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超声在机械通气患者参数设置中的应用

潘宾海 南京大学医学院附属金陵医院呼吸与危重症医学科 发布于2023-09-21 浏览 2363 收藏

作者:潘宾海(南京大学医学院附属金陵医院呼吸与危重症医学科

指导老师:秦浩(海军军医大学第一附属医院呼吸与危重症医学科)


临床上,我们评估机械通气患者参数的设置是否合理,一般会通过血气分析结合波形分析、力学监测和床旁基础的查体以获得相应结论。而现阶段,更多方法用于评估机械通气参数的设置,包括CT、EIT、跨肺压监测、膈肌电信号监测和床旁超声。其中床旁超声作为一种无创、可重复、无辐射的检查手段,通过对肺、胸廓和膈肌的扫查,反映患者的膈肌运动、胸内压变化、呼气末肺容积的变化,进而更好地指导我们进行机械通气参数的精确化设置。


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机械通气下患者膈肌运动、胸内压及呼气末肺容积的变化

在机械通气下,患者的膈肌运动、胸内压和呼气末肺容积较非机械通气情形有差异,简单阐述如下。
首先为膈肌的变化,主要表现为运动的减少或完全抑制。由于机械通气通过提供气体来代替或辅助患者的呼吸功能,这使得患者的膈肌不再需要主动收缩,从而减少了膈肌的运动。同时,长时间的机械通气可能导致膈肌废用性萎缩和功能减退,这可能需要在机械通气结束后进行康复训练来恢复肌肉功能。
机械通气过程中,气体通过气管插管或面罩进入患者的气道和肺部。通过对肺组织施加一定的压力,使胸腔内压力,同时也会传导至胸廓。过高的胸内压力可能对肺组织和胸腔、膈肌造成损伤。一般来说,正压通气的胸内压和气道内压的差值为直接作用于肺泡上的压力,我们定义为跨肺压,跨肺压才是直接导致肺机械通气相关压力性损伤的直接作用力。但临床上,我们很少直接测量胸内压,只能通过食道内压来暂代胸内压,以反映呼吸运动中跨肺压的改变。在无法测量食道压的情况下,我们一般采用吸气末阻断法来获取平台压,以平台压的改变来间接反映跨肺压的变化。
在正压通气时,呼气末肺容积随着患者的状态和给予的机械通气参数不同而出现较大的变化。直接影响患者呼末肺容积的机械通气参数最常见的是PEEP,其次为呼气时间一般来说,过低的呼气末容积可能导致肺泡塌陷和通气不足,从而在吸气时该区域的肺泡反复开闭,造成剪切伤。而过高的呼气末肺容积可能会导致肺组织过度膨胀和呼吸机相关性压力伤。

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自然呼吸时肺容积、胸内压、气流量和肺泡内压的改变
故,监测和评估机械通气患者以上三方面的情况,对机械通气的合理实施具有重要意义。

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超声对机械通气患者的膈肌检查

膈肌作为人体最主要的吸气肌,其运动和相关解剖学参数可以通过床边超声来获得。一般在肋下区和肋间区这两个声窗位置进行探查。在肋下区,膈肌被视为一个深弯曲的结构,分隔胸部和腹部;在腋窝中部肋间区,膈肌为三层结构:腹膜由两个高回声的外膜(腹膜和胸膜)包围的低回声的内层肌肉层。因此,在膈肌吸气收缩时,超声可观察到:①肋下区域膈肌吸气尾侧位移(偏移);②在肋间区中,呼气末肌肉厚度(静止时)和吸气时膈肌增厚和变硬。
(1)肋下区

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肋下区二维视图显示膈肌为一条白色高回声曲线(黄色描线),分隔肺和肝

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肋下区M型超声显示短暂断开呼吸支持后正常呼吸时的偏移

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偏移量测量
膈肌偏移(DUS)测量采用低频相控阵或曲线阵探头(2~5 MHz),探头位于锁骨中线的肋弓下方,患者处于半坐位,超声光束尽可能偏向颅骨并垂直于膈肌穹丘。膈肌被确定为一条覆盖肝脏和脾脏的明亮线。在吸气时,膜片应向探头移动。偏移量以M模式量化,M线垂直于运动方向。
(2)肋间区

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肋间区二维视图,显示膈肌为低回声结构,被两条高回声线(胸膜和腹膜)包围

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肋间区M型视图,显示危重病患者机械通气时正常呼吸,正常吸气时膈肌增厚(I=吸气);A、C点表示吸气端膈膜厚度;B点和D点代表呼气末膈肌厚度。

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膈肌厚度和增厚测量图示
我们可以在可合作患者最大吸气时测量偏移量(最佳偏移量),以评估膈功能障碍。
膈肌厚度(Tdi)的测量方法:高频线性探头(>7~10 MHz)垂直于侧胸壁,位于腋窝中线和腋窝前线之间,第9~10肋间隙之间。膈肌通常在距皮肤2~4 cm处可见,是一层低回声的内层肌肉,被腹膜和胸膜包围。以呼气末(Tdi,exp)和吸气末(Tdi,ci)为横膈膜胸膜与腹膜之间的距离,采用2D或M模式测量横膈膜厚度。
膈肌增厚率(TF)定义为吸气过程中Tdi变化的百分比:[(Tdi,span)−(Tdi,exp)/(Tdi,exp)]×100。我们通过Tdi来反映膈肌萎缩情况,而TF可代表膈肌吸气活动(努力)的程度。临床上,我们一般定义膈肌功能障碍为膈肌偏移<10~11 mm或TF<20%。

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超声对机械通气患者胸内压的评估

一般来说,超声对胸内压的评价,更多为结合呼吸机界面与波形进行的。结合前文所述膈肌超声的内容,我们可以比较好地确认患者处于呼吸周期的特定阶段为呼气末期还是吸气末期。在无法测量食道压的情况下,通过深镇静或肌松,将呼吸机的波形界面投影到超声设备上,这样可以更精确地确定患者吸气末的状态,结合波形精准获取患者的平台压,从而更好地评估呼吸系统相关参数。

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超声对机械通气患者呼气末肺容积的评估

超声对机械通气呼气末肺容积的调整,更多为间接通过控制呼气末正压(PEEP)来实现。我们通过超声监测肺部的超声影像,结合改变PEEP水平,来评估和调整通气参数,以达到更好的通气效果和氧合。具体来说,我们一般通过超声扫描肺部的12个区域,通过观察每个评估点来选择相应的分数,最后汇总肺部超声总评分(LUS)。以下为每个模式对应的分数,最终汇总为0~36分。一般来说,分数越高,代表整体肺部可供通气的肺单元越少,也就意味着相应的预后越差。通过观察不同的PEEP水平下的评分,可以辅助选择患者最合适的PEEP。

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肺部超声12区的参考划分

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参考评分标准

注:A:pattern(仅A-lines)=0;B1-pattern(b -line,≥3个均匀间隔)=1;B2-pattern(b-line,≥3融合的间隔)=2;C型(合并肺组织)=3。

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超声对机械通气患者参数精准设置的相关指导

在机械通气中,我们可以通过将波形界面映射至超声仪器上,结合超声来指导呼吸机参数的精准设置。

首先为支持力度的设定,一般选择通过监测患者的膈肌超声,来监控患者的吸气努力程度和所对应的支持水平。根据TF来滴定合理的呼吸支持水平,可以作为当前提出的膈肌保护性通气的一种重要手段。一般我们维持TF在15%~30%之间的呼吸支持水平作为较合适的值。TF过高,应适当提高支持水平或增加镇静/肌松的强度;若TF过低,应降低支持水平或减轻镇静/肌松的强度。

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图A中TF减少提示过度的支持(PS 15 cmH2O),图B中理想TF为一个较好的支持水平(PS 8 cmH2O),图C中TF增加,代表支持不足(PS 5 cmH2O

其次,在PEEP水平的选择上,我们在不同的PEEP水平下,通过12个区域进行LUS评分,汇总不同PEEP下LUS的总分,选出最低LUS评分对应的PEEP,以作为患者当前情况下机械通气PEEP设置的参考值。一般来说,通气缺失呈弥漫性分布的患者,即选择肺前野,可视为PEEP应答者。对于有局灶性通气缺失的患者,通常被视为背外侧实变,因其前野未受影响,更有可能因为肺过度扩张而经历PEEP额外的损伤。

最后,在人机同步性方面,患者-呼吸机异步(PVA)一般发生率并不低,最常见的原因为吸气周期触发阶段(无效努力、自触发和双触发)和吸气周期结束阶段(循环提前或延迟)期间患者-呼吸机相互作用不匹配,以及吸气流量不平衡(不足或过多)。在这两个阶段,可利用膈肌位移(DUS)结合气道压力来综合判断PVA的发生与否。我们通过将呼吸机波形映射至DUS的超声界面上,能帮助更好地判断PVA的发生情况,从而对患者呼吸机的触发灵敏度选择和吸气时间的把控,拥有了另外一种手段。

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不同的人机不同步和相关波形表现汇总


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总结

超声作为评价肺部情况的一种较新的检查手段,利用超声与呼吸机的波形分析、力学分析,对机械通气的参数设置具有一定的指导意义。随着相关研究的进行,其无创、可重复性好、无辐射、可床旁实时进行的优点,会不断推动其在越来越多的场合指导危重症患者的诊治。根据相关的安排,我们后续会就重症超声对循环功能的相关评价和心肺交互作用进一步阐述,敬请期待!

参考文献:

[1] West J B, Luks A M. (2016). West’s Respiratory Physiology: The Essentials[M]. Tenth Edition. Wolter Kluwer, 2017. 

[2] Haaksma M E. Ultrasound Assessment of the Respiratory System, Mechanical Ventilation from Pathophysiology to Clinical[M]. Springer, Cham. 2022: 341-352.

[3] Tuinman P R, Jonkman A H, Dres M, et al. Respiratory muscle ultrasonography: methodology, basic and advanced principles and clinical applications in ICU and ED patients--a narrative review[J]. Intensive Care Med, 2020, 46(6):594-605.

[4] Santana P V, Cardenas L Z, Albuquerque A L P. Diaphragm Ultrasound in Critically Ill Patients on Mechanical Ventilation-Evolving Concepts[J]. Diagnostics (Basel), 2023, 13(6):1116. 


 作者介绍


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潘宾海

  • 南京大学医学院附属金陵医院呼吸与危重症医学科RICU呼吸治疗师

  • 毕业于四川大学华西临床医学院呼吸治疗专业

  • 主要工作研究领域:呼吸与危重症患者的呼吸支持、气道管理、床边支气管镜诊治、重症超声的应用等


 指导老师


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秦  浩

  • 海军军医大学第一附属医院呼吸与危重症医学科 主管呼吸治疗师

  • 专业方向为机械通气、危重症监护及呼吸介入

  • 中国医学装备协会呼吸病学装备技术专业委员会委员

  • 中国康复医学会呼吸康复专委会第二届委员会呼吸治疗学组委员

  • 中国医师协会内镜医师培训学院呼吸内镜资深讲师

  • 上海市医学会呼吸病学专科分会呼吸治疗学组(筹)委员兼秘书

  • 上海呼吸治疗联盟核心成员

  • 海军军医大学第一附属医院微创精品课程导师

  • 发表SCI及核心期刊8篇

  • 参与制定专家共识2部,参编/参译专著多部,获得实用新型专利3项

  • 参与国家级课题1项、省部级课题3项、校级课题2项



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