北京:科学技术文献出版社, 2010:20-25．

[10] 罗群,陈荣昌．无创正压通气不同呼气末正压水平对慢性阻塞性肺疾病急性加重患者呼吸做功的影响[J]．国际呼吸杂志,2011,(12):23．

[11] 周娟,吴昊,曹德森．三种新型呼吸机压力支持模式下的人机同步性能研究[J]．生物医学工程学杂志,2014,(8):4．

[12] 陈宇清,程克文,周新．应用COPD模型比较系统泄漏对7款双水平正压呼吸机吸气触发同步的影响[J]．国际呼吸杂志,2012,(12):24．

[13] 赵建江,徐珏华,朱霞,等．呼气末正压影响机械通气患者PICCO监测值的相关性研究[J]．中华急诊医学杂志,2014,(3):3．

[14] 孙春意．机械通气在48例呼吸衰竭中的应用体会[J]．中国保健营养,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

作者邮箱：2297540539@qq．com