1、气道屏障功能与机械通气,山东大学齐鲁医院王可富,气道屏障功能与机械通气,山东大学齐鲁医院 王可富,概述,应用呼吸机目前已成为被广泛接受的常规治疗手段，正逐渐应用于临床的多个领域，人们对它的认识也在不断深入和提高。呼吸机对机体的影响是复杂的。一方面可以通过改善呼吸功能，纠正呼吸衰竭达到治疗的目的；另一方面又由于其非生理的呼吸状态给机体带来不利的影响，因此重视气道屏障保护功能对预防机械通气病人并发症的发生具有十分重要的意义。,气道湿化及防御功能,吸入的空气是在经过鼻咽部，口咽部和气管时被加温加湿的。在到达第一级和第二级支气管时温度达到体温并被水蒸气饱和。呼气时大约有四分之一在吸气时被加上的热量和水
2、分被回收。为准备下一次呼吸，身体会从系统储备中提取热量和水分补充给气道粘膜。粘液纤毛转运系统起着保护气道免受吸入病原体侵害的作用。下气道的分泌物把病原体吸附并由粘液纤毛转运系统把它们移出气道以便被吞咽下去。这个系统受到吸入的湿度的影响。由于吸入气体的湿度不足会导致转运系统缓慢下来并可能造成分泌物积聚，延长病原体体内停留的时间和小气道部分闭合。,吸气时气体温度与湿度调节,32C 鼻咽和口咽 31mg/L, 相对湿度90% 36C 气管 42mg/L, 相对湿度100% 37C 等温饱和界面 (ISOTHERMIC SATURATION BOUNDARY) 44mg/L, 相对湿度100%,22C
3、室内空气10mg/L, 相对湿度50%,吸气时气体温度与湿度调节,在吸气阶段，空气被加温加湿。大约四分三 (75%) 的热量和水分来自鼻咽和口咽粘膜，剩下的四分一 (25 %) 由气管粘膜提供。例如：我们呼吸的典型的室内空气为 22 C 和 绝对湿度10mg/L (相对湿度50% )。当它们通过鼻咽和口咽时被加温到 32 C左右（含有 31mg/L 的水蒸气，即相对湿度为 90% 。）气管进一步给这些空气加温加湿到大约 36C 和 42mg/L ，即相对湿度 100% 。吸进的空气在到达支气管的时候将会达到 37C 并含有44 mg/L的水分。也就是说达到深层体温并被水蒸气饱和。我们把肺脏内达
4、到这一水平的位置叫做“等温饱和界面 Isothermal Saturation Boundary” (ISB)。,鼻咽腔横切面示意图,鼻咽腔内具有非常大的表面积可供湿热交换。鼻中隔的大腔隙里有很多血管通过，有丰富的毛细血管床与吸入空气之间的扩散距离很小，是一个十分有效的空气调节系统。,呼气时，湿热的回吸收,25% 的热量和水分在呼气时回收1,2大部分是在鼻咽和口咽回收,1. Ingelstedt, 1996. 2. Cole, 1993,33C 30mg/L, 85% RH,呼气时，湿热的回吸收,在呼气期间，四分一(25 %) 在吸气时被加上的热量和水分会被回收。大部分是在鼻咽和口咽回收，没被
5、回收的热量和水分 ( 例如： 75% 丢失在室内) 必须由系统储备来补充以准备下一次呼吸。上气道也能过滤空气传播的病原体以防止它们到达下气道。如果污染物真的到达下气道，它们就由粘液纤毛转运系统移走。,气道防御机制,通过粘液与纤毛运动系统将吸附吸入的病原体失效或运走。防护系统的效率取决于吸入气体的温度和湿度。,气道屏障功能示意图,气道防御机制,粘液纤毛系统包括三层： 1) 第一层包括有纤毛上皮细胞，杯状细胞和粘膜下腺，覆盖着从鼻咽到细支气管 (16层分支)。每一个纤毛上皮细胞具有 250 条毛发状结构叫做纤毛，这些纤毛在一层薄薄的低粘稠度的液体内以大约每秒 10-15 次的速度来回摆动。 2)
6、这一层叫做水合层或溶胶层。这一层的厚度十分重要，因为纤毛几乎全部都处在这一层之中。 (纤毛作鞭子状摆动 )。,3) 第三层是漂浮在溶胶层上面的粘液层。这层粘胶状的粘液层直接暴露在吸入的空气中并通过它粘粘的表面吸附吸进的病原体。这些粘液经由纤毛的运动不断地被拉向口咽部。当纤毛拉动这些粘液块移动时，粘液块会被拉长然后弹向被拉的方向。,气道屏障功能示意图,呼吸道的廓清功能：- 呼吸道分泌的粘液和纤毛的运动，- 肺表面活性物质,气道防护机制,气道防御机制,粘液吸附污染物并使其失去 作用 纤毛拨动粘液和污染物上 行使之被吞咽下去。,粘液纤毛转运系统,Courtesy of Spinger - Verla
7、g, 1992,气道防御机制,通过这张粘液纤毛转运系统的电镜照片 (放大 2400倍)，我们可以看到在纤毛层(粗毛地毯状)上面的粘液。在粘液里可看到象白点一样的纤毛顶尖。粘液吸附吸入的病原体并使其失去作用。纤毛摆动粘液和吸附在里面的污染物从下气道上行到能够被吞咽的位置。,气道防御机制,电镜照片显示一个杯状细胞正在分泌出粘液作为对病原体侵入的反应，纤毛正向粘液的方向摆动过来并准备把它拿起来并运走。,Courtesy of Spinger - Verlag, 1992,纤毛的运动,向前摆动 (1-3) 伸展 与粘液接触 向前运动回摆 (4-8) 与粘液脱离 与溶胶层一道折回原来的位置,纤毛的运动,
8、纤毛在溶胶层里以十分协调的方式移动粘液，当每条纤毛向前摆动时( 1-3 )，它们会在水样的溶胶层里伸展，顶尖与粘液接触。它们以弧状的方式摆动，把粘液拉扯着推向咽部。在回摆时 ( 4-8 ) ，纤毛在溶胶层内向后回折到原来的位置，与粘液没有接触。这样，纤毛只是在向前运动期间与粘液接触并移动粘液。,纤毛的运动,气道粘液是一种具有粘稠伸缩弹性的物质。它的伸缩弹性有助于粘液的移动。当纤毛拉动着粘液块向前移动时，它会伸展并弹向被拉的方向。每条纤毛摆动时都比邻近的纤毛稍稍地慢了半拍，从而造成一个波浪形的纤毛活动(就象体育场里的墨西哥波浪)。当粘液全部覆盖了大多数的纤毛细胞，一股连续不断的粘液流就将形成。,
9、由杯状细胞和粘膜下腺体分泌的浆液和粘液性液体组成粘液毯,粘附外来粒子,细菌等,依靠纤毛的波浪式摆动向上排出.,纤毛-粘液运输系统,纤毛的顶端可以接触到凝胶层，发挥“刷子”样的运输功能.确保黏液毯的持续流动确保黏液层覆盖在纤毛顶端协调一致的（方向、频率）摆动确保有效的清除速率,.,纤毛的作用,表面活性物质,在上皮层与分泌液之间 形成润滑层,表面活性物质,稳定肺泡作用,表面活性物质,促进无纤毛区域外 来颗粒的排出作用,表面活性物质,降低粘液粘度 , 促进痰液排出,表面活性物质,促进巨噬细胞 吞噬病原菌,表面活性物质的作用,表面活性物质促进 肺泡的 Stop and Go 运输机制,呼气,吸气,肺泡
10、表面扩大,肺泡表面缩小,表面活性物质分子分散,表面活性物质分子聚集,表面张力增加,表面张力降低,异物颗粒附着于肺泡壁上,由于气流产生推挤的作用 , 异物 颗粒则容易向上移动,1. 表面活性物质分子,1,表面活性物质 促进巨噬细胞吞噬病原菌,表面活性物质缺乏， 病原菌聚集,表面活性物质包裹病原菌， 促进巨噬细胞的吞噬,*Olivieri D., Ambroxol for the prevention of chronic bronchitis exazerbations. Respiration 51: 42-51,吸气阶段- 气体湿、热调节,如果吸入的空气温度低于深层体温，那么当较凉的空气经过
11、并广泛暴露在鼻，口咽表面时，热量就会从粘液，溶胶层以及下面的组织里获取。随着这些空气变热，它们容纳水蒸气的能力就会增加，这样水分就会从粘液，溶胶层里蒸发出来直至空气被饱和为止。,吸气阶段- 气体湿、热调节,这个加温和蒸发水分的过程将使粘膜变凉。粘膜需由系统储备补充水分和热量 。但是补充的速度是有限制的，如从气道提取太多热量和水分的话气道就会出现问题。,呼气阶段- 气体 湿、热回收,当温暖湿润的气体从下部气道呼出来时会与较冷的粘膜表面接触并形成冷凝。这样有一部分原来在吸气时被加上的水分和热量会重新回到粘膜里以准备下一次吸气。,有创通气,气管插管绕过了上气道和肺防护功能输送干冷的医用气体,有创通气
12、,当病人进行有创通气时，气管插管绕过了鼻咽和口咽及一部分气管， 95% 的热量和水分是在这些部位被加上去的。气管插管也阻止了例如打喷嚏，咳嗽，作呕和吞咽等自然的防护机制，只剩下粘液纤毛清理系统成为最后的的气道防护机制。干冷的医用气体直接输送到下气道和支气管，在这里被强迫进行热，湿交换。干冷的医用气体将使位于气管插管末端以下的粘液纤毛转运系统的运动能力下降。,有创通气热，湿交换,吸气阶段 干燥分泌物 减慢粘液纤毛清理 呼气阶段 较少的粘膜水分回收 等温饱和界面ISB下移,有创通气热，湿交换 吸气阶段,在有创通气期间，鼻咽和气管的大部分都被气管插管绕过。如吸入低于深层体温未被饱和的气体，湿化所需要
13、的水分就要从任何湿润的表面提取，这可能来自气管插管，气管下部，支气管以及所有现成的分泌物。,有创通气热，湿交换 吸气阶段,从气道提取湿度的程度取决于气体的湿度水平，也就是说湿度水平越低，就会有越多的水分被提取。从气管插管内的分泌物提取水分使得吸痰变得困难并增加了气管插管闭合的危险，容易成为病原体富集的温床。从气管和支气管提取水分将使粘液干涸，溶胶层变薄，这将会减慢粘液纤毛转运，导致病原体和分泌物的清理缓慢下来。,有创通气热，湿交换 呼气阶段,可用作冷凝的粘膜表面变少，这样在呼气阶段回收的水分就减少了。这个持续不断的干燥伴随低水分补充的过程导致等温饱和界面向下部气道进一部下移。,插管患者,向患者
14、输送与体温相同、湿度处于饱和 ( 37C 和 44 mg/L)的气体使粘液纤毛系统维持正常工作， 还能保持分泌物的清除，减少受感染的风险和保证气体交换的正常进行。 保持分泌物的清除，气体交换得以保证,有创模式,37C, 44mg/L,37C, 44mg/L,有创模式,有创模式就是将来自呼吸机的低温干燥气体加热到 37C 而且还加湿至饱和气( 44mg /l)。湿化器显示饱和气的温度(正常大约为 37C) ，这表示患者正在获得最佳的湿度水平。然后当气体通过吸气管道时会再被加热丝增加三摄氏度。这个加热过程减少了冷凝，并克服了管道内不能加热的死空间降温引起的冷凝，从而确保最接近体温与饱和湿度的气体输
15、送到患者。,面罩患者,接受面罩/鼻罩进行氧气治疗的患者，例如持续正压气道通气(CPAP)或无创正压通气(NIPPV)，其还没有受到损坏的上气道是能够对吸入的气体在进入下气道前进行调节的。不巧的是，与平常呼吸的空气相比，治疗吸入的气体流量更高，又凉又干，常常使人感到不舒服和难以接受。 湿化可以改善这种状况使治疗更有效可行。湿化的气体还可以减少鼻咽部和喉咽部的水分损失从而维持分泌物的质量。,无创模式,34C, 32mg/L,31C, 32mg/L,无创模式,无创模式将低温干燥的气体加热到 31C ，加湿到32mg/l的饱和湿度。然后为了减少产生在吸气管的冷凝，这些气体再被加热丝多加热3摄氏度，到患
16、者时已达到34摄氏度，湿度仍保持在32mg/l。这样设定可防止在患者皮肤上生成的冷凝，也大约和正常的皮肤温度一致。,冷凝的控制,在有创模式里，如吸气管加热丝无法在15分钟或更长时间内保持加热 2C ，这时设定的水罐温度就会以每15分钟0.5C的幅度下跌至 35.5C ，目的是将积聚在呼吸管道内冷凝减至最少。,冷凝的控制,如果吸气管加热丝能保持加热 2.5C 超过15分钟，此时水罐的设定温度就会以每15分钟 0.5C的幅度增加直至到达设定温度。,可清除气囊上方分泌物的气管插管,结束语,临床上选择合适的呼吸机湿化系统对机械通气患者保护呼吸道的屏障功能，清除分泌物，保持呼吸道通畅，减少并发症发生，具有非常重要的意义。,谢 谢,
