高频通气(HFV)是治疗新生儿呼吸衰竭的重要手段之一。过去30多年来,HFV经历了从生理学上还不太解释得清楚到临床实际应用于新生儿呼吸衰竭的过程,已取得了不少经验;目前对HFV的应用原理、如何应用及应用的适应证等已有了相对一致的认识。HFV在新生儿呼吸衰竭、尤其是对VLBW或ELBW儿低氧性呼吸衰竭的应用取得了较好的临床经验,HFV可能会减少VLBW儿BPD的发生率,从而受到日益重视。
1.高频呼吸机的分类
(1)高频正压通气(high-frequency positive-pressureventilation, HFPPV):常频婴儿呼吸机一般均有该功能。在应用时可通过采用顺应性低的呼吸机输出管道将呼吸频率增高(最高可达150次/min)和相对减少吸气时间而实现。当频率过高时,尽管每分通气量可能不变,实际肺泡通气量可能受到影响。在HFPPV时,尽管潮气量较小,仍然大于呼吸道解剖无效腔。
(2)高频喷射通气:高频喷射通气(highfrequencyjetventilation, HFJV)是以高压气源,通过小孔射气管高频提供潮气量而实现。其提供的潮气量可大于或小于无效腔但不影响CO2的排出。在喷射器射出高频气流时,会发生周围气体的带入,但只占总呼出气容量的小部分。HFJV 常与常频呼吸模式同时(平行)使用,这样还能利用常频人工呼吸机的湿化功能和呼气末正压。HFJV与常频呼吸机平行使用时需用特殊的气管插管。
(3)高频气流阻断通气:高频气流阻断通气(high-freq-ueney flow interruption ventilation, HFFIV)与HFJV类似,它是通过间歇阻断高压气源、高频率提供较小的潮气量而实现。与HFJV不同,它没有喷射器,也不会将周围的气体带人。HFFIV的呼气是被动的,但个别呼吸机将能产生负压气流的Venturi装置附加于呼气系统使呼气成为“主动”;因此,在某些文献中,将此型呼吸机也称为高频振荡通气(high-frequency osillation ventilation, HFOV)。
(4)高频振荡通气:HFOV是目前新生儿高频通气中临床最多采用的方式。与其他高频呼吸机不同, HFOV呼气过程是主动的,潮气量的递送通过活塞泵、扬声器振荡膜或主动负压源抽吸完成,较典型的呼吸机是SenorMedics3100A。HFOV通气时的潮气量- -般小于解剖无效腔。不同高频通气呼吸机的工作特性见下表。
2.高频呼吸的气体交换原理
高频通气时的潮气量一般小于解剖无效腔。在HFV时如何进行气体交换,尤其是CO2的排出,需用特殊的理论加以解释,许多机制至今仍不清楚。常频呼吸的生理学认为,肺在高频通气时,呼吸频率与CO2的排出的线性关系不再存在;实际上,在HFV时吸/呼比不变的情况下,CO2的排出随呼吸频率的降低反而改善。目前认为主要有下列原理参与HFV时的气体交换。
(1)肺泡直接通气:即使潮气量小于解剖无效腔,近端的少量肺泡仍得到像常频呼吸机同样的通气。
(2)气体的带人(entrainment):在高频喷射呼吸模式中,运动中的高频喷射气流将静止的周围气体带人气道。
(3)肺泡间气体交换的不一致性:与常频呼吸机一样,在高频呼吸时气体交换偏向于部分肺段。在高频率、低潮气量时,肺尖较肺底更易通气;相反,在低频率高潮气量通气时气体偏向于进入肺底。在HFV ,肺中央较肺周边更易通气。
(4)对流与流速的非对称:由于气体流速的变化而引起气体界面变化,使气体转运增加。在高频通气时气流进人气道呈抛物线状,中间流速快于周边,使最终的气流运动方式为中间气体进入气道而周边气体流出气道(见下图)。
在气道分叉或流速较快的周边气道,由于气流速度的不对称,使流速更快。
(5)增强的弥散(augmented difusion):气体间的弥散是随机的,取决于气体间的浓度梯度、分子量与温度。HFV时的高速气体使弥散加快,且可能是HFV时气体交换的重要方式。
(6)肺泡间的气体交换(pendelluf):在HFV频率超过5Hz时,由于肺泡间的顺应性及阻力不同,相邻的肺泡通气的时间常数不同,肺泡的充盈和排空的速率也不同,这种速率的不同可引起肺泡间的气体交换发生(见下图)。