呼吸系统的时间常数

1.时间常数（time constants）的概念　肺单位的时间常数是指肺单位被充盈或排空所需要的时间长度。时间常数＝顺应性（C）×阻力（R），对于C和R的任何值，时间常数总等于肺被充气或排气到它们容积的某一定量（百分数）所需要的时间长度。例如某个肺单位，其顺应性是0.1L/cmH2O，阻力为1cmH2O·s/L，那么，时间常数＝0.1s。1倍时间常数允许容积的63%被呼出或吸入，2倍时间常数允许容积的86%被呼出或吸入，3倍时间常数允许容积的95%被呼出或吸入，4倍时间常数允许容积的98%被呼出或吸入。在此肺单位，要使95%的容积被充盈或排出就需要3倍时间常数（0.1s×3＝0.3s）。

计算时间常数对指导吸气时间和呼气时间的设置有重要价值。吸气时间少于3倍吸气时间常数可导致潮气量不能完全输送，延长吸气时间可使通气的分布更均匀，也可使输送的潮气量达预设置。通常应该用5倍的时间常数作为吸气时间，尤其是在压力控制通气时，以确保适当的潮气量输送。但如果吸气时间太长，那么呼吸频率太慢，以至达不到足够的分钟通气量。

呼气时间如果达不到3倍的时间常数可导致肺的不完全排空，这可增加功能残气量和引起肺内的气体陷闭。有些医生主张用95%～98%的容量排空水平（3～4倍的时间常数），正确的呼气时间设置需要仔细观察患者，测定呼气末压以确定患者能较好耐受的时间。

肺单位可以分为快和慢两类，快肺单位有短的时间常数，这是由于正常或低的阻力和低的（减低的）顺应性的结果。例如肺间质纤维化患者发生的那样。快肺单位的充盈或排空所费时间减少，但它们需要较高的压力来达到正常的容量。慢肺单位有较长的时间常数，这是由于阻力和（或）顺应性增加的结果，如肺气肿患者所发生的那样，这些肺单位需要较长的时间才能充盈或排空。

目前有一些呼吸机已可直接测定和显示吸气时间常数和呼气时间常数。这对于设置呼吸机的呼吸频率、吸气时间和呼气时间有重要参考价值。

2.呼吸疾病和时间常数　时间常数描述了被动呼吸时呼吸系统对外部机械干预反应的快慢，短时间常数意味着反应快速，而长时间常数意味着反应缓慢和达到新平衡点的延迟。时间常数不是描述呼吸系统阻抗的真正参数，但由于它取决于阻抗参数的阻力和顺应性，即呼吸系统的时间常数相当于阻力和顺应性的乘积。这就意味着，顺应性和（或）阻力越高，达到平衡点就越晚。例如，在被动呼气时，高顺应性意味着推动呼气流速的弹性回缩压是低的；高阻力也意味着呼气流量被相关的摩擦力所对抗。然而高顺应性和高阻力两者均独立使呼气过程延长。

典型的ARDS患者，其呼吸系统的时间常数低于正常，由于顺应性的显著降低（阻力正常或仅中度增加），当加用持续吸气压（像PCV）时，△Vol.max（最大容量改变）可能迅速地达到。在严重的ARDS患者，可应用长吸气时间以便增加平均气道压，而对潮气量的产生是没有影响的。呼气时平衡点也很快达到，只有呼气时间非常短时，才可观察到动态肺过度充气。所以，ARDS患者可以用高呼吸频率和（或）高吸/呼比来进行通气，而不会发生严重的副作用。

急性哮喘患者由于高气道阻力，肺气肿患者由于高顺应性常有较长的时间常数，尤其是肺气肿合并有支气管阻塞的患者（由于高顺应性和高阻力），其时间常数更长。在这些患者，在压力控制通气（PCV）时，在正常的吸气时间结束时，其吸入气容积必然比△Vol.max要低得多。而且在呼气时，在正常的呼气时间内绝不会达到平衡点，因而导致了动态肺过度充气。因此这些患者采用低于惯用的呼吸频率可获较多好处，较低的呼吸频率可延长吸气和呼气时间。较低的呼吸频率，在同样的吸/呼比情况下，既定的吸气压可获得较大的潮气量同时减少动态过度充气。

以上讲述了呼吸系统的时间常数和理想呼吸频率之间的关系。众所周知，对于任何既定的肺泡通气水平和无效腔，都有一个理想的呼吸频率，在此呼吸频率时，患者的总呼吸功是最小的，高于或低于此理想呼吸频率，患者的呼吸功消耗就将增加，在自主呼吸时，患者的呼吸肌必须产生较大的压力；被动呼吸时，呼吸机需要输送较大的压力。理想的呼吸频率值取决于呼吸系统时间常数值。时间常数越长，理想的呼吸频率越低。因为这些理由，新的闭合环控制通气模式，如适应性支持通气（ASV），（Hamilton伽俐略呼吸机上配置有此模式）则应用了时间常数的测定，根据对呼气时间常数的监测结果，ASV模式自动选择和连续更新机械通气频率的设置，以便持续维持最有利的呼吸功。

重点和关键问题

1.定容通气时，PIP是由潮气量、阻力、顺应性和PEEP决定的。

2.肺泡峰压是吸气末屏气时测出的气道压。

3.auto-PEEP是呼气末屏气时测出的气道压。

4.平均气道压是从PIP、PEEP和TI/TT计算的。

5.顺应性是从VT、Pplat和PEEP计算的。

6.吸气阻力是从PIP、Pplat和吸气流量计算的。

7.呼吸功是随阻力、顺应性和VT的增加而增加的。

8.肺单位的时间常数是指肺单位被充盈或排空所需要的时间长度。时间常数＝顺应性（C）×阻力（R）。

9.ARDS患者的时间常数低于正常，急性哮喘患者由于高气道阻力、肺气肿患者由于高顺应性常有较长的时间常数。

思考题

1.一位顽固性低氧血症患者，在机械通气时为增加氧合，可应用哪些方法？哪些方法与增加平均气道压有关？

2.如果患者的呼气时间常数是0.5s，那么患者至少需要多长的呼气时间才不会产生auto-PEEP？