呼吸机自动测量气道阻断压与标准测量方法的一致性

张琳琳 田 野 苗明月 段雨晴 田 莹 周建新

(首都医科大学附属北京天坛医院重症医学科,北京 100070)

机械通气是危重患者的重要生命支持手段之一。辅助通气的安全有效实施，取决于呼吸机所输送的通气支持是否与患者的呼吸驱动和努力相匹配[1]。通气支持过度和不足，均会造成患者呼吸系统的进一步损伤，也与不良临床转归相关[2-3]。因此,评估患者的呼吸驱动和努力具有非常重要的临床意义[4-5]。目前评价患者自主呼吸驱动和吸气努力的金标准是食道压监测[6]。通过对食道压波形的分析，可以计算出诸如吸气过程中呼吸肌收缩产生的压力下降幅度、压力-时间乘积和呼吸做功等参数，用于评价吸气努力[4]。然而，由于食道压的测量需要放置额外的压力监测导管，需要额外的数据采集设备，临床难以常规实施。此外，食道压参数计算复杂，需要特殊软件。这些因素限制了食道压监测的临床实用性。到目前为止，以食道压为基础的吸气努力评价，多仅应用于呼吸力学研究，并未在临床中得到实际推广[7]。

基于上述食道压临床常规监测的局限性，近年来有研究[8]探索了根据呼吸机固有的压力波形监测进行吸气努力的评价，其中以实施呼气末气道阻断时100 ms的气道阻断压(airway occlusion pressure，P0.1)的研究最为充分。研究[9]结果显示，P0.1在诊断吸气努力过度和不足时，均具有良好的灵敏度和特异度。

基于P0.1的相关临床研究结果，现代呼吸机均整合了P0.1的监测功能，多以按下测量键启动一次完全呼气末阻断的形式实现。但是，其中也有应用非完全呼气末阻断,采用数学拟合的方法实现P0.1自动测量的呼吸机品牌，且算法并未公开。这种测量方式的准确性鲜有评估,且在不同触发方式下P0.1测量的准确性也未见报道。因此,本研究在模拟肺和机械通气患者中，分别在不同触发形式下收集呼吸机自动测量的P0.1，与标准阻断法获得的结果进行比较，旨在评估两者的一致性,以及触发形式对P0.1测量结果的影响。

1 对象与方法

1.1 研究对象

该临床研究为前瞻性随机交叉设计，研究计划经首都医科大学附属北京天坛医院伦理委员会审查并批准(审批号：KY2021-118-02号)，且所有参与者均签写知情同意书。研究对象为2020年9月2日至2021年12月15日收治于本院重症医学科且正在接受压力支持通气的15例成年患者。患者入选后，记录基线资料。

1.2 实验室模拟

应用全自动自主呼吸模拟肺(ASL 5000，IngMar Medical公司，美国)测试Servo-s呼吸机(Getinge group公司，瑞典)非阻断P0.1测量结果的准确性。将压力传感器(KT 100D-2，KleisTEK公司，意大利，测量范围：+/- 100 cmH2O，1 cmH2O=0.098 kPa)和流速传感器(Fleisch pneumotachograph，Vitalograph公司，美国)连接于呼吸机与模拟肺之间，以200 Hz的频率采集数据，下载保存并进行离线分析(ICU-Lab 2.5 Software Package，ICU Lab，KleisTEK公司，意大利)。每个模拟条件下，正式开始实验前，均以高压法对系统进行漏气测试[10]。

1.2.1 自主呼吸模拟条件的设定

(1)采用单室模型、减速波、呼吸频率12次/min、吸气时间1s；(2)吸气压力(代表呼吸肌肉用力程度)：26、23、20、17、14、11、8、5 cmH2O，共8个水平；(3)吸气压力升高速度：1%、5%、10%，共3个水平；(4)呼吸系统顺应性：30、60 mL/cmH2O。该设定条件将模拟出48个自主呼吸状态。

1.2.2 待检呼吸机的设定

采用压力支持模式，压力支持水平设定为10 cmH2O，呼气末正压为5 cmH2O、压力上升速度设置为最快、吸气/呼气切换为峰流速的25%。将吸气触发分别设定为压力触发(-1 cmH2O)和流量触发(1 L/min)。

1.2.3 监测流程

系统安装完毕，漏气测试通过后，在每个条件下给予模拟肺机械通气。采用信封法随机将触发方式交叉设定为压力触发(-1 cmH2O)和流量触发(1 L/min)，稳定20 min后，记录呼吸机屏幕显示的P0.1监测值。之后给予3次呼气末阻断，每次诱发一个自主吸气努力。下载并保存数据用于离线分析。

1.3 P0.1标准测量方法

辅助通气过程中于呼气末进行气道阻断，患者的吸气努力导致气道压力中出现负压偏移。由于呼吸机管路的顺应性，流速波形也会出现一个微小的正向移动，以此为起始点，测量之后100 ms内的气道压力的降低值，即为P0.1(图1)。模拟肺和临床研究中，每个条件均进行了3次呼气末阻断，其平均值即为P0.1的标准参考值。

图1 气道阻断压标准测量方法

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 模拟肺试验

P0.1呼吸机监测值与标准参考值之间具有良好的相关性(图2A)。虽然在两种触发形式下的R2均较高(分别为0.991和0.972)，但是流量触发的回归线斜率(0.865)明显偏离1，而压力触发时的斜率接近1(1.045)。

一致性分析显示，两种触发形式合并时，呼吸机监测值与标准参考值的残差(95%一致性区间)为-0.25(-1.20～0.72)cmH2O，压力触发时为0.04(-0.63～0.70)cmH2O，流量触发时为-0.54(-1.44～0.36)cmH2O(图3 A～C)。流量触发时的残差[(-0.54±0.46) cmH2O]与压力触发[(0.04±0.34) cmH2O]时相比，差异具有统计学意义(P<0.001)。

2.2 临床观察

纳入的15例患者平均年龄为(55±13)岁，其中10例为男性。研究进行时距离开始机械通气的时间为(6.7±6.1)d，基线呼吸机设置为压力支持(7.8±3.2) cmH2O，呼气末正压(5.3±0.8) cmH2O。

临床观察结果显示，P0.1呼吸机监测值与标准参考值之间具有相关性，压力触发和流量触发时的R2分别为0.821和0.580，回归线斜率分别为0.692和0.660(图2 B)。呼吸机监测值与标准参考值的残差(95%的一致性区间)，总体分析时为-0.28(-1.20～0.63)cmH2O，而在压力触发和流量触发时分别为-0.11(-0.73～0.52)cmH2O和-0.54(-1.50～0.59)cmH2O，差异无统计学意义(P>0.05)，表明呼吸机监测值与标准参考值间存在一致性(图3 D～E)。

图2 气道阻断压的呼吸机监测值与标准参考值之间的相关性

图3 气道阻断压在呼吸机监测值与标准参考值之间的一致性分析

3 讨论

本研究结果提示，当呼吸机采用非阻断法进行P0.1监测时，与标准气道阻断方法比较，应用压力触发时具有良好的准确度(残差接近0)和精密度(一致性区间窄)，而应用流量触发时将低估P0.1，且精密度降低。

保留患者的自主呼吸，并提供与之相匹配的呼吸机支持，是机械通气治疗的理想目标[11]。也因此衍生出肺和膈肌保护性通气的概念，以减少机械通气时间，缩短住院时间，最终降低不良临床转归发生率[5]。因此，评估患者的自主呼吸努力具有重要的临床意义[5-13]。然而，目前临床可日常应用的监测手段相对匮乏[4-5]。虽然食道压测量一直以来作为呼吸努力评价的标准方法，但是其临床实用性受限[6-7]。利用简便无创的方法，以实现呼吸努力的床旁评估，是该领域的一个研究热点。

在未提示患者的情况下进行呼气末阻断，出现自主吸气努力初始100 ms的气道压力下降值，即P0.1，与患者的自主吸气努力相关，反映患者的中枢呼吸驱动力[8]。由于P0.1的测量仅依靠气道压力和流速波形分析，现代呼吸机均整合了该监测功能，其中多数采用一键式启动呼气末阻断，呼吸机后台进行波形分析和测量。然而进行呼气末阻断毕竟可能干扰患者的自主呼吸，且无法进行实时连续监测，有些呼吸机则采用了非阻断法实现P0.1的测量，其中以Servo系列呼吸机为代表。辅助通气，尤其是压力支持通气，需要患者的吸气努力触发呼吸机，均会产生一定程度的气道压力短暂降低。非阻断法通过对机械通气触发阶段的波形进行分析，采用数学拟合的方法推算出气道压力在100 ms时的降低值。但采用的是何种类型的数学拟合，如直线或曲线回归，生产厂家并未公布。

到目前为止，仅有两项模拟肺研究验证了非阻断法自动测量P0.1的准确性[9，14]。在Beloncle等[14]的研究中，采用了串联两台机械模拟肺的方法，Servo呼吸机设置为灵敏的流量触发。结果显示，呼吸机自动测量的P0.1明显低估标准参考值，残差(一致性区间)为-1.3(-3.7～1.0)cmH2O。这可能是由于触发方式的影响，以及串联机械模拟肺自身灵敏度较低所致。在Telias等[9]的研究中，应用了与本研究相同的全自动活塞式模拟肺，待检Servo呼吸机设定为灵敏的压力或流量触发，所获得的残差(-0.3 cmH2O)与本研究模拟肺的整体结果相仿，一致性区间(-2.2～1.5 cmH2O)略大于本研究。该研究一致性区间较大的原因，可能在于模拟肺自主呼吸频率(20次/min)的设置高于本研究(12次/min)。虽然这两项研究初步验证了非阻断法P0.1的测量，但是均未直接比较不同触发形式对测量结果的影响[9，14]。

由于压力和流量触发原理不同，实现的手段也不同，因此触发方式可能会影响到非阻断P0.1的测量，这也是本研究的主要科学假设。本研究结果初步验证了当采用流量触发方式时，呼吸机非阻断法的测量结果可能低估P0.1。无论模拟肺部分，还是临床部分，流量触发时的残差(呼吸机监测值-标准参考值)均明显偏负，一致性区间增宽。且随着P0.1的升高，这种低估也有增大的趋势。一般而言，流量触发的延迟时间更短[15-16]。因此，流量触发时P0.1被低估可能是由于这种相对较短的延迟时间，导致可用于非阻断时气道压力数学拟合的数据量更少。

本研究也存在一些局限性。首先，虽然模拟肺可以很好地控制实验条件，但是也难以全面反映接受机械通气治疗患者的复杂临床场景。其次，本研究的临床部分纳入的病例数较少，采集的数据点样本量也较低。第三，由于通常情况下临床医师对呼吸努力过度的患者会及时采取相应的治疗措施，临床部分纳入患者的P0.1偏低(<3 cmH2O)，对一致性的总体评价也会造成一定影响。因此，本研究结果仍需要进一步扩大样本量，在不同患者群体进行进一步验证。

呼吸机自动进行P0.1监测为临床评估呼吸努力提供了便捷条件。基于本研究结果，笔者提出两点建议。第一，当应用呼吸机非阻断法监测P0.1时，建议临床医师选择压力触发形式。第二，建议采用非阻断法监测P0.1的呼吸机厂家，进一步探索不同触发方式对监测结果的影响，完善呼吸机后台处理程序，改进监测的准确度和精密度。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明张琳琳、田野、周建新：提出研究思路，设计研究方案；张琳琳：撰写论文；苗明月、段雨晴、田莹：数据采集；张琳琳、田野：统计分析；周建新：总体把关，审定论文。