翻译：盛炜
如果呼吸机压力和气流都按照相同的时间标尺进行持续测量，那么这些信号就可以通过各种方式进行显示，而每种显示方式都包含有特定的诊断信息
· 同一时间标尺的压力值对容量值的描记图形显示被称为压力-容量环，在这些环上可以得到有关顺应性的信息。
· 同一时间标尺的压力值对流速值的描记图形显示就是压力-流速环（阻力环）。在这些环上可以得到有关阻力的信息
· 同一时间标尺的流速值对容量值的描记图形显示就是流速-容量环。从这些环上可以得到有关呼吸系统时间常数的信息。
这三种波形显示通常可以从呼吸机前面板的菜单上进行选择（例如苏菲呼吸机：主菜单-波形-2号波形 –“V'-t, V-t, P-V, P-V', V'-VT”，分别为流速-时间波形、容量-时间波形、压力-容量环、压力-流速环和流速-容量环）
显示在呼吸机上的压力-容量环的吸气部分的斜率表示呼吸系统的顺应性（图1）。吸气部分的曲线斜率即代表呼吸机压力每上升一个单位所能得到的潮气量增加值，单位为mL/cmH2O，也就是顺应性的单位。如果肺变得更加坚硬，不易膨胀的话，那么这条曲线就会变得不那么陡峭，也就是呼吸机压力每上升一个单位所得到的潮气量较少。这种情况在肺变得过度膨胀时，在压力-容量环吸气部分曲线的上部分就会出现，肺的过度膨胀即意味着肺的容量已经达到极限，顺应性此时也就会明显降低。若要将压力-容量环应用于评估呼吸系统顺应性时，必须满足下列条件：
· 肺的膨胀必须由且只能由呼吸机压力驱使，也就是说，病人的呼吸必须是完全被动的（完全没有自主呼吸）。如果肺内的压力变化的其中一部分是病人的主动吸气产生的，那么这次呼吸的潮气量就是呼吸机压力和病人自主吸气肌肉做功所产生的压力之和所产生的结果。因为呼吸机只“知道”它自己驱动产生的压力改变，而不会将病人的自主呼吸努力所产生的压力计算在内，所以呼吸机计算时会高估呼吸系统的顺应性（呼吸机使用较少的压力就获得了相对大的潮气量）。换句话说，如果在呼吸机提供的压力之外，患者始终存在有做功大小不一的呼吸努力，那么呼吸机所持续计算的呼吸系统顺应性，只有其中最小的值才是相对最接近于呼吸系统的实际顺应性值的。
· 肺的膨胀过程必须足够缓慢，或者必须经由严格的恒定气流驱动。否则的话，一部分呼吸机端的压力上升就会被用于克服与流入肺内气体的流速相关的那部分肺内阻力。因为这一部分压力上升量没有被用来产生容量，而是被消耗用来克服阻力，那么呼吸机计算所得的呼吸系统顺应性就会低于实际值（呼吸机使用较多的压力而获得了相对较少的潮气量）
图 1 压力-容量环（右下图）是根据时间标尺相同的容量时间波形（左图）和压力时间波形（右上图）得到的，计算机通过将两个波形上同一时间的容量值点和压力值点逐个提取出来描记在同一张图上得到压力-容量环。也就是说，压力容量环上的每一个点都代表了在同一个时间点上得到的容量和压力两个成对的值。每一次呼吸循环就形成一个环。环的走向是逆时针的：A=吸气开始点，B=吸气结束点，C=是呼吸机端压力从吸气峰值压力快速降低到PEEP水平的点。在这个时间点之后，潮气量信号迅速回归到零点，因为随着呼吸机端压力的降低，肺内的实际压力仍处在相对较高的峰值压力水平，此时肺部的弹性回缩力即驱动了呼气的开始。环并不会“完全闭合”，也就是说潮气量并不会回到“零点”，这是因为当气管导管漏气存在时，“吸入”的容量是大于呼出的潮气量的，这里的吸入的容量之所以打上引号，是因为呼吸机以为的病人吸入的容量实际上有一部分是漏掉了，并没有进入肺内。压力-容量环吸气部分的斜率（tan）指示了呼吸系统的顺应性。这部分曲线的斜率变低，变得更平说明顺应性的降低（可能是由于肺过度膨胀导致）。
压力-流速环融合了压力时间曲线和流速时间曲线（图2）。压力-流速环上的每个点都代表了在同一时间点获得的一对压力值和流速值。
图 2. 压力流速环是由按时间顺序在相同时间点取得的一对对压力值和流速值描记形成的。一次呼吸循环构成了一个环。环的走向是顺时针的：A=吸气开始的点；B=吸气结束的点。A点（PEEP）和B点（吸气峰压；此时吸气峰压就等于肺泡压，因为此时气体流动速度为零，而气体只会在压力有差异的两点之间流动产生气流）之间的压力差（DP）就是产生呼气流峰值流速（V'E peak, C）的驱动压差。在呼气开始时的呼吸系统阻力就是DP对V'E peak的比值。）。
流速-容量环是由按照时间顺序在相同时间点取得的一对对容量值和流速值描记得来的。并不包括压力值（图3）。流速-容量环的呼气部分特别有意义，因为这部分的斜率代表了呼吸系统的时间常数（DV / DV'，测量的单位是mL/L/s）
图 3.在流速-容量环图中，按照时间顺序在相同时间点获得的流速值和容量值被成对描记成图。气道压力值在流速-容量环的测量中是不必要的。如果流速-容量环的横坐标轴和纵标轴的排布方式如图所示的话，那么流速-容量环的走向就是顺时针的。每一次呼吸循环都会描记出一个环：A=吸气开始的点，B=吸气结束的点，C=呼气的流速峰值
通常情况下，呼气过程中肺排出气体的方式是完全被动的，也就是说没有呼吸肌肉运动。肺的弹性回缩压力对抗气道和肺组织的阻力，独立驱动了呼气的过程，自主呼吸和机械通气的呼气过程都是如此。在机械通气过程中，呼气开始时，气管导管接头处原本较高的气道压力（吸气峰值压力）被迅速降低到PEEP的水平。也就是说在呼吸刚开始的这一瞬间，肺泡内压力仍然在吸气峰值压力的水平上，而气管导管处的压力已经被降到了PEEP水平了。
这个肺泡内向气管导管的正向压力差直接驱动产生了呼气流。在随后的呼气过程中，肺泡内压力呈现指数级降低，呼气流速值和潮气量的变化也是如此变化。当呼气流速信号最终到达零点的时候，肺泡内压力也就和气管导管的压力达到的平衡等同状态，也就是PEEP水平。在呼气刚开始时，肺泡内向气管导管的正向压力差值处于整个呼气过程的最大差异程度，于是整个呼气过程的最大呼气流，即气流速度峰值即发生在呼气刚开始时（除非存在“吸气后吸气肌肉活动”现象，这种现象发生时会出现“刹停”呼气开始后早期的快速气流）
呼气流的流速峰值越高（在给定的潮气量情况下），肺就越硬，即顺应性越低。肺泡内压力、呼气流速和容量的指数级下降速度越快，肺就越硬，同时气道阻力也越低。因此，呼气过程的速度取决于顺应性和阻力两种因素的作用。
顺应性和阻力的乘积称为时间常数（t），单位是秒（s）。它描述了肺清空（和充盈）自己的速度。时间常数越短，呼气速度越快。肺约需要5倍时间常数的时间进行完全呼出并达到被动静息位置（即到达“被动”功能残气量）。换句话说，在这段时间内肺泡压力能够达到气管导管处的压力水平。如果留出的呼气时间较短，那么肺泡内压力在呼气结束时（吸气开始时）仍然高于气管导管处的压力，这种现象称为“内源性PEEP”。拥有“正常”呼吸系统力学特性的早产婴儿的时间常数为大约20毫秒，也就是说呼气时间应当为5 x 0.02 = 0.1秒（图4）
图 4. 呼吸系统在呼气时完全排空速度有多快（或者吸气时充盈的速度有多快）取决于阻力和顺应性两个因素。肺越硬且阻力越低则吸气和呼气就会越快。时间常数描述了这一特性，它是顺应性和阻力的乘积。图中描述了最简单的均质性肺模型：均质的单一腔体肺模型。而一般的肺是非均质的，也就是说一般的肺包括有不同的腔室或区域，而这些腔室或区域均有自己独特的时间常数（具有不同顺应性和/或阻力的次级腔室）。时间常数较短的次级腔室（快肺）排空或充盈的速度要比时间常数较长的次级腔室（慢肺）更快。
如果将都是以指数级速度变化的两个变量对应描记在一张图上时，就会呈现出线性的X-Y轴相关关系（图5）。因此“正常”的呼气过程在流速-容量环图上就会表现为一条直线。这条直线的斜率就是该呼吸系统的时间常数。
图 5.一次呼吸过程中描记的流速时间曲线（左侧）和容量流速曲线（右上方）。这两个曲线中的流速和容量值按照时间顺序成对描记出流速-容量环（右下方）。在呼气过程中这两个值相对于时间都呈现相同的指数级降低速率，在流速-容量环就表现为线性相关关系，这条线的斜率就是时间常数（Tau）。
流速-容量曲线呼气部分的斜率越陡，时间常数就越短，呼气过程就越快。（图6）
图 6. 较长时间常数（粗线条）和较短时间常数（细线条）的对比。同样的潮气量但是时间常数较长时，呼气时峰值气流速度较低，并且呼气流回归零点需要更长的时间，所以呼气过程结束的较晚。
如果流速-容量曲线的呼气部分不是直线，就可以认为肺是非均质的，拥有不止一个时间常数。出现这种情况是同时有不同顺应性和/或阻力值的次级腔室组成的非均质性肺的典型特征。有病的肺通常是典型的非均质性肺
如果机械通气的吸气过程在呼气结束之前就开始了（也就是说在呼气流到达零点之前就开始吸气过程），那么在呼气被迫结束时的肺泡内压力仍然大于气管导管处的压力（PEEP）。这种在呼气结束时（相对于PEEP）较高的肺内压称为“内源性PEEP”。这种升高的肺内压力水平在呼吸机的压力表或传感器上是无法显示的，因为呼吸机显示的压力是在气管导管接头处测量得到的压力。而在呼气结束时仍然存在的呼气流，却能够显示出“内源性PEEP”的存在（图7）。这种没有回归到零点的气流值直接说明了，在肺内和气管导管之间仍存有压力差。换句话说，如果存在“内源性PEEP”时，呼气结束时的肺内压力要高于PEEP水平。这种情况的存在可能会影响静脉血回流，也可能会增加气漏综合征的风险，即使是PEEP设置的相当低的情况下也是如此。“内源性PEEP”的程度可以在流速-容量环图上进行测量或在呼气结束时使用气道阻断法测量。
图 7. “过早的吸气”（细线条）在呼气流还未到达零点时就开始了。在这个“过早的吸气”发生时，肺内压力仍然高于呼吸机设置的PEEP水平。这就被称为“内源性PEEP”
上气道阻断法
气道阻断测试法能够提供呼吸系统被动机械特性的信息，也能够提供呼吸肌肉活动和活动强度的信息。这种方法可以在自主呼吸活动存在时进行一些特殊的测量，而不需要放置食道压导管。这种方法是在“气道打开”的时间段内，将气道被突然地阻塞一段很短的时间，阻塞位置发生在最靠近病人嘴边处（在机械通气时对应的就是气管导管接头的位置）。在阻断位置的远端记录阻断压力（Pao）
在儿科或成人肺力学实验室中，一般使用快速机械式阻断阀。斯蒂芬妮（Stephanie）呼吸机并不使用机械式阻断阀来进行这项测试。它拥有的反馈迅速的呼吸管路可以在病人近端气道达到一种“类似于”阻断的效果。做法是在容量控制模式下将气管导管接口位置的气流速设置为零，随后在气管导管接口位置测量需要达到零流速的压力值。这个压力值就是“阻断压力”。这整个的过程是由软件控制的，因此完全可以由软件控制在特定的时间点进行阻断，比如吸气结束时或者呼气结束时。当操作者启动了气道阻断测试时，呼吸机会等到软件确定的下一次吸气结束或呼气结束的时间点（气流信号向上向下穿越零位线的时间点）进行阻断，并持续预设的时间长度。操作者可以在菜单中选择是进行吸气末阻断测试或呼气末阻断测试（Menu: Optios > Occlusion > 'end inspiration'或'end expiration'）。在冻结屏幕显示后（STOP键），可以移动屏幕上的游标位置获取波形上的对应数据并计算顺应性和阻力值（图8）
图. 8.斯蒂芬妮（Stephanie）呼吸机显示：在冻结屏幕显示后，游标可以被移动到波形各位置获取对应的数据。游标可以沿着图中曲线移动到任意一个感兴趣的位置。两个游标之间横向和纵向的距离（差值）和横向纵向差值的商都会被自动计算出来（例如Dy/Dx=容量差值/压力差值，单位是mL/cmH2O，也就是顺应性）
吸气结束时（呼气开始时）进行气道阻断测试可能会诱发新生儿由特定反射引起的呼吸肌肉松弛（Hering-Breuer反射）。在阻断测试和呼吸肌肉松弛之后，整个肺泡内压力和支气管内的压力会在数毫秒内达到平衡。阻断压力（Pao）即等于肺泡压力，并且代表了整个呼吸系统弹性回缩所产生的整体压力。如果随后阻断终止，肺的弹性回缩力就会驱动产生被动的呼气过程。那么此时呼出的潮气量除以阻断压力就是呼吸系统的顺应性。如果这个呼气过程是在某一设定的PEEP水平下进行的，那么则应当使用阻断压力减去PEEP压力所得的差值来计算顺应性（图9、10）。
图. 9. 在第三个通气循环处（箭头）进行吸气末气道阻断。可以明显看出气流信号在吸气结束后维持在零点长达300毫秒，随后阻断释放时即立即开始呼气。同时对应的气道压力在气道阻断开始后即维持不变，没有上升。这说明婴儿在阻断开始后没有出现任何吸气肌肉活动的情况。反之，阻断压力会上升直到全部呼吸肌都达到放松状态才会停止。本图记录的是1340克的早产婴儿在出生后第3天，正在使用同步间歇指令通气SIMV。
图. 10. 吸气末气道阻断（箭头）。在阻断开始后气道压力持续上升直至达到平台。这种上升是出现Hering Breuer反射引发的横膈膜松弛后引起的典型特征。只有在肌肉完全放松后，整个弹性回缩力才会完全的作用于阻断的气道。此时，呼吸系统顺应性的计算应当是呼出的潮气量除以阻塞压力所达到的最终平台压减去PEEP的差值。在这种情况下，如果简单的以呼出潮气量除以吸气峰压和PEEP之间的差值来计算顺应性（没有进行气道阻断）则会得到远高于真实值（过于好的）的顺应性数值。和图8是同一个婴儿。
在自主吸气开始时的气道阻断（呼气末气道阻断）：横膈膜此时正在收缩，而气道是阻断的，从而导致胸膜腔内压降低，但是并没有产生任何肺内容量的变化（没有气流进入）。这时候产生的吸气努力是比正常无阻断的自主吸气努力要更大，更强烈并且持续时间更长。正常无阻断的情况下，同样的吸气努力应当会使气流进入肺部，从而膨胀肺部，导致肺的拉伸，继而增加了肺部牵拉传感器的活性，随后通过迷走神经阻断呼吸中枢的吸气驱动从而终止吸气过程（吸气活动关闭）。而进行呼气末气道阻断时，阻止了肺部的扩张从而也就阻止了吸气活动关闭过程的发生；因此，呼气末气道阻断所产生的压力变化程度被认为是横膈膜肌肉活动所能达到的最大强度的度量指标，即未由牵拉传感器反馈反射所阻断的吸气努力。
图. 11. 呼气末气道阻断（箭头），婴儿在进行机械通气但是仍然存在自主呼吸活动。气道阻断在400毫秒后被解除。气流信号（左下图）和潮气量信号（右下图）。
在没有呼吸肌肉活动时进行的病人近端气道阻断（例如，在完全的被动机械通气的情况下）会使得肺内压力达到平衡（肺泡压和气道压）。这样，呼气末气道阻断压力就是呼气末肺泡内压力。如果在呼气流没有到达零点吸气即开始，而阻断在呼气结束时即开始的情况下，阻断压力就会上升，从（之前的）病人近端气道压力水平（设置的PEEP水平）上升到肺泡内压力水平。我们知道肺泡内压力水平在呼气流仍然存在的情况下必然是高于病人近端气道压力的（设置的PEEP水平）。这样一来，此时得到的呼气末气道阻断压力就是“内源性PEEP”压力值，也就是说在呼气末时，高于预设PEEP值的肺泡内压力。
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