機械通氣中患者人機不同步研究進展

張巍 胡知諉 馬小建 深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司 （廣東 深圳 518057）

內(nèi)容提要： 呼吸機機械通氣作為維持患者生命的重要醫(yī)療手段，主要作用為改善患者氣體交換、降低呼吸肌負荷及提高患者舒適度?；颊咴跈C械通氣期間需要與呼吸機統(tǒng)一協(xié)調(diào)，二者交互達到最佳狀態(tài)時才能保證其治療效果。文章簡要介紹人機不同步的研究進展，并總結(jié)臨床上常見的人機不同步類型，不同類型事件對應(yīng)的影響因素以及處理方法。根據(jù)人機不同步的臨床識別提出一種集成于呼吸機監(jiān)測和識別的功能理念，將人機不同步在呼吸機機械通氣的過程中直觀地展現(xiàn)并且量化，為臨床醫(yī)生提供參考，以減少人機不同步事件的發(fā)生。

人機不同步是指患者進行呼吸機機械通氣的過程中，由于整個呼吸周期中神經(jīng)和呼吸機定時不匹配或者呼吸機支持力度和需求不匹配，造成的患者與呼吸機之間不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象。

人機不同步這一概念早在20世紀70年代被提出，并簡單地被定義為患者與呼吸機之間的對抗[1]。隨著機械通氣技術(shù)的發(fā)展，人機不同步概念進一步細化為患者與呼吸機輔助通氣的不同步以及呼吸機與患者流量需求之間的不匹配。隨后有學(xué)者將在臨床采集到的具有同樣一類特征的人機不同步波形展示出來，為這一類波形進行文字描述，并明確這種異常波形是可以被實時監(jiān)測到的，這種發(fā)現(xiàn)給很多學(xué)者指明了方向[2]。越來越多的學(xué)者開始轉(zhuǎn)向于在臨床中發(fā)現(xiàn)并記錄人機不同步異常波形，研究人機不同步事件的種類與判斷規(guī)則。

在隨后的30年中，人機不同步得到了更多的臨床關(guān)注。更多的研究發(fā)現(xiàn)，人機不同步不僅發(fā)生在機械通氣的成人患者身上，在小兒以及新生兒患者機械通氣過程中也同樣存在，并且越來越多的人機不同步事件類型和判斷規(guī)則也被確定。隨著人機不同步事件類型以及判斷規(guī)則逐漸統(tǒng)一，學(xué)者們開始嘗試通過軟件來實現(xiàn)人機不同步事件的監(jiān)測，并在2011年對第一款人機不同步分析軟件BetterCare進行了臨床驗證[3,4]。最終BetterCare軟件識別人機不同步事件的程度達到敏感度91.5%，特異度91.7%，陽性預(yù)測率80.3%，陰性預(yù)測率96.7%[5]。

呼吸機在進行機械通氣過程中，當患者有較強的自主呼吸且呼吸機提供的呼吸支持與患者自主呼吸不協(xié)調(diào)時，即發(fā)生了人機不同步，會引起患者的通氣不適。但并非所有患者都如此，有些則是由于深度鎮(zhèn)靜引起的[6]。高發(fā)生率的人機不同步可能會導(dǎo)致患者呼吸困難、呼吸機撤機困難以及機械通氣時間延長等問題。因此明確人機不同步事件的分類，加強對人機不同步的監(jiān)測并以此調(diào)整呼吸機肺保護通氣策略對患者的通氣治療是非常有用的。本文總結(jié)了目前關(guān)于人機不同步的類型和定義，并探討了相關(guān)人機不同步事件最新的監(jiān)測方法。

1.人機不同步的類型、識別及處理

機械通氣期間的人機不同步涉及兩個方面：①患者的呼吸肌：由呼吸中樞控制，受呼吸力學(xué)影響。②呼吸機：受呼吸機本身運行以及使用者對通氣參數(shù)的調(diào)整的影響[7]。

患者按呼吸驅(qū)動力強弱分為兩種形態(tài)：低呼吸驅(qū)動和高呼吸驅(qū)動。呼吸機按照呼吸相的控制可以分四個階段：觸發(fā)、吸氣相、吸呼切換和呼氣相。其中呼氣階段屬機械被動期，實際與患者主動交互的是觸發(fā)、吸氣相和吸呼切換三個階段。臨床中常見的人機不同步事件按照患者呼吸驅(qū)動和呼吸相進行匯總分類見表1。

表1.常見人機不同步事件匯總表(以患者呼吸驅(qū)動和呼吸相分類)

另外，人機不同步也可分為觸發(fā)不同步、流速不同步和循環(huán)不同步。其中觸發(fā)不同步包括雙觸發(fā)、反向觸發(fā)、誤觸發(fā)、無效觸發(fā)呼吸；流速不同步包括流速過?。谎h(huán)不同步包括觸發(fā)延遲、切換過早和切換延遲。

將人機不同步進行分類有助于明確患者需求及事件的嚴重程度，從而采取不同的方法來應(yīng)對不同的事件。

1.1 無效觸發(fā)

當患者觸發(fā)呼吸機時，患者胸腔內(nèi)容量增加，導(dǎo)致氣道壓力下降和氣流增加。如果壓力（稱為壓力觸發(fā)）或流量（稱為流速觸發(fā)）達到臨床醫(yī)生設(shè)定的閾值，則呼吸機進行機控通氣。在某些情況下，患者希望（或嘗試）開始呼吸并觸發(fā)呼吸機，但這種情況失敗。這可能與呼吸機無法檢測患者的努力進行機械通氣有關(guān)。

無效觸發(fā)被定義為當患者產(chǎn)生吸氣動作，呼吸機無法識別患者吸氣導(dǎo)致無法向患者供氣。無效觸發(fā)通過使用食道壓或者膈肌電進行識別。當食道壓出現(xiàn)負偏轉(zhuǎn)或膈肌電活動顯著增加，但沒有觸發(fā)機械通氣，可以判斷為無效觸發(fā)。但在大多數(shù)情況下，通過檢查呼吸機屏幕上的流量-時間波形和氣道壓力-時間波形，就可以無創(chuàng)地識別無效的努力。無效觸發(fā)典型波形圖示見圖1，主要特征是由于患者的吸氣努力而在壓力-時間波形中產(chǎn)生氣道壓降，并產(chǎn)生吸氣流量，但呼吸機未觸發(fā)機械通氣。

圖1.無效觸發(fā)典型波形圖示

導(dǎo)致無效觸發(fā)發(fā)生的原因大致有：患者對觸發(fā)靈敏度的努力太弱（呼吸驅(qū)動下降），吸氣觸發(fā)靈敏度設(shè)置過高；也可能由患者因素導(dǎo)致，比如阻塞性肺病患者由于氣體陷閉形成內(nèi)源性呼末正壓，進而導(dǎo)致觸發(fā)無效；再如代謝性堿中毒的患者會產(chǎn)生神經(jīng)-呼吸系統(tǒng)抑制，進而導(dǎo)致無效吸氣努力；還有臨床中使用的鎮(zhèn)靜劑也會降低呼吸驅(qū)動進而導(dǎo)致無效吸氣努力，有研究發(fā)現(xiàn)，鎮(zhèn)靜深度和無效觸發(fā)指數(shù)呈正相關(guān)；此外，呼吸機參數(shù)設(shè)置也是導(dǎo)致無效觸發(fā)的因素，比如呼吸機設(shè)定的吸氣時間大于患者自主吸氣時間時，輔助通氣的壓力支持水平過高，壓力支持時存在漏氣等[8]。

因此，當臨床上發(fā)現(xiàn)無效觸發(fā)時，醫(yī)生應(yīng)當檢查呼吸機的觸發(fā)靈敏度設(shè)置并適當調(diào)節(jié)，使用鎮(zhèn)靜劑的情況下也應(yīng)仔細檢查并優(yōu)化鎮(zhèn)靜程度，檢查呼吸機其他參數(shù)的設(shè)置避免過度通氣，以盡量減少內(nèi)源性呼末正壓，因為如果內(nèi)源性呼末正壓較高，患者觸發(fā)呼吸機呼吸所需的負壓也會很高。

1.2 誤觸發(fā)

在某些情況下，患者沒有嘗試呼吸，呼吸機也會自行觸發(fā)呼吸，這種情況被稱為誤觸發(fā)。誤觸發(fā)被定義為患者并未產(chǎn)生吸氣努力，但是呼吸機有機控的氣道壓和流速的輸送。誤觸發(fā)也可以通過食道壓或者膈肌電進行識別，當食道壓未出現(xiàn)負偏轉(zhuǎn)或膈肌電活動未增加，但觸發(fā)了機械通氣，可以判斷為誤觸發(fā)[8]。

誤觸發(fā)是由于呼吸機感知到壓力或流量的變化而引起的，與患者的吸氣努力無關(guān)，在患者-呼吸機回路中出現(xiàn)泄漏的情況下，泄漏會通過以下兩種方式導(dǎo)致誤觸發(fā)：①對于流量觸發(fā)的機械通氣，觸發(fā)是感知到呼吸機回路呼氣支路中的氣流減少。②對于壓力觸發(fā)的機械通氣，觸發(fā)是泄漏引起的壓力充分下降。在觸發(fā)設(shè)置非常靈敏的情況下，通過氣管壁傳遞的氣流變化可能會被誤解為患者的吸氣努力并觸發(fā)機械呼吸。誤觸發(fā)典型波形圖示見圖2。

圖2.誤觸發(fā)典型波形圖示

導(dǎo)致誤觸發(fā)發(fā)生的原因可能是由于呼吸機管路中存在干擾，如冷凝水、泄漏或患者的咳嗽，這些因素導(dǎo)致氣道壓力急劇下降，從而觸發(fā)了呼吸機，進入了吸氣階段[8]。因此，當臨床上發(fā)現(xiàn)誤觸發(fā)時，醫(yī)生應(yīng)當檢查呼吸機管路中是否有冷凝水，是否存在泄漏，并檢測患者通氣的狀況，患者的生理情況（是否有心臟振蕩）。

1.3 雙觸發(fā)

當呼吸機停止送氣時，患者仍然繼續(xù)吸氣動作，呼吸肌肉的收縮對抗了肺泡的彈性回縮力，使氣道壓力下降到觸發(fā)靈敏度以下，短時間內(nèi)再次觸發(fā)吸氣，雙觸發(fā)被定義為“兩個周期，間隔很短的呼氣時間”。

雙觸發(fā)包含兩次吸氣，中間伴一次很短的呼氣，是由于患者通氣需求很高，加上呼吸機吸氣時間相對患者自主吸氣時間過短，造成兩個吸氣周期和一個受限的呼氣階段。所以雙觸發(fā)可以很簡單地通過無創(chuàng)的流速-時間波形或壓力-時間波形進行識別判斷。雙觸發(fā)典型波形圖示見圖3。

圖3.雙觸發(fā)典型波形圖示

導(dǎo)致雙觸發(fā)發(fā)生的原因可能有：患者的生理吸氣時間超過呼吸機設(shè)置的吸氣時間，患者有較高的流量需求而呼吸機的流速和潮氣量設(shè)置較低，患者的肺順應(yīng)性低等[8]。因此，當臨床上發(fā)現(xiàn)雙觸發(fā)時，醫(yī)生應(yīng)檢查呼吸機的吸氣時間、吸氣流速或潮氣量設(shè)置是否合理，關(guān)注患者的肺順應(yīng)性。

1.4 反向觸發(fā)

反向觸發(fā)被定義為被動機械通氣后出現(xiàn)呼吸肌收縮，收縮類似由呼吸機“觸發(fā)”，這種現(xiàn)象可能構(gòu)成呼吸節(jié)律的定期夾帶（鎖相）到周期性送氣[9]。反向觸發(fā)是一種比較難識別的人機不同步。在反向觸發(fā)期間，呼吸機觸發(fā)呼吸的開始與患者吸氣努力的開始之間存在延遲。因此，當吸氣階段完成時，患者的努力通常會持續(xù)存在，如果患者的吸氣努力能夠克服設(shè)置靈敏度的閾值，則可能會產(chǎn)生雙重觸發(fā)。

重度鎮(zhèn)靜的患者中，呼吸機的機械通氣會觸發(fā)患者肌肉用力，這種情況就會出現(xiàn)反向觸發(fā)。常規(guī)的呼吸機壓力和流速波形上很難識別，需要通過食道信號（橫膈膜的電活動和/或食道壓力）才能比較好地識別。反向觸發(fā)典型波形圖示見圖4。

圖4.反向觸發(fā)典型波形圖示

導(dǎo)致反向觸發(fā)的主要原因主要有機械輔助通氣過度或重度鎮(zhèn)靜，所以醫(yī)生在發(fā)現(xiàn)這種人機不同步事件時應(yīng)減少通氣輔助、減少鎮(zhèn)靜劑、必要時減少肌肉麻痹。

1.5 流速饑渴

流速饑渴可以直觀解釋為當呼吸機的流速輸出無法滿足患者的需求。在容量控制通氣模式中，設(shè)置吸氣流速后，該參數(shù)不能隨著患者的吸氣需求改變。而在壓力控制通氣模式中，流速會隨著患者的吸氣變化而變化，屬于非預(yù)設(shè)參數(shù)。所以流速饑渴的識別需要區(qū)分容量控制和壓力控制兩種模式[8]。

在容量控制通氣模式下，患者的吸氣努力無法增加吸氣流量，而隨著這努力的增加，氣道壓力隨之降低，使壓力波形呈現(xiàn)出特征性的“掏空”表現(xiàn)。典型表現(xiàn)（見圖5）為氣道壓力-時間曲線出現(xiàn)勺狀波形，并且患者吸氣用力越強，勺狀變形越明顯。在容量控制通氣模式下出現(xiàn)流速饑渴時，可以根據(jù)波形進行調(diào)節(jié)吸氣流速設(shè)定，以恢復(fù)波形曲線的形狀。

圖5.容量控制通氣模式下流速饑渴典型波形圖示

在壓力控制通氣模式下，吸氣流速為非預(yù)設(shè)值，影響吸氣流速的影響因素主要有：設(shè)置的吸氣壓力、患者吸氣努力、呼吸系統(tǒng)的順應(yīng)性與阻力、壓力上升時間。相對于一定的患者吸氣努力下，若壓力上升時間較慢時，氣道壓力-時間波形曲線可能會出現(xiàn)勺狀變形，即此時不滿足患者的吸氣需求。所以臨床需要根據(jù)患者的吸氣努力程度調(diào)整吸氣壓力設(shè)置和壓力上升時間設(shè)置，使得壓力曲線上升段平滑、較快達到設(shè)置氣道壓力并維持短暫的平臺壓。

1.6 其他的人機不同步

以上五類人機不同步的類型、識別和處理方式都是臨床上比較公認的。此外，從呼吸機本身和呼吸相兩方面的分析，人機不同步事件還有延遲觸發(fā)、切換過早和切換延遲三類。但是這三類事件需要結(jié)合食道壓波形判定，目前沒有統(tǒng)一明確的食道壓波形特征進行判定，因此還沒有形成臨床公認的識別方法。

延遲觸發(fā)是患者努力吸氣和呼吸機送氣之間的時間差延長，是呼吸驅(qū)動和吸氣觸發(fā)之間的典型不同步。進行食道壓或膈肌電監(jiān)測來識別時，則表示從食道壓力降低或開始神經(jīng)吸氣到氣流或氣道壓突然升高（開始機械吸氣）之間經(jīng)過的時間。觸發(fā)延遲是由靈敏度設(shè)置不當和呼末正壓不足以引起微調(diào)觸發(fā)引起的，正常情況下，觸發(fā)延遲應(yīng)<100ms。一般可以通過調(diào)節(jié)觸發(fā)靈敏度、設(shè)置合適的潮氣量以及應(yīng)用呼末正壓來減小觸發(fā)延遲。

由于患者神經(jīng)和呼吸機吸氣時間匹配不好，導(dǎo)致過早或過遲的呼吸切換。當患者的神經(jīng)吸氣時間超過呼吸機吸氣時間時，稱為切換過早。一般壓力支持通氣模式下高呼氣觸發(fā)靈敏度可能會導(dǎo)致吸氣時間短并導(dǎo)致切換過早。如果患者的努力吸氣超過了呼吸機送氣的時間，則可能還會產(chǎn)生雙吸氣。

當呼吸機吸氣時間超過患者的神經(jīng)吸氣時間時，稱為切換過遲。切換過遲時，氣道壓力-時間曲線表現(xiàn)為吸氣末壓力上升，流速-時間曲線表現(xiàn)為吸氣末流速迅速下降，且壓力上升與流速下降同時發(fā)生。醫(yī)生在面對這種人機不同步事件時，可以對吸氣時間進行設(shè)置，之后再根據(jù)壓力和流速曲線進行調(diào)整，且對于壓力支持通氣模式可以對呼氣觸發(fā)靈敏度進行設(shè)置。

2.人機不同步的量化及標識

由于人機不同步與患者的通氣舒適性息息相關(guān)，所以不僅僅需要識別人機不同步事件，還需要對事件的發(fā)生率進行統(tǒng)計分析，以明確事件的發(fā)生頻次及嚴重程度。

目前普遍人機不同步事件通過發(fā)生率來量化，采用人機不同步指數(shù)（AI%）來表示，該指數(shù)是將各類不同步事件除以總呼吸計數(shù)得到的，即呼吸機通氣周期和無效觸發(fā)呼吸的總和，以百分比表示。計算公式如：人機不同步指數(shù)(AI%)=人機不同步事件數(shù)/(總呼吸機通氣次數(shù)+無效次數(shù))×100%。在AI%>10%可能會引起患者不適，呼吸做功增加或膈肌能量浪費，并且導(dǎo)致脫機時間延長[10]。

雖然部分臨床醫(yī)生具備相關(guān)的人機不同步識別方法，但醫(yī)生并不是時刻在床旁監(jiān)測，可能在患者與呼吸機產(chǎn)生不同步時，并不能及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，所以需要額外的工具輔助醫(yī)生對事件進行識別與統(tǒng)計。根據(jù)現(xiàn)有的識別方法的歸納，呼吸機機械通氣的流量/壓力波形是最容易獲得的，并且越來越多的呼吸機也具備食道壓的監(jiān)測功能，只需將專業(yè)的臨床知識轉(zhuǎn)化為軟件識別算法，在呼吸機通氣過程中對流速-時間、氣道壓力-時間和食道壓力-時間波形曲線進行分析，并對人機不同步事件進行識別、標注和量化，就能將專業(yè)識別技術(shù)普遍化，將人機不同步直觀地展現(xiàn)出來并且量化，醫(yī)生根據(jù)識別結(jié)果進行進一步的處理措施。由此保證機械通氣技術(shù)的治療效果，提高患者的護理質(zhì)量。

3.小結(jié)

人機不同步是一種常見的多態(tài)性事件，可能發(fā)生在整個呼吸周期的任何階段。各種類型的不同步有不同的影響因素，并且需要不同的管理措施。人機不同步過多可能會對呼吸肌造成高負荷、導(dǎo)致肌肉疲勞，引起患者的通氣不適等，所以讓使用呼吸機的醫(yī)護人員直觀地了解人機不同步事件的識別和相關(guān)處理措施顯得格外重要。

本文簡要地介紹了人機不同步的發(fā)展，并總結(jié)了臨床上常見的人機不同步類型，以及不同類型對應(yīng)的影響因素以及處理方法。根據(jù)人機不同步的臨床識別提出一種集成于呼吸機的監(jiān)測和識別的功能理念，將人機不同步在呼吸機機械通氣的過程中直觀地展現(xiàn)并且量化?？梢允挂话愕尼t(yī)護人員能夠識別人機不同步的類型、發(fā)生情況和嚴重程度。了解患者需求-呼吸機輸送不匹配的性質(zhì)并相應(yīng)地調(diào)整呼吸機來糾正人機不同步，提高臨床上發(fā)現(xiàn)和減少人機不同步。輔助醫(yī)生實施科學(xué)有效的管理策略，保證機械通氣技術(shù)的治療效果，提高患者的護理質(zhì)量。