肺壓力—容積曲線的臨床應用及進展

沈鵬 朱建剛 宋先斌 張茂

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

作者單位：314000浙江省嘉興，嘉興市第一醫(yī)院重癥醫(yī)學科（沈鵬、朱建剛、宋先斌）;浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院急診醫(yī)學中心（張茂）

通信作者：張茂，Email：zmhz@hotmail.com

壓力容積曲線（pressure-volume curve，P—V曲線）是反映呼吸系統(tǒng)力學特性的一項指標，在指導臨床治療以及反映疾病進程等方面被寄予厚望，本文綜述了這方面的臨床應用與近年來的一些進展。

1P—V曲線

P—V曲線是根據(jù)呼吸系統(tǒng)的壓力和容量相關性描繪出的曲線，反映的是呼吸系統(tǒng)的順應性。

P—V曲線分為動態(tài)P—V曲線（dynamic P—V curve）和靜態(tài)P—V曲線（static P—V curve）。動態(tài)P—V曲線反應氣道阻力和肺、胸壁順應性的綜合影響，測定簡便，但參雜了氣道阻力等因素，并不能真正反映呼吸系統(tǒng)的順應性。靜態(tài)P—V曲線是指理想狀態(tài)的肺容積隨壓力改變的曲線。相對而言，靜態(tài)P—V曲線更準確，但測定相對更繁瑣。實際測試中，因為我們必需允許保持一定的呼吸，因此，呼吸系統(tǒng)并不能達到一個真正的穩(wěn)態(tài)，這樣所測量到的只是準靜態(tài)P—V曲線（quasi-static P—V curve）^[1]。這一曲線的精確度，取決于研究者所能等待的呼吸系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)的時間，而我們可以通過一種低速恒流的方式達到類似于靜態(tài)的條件;已有研究證明，流速須<9 L/min以最大地消除呼吸系統(tǒng)固有阻力所引起的壓力改變^[2，3]。

2測定方法

經典的準靜態(tài)P—V曲線測定方法主要有大注射器法、聯(lián)合閉塞法（呼吸機法）和恒定低流速法^[4]。

沿用多年并被大多數(shù)學者認為“標準”的大注射器（Super-Syringe）法是1975年由Harf等提出的^[5]。描記時患者脫離呼吸機，用2～3 L容量的推進型大注射器和壓力計與氣管導管相接，在患者呼氣達功能殘氣量（FRC）以后，推動大注射器，每次注氣100 mL，同時記錄壓力，直至壓力達45 cmH₂O（1 cmH₂O=0.098 kPa），然后再以類似方法逐步放氣測壓力。為保證測壓時的靜態(tài)，每次注氣后暫停2～3 s，以便讓肺內壓力達到平衡，測定過程常持續(xù)60～90 s（圖1）;以容量為Y軸，以相應壓力為X軸，描出P—V曲線（圖2）。

上圖為吸氣像，下圖為呼氣像。同時可以發(fā)現(xiàn)隨著壓力的增高，吸氣像壓力衰減逐漸變緩，而呼氣像正好相反;圈出的點將被連接以繪記準靜態(tài)壓力—容積曲線圓圈為實驗測得的數(shù)據(jù)，實線為各點連接所得的準靜態(tài)P—V曲線，因為吸氣像和呼氣像曲線是分別測定，因此兩條曲線沒有封閉。隨著容積的增加，由于氣道阻力的原因，壓力逐漸上升，但相同容積壓力增加的幅度逐漸減小，這可能與張力松弛有關

此法的特點是描記可以記錄吸氣和呼氣雙相的準靜態(tài)P—V曲線，缺點是患者需脫開呼吸機，操作比較繁瑣和耗時，有發(fā)生低氧血癥的危險;同時患者需要鎮(zhèn)靜甚至肌松，且無法去除測定時間內持續(xù)的氣體交換、氣體的可壓縮性等影響。

吸氣閉塞法：亦稱呼吸機法，由大容量注射器法改進而來，由呼吸機給予大小不同的潮氣量，獲得不同的平臺壓，多個相對應的潮氣量和平臺壓描記在XY軸上就能得到P—V曲線。這種方法不需將患者與呼吸機斷開，操作方便，但精度較差，費時較長，且不適合所有的呼吸機^[6]。

恒定低流速法：以恒定的低流量氣體（常為3～9 L/min氧氣）為呼吸系統(tǒng)充氣，同時以壓力為X軸，容量為Y軸（流量的積分即為容量或根據(jù)恒定流量乘以時間算出容量）描出P—V曲線（圖3）。

恒定低流速測定的曲線由一種特制的能在吸氣和呼氣象提供恒定1.7 L/min流速的設備測得?？傮w與大容量注射器法測得的曲線很接近，但在吸氣象出現(xiàn)輕度右移，而在呼氣象又有輕度左移的現(xiàn)象。

圖3分別以恒定低流速法（ATM）與大容量注射器法（SYR）測定所得的P—V曲線

此法運用比較簡單并可以用某些呼吸機實現(xiàn)。但是此法可能會受到氧氣消耗所帶來的影響，并因為呼氣流速的無法控制而無法測定呼氣相曲線。

不管哪種測定方法，均需將患者充分鎮(zhèn)靜甚至肌松，以避免主動呼吸影響測定的準確性。

3生理意義

正常人在直立、放松、清醒狀態(tài)下的呼吸系統(tǒng)準靜態(tài)P—V曲線呈低段凹面向上高段凹面向下的“S”形^[7]，整個曲線是胸壁（膈肌和胸腔）作用力與肺彈性回縮力之間相互作用的平衡。當兩者相互作用里剛好抵消，肺容積達到平衡狀態(tài)，此時的肺容積即為功能殘氣量（FRC），而此時，肺泡內的壓力也等于大氣壓。

正常人仰臥位時，肺的FRC減少約50%，胸壁順應性曲線輕度右移并輕度逆時針旋轉，源于膈肌張力的變化以及胸廓順應性的輕度改變^[7]。

4臨床意義

任何累及胸壁（膈肌和胸腔）以及肺實質或氣道，導致肺容積變化的疾病都可能改變肺的順應性而導致P—V曲線形態(tài)和位置上的變化[2，8-9]。其中，最具有代表性的是急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory dstress syndrome ，ARDS），其他在肺間質病變、充血性心力衰竭以及肥胖等疾病中也有一定意義。

4.1 ARDS

P—V曲線使用和研究最多的是在ARDS的患者中，近年來，根據(jù)P—V曲線采取的最佳PEEP和有效小潮氣量策略結合允許性高碳酸血癥策略（permissive hypercapnia， PHC）是目前ARDS機械通氣治療中的主要方法。

ARDS早期，水腫液受重力的影響向低位組織積聚，處于仰臥位時，從肺前側至背側，肺組織受到的靜水壓逐漸增大^[10]。因此，在肺的低下部位，陷閉或實變的肺泡遠遠多于高位區(qū)域。其力學的分布表現(xiàn)為肺的充氣相P—V 曲線呈“S”型，可概括為三段兩點：低位平坦段，表現(xiàn)為低順應性，相當于正常或基本正常的肺泡隨壓力的增大而擴張;下拐點（1ow inflection point，LIP），相當于陷閉肺泡的開放點;中間陡直段，壓力的升高和肺容積的變化呈線性關系，相當于已張開的“陷閉”肺泡和正常肺泡在彈性限度內的等比例擴張。高位平坦段，順應性下降，表明肺處于過度擴張的危險中。后兩段之間的交點稱為上拐點（upper inflection point，UIP）（圖4）。

FRC=功能殘氣量;TLC=肺總量;EELV=呼氣末肺容積;PEEPi=內源性呼氣末正壓;LIP=下拐點;UIP=上拐點;P為壓力;V為容量;C為順應性;晚期的ARDS肺因增生和纖維化，正常和陷閉肺泡顯著減少，P—V 曲線不典型，LIP多消失

臨床上主要根據(jù)LIP以及UIP設定機械通氣的PEEP以及潮氣量等。

一般認為，PEEP宜大于或者等于PLIP，高于PLIP 2 cmH₂O左右的PEEP加壓力限制模式機械通氣與常規(guī)容量切換模式加FiO₂指導的最小PEEP對照研究發(fā)現(xiàn)其肺功能改善明顯好于對照組，增加了早期撤機和肺功能恢復的機會^[11]。但亦有學者認為PEEP是代表呼氣相的力學因素，而PLIP代表的是吸氣相的力學因素，因此根據(jù)呼吸相的P—V曲線設定PEEP似乎更加合理^[12]。

由于肺水腫和肺泡萎陷，ARDS患者的肺容量遠遠低于正常的肺容量，因而對正常肺而言較低的潮氣量可造成肺的過度擴張^[13]。P—V曲線上提示肺過度擴張的標志是UIP的出現(xiàn)，其相對應的容量值和壓力值分別代表ARDS肺所能承受的最大潮氣量（VUIP）和平臺壓（PUIP）。因此，須使VT<VUIP 或Pplat<PUIP。ARDS肺應使用有效小潮氣量，按PHC策略，可使用5～8 mL/kg。Roupie等根據(jù)PLIP選擇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從（44±10 ）mmHg上升到（77±25）mmHg（1 mmHg=0.133 kPa），而PaO₂/FiO₂無顯著改變^[14]。

但由于肺損傷的不均一性，UIP可不出現(xiàn)在P—V曲線上， 因此，若曲線上出現(xiàn)UIP應使VT<VUIP，Pplat<PUIP。正常肺通氣至VUIP時，其跨肺壓約35 cmH₂O～50 cmH₂O，大約相當控制通氣時Pplat35 cmH₂O。超過此值，正常肺泡出現(xiàn)過度充氣，并可能導致肺泡破裂的發(fā)生.據(jù)此，UIP若被掩蓋，則應使Pplat<35 cmH₂O^[15]。

盡管P—V曲線對于ARDS有著重要的意義，這一技術也似乎有著高度的安全性和可重復性^[16-17]。但P—V曲線在ARDS的日常應用中仍有著許多問題。P—V曲線與既往肺容積情況有很大的關系，因此，對于不同時期、不同患者或不同研究中的P—V曲線的比較，需要特別注意。另一個問題是P—V曲線反映的是成千上萬個肺泡總體特性，對于擁有復雜的機械特性的肺來說，P—V曲線可能只是反映了健康的肺泡的特性。在一項對ARDS患者的肺CT掃描的研究中，研究者們在不同的肺損傷中，P—V曲線并不能準確的反應CT發(fā)現(xiàn)的肺復張或過度充氣^[18]。而一項利用電阻抗X線斷層掃描的研究也得出了類似的結論^[15]。

另一個問題是肺的復張是一個時間依賴的動態(tài)過程，單一的P—V曲線并不能全面的反映這個現(xiàn)象^[19]。

4.2間質性肺病

間質性肺病的本質是肺泡出現(xiàn)纖維化，肺含氣量減少，從而使P—V曲線在容量軸上的值下降（圖5），盡管這一改變是因為氣體含量的減少，但這并不意味著胸腔內總容量的減少，甚至有研究表明由于組織和血容量變化的不確定性，胸腔總容量的變化可以減少，不變或增加。代入Salazar和Knowles方程（V=Vmax-Ae-kP， Vmax為壓力無窮大時的容量，A為容量軸上的恒定截距，e為自然常數(shù)[2.718]，P為靜態(tài)氣道壓力），14名患者中只有2人的k值是減小的^[20]，因此，P—V曲線對評估肺泡纖維化的敏感性并不高。

實線是數(shù)據(jù)代入方程V=Vmax-Ae-kP后描記，可見相對于正常肺，肺氣腫時曲線在容量軸上上移，凹度增加（k增大）;肺間質疾病時容量軸上下移，凹度減?。╧減?。?。

4.3充血性心力衰竭

充血性心力衰竭時，肺泡內被液體充滿，從而使表面活性物質受損，含氣量減少。這一現(xiàn)象與早期ARDS的變化（無心源性肺水腫時）非常相似。動物研究發(fā)現(xiàn)，順應性的降低程度遠遠大于氣體體積的減少，而這一現(xiàn)象可能是由于小氣道內液體形成液栓導致遲滯現(xiàn)象加劇^[21]。在人群中尚缺乏有效的證據(jù)表明充血性心力衰竭時的P—V曲線變化，但基于和ARDS早期類似的病理生理改變，P—V曲線的變化也可能類似。有學者甚至認為P—V在ARDS患者中的變化也可以用肺泡水腫解釋，而不是所謂的肺泡塌陷^[22]。

4.4肥胖

Pelosi等^[23]利用氦氣測量24名患者全麻狀態(tài)下時的肺功能殘氣量（FRC），其中8名患者體質量指數(shù)（BMI）≤25 kg/m2，8名患者BMI在25至40 kg/m2之間，8名BMI≥40 kg/m2的肥胖患者。發(fā)現(xiàn)隨著體質量指數(shù)的增加，F(xiàn)RC明顯減少（圖6）;

仰臥位全麻患者，隨著BMI的增加FRC減小。

5進展

近年來，Lu等 ^[24]等利用持續(xù)恒定低流量法描記準靜態(tài)P—V，與CT掃描相比評價PEEP誘導的肺復張效果，顯示了P—V曲線與CT掃描有良好的相關性，這與隆云等^[25]的研究結果類似。因此，利用P—V曲線測定作為指導臨床機械通氣策略，特別是ARDS患者，以及對肺復張效果的評價和呼吸系統(tǒng)順應性的監(jiān)測，將得到進一步的應用和發(fā)展。同時，應用P—V曲線基礎上測定肺復張后的呼氣末肺容積變化（end-expiratory lLung volume，ΔEELV），使P—V曲線評估肺復張的效果得以量化^[26]。

P—V曲線正在成為臨床越來越實用和簡便的工具，但目前沒有一個標準的P—V曲線測定的方法。同時，P—V曲線反應的只是整個呼吸系統(tǒng)順應性的變化，而許多呼吸系統(tǒng)的病變往往是局灶性的，因此，P—V曲線和其他的臨床評估工具（CT、超聲^[27]等）應該充分結合，而不是相互取代。只有對P—V曲線充分正確的認識，才能更好的運用這一工具服務于臨床工作，而對于P—V曲線的研究，仍有許多問題需要我們去解決。

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（收稿日期：2014-05-14）

（本文編輯：何小軍）

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