呼吸功能监测

肺通气功能参数

参数	定义	临床意义
潮气量（Vt）	每次呼吸吸入或呼出的气量	正常约8~12ml/kg
分钟通气量（MV）	每分钟吸入或呼出的总气量	MV = Vt × f
呼吸频率（f）	每分钟呼吸次数	正常12~20次/min
吸呼比（I:E）	吸气时间与呼气时间之比	正常1:1.5~2.5

通气频率监测

监测方法

方法	原理/操作	特点
观察法	观察胸腹起伏、鼻孔棉花毛摆动	最原始，仅粗略估计
换算法	从CO₂浓度、O₂浓度、气道压、气流曲线换算呼吸频率	利用现有监测信号间接获取
电阻抗容积描记法	人体组织容积变化→电阻抗改变：dV/V = −dR/R	无创连续监测，可同时监测呼吸和心搏

电阻抗容积描记法（impedance plethysmography）原理：在胸部施加高频低幅电流，呼吸时胸廓容积变化引起电阻抗变化，通过检测阻抗变化推算呼吸频率。

通气量计类型

气体流速测量基础

伯努利方程（理想流体稳定流动）：

$$P + \rho gh + \frac{1}{2}\rho v^2 = \text{常量}$$

皮托管：通过测量动压强计算流速

$$v = \sqrt{\frac{2\rho'g\Delta h}{\rho}}$$

类型	原理	特点
机械叶轮式	叶轮旋转计数	高潮气量偏大（过冲），低潮气量偏小
电子叶轮式	叶轮+电子信号	类似机械式但数字输出
压差式	节流件前后压差（孔板/文丘里管）	需根据流量选不同口径节流件；恒温加热；长时间连续测量需校正
涡街式	卡门涡街频率：$f = S_t \frac{v}{d}$（$f$为漩涡频率，$S_t$为斯特劳哈尔数）	无需节流件，漩涡发生体后产生交替漩涡
热丝式	热传导速率	响应快；结构含测量热丝、屏蔽、第二热丝、电路

气道压监测（传感器类型）

现代呼吸机实时气道压监测使用：

• 压阻式压力传感器（最常用）：利用半导体压阻效应，灵敏度高、频响快、体积小
• 应变式压力传感器：弹性形变引起应变电阻变化。结构包括：
  • 电阻应变片：金属电阻应变片（应变效应）或半导体应变片（压阻效应）
  • 弹性元件：承受外力，产生应变场
  • 检测电路：常用惠斯通电桥，将电阻变化转换为电压输出
• 电感式压力传感器：电磁感应原理，压力变化→自感系数/互感系数变化→电压或电流输出

U形管水柱法和机械压力表为传统方法，不能实现实时电子监测。U形管水柱压力计简单精确但动态特性差；机械压力表可直观读数。

呼吸力学监测

气道压监测

• 气道峰压（Ppeak） — 吸气时最高气道压力，反映气道阻力
• 平台压（Pplat） — 吸气末屏气时的压力，反映肺泡压
• 呼气末正压（PEEP） — 呼气末气道保持的正压

肺顺应性

$$C = \frac{\Delta V}{\Delta P}$$

• 静态顺应性（Cstat）：反映胸肺弹性

  $$C_{stat} = \frac{V_T}{P_{plat} - PEEP}$$

• 动态顺应性（Cdyn）：反映气道阻力和弹性的综合

  $$C_{dyn} = \frac{V_T}{P_{pk} - PEEP}$$

  Cdyn降低提示气道峰压上升、呼吸阻力增加

气道阻力

$$R = \frac{\Delta P}{\dot{V}}$$

D-Lite 传感器（旁流式呼吸功能监测）

D-Lite传感器基于伯努利方程，利用动压强原理测量流速。

原理：流体在管道内流动时存在静压强 $P$ 和动压强 $P_d$，其中 $P_d = \frac{1}{2}\rho v^2$，通过测量两处压差 $P_d = P_A - P_B$ 计算流速。

监测参数：

• 流量：$Q = v \times S$（流速×横截面积）
• 潮气量：$V_T = \int_0^T Q \, dt$
• 分钟通气量：20秒内平均潮气量 × 呼吸频率
• 气道压：气道峰压（$P_{pk}$）、平台压（$P_{plat}$）、呼气末正压（PEEP）
• 动态/静态顺应性（见上）

呼吸环监测

容量-压力环（PV环）：显示吸气与呼气过程中容量与气道压力的关系，反映肺顺应性。正常的PV环呈椭圆或香蕉形。

流量-容积环（FV环）：显示呼吸周期中流量与容积的关系。呼气气流由肺弹性回缩力和气道阻力确定；吸入气流主要受通气机控制，流速相对恒定。

脉搏血氧饱和度（SpO₂）

基于分光光度法原理，利用氧合血红蛋白（HbO₂）和还原血红蛋白（Hb）对660nm和940nm光吸收率的差异：

• HbO₂吸收红外光（940nm）多，红光（660nm）少
• Hb吸收红光（660nm）多，红外光（940nm）少

通过测量透过组织的红光/红外光比值计算SpO₂。

脉搏容积图（plethysmogram）：通过指端微循环信息获取脉搏波，可反映SpO₂、心搏功能、血管弹性等。

干扰因素：

• **HbCO（碳氧血红蛋白）**高 → 读数偏向 100%（假性正常）
• **高铁血红蛋白（MetHb）**高 → 读数偏向 85%

影响因素详表（相对于动脉血氧饱和度SaO₂的变化）：

影响因素	SpO₂变化
低血压	↓
贫血	↓
静脉搏动	↓
低SaO₂	不确定
高铁血红蛋白血症	↓
碳氧血红蛋白血症	↑
亚基蓝	↓
靛洋红	↓
吲哚菁绿	↓
指甲油（黑色、深蓝色、紫色）	↓
人造丙烯酸指甲	无显著影响

呼气末二氧化碳（ETCO₂）

• 正常值：35~45mmHg（4.7~6.0kPa）
• 波形分析：平台期反映肺泡气CO₂浓度
• 临床意义：判断通气是否充分、气管插管位置、心肺复苏效果、恶性高热

ETCO₂波形

波形改变	可能原因
突然下降至零	呼吸回路脱落、气管导管脱出、心跳骤停
逐步下降	过度通气、体温下降、肺栓塞
逐步上升	通气不足、体温升高、CO₂气腹
基线抬高	CO₂复吸入（回路故障）

脑氧饱和度监测（rSO₂）

脑氧饱和度监测仪（cerebral oximetry）应用**近红外光谱测定技术（NIRS）**进行局部脑氧饱和度（regional cerebral oxygen saturation, rSO₂）测定。

原理：利用近红外光（700~1000nm）对组织的良好穿透性，通过测定大脑皮层组织中氧合血红蛋白与总血红蛋白的比例，反映局部脑组织氧供需平衡状态。

临床意义：无创连续监测脑氧合状态，用于心脏手术、颈动脉内膜剥脱术、休克患者脑灌注评估等。