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呼 吸 力 学 长治市中医研究所肺病科长治市中医研究所肺病科 呼吸力学的概念呼吸力学的概念 一门学科 研究对象：呼吸运动 研究方法：物理力学 从力学的角度来描述和解释呼吸运动现象 呼吸力学三要素：压力，流速，容积 肺的解剖结构 力力 物体之间的物体之间的相互相互作用作用 使物体获得使物体获得加速度加速度和发生和发生变形变形 功功 力使力使物体物体沿力的方向通过一段沿力的方向通过一段距离距离 动力动力 导致导致作功的力作功的力 阻力阻力 阻碍阻碍物体运动的力物体运动的力 与呼吸相关的力学概念 力、功的关系 功功=力力距离距离 压力压力=力力/面积面积 力力=压力压力面积面积 功功=压力压力面积面积距离距离 呼吸功呼吸功=压力压力容积容积 正常呼吸做功为正常呼吸做功为2.5-3J/min；最高可达；最高可达10-15J/min,超过该界限，则需要进行机械通超过该界限，则需要进行机械通气。气。呼吸运动的机械动力 膈肌、肋间内外肌膈肌、肋间内外肌 胸锁乳突肌、斜角肌、腹壁肌肉、胸背部胸锁乳突肌、斜角肌、腹壁肌肉、胸背部肌肉等肌肉等 胸内压、肺内压 1.胸内负压胸内负压 平均大约为-6.7cmH2O,随呼吸周期变化。安静吸气时-10.6cmH2O，安静呼气末-2.7cmH2O.临床上用食管内压力代表胸内压。胸内负压来源：肺组织的弹性回缩力和肺泡壁表面张力。胸内负压也作用于胸腔内的心脏和大静脉，降低中心静脉压，有助于静脉回流和右心充盈。胸内压、肺内压 肺内压：肺内压：即肺泡内压，正常人在呼吸暂停，声带开即肺泡内压，正常人在呼吸暂停，声带开放，气道通畅时，肺内压与大气压相等。放，气道通畅时，肺内压与大气压相等。吸气时肺内压低于大气压，呼气时高于大吸气时肺内压低于大气压，呼气时高于大气压。气压。肺内压肺内压 正正 0 负负 吸气吸气 吸气吸气 吸气吸气 呼气呼气 呼气呼气 呼气呼气 正常人呼吸器官的压力、容量关系 1.1.肺容量在功能残气量（肺容量在功能残气量（FRCFRC）时（占肺总量）时（占肺总量40%40%），），肺内压为肺内压为0 0。2.2.肺容量大约等于肺总量的肺容量大约等于肺总量的67%67%时，胸廓在天然位置，时，胸廓在天然位置，不表现弹性力量。不表现弹性力量。3.3.肺容量超过肺容量超过67%67%以上时，胸廓与肺的弹性回缩力方以上时，胸廓与肺的弹性回缩力方向相同，共同构成扩张阻力。向相同，共同构成扩张阻力。4.4.功能残气量时，用力呼气，则呼吸肌的收缩力完功能残气量时，用力呼气，则呼吸肌的收缩力完全用于克服胸廓向外张开的弹性力量。全用于克服胸廓向外张开的弹性力量。呼吸系统的压力梯度 胸膜腔内压胸膜腔内压 肺泡内压肺泡内压 气道内压气道内压 经胸压经胸压 经肺压经肺压 经胸壁压经胸壁压 经气道压经气道压 呼吸系统的压力梯度 1.胸膜腔内压胸膜腔内压 正常时功能残气位的胸膜腔内压为正常时功能残气位的胸膜腔内压为-5cmH2O 2.肺泡内压 其大小决定于胸膜腔内压与肺向内收缩的压力之差 机械通气时，肺泡内压直接受吸气压力影响，故要注意避免通气压力过高而造成的肺损伤及对循环功能的影响。呼吸系统的压力梯度 3.3.气道内压气道内压 吸气或呼气末，气流停止时，从肺泡到口鼻，气吸气或呼气末，气流停止时，从肺泡到口鼻，气道内各处压力相等，吸气时，从口鼻到肺泡的压道内各处压力相等，吸气时，从口鼻到肺泡的压力递减，呼气时则递增。呼吸运动中，气道内任力递减，呼气时则递增。呼吸运动中，气道内任意二点间的压力差，决定于其间气道阻力的大小意二点间的压力差，决定于其间气道阻力的大小和气流的速度。和气流的速度。4.4.经胸压经胸压 相当于肺泡内压与胸廓外大气压之差，是扩张或相当于肺泡内压与胸廓外大气压之差，是扩张或压缩胸廓、肺脏的总压力。压缩胸廓、肺脏的总压力。呼吸系统的压力梯度 5.5.经肺压经肺压 相当于肺泡内压与胸膜腔内压之差，是扩张或收相当于肺泡内压与胸膜腔内压之差，是扩张或收缩肺的压力。缩肺的压力。6.6.经胸壁压经胸壁压 相当于胸膜腔内压与胸廓外大气压之差，是扩张相当于胸膜腔内压与胸廓外大气压之差，是扩张或收缩胸壁的压力。或收缩胸壁的压力。7.7.经气道压经气道压 相当于气道内外压力之差，胸腔内气道的经气道相当于气道内外压力之差，胸腔内气道的经气道压，也是胸膜腔内压与气道内压之差。压，也是胸膜腔内压与气道内压之差。肺顺应性 概念概念 物理概念，指单位压力改变时，所物理概念，指单位压力改变时，所引起的肺容积的变化。是弹性物体引起的肺容积的变化。是弹性物体的共同特性。的共同特性。肺的弹性肺的弹性E和压力和压力P、体积、体积V的关系：的关系：E=P V 以以“顺应性（顺应性（C）”表示表示 C=1/E C=潮气量（潮气量（L)/压力差（压力差（kPa)反映呼吸系统的反映呼吸系统的 “软软”、“硬硬”弹性阻力正常时占总阻力的弹性阻力正常时占总阻力的70%）跨肺压变化（）肺容积变化（PV）跨肺压变化（）肺容积变化（PV主要影响因素 肺胶原纤维 肺泡表面活性物质 肺容量（P-V曲线）肺顺应性 呼吸器官总顺应性呼吸器官总顺应性 正常人体总顺应性约：正常人体总顺应性约：0.1L/cmH2O 1 肺和胸廓总顺应性=1 肺顺应性+1 胸廓顺应性 肺顺应性 临床上，总顺应性有三种不同表示方法：临床上，总顺应性有三种不同表示方法：静态顺应性静态顺应性反映肺与胸廓的弹性反映肺与胸廓的弹性 动态顺应性动态顺应性反映肺与胸廓的弹性外，还反映肺与胸廓的弹性外，还 包括克服阻力成分包括克服阻力成分 比顺应性比顺应性顺应性（顺应性（C）/功能残气量（功能残气量（FRC）（此值在不同性别和年龄之间大致相同）（此值在不同性别和年龄之间大致相同）影响肺顺应性的主要因素 生理因素：肺容积、性别、年龄、身高、体位、生理因素：肺容积、性别、年龄、身高、体位、运动。运动。病理因素：病理因素：肺弹性阻力减低时顺应性增加：如肺气肿肺弹性阻力减低时顺应性增加：如肺气肿 肺弹性阻力增加时顺应性减小：如肺水肿、炎肺弹性阻力增加时顺应性减小：如肺水肿、炎症、肺不张，肺间质纤维化。症、肺不张，肺间质纤维化。肺外疾患：胸膜疾病、胸壁肌肉疾病、膈肌抬肺外疾患：胸膜疾病、胸壁肌肉疾病、膈肌抬高、肥胖等。高、肥胖等。心脏疾患：如二尖瓣狭窄、间隔缺损等。心脏疾患：如二尖瓣狭窄、间隔缺损等。顺应性下降对病人的影响 增加呼吸功增加呼吸功 造成通气血流比失调，引起低氧血症造成通气血流比失调，引起低氧血症 病人的呼吸表现为浅而快病人的呼吸表现为浅而快 顺应性增加对病人的影响 病人在潮气量呼吸时所需的跨肺压较小，病人在潮气量呼吸时所需的跨肺压较小，呼吸功也较小。但同时也可使小气道狭窄呼吸功也较小。但同时也可使小气道狭窄闭锁，增加气道阻力导致肺内气体分布不闭锁，增加气道阻力导致肺内气体分布不均，严重限制呼气流速。均，严重限制呼气流速。气道阻力(Raw)呼吸道阻力通常以每秒内呼吸道阻力通常以每秒内1升通气量所产生的压力来表示升通气量所产生的压力来表示 R气道气道=压力差为口腔与肺泡的压差压力差为口腔与肺泡的压差 正常时占总阻力的近正常时占总阻力的近30%鼻和声门占鼻和声门占R气道气道的的75%小气道占小气道占R气道气道的的10%机械通气时机械通气时 R气道气道=）流速（）压力差（sLOcmH/2峰压力-平台压 气体流量 气道阻力(Raw)Hagen-Poiseuille(哈根哈根-泊肃叶定律）泊肃叶定律）Raw=（为流体黏度；r为管的半径；l为管道长度）气道直径是影响阻力的重要因素。呼吸道阻力的正常值在成人：呼吸道阻力的正常值在成人：1-3cmH2O/L/S.发生于直径发生于直径2mm的细支气管以上部位。的细支气管以上部位。8l r4 影响气道阻力升高的因素 1.气道分泌物增多、积聚。气道分泌物增多、积聚。2.气道粘膜的肿胀。气道粘膜的肿胀。3.支气管痉挛。支气管痉挛。4.肺气肿。肺气肿。5.异物。异物。6.肿瘤性狭窄。肿瘤性狭窄。等压点理论 等压点理论 等压点的位置等压点的位置 对于正常人，等压点的位置主要取决于肺容积。对于正常人，等压点的位置主要取决于肺容积。80-70%的肺活量的肺容积水平时，等压点处于肺叶支气管；的肺活量的肺容积水平时，等压点处于肺叶支气管；40%肺活量的肺容积水平后等压点迅速向上游气道移动。肺活量的肺容积水平后等压点迅速向上游气道移动。25%肺活量水平时，等压点位于细支气管水平。肺活量水平时，等压点位于细支气管水平。时间常数（时间常数（）任一呼吸系统，其容积变化(V)与压力变化(P)呈指数函数的关系，其函数特征可以用时间常数来表示：RC 即容积变化(V)与压力变化(P)的相互关系取决于阻力和顺应性 时间常数（时间常数（）正常肺的时间常数为正常肺的时间常数为0.20.2秒。秒。时间常数决定气体在肺内的充盈和时间常数决定气体在肺内的充盈和排空速度。排空速度。假定潮气量为假定潮气量为1000ml,1000ml,则在呼气的则在呼气的0.20.2秒末，有秒末，有630ml630ml气体呼出；气体呼出；在在0.40.4秒末，共有秒末，共有865ml865ml气体呼气体呼出；出；0.60.6秒末，共有秒末，共有950ml950ml气体气体呼出，几乎完成了呼气相。呼出，几乎完成了呼气相。顺应性和阻力发生变化，势必影响顺应性和阻力发生变化，势必影响到到。100%37%正常 COPD VT=0.2=0.9 正常肺和COPD患者呼气相 时间常数（时间常数（）由于肺部病变的影响，使不同肺区的充盈由于肺部病变的影响，使不同肺区的充盈和排空速度有所不同。和排空速度有所不同。快肺区快肺区-充盈和排空速度较快的区域充盈和排空速度较快的区域 慢肺区慢肺区充盈和排空速度较慢的区域充盈和排空速度较慢的区域 机械通气时的呼吸力学监测 监测动力监测动力 监测阻力监测阻力 监测功监测功 对动力的监测 呼吸机所提供的正压呼吸机所提供的正压 既要保证正压通气的疗效，既要保证正压通气的疗效，又要防止其负面影响又要防止其负面影响 对阻力的监测）跨肺压变化（）肺容积变化（PVtVP2peakFP1 C=C=R R弹弹=平台压可以更好平台压可以更好地反映肺泡内压地反映肺泡内压 R R气道气道=t t P F 气道峰压气道峰压 气道平台压气道平台压 吸气相吸气相 呼气相呼气相 用以克服用以克服 气道阻力（气道阻力（P1）用以克服用以克服 弹性阻力（弹性阻力（P2）C1对功的监测 W吸气吸气=PV 压力压力 容量容量 压力压力 容量容量 压力压力 容量容量 正常正常 R气道气道 C 机械通气时呼吸力学指标的监测及临床应用 呼吸力学监测的三要素 压力（pressure，）气道开口压，食道压，隆突压 流速（flow，）容积（volume）计算流量对时间的积分 0 50 100-50-100 Flow(L/min)Time 常用压力指标常用压力指标 气道峰压（气道峰压（PD）气道平台压（气道平台压（Ps）气道平均压（气道平均压（Pmean)内源性呼气末正压内源性呼气末正压（PEEPi）呼气末正压（呼气末正压（PEEP）t P 气道峰压气道峰压 气道平台压气道平台压 用以克服用以克服 气道阻力（气道阻力（P1）用以克服用以克服 弹性阻力（弹性阻力（P2）呼气末正压呼气末正压 气道峰压（气道峰压（PIP）作用：用于克服胸肺粘滞阻力和弹性阻力 气道峰压（PIP）的影响因素 顺应性 潮气量 PEEP 气道和气管内导管阻力 吸气流速 气道峰压的临床意义气道峰压的临床意义 气道峰压是设置压力报警限的根据 设置值约实际气道峰压之上5-10cmH2O 以不高于45cmH2O为宜 气道峰压与气压伤的关系 气道峰压增加的临床意义气道峰压增加的临床意义 不伴有平台压的增加 气道问题 伴有平台压的增加 肺实质或间质问题 或肺含气状态变化 平台压（平台压（PS）作用:用于克服胸肺弹性阻力。平台压（PS）的影响因素 顺应性 PEEP 潮气量 平台压的临床意义平台压的临床意义 计