儿童高频振荡通气技术的临床应用2017-09-04文章来源：中国小儿急救医学, 2017,24(02): 81-86作者：王媛媛陆国平摘要高频通气是应用近于或少于解剖无效腔的潮气量(约为2 ml/kg)，高的通气频率(目前公认通气频率≥正常4倍以上)，在较低的气道压力下进行通气的一种特殊通气方法。
与传统常频机械通气比较，既克服了呼气末肺泡萎缩和吸气末肺泡过度膨胀问题，又保证了肺有足够的弥散和氧交换。
故而，近年来得到重症医学界的广泛关注，已越来越多地应用于临床。
本文就高频通气的原理、分类、参数设置及临床应用适应证作一介绍。
1高频呼吸机的通气原理及分类1.1高频通气(high-frequency ventilation，HFV)原理HFV基于呼吸机在气道内产生的高频压力/气流变化方式及呼气是主动还是被动，目前临床使用的主要为气流阻断型、喷射型和振荡型三类。
高频气流阻断是通过间断阻断高流速过程产生气体脉冲。
高频喷射通气通过高频电磁阀、气流控制阀、压力调节阀和喷嘴将高频率、低潮气量的快速气体喷入气道和肺内。
高频振荡通气(HFOV)通气回路在高速气流基础上通过500～3 000次/min的高频活塞或扬声器运动将振荡波叠加于持续气流上；少量气体(20%～80%解剖死腔量)送入和抽出气道，产生5～50 ml潮气量(2.4 ml/kg，大于死腔2.2 ml/kg)。
HFV气体交换机制包括：直接肺泡通气、对流性扩散、并联单位间气体交换、纵向(Taylor)分布、摆动呼吸、非对称速度分布、心源性混合和分子弥散等。
与常频机械通气(conventional mechanical ventilation，CMV)比较，HFV使用了开放模式，具备低潮气量、低气道压、低胸内压和呼气末加压效应，因而可避免肺泡反复启闭，不产生剪切力，始终保持肺均匀性开放，克服了呼气末肺泡萎缩和吸气末肺泡过度膨胀问题，保证了肺有足够的弥散和氧交换[1]。
有研究表明，HFV可有效改善局部肺组织的缺血缺氧状态，减少炎症因子过度释放和氧自由基过度表达，减少肺组织急性损伤性改变[2,3]。
其中，HFOV呼气为主动过程，气体潴留现象较其他类型高频呼吸机少，是目前使用最多的类型。
1.2高频呼吸机分类1.2.1呼气阀阻断＋venturi辅助呼气通过快速开关呼气阀门产生高频气流及选择平均气道压(MAP)，同时通过venturi 喷射系统产生负压辅助呼气。
代表机型为DragerBabylog 8000＋，其HFV模式可单独应用，也可与间歇指令通气(IMV)或持续正压通气(CPAP)联合使用，由于机器输出的潮气量有限，仅适合体重低于2 kg的新生儿，其调节PaCO2和PaO2的功能不能分离；其HFV参数范围中MAP即为常频通气时测得的MAP，而振幅(△P)为设定百分比值计算所得△P＝(60－MAP)×X%，实际操作中，当频率在10～15 Hz，振幅>50%后，潮气量不随振幅增加而增加[4]，这可能与其高频气流阻断原理有关(图1)，不能主动进行CO2清除；此时需要考虑降低频率和改变气管插管内径，持续气流由呼吸机自动设置，但并不能调节吸呼比例。
而Drager VN500是Babylog 8000＋改进型，其HFV原理与Babylog8000＋相同，但在呼气阀膜片改进后VN500在MAP和△P的设置阈值上有所提高，因此可适用于10 kg以内(VN500理论高频通气体重20 kg)的婴幼儿进行HFV，但实际可使用体重还需要验证。
图1 Babylog系列高频通气气流阻断原理(呼气阀门阻断)1.2.2双向喷射气流＋旋转喷射高频发生器其原理在呼气末端有旋转喷射装置产生高频气流，在此装置近端还有两个喷气口产生与持续偏流逆向的气流从而产生PEEP及吸气峰压(PIP)。
其代表机型SLE5000同时具有常频和高频振荡模式，适用于300 g～20 kg体重范围的新生儿和婴幼儿，高频振荡也能与常频指令性通气组合使用。
由于SLE5000独特的双向喷射气流及气路无阀门设计(图2)，在呼气回路产生与偏流(5 L/min)的逆向气流从而产生CPAP及PIP；而在逆向气流发生器末端再加旋转喷射装置产生高频气流。
由于并无主动呼气机制，SLE5000在呼气回路应用带有压力活化控制器的喷射装置代替电磁线圈阀门，使呼气回路无阀门，从而气体呼出响应时间更短(2 ms)，以防止CO2潴留。
SLE5000高频呼吸机也能在10～20 kg婴幼儿产生不错的振荡力量，但实际可使用体重仍需要验证。
图2 SLE5000气流阻断-双向喷射气流原理示意图1.2.3鼓膜或活塞振荡目前主流HFV均采用鼓膜振荡来产生高频气流，其中SensorMedics3100系列是最经典的高频振荡呼吸机。
关于HFV临床指南90%以上是根据SensorMedics3100制定。
主要原理采用电磁驱动的鼓膜以及真正的振荡器，不仅可以主动送气还可以主动呼气，且通气和氧合可分别独立控制(图3)，其中MAP独立控制氧合，而振幅及振动频率调节通气。
只有鼓膜振荡呼吸机可以调节吸呼比值(I∶E)，使其性能更加出色。
其中SensorMedics3100A是唯一经FDA批准可用于新生儿呼吸衰竭早期的高频呼吸机，而SensorMedics3100B是唯一一款可用于成人的高频呼吸机。
SensorMedics3100B理论潮气量达到250 ml，按照HFV潮气量≤死腔量(约2 ml/kg)计算，SensorMedics3100B是目前唯一可用于体重>30 kg儿童的高频呼吸机，但实际可使用体重仍有争议。
利用相同原理设计制造的呼吸机包括Fabian、德国Leonie＋等；其中Fabian高频模式最大潮气量也可达100 ml，可应用于体重小于30 kg儿童，其HFV模式中加入容量保证(VG)模式，如在HFV时打开VG模式，呼吸机自动调整振幅以完成设定的潮气量，同时通气过程中可进行呼气末CO2监测和实时潮气量监测，这较SensorMedics 3100系列呼吸机有较好改进。
此类呼吸机的主要缺点是要求采用短而顺应性低的管路以防止能量传递衰减，这给呼吸机管路固定及护理带来困难；另外由于其工作原理，此类呼吸机产生噪音比较大，同时不能与CMV组合使用，撤离呼吸机必须更换模式，SensorMedics3100系列为纯HFV呼吸机，在呼吸机撤离过程中需要更换为常频呼吸机。
图3 鼓膜/隔膜高频振荡呼吸机原理示意图1.3高频呼吸机所产生的压力及流量波形对高频呼吸机应用的临床意义1.3.1八种高频呼吸机气道开放压力波形比较八种高频振荡通气呼吸机压力波形(气道开放时)比较见图4。
Sensormedics3100A、3100B以及SLE5000在气道开放时产生方形压力波形；而其余五种呼吸机产生正弦压力波形，其中Sophie呼吸机在正弦波形上产生切迹。
高频振荡呼吸机产生方形波或吸气波形存在切迹提示更多复合谐波合成，可能有更多能量传递至肺部。
理论上采取鼓膜或隔膜振荡的呼吸机所产生的能量最大，如Sensormedics系列；而活塞振荡产生能量次之，如Sophie高频呼吸机；而应用喷射气流产生高频气流的能量(SLE5000)大于呼气阀阻断原理产生的高频气流能量(Babylog系列-正弦波形)。
其临床提示意义包括：在早产儿、低体重儿、肺保护避免肺部气压伤方面，采用气流阻断原理的呼吸机(Babylog系列，包括VN500)较鼓膜振荡高频呼吸机更有优势；双向喷射气流原理高频呼吸机(SLE5000)通常应用于足月新生儿，而如果需要更高能量支持的婴幼儿或严重的呼吸衰竭可能鼓膜振荡高频呼吸机(Sensormedics系列、Sophie)作为首选更佳。
图4 8种高频呼吸机压力波形比较[5]1.3.2八种高频呼吸机生成振幅△P比较在不同振动频率(5 Hz、10 Hz、15 Hz)及不同气管插管直径(2.5 mm、3.5 mm)下，VN500高频呼吸机在15 Hz频率下设置△P>25 cmH2O(1 cmH2O＝0.098 kPa)时产生平台，实际测得振幅不再增加；而相同情况也发生在Babylog8000(3种频率下设置△P>50%Max)及Sophie(15 Hz下设置△P>90%Max)呼吸机上。
而其他五种呼吸机设置振幅与实测振幅基本呈线性关系(图5)。
而在较细气管插管(2.5 mm)及较高振动频率(15 Hz)时，所有型号呼吸机中△P均发生明显衰减(图6)。
图5 设定振幅(Set △P)与呼吸机实际测得振幅(△P VENT)的关系[6]图6 在模拟肺隆突测得振幅(△P TRACH)与△P VENT关系图[6]1.3.3八种高频呼吸机潮气量输送由图7可见，研究中所有高频呼吸机均表现为较高的实际测得的振幅可产生较大潮气量。
另外研究发现，在15 Hz频率下，Babylog8000、VN500以及Leoni＋潮气量均不超过3 ml，而在5 Hz(I∶E＝1∶1)情况下SLE5000及Sensormedics3100B 产生潮气管>20 ml。
这提示几乎所有高频呼吸机潮气量与振幅呈正比，而气管插管对潮气量影响也十分明显，直径3.5 mm气管插管条件下所产生潮气量均大于直径2.5 mm气管插管。
鼓膜振荡呼吸机及双向气流喷射呼吸机可产生较大潮气量，提示对于通气不良患儿这两类呼吸机较有优势，而对于低体重或过度通气患儿可能呼气阀阻断类型高频呼吸机更合适。
图7 高频呼吸机潮气量(V T)输送与呼吸机振幅(△P VENT)的关系[6]2HFV上机时机及参数设置2.1HFV上机时机HFV上机时机存在较多争议。
多数学者仍将其作为CMV治疗失败后的'补救'措施[7,8]。
HFV专家和肺保护通气策略专家建议HFV的应用指征为：氧合失败(吸入氧浓度>0.7和PEEP>14 cmH2O)或者通气失败(潮气量>6 ml/kg时，pH仍<7.25和平台压>30 cmH2O)[9]。
但Jog等[10]研究显示，HFOV前接受CMV<3 d的患者，病死率仅为30%，而HFOV前CMV 3～7 d和>7 d的患者病死率高达80%和100%，提示HFOV患者纳入研究之前机械通气时间较长可能是导致HFOV病死率较高的重要原因。
而对于HFOV上机时机研究较少，在一定程度上可能是临床应用经验不足所致。
目前有关HFOV的文献报道中，上机时机多是作为补救治疗，早期应用经验和实验数据缺如，仍需大量的实践研究明确。
2.2参数设置以HFOV为例，其设置参数包括偏流、MAP、振幅(△P)、频率(Hz)、吸呼比或吸气时间和FiO2。