有创机械通气是住院患者治疗中常用的救命工具。由于人口老龄化等多种因素，接受机械通气的患者人数不断增加。尽管有创机械通气的使用率越来越高，但各种医疗机构的医疗服务提供者都表示对使用机械通气的教育不足。
有创机械通气的组成部分
有创机械通气包括气管插管（ETT）和机械呼吸机（与无创通气不同，无创通气的接口是面罩）。除了作为输送机械呼吸的管道外，ETT 还能保护气道、吸出分泌物，并为支气管镜等特定手术提供便利。有创机械通气有助于稳定低氧血症和高碳酸血症呼吸衰竭患者的病情，减少吸气时的呼吸功，将血流从休克患者运动的呼吸肌重新分配到其他组织，并允许对急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者实施肺保护性（低潮气量）通气。
关键术语
呼吸机是一种吸气辅助设备，可整合容量、压力、时间和流量（各自作为因变量或自变量），在正压下提供潮气。临床医生如何设置这些变量决定了模式。如果设定了潮气量，但没有设定潮气量产生的压力，则患者接受的是容量控制（VC）通气。反之，如果设定了压力，而潮气量没有设定，则患者接受的是压力控制（PC）通气。在 VC 通气中，有两种常见的呼吸排序策略：辅助控制（AC）和同步间歇强制通气（SIMV）。在 PC 中，我们将讨论 AC、压力支持 (PS)、SIMV 和压力调节容量控制 (PRVC)。关于气道压力释放通气和 BiLevel 等高级通气模式的讨论超出了本文的讨论范围，但已在其他地方进行了综述。
要了解各种可用模式之间的差异，必须熟悉三个术语：触发、目标和循环。“触发 "是指启动呼吸的刺激。由患者努力而启动的呼吸属于患者触发。呼吸机通过气道压力（压力触发）或吸气流量（流量触发）的变化来感知患者的努力程度。触发呼吸所需的压力或流量阈值可调，称为触发灵敏度。另外，如果患者在达到设定呼吸频率（RR）所需的时间内未开始呼吸，则可采用时间触发呼吸。例如，如果 RR 设置为每分钟 12 次呼吸，在患者不努力的情况下，呼吸机每 5 秒钟提供一次呼吸，以确保达到目标 RR。“目标 "指的是呼吸输送策略--在整个吸气过程中设定、实现并保持的参数。这可以是设定的吸气流速和模式或压力，具体取决于模式。“周期 "描述如何终止呼吸。这可以是输出潮气量 (VT)、设定吸气时间 (Ti) 的结束或吸气流速的变化。
AC
重症监护病房中最常见的机械通气模式是 AC 模式（在某些机型上也称为持续强制/机械通气）。AC 模式的一个主要特点是患者接受由患者触发（辅助）和时间触发（控制）的支持呼吸。此外，还可设置呼气末正压 (PEEP)、RR 和吸入氧分数 (FiO2)。AC 可用于 VC 和 PC。
AC/VC
在 AC-VC 中，呼吸可能是患者触发或时间触发的。患者通过产生必要的气道压力或吸气流量变化来触发呼吸。如果患者未在达到设定的 RR 所需的时间内触发呼吸，则患者将接受时间触发呼吸。AC-VC 是流量目标，因为设定的流速和模式驱动呼吸输送。流速（单位为升/分钟 (LPM)）和流速模式（方形/恒定流速或斜坡/减速流速）均已设定。重要的是要认识到，在 AC-VC 中，患者每次呼吸都会接受设定的流速和模式。临床医生应选择接近患者需求的设置并优化患者与呼吸机的同步性。一般而言，减速波形更容易被接受，是许多重症监护医生的默认选择。方形/恒定波形可缩短吸气时间，因此常用于帮助有气体滞留和内源性 PEEP 风险的患者（例如重度哮喘患者）延长呼气时间。恒定流量下，潮气量输送速度比减速波形更快，从而最大程度延长患者呼气时间。建议的平均流量范围为 30 至 60 LPM。方形流量模式下，流量恒定。斜坡模式下，初始流量已设定，机器在呼吸过程中将流量线性减速至接近零。因此，在大多数呼吸机上，通过斜坡模式设置为接收 80 LPM 的患者的平均流量约为 40 LPM。
AC-VC 中的呼吸是容量循环的。吸气流量持续到达到设定的 VT，之后呼气阀打开，气道压力降至设定的 PEEP。因此，AC-VC 是患者或时间触发的、流量目标和容量循环的（图 1A）。
图1，(A) 使用减速流量策略的辅助控制容量控制 (AC-VC) 模式下的压力、容量和时间波形。请注意，第二次呼吸是由患者触发的，压力波形的负偏转就是明证。呼吸机上设置的流量代表峰值流量 (实心黑色箭头)，每次呼吸时，峰值流量都会线性减速至接近零。达到预设的潮气量后，吸气结束。气道峰值压力不是由临床医生设定的，而是呼吸系统力学、潮气量、吸气流量和模式以及患者努力的结果。请注意，在第二次和第三次呼吸期间，气道压力会降低，而流量和潮气量保持不变，这反映了呼吸系统力学的有利变化。呼气流量 (箭头) 不受呼吸机控制，而是取决于患者的努力和呼吸系统力学。(B) 辅助控制压力控制 (AC-PC) 模式下的压力、容量和时间波形。请注意，第二次呼吸是由患者触发的，压力波形的负偏转证明这一点。每次呼吸时，都会在设定的吸气时间内输送高于呼气末正压的预设吸气压力，之后停止呼吸。潮气量由患者的呼吸系统力学、吸气努力、吸气压力和吸气时间决定。请注意，在第二次和第三次呼吸期间，尽管吸气压力和吸气时间不变，但潮气量会增加，这反映了呼吸系统力学的有利变化或患者的努力增加。（C）压力调节容量控制 (PRVC) 模式下的压力、容量和时间波形。在测试呼吸（灰色框）期间，呼吸机估计在预设的吸气时间内达到预设目标潮气量所需的吸气压力和流速。吸气压力会不断调整，以纠正目标潮气量和输送潮气量之间的差异。注意，第五次呼吸时，输送的潮气量超过了目标潮气量（实线箭头）。机器在后续呼吸中降低吸气压力，使输送的潮气量更接近目标潮气量。
在 AC-VC 中，气道压力不受临床医生的直接控制，而是取决于呼吸系统的顺应性和阻力以及患者的努力。当改变患者的 VT 或流量设置时，应注意这些变化如何影响气道压力，特别是在吸气屏气操作期间获得的压力，称为平台压 (Pplt)，它测量呼吸系统的膨胀压力（下文将进一步讨论）。保持 Pplt <30 cm H2O 与 ARDS 患者的死亡率改善有关，应密切监测所有接受机械通气的患者。对于在 AC-VC 中通气的患者，临床状态的变化（例如，恶化的 ARDS、气胸）将通过气道压力的变化反映出来，因为每次呼吸时 VT 保持不变。
AC-PC
与 AC-VC 一样，AC-PC 中的呼吸可以由患者或时间触发。AC-PC 中的吸气是压力目标。临床医生选择一个吸气压力（也称为驱动压），该压力高于 PEEP，并在整个吸气过程中保持该压力。这些压力是相加的，因此呼吸过程中保持的峰值压力是设定的 PEEP 和设定的吸气压力之和（例如，5 cm H2O 的 PEEP 和 15 cm H2O 的吸气压力将导致呼吸过程中的恒定峰值压力为 20 cm H2O）。与 AC-VC 一样，临床医生应努力实现吸气末屏气期间测得的 Pplt <30 cm H2O，以降低气压伤风险。与临床医生选择流速和模式的 AC-VC 不同，在 AC-PC 中，呼吸机以减速模式输送流量以达到预设的恒定压力。
AC-PC 是时间循环的。预设吸气压力在设定的 Ti 内提供，之后呼气阀打开，气道压力恢复到 PEEP。因此，AC-PC 是由患者或时间触发、压力目标和时间循环的（图 1B）。由于可以直接调整 Ti，临床医生可以轻松增加患者吸气的时间。反比通气是指吸气时间与呼气时间之比超过 1 的策略。由于平均气道压力与吸气时间成正比，因此反比通气已被提议作为一种改善 ARDS 患者肺泡复张和氧合的方法。然而，缺乏支持该策略优越性的数据，而且人们担心它可能会增加气压伤的风险。
与 AC-VC 中临床医生设定的 VT 不同，AC-PC 中的 VT 由患者的呼吸系统力学、努力、设定的吸气压力和设定的 Ti 决定。因此，在呼吸机设置发生变化后，应监测潮气量。同样，由于每次呼吸都会达到设定的吸气压力，因此患者肺部力学的变化将主要反映在 VT 的变化中。
PRVC
许多呼吸机都包括一种称为 PRVC 的 AC 模式，在某些型号中也称为 VC+ 或自适应压力通气。在此模式下，Ti 和目标 VT 由临床医生设定。呼吸机在 Ti 期间以减速流量提供恒定的吸气压力，之后呼吸关闭。因此，此模式是由患者或时间触发的、以压力为目标的和以时间循环的，就像 AC-PC 一样（图 1C）。PRVC 的独特之处在于呼吸机可调节吸气压力以纠正输送的 VT 和目标 VT 之间的差异。例如，如果设定的 VT 为 500 mL，而特定呼吸的实际输送 VT 为 600 mL，则呼吸机将在后续呼吸中降低吸气压力，使实现的 VT 更接近目标 VT。
由于流量既不是由临床医生设定也不是固定的，PRVC 可以改善患者与呼吸机的同步性，并降低不适当的低流量设置的可能性。相反，尽管目标 VT 是由临床医生设定的，但 VT 会根据努力和力学的变化而波动。因此，PRVC 可能会降低对肺保护性通气策略的依从性，应谨慎用于 ARDS 患者。它还可能增加呼吸功，因为增加患者努力将伴随着减少呼吸机支持以确保实现目标 VT。因此，这种模式可能最适合临床情况正在改善并即将摆脱机械通气的患者。
VC vs PC
证据并不支持一种 AC 模式优于另一种。 总体而言，AC-PC 中缺乏固定流速可能会改善患者与呼吸机的同步性，但尚不清楚这是否会转化为更好的结果.
PS
PS 是一种自主通气模式，最常用于自主呼吸试验。在 PS 中，没有设定 RR，所有呼吸都由患者触发。在没有在呼吸暂停期间接管的备用模式的情况下，如果呼吸暂停患者使用 PS 进行通气，则不会接受任何呼吸。一旦触发呼吸，整个吸气过程中都会保持高于设定 PEEP 的吸气压力。因此，PS 是压力目标。
PS 是流量循环，因为吸气会因吸气流量下降而停止。该变量可由临床医生调整，通常设置为峰值吸气流量的百分比（例如，当吸气流量降至峰值吸气流量的 25% 时）。因此，PS 是由患者触发、压力定位和流量循环的（图 2A）。
图2，(A) 压力支持 (PS) 通气中的压力、容量和时间波形。所有呼吸都是由患者触发的，压力波形中的负偏转（灰色圆圈）就是明证。每次呼吸时，都会输送高于呼气末正压的设定吸气压力。根据运动方程，恒定压力波形需要减速吸气流量，当吸气流量降至峰值吸气流量的预设百分比（实线箭头）时，机器将关闭。潮气量将根据呼吸系统力学和患者努力而变化。(B) 带压力支持的 SIMV-VC 中的压力、容量和时间波形。以临床医生设定的速率进行流量目标容量循环指令呼吸（灰色框）。如果患者试图在设定的呼吸输送时间附近触发呼吸（灰色圆圈），这些呼吸将与患者的努力“同步”（从而得到帮助）。在同步呼吸和指令呼吸之间，患者可能会进行自主呼吸，通常由压力支持（中间两次呼吸）支持。
SIMV
SIMV 是一种常用的机械通气模式。 在 SIMV 中，呼吸机以设定的速率进行支持（强制）呼吸。如果患者试图在下一次 IMV 呼吸之前的预设时间间隔内触发呼吸，机器将提供支持呼吸（因此强制呼吸与患者的努力同步）。强制呼吸可以采用 VC（流量目标、容量循环）、PC（压力目标、时间循环）或 PRVC（压力目标、时间循环）策略进行，就像在 AC 模式下一样。
SIMV 与 AC 之间的主要区别在于，接受 SIMV 通气的患者可以在指令性机器呼吸之间进行无辅助自主呼吸（图 2B）。通常，这些呼吸中会添加少量压力支持，以克服 ETT 的阻力负荷并增强 VT。这些呼吸所实现的 VT 不受临床医生控制，而是由患者的努力和呼吸系统力学决定的。对自主呼吸患者使用 SIMV 通常会产生两种独特的呼吸机波形：支持性指令呼吸和自主压力支持呼吸。对于没有自主努力的患者（例如，由于神经肌肉阻滞），SIMV 与 AC 相同，因为患者只会接受时间触发的机器呼吸。
SIMV 据称可以减少呼吸肌废用性萎缩、改善呼吸机同步性并预防呼吸性碱中毒 ；然而，对于自发 RR 明显高于设定的 IMV 速率的患者，SIMV 可能会导致呼吸肌疲劳。 尽管缺乏令人信服的证据支持或不鼓励将 SIMV 作为急性病患者的主要机械通气模式，但几项精心设计的试验发现，在呼吸机撤机期间，SIMV 不如其他方法。
呼吸机设置：入门
对于接受有创机械通气的患者，初始呼吸机设置应根据呼吸衰竭的原因、机械通气的目标以及患者的合并症进行。一般来说，通气是通过 VT 和 RR 的变化来控制的。为了改善氧合，可以增加 FiO2 和/或 PEEP。PEEP 通过复原塌陷的肺泡并减少肺内分流来改善氧合。下面，我们概述了临床实践中遇到的三种常见情况的呼吸机策略。
正常每分钟通气量
一些需要机械通气的患者每分钟通气量正常（≈6-8 升/分钟）。这些患者包括因上呼吸道阻塞（例如血管性水肿）、精神状态改变（例如乙醇中毒）而插管的患者以及接受手术的患者。在这些情况下，以下设置可能会在大多数成年患者中实现足够的 PaO2（例如 PaO2 60-80 mmHg，SpO2 >88%）和可接受的 PaCO2（例如 30-50 mmHg）：
模式：AC-VC
RR：每分钟 14 次呼吸
VT：7 至 8 mL/kg 理想体重（IBW，基于患者的身高和性别）
FiO2：0.4 至 1.0，取决于临床情况
PEEP：5 cm H2O
吸气流量和模式：80 LPM，使用减速/斜坡流量
或者，对于肺部正常且精神状态完好的患者，可以使用 PS。合理的初始设置包括 PEEP 为 5 cm H2O、Pi 为 15 cm H2O 和 FiO2 为 0.4。对 Pi 的后续调整应以 RR 为每分钟大约 14 次呼吸和 VT 为 8 至 10 mL/kg IBW 为目标。
ARDS
对于 ARDS 患者，优先考虑低潮气量和低平台压的呼吸机策略（称为“肺保护性通气”）已被证明可以改善死亡率。ARDS 患者的合理初始设置包括：
模式：AC-VC
RR：每分钟 20 次呼吸
VT：7 至 8 mL/kg IBW
FiO2：1.0、
PEEP：5 cm H2O
吸气流量和模式：80 LPM，使用减速/斜坡流量
请注意，需要更高的初始 RR 才能匹配 ARDS 患者的高分钟通气量。VT 应在几个小时内减少至 6 mL/kg IBW 的目标。RR 与 VT 的减少同时增加，以保持足够的分钟通气量并避免进行性高碳酸血症和酸血症。如有必要，应进一步减少潮气量以达到 Pplt <30 cm H2O。PEEP 和 FiO2 以逐步方式调整以保持 PaO2 为 55–80 mm Hg。
严重阻塞性肺病
对于哮喘持续状态或慢性阻塞性肺病患者，通气应允许完全呼气以防止产生内源性 PEEP（下文将进一步讨论）。最有效的方法是限制 RR 和 VT。合理的初始设置包括以下内容：
模式：AC-VC
RR：每分钟 10 至 14 次呼吸
VT：7 至 8 mL/kg IBW
FiO2：1.0
PEEP：5 cm H2O
吸气流量和模式：60 LPM，使用方波
对于支气管痉挛严重的患者，临床医生应将每分钟通气量设定为 6 至 8 L/分钟，以防止内源性 PEEP。可能需要深度镇静和神经肌肉阻滞剂来实现这一目标。可以容忍 PaCO2 升高以促进每分钟通气量的减少，前提是 pH 值不低于 7.15。设定流速可以增加到 60 LPM 以上，以进一步缩短吸气时间，尽管当每分钟通气量较低时，这种策略只能提供微不足道的额外好处。高流速将由于气道阻力增加而增加峰值压力。由于这些变化不会增加肺膨胀压（以 Pplt 为衡量标准），因此峰值压力的单独升高不一定有害。
呼吸系统力学
一旦患者接受有创机械通气，呼吸机便可用于测量平台压、气道阻力和呼吸系统的静态顺应性，统称为呼吸系统力学。了解如何获取和解释这些值对于最佳治疗至关重要。
运动方程
运动方程将气道开口处的压力 (Pao) 与肺容量、流量、呼吸系统力学和患者努力联系起来，如下所示：
其中 V 是功能残气量以上的肺容积，Cstrs 是呼吸系统的静态顺应性，˙𝑉 是吸气流速，R 是吸气阻力，Pmus 是患者呼吸肌产生的压力。˙𝑉 ×𝑅 的乘积反映了克服气流通过 ETT 和气道产生的摩擦力（也称为阻力压力）所需的压力。在零流量条件下（˙𝑉 ×𝑅 =0），对于没有自主呼吸努力的被动患者（Pmus = 0），呼吸系统的膨胀压力或 Pplt 由 VT 和 Cstrs 决定，如下所示：
运动方程预测，随着潮气呼吸时膨胀压力增加，阻力压力必须降低以保持恒定的吸气压力。因此，恒定压力波形要求减速吸气流量模式（图 3A）。相反，使用恒定流量模式（其中阻力压力在潮气呼吸期间保持恒定）会导致气道压力随着肺部膨胀而稳定上升（可视化为“鲨鱼鳍”压力波形）。
图3.(A) 恒定（左）和减速（右）吸气流量模式下的压力和流量波形。请注意，恒定吸气流量下压力波形的“鲨鱼鳍”外观是由膨胀压力（阴影区域）的稳定增加和恒定阻力压力（非阴影区域）引起的。随着吸气流量减速，观察到方形压力波形，因为流量减少会导致呼吸过程中阻力压力下降。(B) 吸气屏气动作期间的压力和流量波形。在吸气过程中，气道压力从呼气末正压 (PEEP) 上升到吸气峰值压力。然后吸气流量停止，消除阻力压力并导致气道压力降至平台压力 (Pplt)。吸气峰值压力和 Pplt 之间的差异代表气道阻力压力。Pplt 和 PEEP 之间的差异由潮气量和呼吸系统顺应性决定。(C) 机械呼吸机上升高峰值压力的诊断方法。ETT，气管插管。
阻力与顺应性
呼吸过程中产生的压力取决于呼吸系统的顺应性和气道阻力。如果不进行吸气屏气操作，就无法确定这些因素各自的作用（图 3B）。有效的吸气保持动作只需患者做出极小的努力，甚至不需要任何努力。
顺应性测量不取决于流量输送策略，因为它们是在零流量条件下获得的。由于顺应性是给定压力变化时的容量变化差（Δ𝑉/Δ𝑃），因此 Cstrs 的计算公式为
通气患者的正常顺应性为 60 至 80 mL/cm H2O。顺应性下降的原因包括肺水肿、间质性肺病、内源性 PEEP、胸膜疾病、胸壁畸形、肥胖和腹水。对于 Cstr 较低的患者，任何给定 VT 的 Pplt 都较高。
阻力等于压力除以流量。因此，气道阻力的计算公式如下：
假设气管插管大小正常，机械呼吸机的正常气道阻力为 <15 cm H2O/L/秒。如果患者正在接受减速流量模式，则应将其切换为恒定流量（60 LPM，即 1 L/s，从而使计算更简单）以获得有效的阻力测量值。气道阻力增加表明气管插管扭结或堵塞、腔内粘液或支气管痉挛。许多呼吸机将在吸气屏气时计算并显示气道阻力和顺应性。
评估气道压力的变化
在治疗使用机械通气的患者时，一个常见的诊断挑战是应对气道压力的突然变化。评估呼吸系统顺应性和气道阻力有助于制定有针对性的鉴别诊断，并有助于指导初步治疗（图 3C）。气道压力的突然变化导致血流动力学不稳定，应通过断开患者与机械通气机的连接并使用连接到 ETT 的气囊面罩装置以每分钟 8 至 10 次的呼吸速率进行通气来处理。在此情况之外，初始诊断步骤应为执行吸气屏气动作。气道峰值压力升高加上 Pplt 升高表明肺顺应性降低。当这种变化突然发生时，应迅速排除气胸和内源性 PEEP。
峰值压力升高而 Pplt 较低表明大气道阻力增加。应检查气管插管以确保其没有被患者的牙齿扭结或阻塞，应通过吸入导管确认导管通畅，并应听诊患者的胸部以检查支气管痉挛的证据。
气道压力突然下降表明空气正在从呼吸机回路中逸出。这可能是由于气管插管缺陷、气管插管气囊故障或胸管引流装置中出现大量漏气造成的。
Auto-PEEP
如上所述，临床医生应监测内源性 PEEP 的发生情况，内源性 PEEP 是指 EEP 高于机器设定的 PEEP。内源性 PEEP 是由所输送气体呼气不完全引起的，这会导致呼气末肺容量增加。这在气道阻力增加和呼气流量减少的情况下最常见（例如，严重哮喘、慢性阻塞性肺病）。由此导致的胸内压力增加会降低静脉回流梯度，增加右心室后负荷，并增加呼吸功，因为患者必须克服这种压力才能触发呼吸。在严重的情况下，这些生理变化可能会危及生命。 内源性 PEEP 可以通过多种方式进行评估。吸气开始时持续呼气流量（通过听诊或观察呼气流量描记，在下一次呼吸开始时未恢复到零）表明存在内源性 PEEP（图 4）。还可以进行呼气末阻塞操作，即在呼气末期停止气流，并记录接近患者内在 PEEP 的阻塞压力。只有在没有自主呼吸的患者中才能可靠地获得此测量值。最后，在没有其他已知导致呼吸系统顺应性下降的原因的情况下，高危患者的 Pplt 升高强烈表明存在内源性 PEEP。除了治疗潜在的肺部疾病外，延长呼气时间的策略（例如降低 RR、低 VT 和增加吸气流量）也可以降低内源性 PEEP。如果认为进行性内源性 PEEP 是血流动力学不稳定的原因，则应断开患者与呼吸机的连接并手动减压胸部。
图4，具有内源性呼气末正压的患者的压力和流量波形。请注意，呼气流量在下一次呼吸开始前不会恢复为零（箭头）。
结论
侵入式机械通气是危重患者的一种强有力的治疗和诊断工具。了解模式和设置、测量呼吸系统力学以及注意压力和流量波形是提供高质量危重治疗的重要组成部分。
