專利名稱：使用肌電活動(dòng)來優(yōu)化病人的呼吸輔助的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定對(duì)依賴呼吸機(jī)的病人的換氣輔助水平(level)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
由病人的肌肉產(chǎn)生的張力(tension)[34]以及肌肉收縮的持續(xù)時(shí)間[2]兩者均為導(dǎo)致呼吸肌疲勞的因素；可通過諸如張力-時(shí)間指標(biāo)[3]和壓力-時(shí)間積[10、20、32、35]的指標(biāo)來表示這兩個(gè)因素。Bellemare和Grassino[3]證實(shí)在令人疲勞的橫膈膜收縮的耐受時(shí)間和病人的橫膈膜的電活動(dòng)(activity)EAdi的高與低譜分量的比率(H/L)的衰減速率之間存在直接倒數(shù)(direct inverse)關(guān)系，從而表明這兩個(gè)值表示逐漸不能承受負(fù)荷。肌肉施加的力已被證實(shí)與功率譜中心頻率的衰減速率或上述比率H/L的衰減速率、以及此功率譜中心頻率或比率H/L達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所在的級(jí)別直接相關(guān)[16、21、28]。功率譜中的這種偏移反映出肌肉活動(dòng)勢(shì)能(potential)傳導(dǎo)速度的減小[28、38、39]，并構(gòu)成早期指示，即在細(xì)胞水平上，不能無限期地維持這些呼吸模式[3]。
除非病人橫膈膜的電活動(dòng)EAdi增大，否則，損害呼吸肌的長(zhǎng)度-張力關(guān)系(即，從神經(jīng)活動(dòng)到機(jī)械輸出或壓力的變換)的充氣過度(hyperinflation)會(huì)減小呼吸肌生成壓力的能力(神經(jīng)機(jī)械脫偶聯(lián)(neuromechanicaluncoupling))。研究已證實(shí)當(dāng)吸氣壓力、流速(flow)和工作周期(duty cycle)保持恒定時(shí)，呼氣末肺容積(end-expiratory lung volume，EELV)的增大促進(jìn)了耐受時(shí)間[33、44]和可維持壓力[11]的減小。在動(dòng)物模型中，Tzelepis等人[44]提出在這些條件下，橫膈膜縮短將需要更大的刺激以生成給定的次最大張力，并且，這個(gè)增大的刺激可能引起在更短的肌肉長(zhǎng)度上觀察到的更大的可收縮肌肉的易疲勞性(fatigability)。
在臨床上，通?；诮?jīng)驗(yàn)而設(shè)置目的在于在保護(hù)呼吸肌功能的同時(shí)確保足夠的肺換氣(pulmonary ventilation)的部分換氣輔助的水平。
已提出了可根據(jù)所實(shí)現(xiàn)的最低穩(wěn)定呼吸頻率fB(即，無呼吸遲緩(bradypnoea)或呼吸暫停(apnea))而確定最佳的部分換氣輔助水平。在病人中，這對(duì)應(yīng)于16.4bpm(每分鐘呼吸)，并與11.8ml/kg的潮氣量(tidal volume)VT相關(guān)聯(lián)。然而，在該研究中的機(jī)械肺建模證明實(shí)際上，這樣的支持水平導(dǎo)致呼吸肌的整體卸載(total unloading)。
其他人將最佳的部分換氣輔助水平定義為產(chǎn)生跨膈壓力(transdiaphragmatic pressure)Pdi的最低擺幅(swing)的水平，并且發(fā)現(xiàn)此條件與19.7bpm的呼吸頻率fB、以及11.7ml/kg的潮氣量VT相關(guān)聯(lián)。使用后一研究中的跨膈壓力Pdi作為吸氣努力(effort)的標(biāo)志。
Jubran等人[20]將低于125cm H2O·s/min的上界吸氣壓力-時(shí)間積(upperbound inspiratory pressure-time product)定義為要在部分換氣輔助期間實(shí)現(xiàn)的吸氣努力的期望水平。盡管任意地確定此閾值，但通過以下事實(shí)來調(diào)整(justify)此閾值，該事實(shí)即其對(duì)應(yīng)于遠(yuǎn)低于被認(rèn)為指示阻止吸氣肌疲勞的張力-時(shí)間指標(biāo)TTdi的張力-時(shí)間指標(biāo)TTdi。該研究發(fā)現(xiàn)病人之間壓力-時(shí)間積的差異很大，并證實(shí)小于30bpm的呼吸頻率fB以及0.6L的潮氣量VT是在部分換氣輔助期間吸氣努力最佳水平的較好決定因素。基于這些呼吸模式研究結(jié)果，優(yōu)化部分換氣輔助的這一方法所提供的呼吸肌卸載水平有可能低于上面討論的研究的呼吸肌卸載水平。
Brochard等人[8]將最佳的部分換氣輔助水平定義為最低的換氣輔助水平，其中，如通過病人的橫膈膜的電活動(dòng)(electrical activity)EAdi的功率譜分析所評(píng)估的那樣，在實(shí)現(xiàn)所述最低的換氣輔助水平時(shí)，其維持最高水平的橫膈膜電活性(activation)，而不出現(xiàn)疲勞。有趣的是，所述部分換氣輔助的水平與20-27bpm的呼吸頻率fB和8.0ml/kg的潮氣量VT相關(guān)聯(lián)，這些值與后來由Jubran等人[20]報(bào)告的那些值相似。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于確定對(duì)依賴呼吸機(jī)的病人的換氣輔助水平(level)的方法，其包括計(jì)算呼吸相關(guān)特征的臨界閾值，其中，當(dāng)呼吸相關(guān)特征達(dá)到該臨界閾值時(shí)，出現(xiàn)依賴呼吸機(jī)的病人的呼吸肌的疲勞；以及相對(duì)于呼吸相關(guān)特征的臨界閾值，控制對(duì)依賴呼吸機(jī)的病人的換氣輔助水平，以便防止病人的呼吸肌的疲勞。
本發(fā)明還涉及一種用于確定對(duì)依賴呼吸機(jī)的病人的換氣輔助水平的設(shè)備，包括計(jì)算器，其計(jì)算呼吸相關(guān)特征的臨界閾值，其中，當(dāng)呼吸相關(guān)特征達(dá)到該臨界閾值時(shí)，出現(xiàn)依賴呼吸機(jī)的病人的呼吸肌的疲勞；以及控制器，其相對(duì)于呼吸相關(guān)特征的臨界閾值，控制對(duì)依賴呼吸機(jī)的病人的換氣輔助水平，以便防止病人的呼吸肌的疲勞。
當(dāng)閱讀通過參照附圖而僅僅作為示例給出的、對(duì)本發(fā)明的說明性實(shí)施例的以下非約束性描述時(shí)，本發(fā)明前述和其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更清楚。


在附圖中圖1為用于測(cè)定橫膈膜的電活動(dòng)EAdi、食道(esophageal)壓力Pes、胃壓力Pga、呼吸氣流和潮氣量VT、并用于在線顯示目標(biāo)跨膈壓力Pdi和橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的均方根(RMS)的實(shí)驗(yàn)裝置(experimental set-up)的非限制性示例的示意圖；圖2為在“容積”操作法(“volume”maneuvers)和“排出”操作法(“expulsive”maneuvers)期間在研究對(duì)象(subject)上測(cè)定的潮氣量VT、橫膈膜電活動(dòng)EAdi、跨膈壓力Pdi、食道壓力Pes以及胃壓力(Pga)的跟蹤描圖(tracing)的說明性示例；圖3為顯示在容積操作法以及較低壓力排出操作法和較高壓力排出操作法期間觀察到的中心頻率CFdi、跨膈壓力Pdi的目標(biāo)級(jí)別、橫膈膜壓力-時(shí)間積PTPdi和相關(guān)聯(lián)的橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的下降的柱狀圖的示例；圖4為來自一個(gè)代表性研究對(duì)象的曲線圖的示例，所述曲線圖示出在容積操作法(圓圈)和呼氣末肺容積(EELV)下的兩個(gè)排出操作法期間隨著時(shí)間繪制的中心頻率CFdi、橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的均方根(RMS)、以及橫膈膜壓力-時(shí)間積PTPdi，其中，一個(gè)排出操作法針對(duì)較低的跨膈壓力Pdi(正方形)，而另一個(gè)排出操作法針對(duì)較高的跨膈壓力Pdi(三角形)；圖5為根據(jù)本發(fā)明的、用于確定對(duì)依賴呼吸機(jī)的病人的換氣輔助水平的方法和設(shè)備的第一非約束說明性實(shí)施例的流程圖和框圖；以及圖6為根據(jù)本發(fā)明的、用于確定對(duì)依賴呼吸機(jī)的病人的換氣輔助水平的方法和設(shè)備的第二非約束說明性實(shí)施例的流程圖和框圖。
具體實(shí)施例方式
已進(jìn)行了研究，以便確定在人類中，在將橫膈膜壓力-時(shí)間積PTPdi保持恒定時(shí)，病人橫膈膜的增大的電活動(dòng)EAdi(伴隨著神經(jīng)機(jī)械脫偶聯(lián)(uncoupling))是否促進(jìn)了橫膈膜電活動(dòng)EAdi的中心頻率CFdi的更大的下降。該研究的另一目的在于在存在正常的神經(jīng)機(jī)械偶聯(lián)的情況下，確定橫膈膜壓力-時(shí)間積PTPdi需要增大的程度，以便再現(xiàn)在脫偶聯(lián)的情況下觀察到的中心頻率CFdi的下降。
更具體地說，該研究評(píng)估了在將橫膈膜壓力-時(shí)間積PTPdi保持恒定時(shí)，由增大的肺容積引發(fā)的增大的橫膈膜活性是否促進(jìn)了橫膈膜電活動(dòng)EAdi的中心頻率CFdi的增大的下降。五個(gè)健康的研究對(duì)象進(jìn)行具有固定呼吸模式的間歇準(zhǔn)靜態(tài)橫膈膜收縮試驗(yàn)(runs of intermittent quasi-static diaphragmaticcontraction)。在各個(gè)試驗(yàn)中，研究對(duì)象通過在聲門打開的情況下在總肺容量下執(zhí)行吸氣末保持(神經(jīng)機(jī)械脫偶聯(lián))，以及在呼氣末肺容積下通過執(zhí)行排出操作法(無神經(jīng)機(jī)械脫偶聯(lián))，而以跨膈壓力Pdi為目標(biāo)。分別利用在食道插管(esophageal catheter)上安裝的電極陣列和氣囊(balloon)來測(cè)定橫膈膜活性和壓力。在神經(jīng)機(jī)械脫偶聯(lián)期間，約等于31cm H2O的跨膈壓力Pdi的再現(xiàn)將肺容積增大到吸氣容量的77.5％，將橫膈膜的電活動(dòng)EAdi從最大值的25％增大到61％，并導(dǎo)致中心頻率CFdi的17％的更大的下降。為了在不存在神經(jīng)機(jī)械脫偶聯(lián)的情況下再現(xiàn)在神經(jīng)機(jī)械脫偶聯(lián)期間觀察到的中心頻率CFdi的減小，需要跨膈壓力Pdi和橫膈膜壓力-時(shí)間積PTPdi的雙倍(two-fold)增大。結(jié)論是恒定的橫膈膜壓力-時(shí)間積PTPdi不一定導(dǎo)致在增大活性時(shí)保持穩(wěn)定的橫膈膜電活動(dòng)EAdi的中心頻率CFdi。
方法研究對(duì)象平均年齡為40.6±8.0歲的五個(gè)健康的研究對(duì)象(1女、4男)參與了該研究。該研究由Sainte-Justine醫(yī)院的科學(xué)和倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，并且所有研究對(duì)象表示了他們的知情同意。
實(shí)驗(yàn)方案圖1為實(shí)驗(yàn)裝置的非限制性示例的示意圖示。在左側(cè)，使用安裝在食道插管上的多電極陣列5來測(cè)定橫膈膜的活動(dòng)EAdi，并且，使用在插管上、在電極陣列5的相對(duì)側(cè)安裝的氣囊8和9來測(cè)定食道壓力Pes以及胃壓力Pga。插管6穿過鼻，并且位于胃食道結(jié)合部(gastro-esophageal junction)10上。通過呼吸速度描記器(pneumotachograph)3來測(cè)定呼吸氣流，并且通過對(duì)吸氣流速積分而得到潮氣量VT。在右側(cè)，在線顯示目標(biāo)跨膈壓力Pdi和橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的均方根(RMS)。
參照?qǐng)D1，在坐在直椅(未示出)上并且面對(duì)計(jì)算機(jī)4的監(jiān)視器1的同時(shí)，每個(gè)人類研究對(duì)象2執(zhí)行重復(fù)的到總肺容量(TLC)的最大吸氣，以便得到橫膈膜電活動(dòng)EAdi的3個(gè)可再現(xiàn)的自主(voluntary)最大值。隨后，要求每個(gè)研究對(duì)象2執(zhí)行10秒持續(xù)時(shí)間的間歇的接近等長(zhǎng)的(near-isometric)橫膈膜收縮，所述收縮由5秒的松弛期隔開，在該松弛期內(nèi)允許自由呼吸。通過在計(jì)算機(jī)4的監(jiān)視器1上的跨膈壓力Pdi的可視性反饋，在兩次試驗(yàn)期間針對(duì)低水平(level)的跨膈壓力Pdi，而在第三次實(shí)驗(yàn)期間針對(duì)較高水平的跨膈壓力Pdi。通過聲音信號(hào)施加工作周期，并且，每次試驗(yàn)持續(xù)到達(dá)到中心頻率CFdi的平穩(wěn)狀態(tài)(plateau)為止、或者到研究對(duì)象不再能維持目標(biāo)跨膈壓力Pdi為止。
圖2為在下文中報(bào)告的研究期間執(zhí)行的“容積”操作法和“排出”操作法期間、在一個(gè)研究對(duì)象中測(cè)定的潮氣量VT、橫膈膜電活動(dòng)EAdi、跨膈壓力Pdi、食道壓力Pes以及胃壓力Pga的跟蹤描圖的示例?！叭莘e”操作法包括在增大的肺容積上的吸氣末保持，其導(dǎo)致低Pdi的生成(左邊的跟蹤描圖)，而在針對(duì)較低Pdi(中間的跟蹤描圖)和較高Pdi(右邊的跟蹤描圖)的呼氣末肺容積上執(zhí)行所述兩個(gè)排出操作法。
為了得到用于相同目標(biāo)跨膈壓力Pdi的橫膈膜電活動(dòng)EAdi的兩個(gè)不同水平，指示每個(gè)研究對(duì)象2執(zhí)行兩種不同的操作法1.容積操作法研究對(duì)象吸氣到接近于他們的總肺容量(TLC)，并產(chǎn)生給定水平的跨膈壓力Pdi(圖2；左邊的跟蹤描圖)。在聲門打開的情況下，在這個(gè)肺容積上維持該跨膈壓力Pdi。
2.排出操作法研究對(duì)象執(zhí)行排出操作法，以便生成目標(biāo)跨膈壓力Pdi。在呼氣末肺容積(EELV)下、在較低和較高的跨膈壓力Pdi下執(zhí)行所有排出操作法(圖2，中間和右邊的跟蹤描圖)。
在最初執(zhí)行了容積操作法試驗(yàn)之后，每個(gè)研究對(duì)象2執(zhí)行兩個(gè)排出操作法試驗(yàn)。一個(gè)排出操作法試驗(yàn)針對(duì)與在容積操作法期間觀察到的跨膈壓力Pdi相似、但需要較小的橫膈膜電活動(dòng)EAdi的跨膈壓力Pdi(較低壓力)，而另一排出操作法試驗(yàn)針對(duì)增大的跨膈壓力Pdi(較高壓力)，以再現(xiàn)在容積操作法試驗(yàn)期間觀察到的中心頻率CFdi。隨后，出于重新測(cè)試的目的而重復(fù)一次容積操作法。在隨后的試驗(yàn)之間，研究對(duì)象休息20分鐘。
儀器使用圖1的裝置-由計(jì)算機(jī)4通過呼吸速度描記器3來測(cè)定氣流和潮氣量；-由計(jì)算機(jī)4通過在食道插管6上安裝的線性陣列5來測(cè)定病人的橫膈膜的電活動(dòng)EAdi，其中，通過病人的鼻孔(或病人的嘴)插入食道插管6，直到電極陣列5位于病人的橫膈膜7的胃食道結(jié)合部10為止；-由計(jì)算機(jī)4通過在插管6上、在電極陣列5的相對(duì)側(cè)安裝的胃8和食道9氣囊來測(cè)定食道Pes和胃Pga壓力；以及-由計(jì)算機(jī)4通過從所測(cè)定的胃壓力Pga中減去所測(cè)定的食道壓力Pes而得到跨膈壓力Pdi。
橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的在線自動(dòng)處理使用標(biāo)準(zhǔn)化方法[4、36、41]來獲取、處理和在線顯示橫膈膜的電活動(dòng)EAdi，更具體地說，均方根(RMS)EAdi信號(hào)。使用根據(jù)Sinderby等人公開的方法[40]建立的指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)信號(hào)質(zhì)量來評(píng)估中心頻率CFdi。為了避免EAdi信號(hào)強(qiáng)度上的功率譜偏移的影響，在對(duì)于傳導(dǎo)速度不敏感的1階譜矩(spectral moment)(M1)[6]上計(jì)算RMS EAdi信號(hào)(見計(jì)算機(jī)監(jiān)視器1的上部的跟蹤描圖)。對(duì)于更大范圍的回顧，參照Aldrich等人的文獻(xiàn)[1]。
離線信號(hào)分析使用跨膈壓力Pdi來確定吸氣持續(xù)時(shí)間Ti、總呼吸持續(xù)時(shí)間Ttot、和呼吸頻率fB、橫膈膜電活動(dòng)EAdi、以及壓力Pes和Pga。通過將(i)Pdi信號(hào)所對(duì)著的曲線下方的面積乘以(ii)呼吸頻率fB，得到橫膈膜壓力-時(shí)間積PTPdi。將橫膈膜電活動(dòng)EAdi的信號(hào)幅度表示為從TLC操作法[37]得到的自主最大橫膈膜電活動(dòng)EAdi的百分比。在使用單向重復(fù)測(cè)定方差分析(ANOVA)執(zhí)行的每個(gè)操作法之間比較變量，并且使用Student-Newman-Keuls測(cè)試來執(zhí)行顯著效果(effect)的事后(post hoc)對(duì)比。通過計(jì)算組間(interclass)相關(guān)系數(shù)(ICC)，評(píng)估在容積和排出操作法期間得到的Pdi、EAdi和CFdi值的測(cè)試-重新測(cè)試可靠性。
結(jié)果在所有方案期間，研究對(duì)象能夠執(zhí)行所有操作法，并且維持所施加的工作周期(P＝0.93；單向ANOVA)(表1)。
表1在所執(zhí)行的三個(gè)操作法期間的呼吸模式和目標(biāo)Pdi值

這些值是所執(zhí)行的所有操作法的每個(gè)研究對(duì)象的均值。Ti/Ttot工作周期；Pdi跨膈壓力；VT潮氣量；IC吸氣容量。所有研究對(duì)象都能夠維持所施加的工作周期。
圖3為顯示在研究中進(jìn)行的容積操作法以及較低壓力排出和較高壓力排出操作法這三個(gè)試驗(yàn)期間觀察到的中心頻率CFdi、跨膈壓力Pdi的目標(biāo)水平、橫膈膜壓力-時(shí)間積PTPdi和相關(guān)聯(lián)的橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的下降的柱狀圖的示例。圖3的圖的柱是對(duì)于這5個(gè)研究對(duì)象得到的平均值(±SD(標(biāo)準(zhǔn)偏差))。
如表1和圖3所示，在容積操作法(高肺容積)和EELV下的較低壓力排出操作法期間，研究對(duì)象能夠?qū)崿F(xiàn)并維持相似的跨膈壓力Pdi的目標(biāo)水平。在容積操作法期間，研究對(duì)象吸氣到其吸氣容量的77.5±11.1％的平均值。為了在不同的肺容積下生成相同的橫膈膜壓力-時(shí)間積PTPdi，容積操作法(神經(jīng)機(jī)械脫偶聯(lián))需要最大值的60±8％的橫膈膜的電活動(dòng)EAdi，相比之下，EELV下的排出較低壓力操作法為25±8％。如表2和圖3所示，盡管匹配橫膈膜壓力-時(shí)間積PTPdi，但與EELV下的排出低壓力操作法相比，容積操作法促進(jìn)中心頻率CFdi的17％的更大的下降。圖4為來自一個(gè)代表性研究對(duì)象的示例，其示出在容積操作法(圓圈)和呼氣末肺容積(EELV)下的兩個(gè)排出操作法期間隨著時(shí)間繪制的中心頻率CFdi、橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的均方根(RMS)、以及橫膈膜壓力-時(shí)間積PTPdi，其中，一個(gè)排出操作法期間針對(duì)較低的跨膈壓力Pdi(正方形)，而另一個(gè)針對(duì)較高的跨膈壓力Pdi(三角形)。圖4表明對(duì)于該代表性研究對(duì)象，與排出較低壓力操作法(正方形)相比，在容積操作法(圓圈)期間，中心頻率CFdi更為迅速并且更大程度地降低，這對(duì)于相似的橫膈膜壓力-時(shí)間積PTPdi需要高橫膈膜的電活動(dòng)EAdi。
表2在每個(gè)操作法結(jié)束時(shí)觀察到的各個(gè)CFdi值

這些值是所執(zhí)行的每個(gè)操作法的每個(gè)研究對(duì)象的均值。
為了在EELV下的排出操作法期間產(chǎn)生與在容積操作法期間觀察到的相似的中心頻率CFdi的下降，需要目標(biāo)跨膈壓力Pdi增大兩倍以上。這與橫膈膜的電活動(dòng)EAdi從最大值的25±8％到44±9％的增大相關(guān)聯(lián)。如可在圖4中看到的那樣，對(duì)于容積操作法(圓圈)和排出高壓力操作法(三角形)，中心頻率CFdi降低的速率相似。
在表3中表示出用于容積操作法的測(cè)試-重新測(cè)試(test-retest)的跨膈壓力Pdi、橫膈膜的電活動(dòng)EAdi和中心頻率CFdi的值。在重新測(cè)試期間，研究對(duì)象成功地實(shí)現(xiàn)了與在最初的容積操作法期間生成的跨膈壓力Pdi相似的跨膈壓力Pdi(ICC＝0.95)。橫膈膜的電活動(dòng)EAdi也是相似的(ICC＝0.93)，中心頻率CFdi的下降也是相似的(ICC＝0.98)。
表3容積操作法的測(cè)試-重新測(cè)試


EAdi作為均方根計(jì)算的橫膈膜電活動(dòng)；CFdio在靜息呼吸期間確定的基線中心頻率；CFdi在容積操作法末尾的中心頻率的平穩(wěn)值；Pdi跨膈壓力；Vol1所執(zhí)行的第一容積操作法；Vol2所執(zhí)行的第二容積操作法；ICC組間相關(guān)系數(shù)。
討論該研究評(píng)估了在兩個(gè)不同的肺容積上維持的間歇靜態(tài)收縮(intermittentstatic contraction)，以便檢查通過中心頻率CFdi的改變來評(píng)定的、改變的神經(jīng)機(jī)械偶聯(lián)和增大的橫膈膜電活性對(duì)于橫膈膜肌纖維膜興奮性(excitability)的影響。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)于給定的目標(biāo)橫膈膜壓力-時(shí)間積PTPdi，當(dāng)通過神經(jīng)機(jī)械脫偶聯(lián)增大橫膈膜的電活動(dòng)EAdi時(shí)，中心頻率CFdi的下降更大，這暗示出肌肉活性的水平影響中心頻率CFdi。
對(duì)于犬橫膈膜的研究證實(shí)中心頻率CFdi的改變與平均活動(dòng)勢(shì)能傳導(dǎo)速度(APCV)的改變相關(guān)聯(lián)[38]，這確認(rèn)了先前的數(shù)學(xué)模型[29]。在肌肉收縮期間，中心頻率CFdi和肌肉纖維APCV兩者在較小程度上依賴于纖維的纜屬性(cable properties)[38、39]，而在較大程度上依賴于肌肉膜興奮性[17、18、29、39]。肌肉纖維膜的興奮性依賴于鉀的跨膜梯度(trans-membrane gradient)，并且，隨著肌肉活動(dòng)的增大，鉀的流出(efflux)增大。為了防護(hù)細(xì)胞外鉀集中以及由此帶來的膜電位，細(xì)胞依賴于例如通過依賴ATP(三磷酸腺苷)的鈉/鉀泵進(jìn)行的鉀的再攝取[12]、以及通過血液循環(huán)進(jìn)行的清除(washout)[25](即鉀從細(xì)胞外空間向血流的擴(kuò)散)。無論血流減小[23、31、42]還是肌肉活性增大，如在本工作中那樣，肌肉的電活動(dòng)將通過功率譜向較低頻率的移動(dòng)而指示減小的膜興奮性。中心頻率CFdi還可受到諸如運(yùn)動(dòng)單位范圍(motor unitterritory)、運(yùn)動(dòng)單位中的纖維數(shù)目、運(yùn)動(dòng)單位信號(hào)中單組分(contribution)的到達(dá)次數(shù)的離差、運(yùn)動(dòng)單位之間的活動(dòng)勢(shì)能傳導(dǎo)速度的離差的因素影響，所述因素可使橫膈膜的電活動(dòng)EAdi功率譜移動(dòng)[4、29]。然而，如果這些影響在健康肌肉中較小[30]，并且如果測(cè)試情形不允許可收縮模式有大的變化，則這些影響不大可能對(duì)結(jié)果有較大的影響。
在研究中，通過兩個(gè)不同肺容積下的恒定工作周期而以恒定的跨膈壓力Pdi作為目標(biāo)，因此，假設(shè)跨膈壓力Pdi在那些條件下對(duì)血流的阻礙在不同肌肉長(zhǎng)度下保持相對(duì)相似[19]。然而，為了在增大的肺容積下實(shí)現(xiàn)相同的目標(biāo)跨膈壓力Pdi，橫膈膜的電活動(dòng)EAdi增大，這表示能量要求/消耗的增大、以及來自細(xì)胞的增大的代謝輸出(例如，鉀流出)。如可在圖3中看到的那樣，在增大的肺容積下CFdi的降低速率大大高于在較低橫膈膜電活動(dòng)EAdi的情況下、在FRC(在相同肺容積下跨膈壓力Pdi加倍)下達(dá)到(target)相同壓力時(shí)所觀察到的降低速率。體外研究也已經(jīng)證實(shí)通過增大被縮短到其最佳長(zhǎng)度的70％的肌肉的刺激頻率以便得到在最佳長(zhǎng)度上生成的相同的張力而實(shí)現(xiàn)的增大的活性(即，要求)導(dǎo)致縮短的肌肉中的增大的疲勞[14]。因此，當(dāng)前的研究證實(shí)在增大的肺容積(神經(jīng)機(jī)械脫偶聯(lián))下生成目標(biāo)跨膈壓力Pdi所需的較高的橫膈膜活性影響中心頻率CFdi衰減的速率/程度。此外，在下面的描述中，提供神經(jīng)機(jī)械脫偶聯(lián)對(duì)中心頻率CFdi的影響的進(jìn)一步的理論證據(jù)。
在不存在神經(jīng)機(jī)械脫偶聯(lián)的情況下，跨膈壓力Pdi的增大總是與橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的增大相關(guān)聯(lián)。在上面報(bào)告的研究中，在相同肺容積下的跨膈壓力Pdi的加倍(FRC)與橫膈膜的電活動(dòng)EAdi從最大值的25％到44％的增大相關(guān)聯(lián)。Beck等人[6]證明橫膈膜的電活動(dòng)EAdi在絕對(duì)值上與跨膈壓力Pdi緊密相關(guān)，使得在壓力增大(即，能量供應(yīng)減小)時(shí)活性增大(即，能量要求增大)。然而，當(dāng)肌肉長(zhǎng)度改變時(shí)，這一關(guān)系發(fā)生變化。在這樣的情形下，僅在將跨膈壓力Pdi正規(guī)化為在每個(gè)對(duì)應(yīng)的肺容積下得到的最大跨膈壓力Pdi時(shí)，跨膈壓力Pdi才繼續(xù)反映橫膈膜的電活動(dòng)EAdi[6]。先前證明了當(dāng)在不同的肺容積下以相同的橫膈膜的電活動(dòng)EAdi作為目標(biāo)時(shí)，與在較高的肺容積下產(chǎn)生的較低的壓力相比，在FRC下生成的較高的結(jié)果跨膈壓力Pdi促進(jìn)了中心頻率CFdi的更大的下降[42]。這樣的結(jié)果表明對(duì)于給定的神經(jīng)活性，力或跨膈壓力Pdi的增大減小了橫膈膜興奮性。由此，將TTdi和壓力-時(shí)間積作為用于預(yù)測(cè)橫膈膜肌纖維膜興奮性改變(如通過中心頻率CFdi反映的那樣)的指標(biāo)的使用限于恒定的神經(jīng)機(jī)械脫偶聯(lián)的狀態(tài)，其中，橫膈膜力生成能力保持不變。
與先前的研究[3、16、21、28]一致的是，本研究中在FRC下的目標(biāo)跨膈壓力Pdi的加倍增大了中心頻率CFdi的降低速率以及它降到的水平(圖3和4)。如上面所討論的那樣，這部分地通過橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的增大來解釋。然而，還通過以下事實(shí)來部分地對(duì)其進(jìn)行解釋i)與產(chǎn)生較低跨膈壓力Pdi的收縮相比，在較高跨膈壓力Pdi情況下的橫膈膜收縮趨向于相對(duì)更多地阻礙血流(即，能量供應(yīng))[19]；以及ii)被損害的到肌肉的血流具有促進(jìn)肌電描記(electromyographic)功率譜向較低頻率移動(dòng)的傾向[22、30]。
方法和技術(shù)方面在研究中，收縮和松弛周期被維持在固定的持續(xù)時(shí)間，因此，控制了工作周期對(duì)肌肉功能的任何潛在影響[2、22]。必須強(qiáng)調(diào)的是，中心頻率CFdi的準(zhǔn)確的生理學(xué)測(cè)定取決于能夠控制(a)肌肉到電極距離的改變；(b)相對(duì)于肌肉纖維方向和位置的電極定位；(c)電極配置；(d)信噪比；(e)來自其它肌肉(包括心臟和食道)的串?dāng)_(cross-talk)的影響；以及(f)電極移動(dòng)引發(fā)的假象(artifact)[7、36、38、39、40]。
在研究中，用來測(cè)定橫膈膜的電活動(dòng)EAdi譜的功率譜的技術(shù)包括用于使這些影響最小的手段[1、36、40]。肺容積的改變影響所引起的肌肉活動(dòng)勢(shì)能的發(fā)現(xiàn)[5、15]已經(jīng)促成了對(duì)所測(cè)定的橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的幅度[5、15]和中心頻率CFdi[5]的潛在內(nèi)在(potential-inherent)不準(zhǔn)確性的假設(shè)。然而，在不改變橫膈膜的膜興奮性的適度的自主肌肉收縮期間，已經(jīng)證明胸壁結(jié)構(gòu)/肺容積、以及肌肉長(zhǎng)度的改變對(duì)橫膈膜的電活動(dòng)EAdi和中心頻率CFdi沒有作用[5、6、7、17、39]。因此，上面討論的胸壁結(jié)構(gòu)/肺容積的作用很可能對(duì)結(jié)果沒有影響。
可能影響研究結(jié)果的另一因素是在各種操作法期間對(duì)于相同的跨膈壓力Pdi劃分(partition)食道和胃壓力的差異。在先前的研究[42](其中，研究對(duì)象以較高和較低肺容積下的相同的橫膈膜電活動(dòng)EAdi作為目標(biāo))中，在EELV下(較高的跨膈壓力Pdi)下持續(xù)觀察到中心頻率CFdi的較大減小，而與研究對(duì)象在EELV下執(zhí)行排出操作法(即，主要通過胃壓力生成的跨膈壓力Pdi)還是Mueller操作法(即，主要通過食道壓力生成的跨膈壓力Pdi)無關(guān)[42]。在對(duì)該研究的先導(dǎo)試驗(yàn)(未公布的觀察資料)中發(fā)現(xiàn)無論研究對(duì)象執(zhí)行排出還是Mueller操作法，生成相等的跨膈壓力Pdi、工作周期和橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的橫膈膜收縮產(chǎn)生相同的中心頻率CFdi的減小軌跡(trajectory)。因此，不認(rèn)為在當(dāng)前研究中在容積和排出操作法期間的食道和胃壓力劃分的差異對(duì)所觀察的結(jié)果有影響。
臨床意義(Clinical implications)上面報(bào)告的研究結(jié)果對(duì)正在撤除(wean)機(jī)械換氣的研究對(duì)象或病人具有直接意義。眾所周知，經(jīng)受撤除試驗(yàn)的病人可能顯示出EELV的動(dòng)態(tài)改變(動(dòng)態(tài)充氣過度)[43]，這類似于改變橫膈膜的神經(jīng)機(jī)械偶聯(lián)的研究。為了補(bǔ)償此脫偶聯(lián)(即，維持相同的跨膈壓力Pdi)，病人將需要增大橫膈膜活性。根據(jù)當(dāng)前研究，病人橫膈膜的增大的活性與升高的跨膈壓力Pdi的組合將導(dǎo)致減小的中心頻率CFdi(興奮性)，并且有可能導(dǎo)致增大的呼吸努力的感覺[42]。已經(jīng)在被去除了換氣輔助的具有呼吸衰竭的病人中報(bào)告了橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的功率譜的H/L比的偏移[8、13]。然而，如果橫膈膜虛弱在機(jī)械換氣的病人中較為普遍[24]，那么仍然要確定橫膈膜的電活動(dòng)EAdi和跨膈壓力Pdi的何種組合水平會(huì)影響中心頻率CFdi。
結(jié)論上面報(bào)告的研究表明可使用橫膈膜活性來確定橫膈膜的膜興奮性以及中心頻率CFdi的改變。此外，其表明當(dāng)神經(jīng)機(jī)械偶聯(lián)改變時(shí)，橫膈膜壓力-時(shí)間積PTPdi和張力-時(shí)間指標(biāo)TTdi不能被認(rèn)為是橫膈膜能量消耗和/或肌纖維膜興奮性的有效反映。
利用來自以上調(diào)查或研究的數(shù)據(jù)，可以用兩種方式、根據(jù)對(duì)橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的測(cè)定來估計(jì)橫膈膜肌力。
用于估計(jì)橫膈膜肌力的第一種方式使用以下方程F＝μEAdi(1)其中，F(xiàn)是橫膈膜肌力，μ是比例常數(shù)，EAdi是病人橫膈膜的電活動(dòng)的信號(hào)強(qiáng)度的量度(measure)。這里，使用第一功率譜矩的平方根，因?yàn)樗硎疽呀?jīng)補(bǔ)償了肌電活動(dòng)勢(shì)能傳播速度的改變的影響的信號(hào)強(qiáng)度[29]。
用于估計(jì)橫膈膜肌力的第二種方式使用橫膈膜收縮期間的譜改變。對(duì)于有力的周期性肌肉加載，中心頻率CFdi根據(jù)以下方程從初始中心頻率CF0減小到最終平穩(wěn)值CF∞[26]
CF∞＝CF0(1-κ)TD/[(1-κ)TD+κTR] (2)其中，κ是工作周期，即，相對(duì)于總時(shí)間周期的吸氣時(shí)間，TR是與近似指數(shù)時(shí)間曲線有關(guān)的中心頻率CFdi恢復(fù)時(shí)間常數(shù)，其與肌力無關(guān)[9]。符號(hào)TD表示中心頻率CFdi的減小的時(shí)間常數(shù)，其與肌力相關(guān)如下[27]TD＝η/(F-FC) (3)在此方程中，η是比例常數(shù)，并且，F(xiàn)C是臨界力水平，在該水平之上，肌肉疲勞開始出現(xiàn)。重組方程(2)以得到可實(shí)驗(yàn)確定的量Q＝TR/TD＝[(1-κ)/κ][(CF0-CF∞)/CF∞] (4)然后，方程(3)和(4)給出F＝FC+Qη/TR(5)使方程(1)和方程(5)的兩個(gè)力的估計(jì)值(estimate)相等，得到以下關(guān)系式αEAdi-β-Q＝0 (6)其中，α＝μTR/η (7)并且，β＝FCTR/η (8)關(guān)系式(6)表示具有兩個(gè)未知數(shù)的三個(gè)方程(用于三個(gè)實(shí)驗(yàn)條件)的集合。在同時(shí)使橫膈膜的電活動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度EAdi和量Q的相對(duì)誤差最小的情況下利用來自下表4的數(shù)據(jù)進(jìn)行的擬合過程給出α＝0.00417和β＝0.0419，并且相對(duì)擬合誤差為0.24。
表4實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算值


Pdi跨膈壓力；a.u.任意單位；EAdi橫膈膜的電活動(dòng)的信號(hào)強(qiáng)度；CFdi0在靜息呼吸期間確定的基線橫膈膜中心頻率；CFdi在操作法末尾的橫膈膜中心頻率的平穩(wěn)值；QCFdi恢復(fù)和降低的時(shí)間常數(shù)的比率，參見方程(5)；φI參見方程(9)；φII參見方程(10)；φmφI和φII的平均值；γI參見方程(14)；γII參見方程(15)；γmγI和γII的均值。
在α和β已知的情況下，可相對(duì)于細(xì)胞興奮性開始變差的臨界力水平FC、即在其之上開始出現(xiàn)肌肉疲勞的臨界力水平來表示橫膈膜肌力F的實(shí)驗(yàn)值。通過分別重組方程(1)和(7)以及(5)得到用來對(duì)此進(jìn)行描述的兩種方式，即φI＝(F/FC)I＝αEAdi/β (9)以及φII＝(F/FC)II＝1+Q/β (10)這些量已被確定，并在表4中與它們的均值φm一起列出。
假設(shè)所觀察到的跨膈壓力Pdi與橫膈膜肌力F相關(guān)如下Pdi＝FG (11)其中，G為幾何(geometry)因子，其考慮到橫膈膜肌肉隨著吸氣量而改變其形狀。由此，假定此因子G在呼氣末肺容積下執(zhí)行的具有較低或較高Pdi的產(chǎn)生的排出操作法期間相同。如同力的關(guān)系那樣，可與橫膈膜的電活動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度EAdi和疲勞導(dǎo)致的譜改變相關(guān)地以兩種方式表示跨膈壓力Pdi。合并方程(1)、(5)和(11)產(chǎn)生以下關(guān)系式Pdi＝μEAdiG(12)以及Pdi＝(FC+Qη/TR)G (13)還可通過關(guān)系式(7)和(8)將關(guān)系式(12)和(13)進(jìn)一步推導(dǎo)為以下兩個(gè)關(guān)系式γI＝(Gη/TR)I＝Pdi/(αEAdi)(14)以及γII＝(Gη/TR)II＝Pdi/(β+Q)(15)對(duì)于這兩個(gè)表達(dá)式計(jì)算的數(shù)值連同它們的均值γm一起在表4中給出。
根據(jù)表4中列出的結(jié)果，可以得出結(jié)論相對(duì)于臨界力水平FC的橫膈膜肌力F在容積操作法和較高壓力排出操作法期間近似相同，這也在通過因子Q表示的它們的細(xì)胞興奮性的惡化中被反映出。在所有情況期間，如表4中的φm的值所示，橫膈膜肌力F在臨界力水平FC之上。通過因子γm表示的幾何依賴性(dependency)在較低壓力排出操作法和較高壓力排出操作法期間明顯相同，但在容積操作法期間小得多。容積操作法和排出操作法中的γ值之間的比率約為0.41。由于η值和TR值被認(rèn)為是與操作法無關(guān)，所以這意味著因子G也具有相同的比率。這指示了在容積操作法期間將力轉(zhuǎn)換為壓力的低得多的效率。由此，考慮定時(shí)和壓力的張力時(shí)間指標(biāo)TTdi不足以描述疲勞出現(xiàn)的復(fù)雜性。至少必須利用與容積相關(guān)的校正因子來對(duì)其進(jìn)行修正。然而，反映細(xì)胞興奮性的惡化而不是收縮的機(jī)械結(jié)果的方法更好。
用來檢測(cè)肌肉疲勞的肌電描記和機(jī)械方法基于以上結(jié)果，將描述用來確定在周期性加載(例如呼吸)期間的肌肉疲勞的臨界水平的技術(shù)。需要使某些生理學(xué)變量彼此相關(guān)的很多方程，并且將在描述這些技術(shù)之前導(dǎo)出它們。
周期性肌肉負(fù)載特性考慮諸如呼吸工作(work)的周期性肌肉加載，其中，重復(fù)的肌肉收縮與肌肉松弛交替進(jìn)行。周期性肌肉加載特征在于時(shí)間周期T0以及它的兩個(gè)部分肌肉收縮的持續(xù)時(shí)間T1以及肌肉松弛的持續(xù)時(shí)間T2，其中T0＝T1+T2(16)為了簡(jiǎn)化方程，確定工作周期κ為κ＝T1/T0(17)將在時(shí)間間隔T1期間產(chǎn)生的平均橫膈膜肌力表示為F。
由于疲勞造成的肌電改變等長(zhǎng)收縮的令人疲勞的收縮使橫膈膜的電活動(dòng)EAdi橫膈膜的電活動(dòng)的中心頻率CFdi以時(shí)間常數(shù)TF從其靜息(resting)值CF0起呈指數(shù)減小。在恢復(fù)期間，中心頻率CFdi沿著通過時(shí)間常數(shù)TR描述的近似指數(shù)的路線(course)而逐漸返回其正常值。所觀察到的是橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的功率譜的很多其它特性顯示出相同的依賴性，例如中間頻率、過零密度、所謂的高對(duì)低(hi-over-low)值等?；謴?fù)時(shí)間常數(shù)主要依賴于肌肉中的毛細(xì)管(capillary)的密度，并且對(duì)所施加的力相當(dāng)不敏感。在該力超過某個(gè)臨界水平FC時(shí)，疲勞時(shí)間常數(shù)強(qiáng)烈地依賴于該力。該關(guān)系式為TF＝η/(F-FC) 對(duì)于F＞FC(18a)
以及TF→∞ 對(duì)于F≤FC(18b)重復(fù)的工作和恢復(fù)事件的組合使中心頻率CFdi從初始值減小到最終平穩(wěn)值CF∞，在該平穩(wěn)值上，存在工作期間的代謝產(chǎn)生和恢復(fù)期間的清除之間的平衡。該平穩(wěn)值為CF∞＝CF0(1-κ)TF/[(1-κ)TF+κTR] (19)引入以下表示ΔCF＝CF0-CF∞(20)以及ε＝ΔCF/CF0(21)隨后，可將方程(19)重組為κ＝1/[1+(TR/TF)(ΔCF/CF∞)] (22)利用以下表示Q＝TR/TF(23)得出Q＝[(1-κ)/κ]ΔCF/CF∞(24)其為可實(shí)驗(yàn)測(cè)定的量。
力和壓力可以在不具有來自其它肌肉的協(xié)同效應(yīng)的情況下，對(duì)于在關(guān)節(jié)上工作的骨骼肌確定橫膈膜肌力F。對(duì)于橫膈膜肌肉，不能直接測(cè)定該力，而是作為比例量度得到跨膈壓力Pdi?？墒褂孟旅娴年P(guān)系式F＝μE(25)其中，μ為比例常數(shù)，E為橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的信號(hào)強(qiáng)度，其優(yōu)選地基于對(duì)由于疲勞引起的代謝改變相當(dāng)不敏感的第一譜矩。與壓力的關(guān)系是成比例的但是非線性的。通過引入與容積(V)相關(guān)的因子G(V)來考慮此事實(shí)，即Pdi＝FG(V)(26)由此，μG(V)＝Pdi/E (27)其也是可實(shí)驗(yàn)測(cè)定的量。
肌電信號(hào)強(qiáng)度和譜改變重組方程(18a)并插入方程(23)和(25)，得到
αE-β-Q＝0 (28)其中α＝μTR/η (29)并且β＝FCTR/η (30)可以觀察到，通過參數(shù)μ，α依賴于電極相對(duì)于肌肉的幾何排列(geometry)和布置，同時(shí)，對(duì)于相似的肌肉，其它參數(shù)相當(dāng)恒定。
在任意容積的疲勞條件下的實(shí)驗(yàn)(通過中心頻率改變)給出E和Q的對(duì)應(yīng)值。數(shù)據(jù)擬合過程(非回歸)向α和β賦予數(shù)值。在α和β已知的情況下，可相對(duì)于其疲勞閾值而得到橫膈膜肌力F的估計(jì)值，即F/FC＝Eα/β (31)只要F/FC小于1，便不會(huì)出現(xiàn)病人肌肉的等長(zhǎng)收縮疲勞(isometricfatigue)。這意味著信號(hào)強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)?shù)陀谂R界值E＜EISOM＝β/α (32)對(duì)于周期性肌肉工作，可以耐受更高的力和信號(hào)水平。
作為代謝物的可耐受濃度的指示物的譜改變?cè)诜匠?21)中定義的橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的相對(duì)譜改變(relative spectralchange)ε是在周期性疲勞收縮期間肌肉中的代謝物的剩余濃度的間接測(cè)定?？雌饋恚坏┰摿Ω哂贔C，肌肉便會(huì)非常迅速地進(jìn)入?yún)捬?anaerobic)代謝狀態(tài)，并且，實(shí)際上，這一水平以上的所有收縮引起中心頻率CFdi的改變。因此，有可能可以耐受ε的某個(gè)小值，只要它在某個(gè)臨界水平(我們將其表示為εC)之下即可。通過將此臨界值引入方程(22)并且同時(shí)使用方程(18a)和(23)，可以發(fā)現(xiàn)不出現(xiàn)長(zhǎng)期疲勞的條件為κ＜1/{1+[(1-εC)/εC]TR(F-FC)/η} (33)可重組此表達(dá)式，以給出力的條件F＜FC+[(1-κ)/κ[εC/(1-εC)]η/TR(34)或者，連同方程(30)一起，F(xiàn)＜FC{1+[(1-κ/κ][εC/(1-εC)]/β} (35)由于不能簡(jiǎn)單地測(cè)定橫膈膜收縮中的力，所以將方程(33)至(35)表示為信號(hào)強(qiáng)度E和跨膈壓力Pdi的函數(shù)。對(duì)于橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的信號(hào)強(qiáng)度E，方程(25)和(26)的使用給出
κ＜1/{1+[(1-εC)/εC](αE-β)} (36)以及E＜{β+[(1-κ)/κ][εC/(1-εC)]}/α (37)并且，對(duì)于跨膈壓力Pdiκ＜1/{1+[(1-εC)/εC](αPdi-β)} (38)以及Pdi＜μG(V){β+[(1-κ)/κ][εC/(1-εC)]} (39)用于確定對(duì)依賴呼吸機(jī)的病人的最佳換氣輔助水平的方法和設(shè)備的非約束性說明性實(shí)施例現(xiàn)在，將描述用于確定對(duì)依賴呼吸機(jī)的病人的最佳換氣輔助水平的方法和設(shè)備的非約束性說明性實(shí)施例。
圖5的第一實(shí)施例操作501通過檢測(cè)器502監(jiān)視橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的信號(hào)強(qiáng)度。如圖1所示，例如，檢測(cè)器502可包括計(jì)算機(jī)4，以便通過安裝在食道插管6上的電極的線性陣列5來測(cè)定病人的橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的信號(hào)強(qiáng)度，其中，通過病人的鼻孔(或病人的嘴)插入食道插管6，直到電極陣列5位于病人的橫膈膜7的胃食道結(jié)合部10中為止。
操作502計(jì)算器503利用來自疲勞測(cè)試的肌電數(shù)據(jù)(標(biāo)定(Calibration))、使用方程(28)來計(jì)算系數(shù)α和βαE-β-Q＝0(28)可以通過減小輔助的水平或執(zhí)行短氣道閉塞、同時(shí)在幾次吸氣嘗試期間測(cè)定肌電活動(dòng)，來執(zhí)行疲勞測(cè)試。為縮短和易于疲勞測(cè)試，可以鼓勵(lì)研究對(duì)象主動(dòng)增大他的努力。常規(guī)地(routinely)執(zhí)行這樣的測(cè)試，以確定最大吸氣氣道壓力。
操作504如上文中所述，計(jì)算器503計(jì)算工作周期κ。
操作505根據(jù)在0.2的工作周期以下即使在最大肌力下也不會(huì)出現(xiàn)疲勞、以及臨界力水平FC約為最大力的0.2倍的一般實(shí)驗(yàn)事實(shí)，計(jì)算器503計(jì)算橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的相對(duì)譜改變的臨界水平εC的估計(jì)值。隨后，方程(33)給出εC≈β/(β+8/9)，或者由于εC和β兩者均為小量，所以εC≈β (40)操作506計(jì)算器503使用以下關(guān)系式來計(jì)算橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的臨界信號(hào)強(qiáng)度，其中在該臨界信號(hào)強(qiáng)度以上，出現(xiàn)等長(zhǎng)收縮肌肉疲勞E＜EISOM＝β/α (32)操作507如果使用肌電監(jiān)視(給出信號(hào)強(qiáng)度和工作周期)，那么計(jì)算器503使用方程(37)來計(jì)算橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的臨界信號(hào)強(qiáng)度，其中，在該臨界信號(hào)強(qiáng)度以上，出現(xiàn)長(zhǎng)期肌肉疲勞E＜{β+[(1-κ)/κ][εC/(1-εC)]}/α (37)操作508控制器509將換氣輔助(例如，換氣輔助的增益(gain))控制在某個(gè)水平上，使得橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的信號(hào)強(qiáng)度不超過在關(guān)系式(37)中描述的信號(hào)強(qiáng)度(更高的支持意味著不必要的肌肉失活)，以防止出現(xiàn)長(zhǎng)期肌肉疲勞E＜{β+[(1-κ)/κ][εC/(1-εC)]}/α (37)然而，橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的信號(hào)強(qiáng)度不應(yīng)超過在方程(32)中描述的信號(hào)強(qiáng)度(這一水平指示在等長(zhǎng)收縮期間的肌肉疲勞的水平)，以防止出現(xiàn)等長(zhǎng)收縮肌肉疲勞E＜EISOM＝β/α (32)圖6的第二實(shí)施例操作601通過檢測(cè)器602監(jiān)視橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的信號(hào)強(qiáng)度。如圖1所示，例如，檢測(cè)器602可包括計(jì)算機(jī)4，以便通過安裝在食道插管6上的電極的線性陣列5來測(cè)定病人橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的信號(hào)強(qiáng)度，其中，通過病人的鼻孔(或病人的嘴)插入食道插管6，直到電極陣列5位于病人的橫膈膜7的胃食道結(jié)合部10中為止。
操作603檢測(cè)器604監(jiān)視病人的跨膈壓力Pdi。如圖1所示，例如，檢測(cè)器604可包括計(jì)算機(jī)4，以便通過經(jīng)由在插管6上、在電極陣列5的相對(duì)側(cè)安裝的各個(gè)胃8和食道9氣囊檢測(cè)食道Pes和胃Pga壓力，并且通過處理檢測(cè)到的食道Pes和胃Pga壓力以得到病人的跨膈壓力Pdi，來連續(xù)地測(cè)定跨膈壓力Pdi。
操作605計(jì)算器606利用來自疲勞測(cè)試的肌電數(shù)據(jù)(標(biāo)定)，使用方程(28)來計(jì)算系數(shù)α和βαE-β-Q＝0 (28)可以通過減小輔助的水平或執(zhí)行短氣道閉塞、同時(shí)在幾個(gè)吸氣嘗試期間測(cè)定肌電活動(dòng)來執(zhí)行疲勞測(cè)試。為了縮短和易于疲勞測(cè)試，可以鼓勵(lì)研究對(duì)象主動(dòng)增大他的努力。常規(guī)地執(zhí)行這樣的測(cè)試，以確定最大吸氣氣道壓力。
操作607如上文中所述，計(jì)算器606計(jì)算工作周期κ。
操作608根據(jù)在0.2的工作周期以下即使在最大肌力下也不會(huì)出現(xiàn)疲勞、以及臨界力水平FC約為最大力的0.2倍的一般實(shí)驗(yàn)事實(shí)，計(jì)算器606計(jì)算橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的相對(duì)譜改變的臨界水平εC的估計(jì)值。隨后，方程(33)給出εC≈β/(β+8/9)，或者由于εC和β兩者均為小量，所以εC≈β (40)操作609計(jì)算器606使用以下關(guān)系式來計(jì)算橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的臨界信號(hào)強(qiáng)度，其中，在該臨界信號(hào)強(qiáng)度以上，出現(xiàn)等長(zhǎng)收縮肌肉疲勞E＜EISOM＝β/α (32)操作610計(jì)算器606使用關(guān)系式(39)來計(jì)算跨膈壓力Pdi的臨界水平Pdi＜μG(V){β+[(1-κ)/κ][εC/(1-εC)]} (39)操作610需要有關(guān)幾何G(V)依賴性的知識(shí)。如方程(27)所示，可以根據(jù)可實(shí)驗(yàn)測(cè)定的量Pdi/E的標(biāo)定來得到此因子G(V)μG(V)＝Pdi/E (27)可替換地，還可以在通過計(jì)算機(jī)和例如至少一個(gè)流量計(jì)(參見圖1的計(jì)算機(jī)4和呼吸速度描記器3)來測(cè)定容積差的同時(shí)，通過在兩個(gè)肺容積(例如，吸氣末和呼氣末肺容積)下執(zhí)行單次或多次呼吸氣道閉塞，來估計(jì)吸氣壓力的幾何依賴性G(V)。
操作611例如，控制器612將換氣輔助、例如換氣輔助的增益控制在某個(gè)水平上，使得-所監(jiān)視的橫膈膜的電活動(dòng)EAdi的信號(hào)強(qiáng)度不超過在關(guān)系式(32)中描述的信號(hào)強(qiáng)度(這一水平指示在等長(zhǎng)收縮期間的肌肉疲勞的水平)，以防止出現(xiàn)等長(zhǎng)收縮肌肉疲勞E＜EISOM＝β/α(32)-所監(jiān)視的病人的跨膈壓力Pdi不超過在關(guān)系式(39)中描述的跨膈壓力，以防止出現(xiàn)長(zhǎng)期肌肉疲勞Pdi＜μG(V){β+[(1-κ)/κ][εC/(1-εC)]} (39)盡管已經(jīng)通過參照本發(fā)明的非約束性說明性實(shí)施例而在上文中描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)記住可以在不背離本發(fā)明的精神和本質(zhì)的情況下，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)任意修改這些實(shí)施例。特別但不唯一的是-本發(fā)明不僅適合CFdi和RMS，還可能適合其它類型的量度；-可通過測(cè)定除了橫膈膜以外的呼吸相關(guān)的肌肉的電活動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明；以及-本發(fā)明涉及包括負(fù)壓換氣的任何機(jī)械換氣方法。
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權(quán)利要求
1.一種用于確定對(duì)依賴呼吸機(jī)的病人的換氣輔助水平的方法，包括計(jì)算呼吸相關(guān)特征的臨界閾值，其中，當(dāng)呼吸相關(guān)特征達(dá)到該臨界閾值時(shí)，出現(xiàn)依賴呼吸機(jī)的病人的呼吸肌的疲勞；以及相對(duì)于呼吸相關(guān)特征的臨界閾值控制對(duì)依賴呼吸機(jī)的病人的換氣輔助水平，以便防止病人的呼吸肌的疲勞。
2.如權(quán)利要求1所述的用于確定換氣輔助水平的方法，其中計(jì)算呼吸相關(guān)特征的臨界閾值包括計(jì)算病人的呼吸肌的電活動(dòng)的臨界信號(hào)強(qiáng)度，其中在該臨界信號(hào)強(qiáng)度以上出現(xiàn)肌肉疲勞；以及控制換氣輔助水平包括防止病人的呼吸肌的電活動(dòng)的信號(hào)強(qiáng)度超過該臨界信號(hào)強(qiáng)度，以防止呼吸肌的疲勞。
3.如權(quán)利要求2所述的用于確定換氣輔助水平的方法，其中，計(jì)算病人的呼吸肌的電活動(dòng)的臨界信號(hào)強(qiáng)度包括計(jì)算病人的呼吸肌的電活動(dòng)的相對(duì)譜改變的臨界值，其中在該臨界值以上出現(xiàn)呼吸肌的長(zhǎng)期疲勞；以及使用該相對(duì)譜改變的臨界值來計(jì)算病人的呼吸肌的電活動(dòng)的臨界信號(hào)強(qiáng)度。
4.如權(quán)利要求2所述的用于確定換氣輔助水平的方法，其中，計(jì)算病人的呼吸肌的電活動(dòng)的臨界信號(hào)強(qiáng)度包括確定臨界呼吸肌力水平，其中在該臨界呼吸肌力水平以上開始出現(xiàn)肌肉疲勞；以及響應(yīng)于該臨界呼吸肌力水平，計(jì)算病人的呼吸肌的電活動(dòng)的臨界信號(hào)強(qiáng)度，其中在該臨界信號(hào)強(qiáng)度以下不出現(xiàn)呼吸肌的等長(zhǎng)收縮疲勞。
5.如權(quán)利要求1所述的用于確定換氣輔助水平的方法，其中計(jì)算呼吸相關(guān)特征的臨界閾值包括計(jì)算依賴呼吸機(jī)的病人的跨膈壓力的臨界水平，其中在該臨界水平以上出現(xiàn)肌肉疲勞；以及控制換氣輔助水平包括防止病人的跨膈壓力超過該跨膈壓力的臨界水平，以防止呼吸肌的疲勞。
6.如權(quán)利要求5所述的用于確定換氣輔助水平的方法，其中，計(jì)算跨膈壓力的臨界水平包括計(jì)算病人的呼吸肌的電活動(dòng)的相對(duì)譜改變的臨界值，其中在該臨界值以上出現(xiàn)呼吸肌的長(zhǎng)期疲勞；計(jì)算呼吸工作周期；以及使用該相對(duì)譜改變的臨界值和呼吸工作周期來計(jì)算跨膈壓力的臨界水平。
7.如權(quán)利要求1所述的用于確定換氣輔助水平的方法，其中，計(jì)算呼吸相關(guān)特征的臨界閾值包括計(jì)算病人的呼吸肌的電活動(dòng)的第一臨界信號(hào)強(qiáng)度，其中在該第一臨界信號(hào)強(qiáng)度以上出現(xiàn)肌肉疲勞；以及確定臨界肌力水平，其中在該臨界肌力水平以上出現(xiàn)肌肉疲勞，并且，響應(yīng)于該臨界肌力水平，計(jì)算呼吸肌的電活動(dòng)的第二臨界信號(hào)強(qiáng)度，其中在該第二臨界信號(hào)強(qiáng)度以下不出現(xiàn)呼吸肌的等長(zhǎng)收縮疲勞；以及其中，控制換氣輔助水平包括防止呼吸肌的電活動(dòng)的信號(hào)強(qiáng)度超過第一或第二臨界信號(hào)強(qiáng)度，以防止呼吸肌的疲勞。
8.如權(quán)利要求1所述的用于確定換氣輔助水平的方法，其中，計(jì)算呼吸相關(guān)特征的臨界閾值包括計(jì)算跨膈壓力的臨界水平，其中在該臨界水平以上出現(xiàn)肌肉疲勞；以及計(jì)算病人的呼吸肌的電活動(dòng)的臨界信號(hào)強(qiáng)度，其中在該臨界信號(hào)強(qiáng)度以上出現(xiàn)肌肉疲勞；以及其中，控制換氣輔助水平包括防止跨膈壓力超過跨膈壓力的臨界水平，以防止病人的呼吸肌的疲勞；以及防止病人的呼吸肌的電活動(dòng)的信號(hào)強(qiáng)度超過臨界信號(hào)強(qiáng)度，以防止病人的呼吸肌的疲勞。
9.如權(quán)利要求1所述的用于確定換氣輔助水平的方法，其中，病人的呼吸肌包括病人的橫膈膜。
10.一種用于確定對(duì)依賴呼吸機(jī)的病人的換氣輔助水平的設(shè)備，包括計(jì)算器，計(jì)算呼吸相關(guān)特征的臨界閾值，其中，當(dāng)呼吸相關(guān)特征達(dá)到該臨界閾值時(shí)，出現(xiàn)依賴呼吸機(jī)的病人的呼吸肌的疲勞；以及控制器，相對(duì)于呼吸相關(guān)特征的臨界閾值而控制對(duì)依賴呼吸機(jī)的病人的換氣輔助水平，以便防止病人的呼吸肌的疲勞。
11.如權(quán)利要求10所述的用于確定換氣輔助水平的設(shè)備，其中計(jì)算器計(jì)算病人的呼吸肌的電活動(dòng)的臨界信號(hào)強(qiáng)度，其中在該臨界信號(hào)強(qiáng)度以上出現(xiàn)肌肉疲勞；該設(shè)備包括呼吸肌的電活動(dòng)的信號(hào)強(qiáng)度的檢測(cè)器；以及控制器防止病人的呼吸肌的電活動(dòng)的信號(hào)強(qiáng)度超過所述臨界信號(hào)強(qiáng)度，以防止病人的呼吸肌的疲勞。
12.如權(quán)利要求11所述的用于確定換氣輔助水平的設(shè)備，其中，計(jì)算器計(jì)算病人的呼吸肌的電活動(dòng)的相對(duì)譜改變的臨界值，其中在該臨界值以上出現(xiàn)呼吸肌的長(zhǎng)期疲勞；并且使用該相對(duì)譜改變的臨界值來計(jì)算病人的呼吸肌的電活動(dòng)的臨界信號(hào)強(qiáng)度。
13.如權(quán)利要求11所述的用于確定換氣輔助水平的設(shè)備，其中，計(jì)算器確定臨界呼吸肌力水平，其中在該臨界呼吸肌力水平以上開始出現(xiàn)肌肉疲勞；并且響應(yīng)于該臨界呼吸肌力水平，計(jì)算病人的呼吸肌的電活動(dòng)的臨界信號(hào)強(qiáng)度，其中在該臨界信號(hào)強(qiáng)度以下不出現(xiàn)呼吸肌的等長(zhǎng)收縮疲勞。
14.如權(quán)利要求10所述的用于確定換氣輔助水平的設(shè)備，其中計(jì)算器計(jì)算依賴呼吸機(jī)的病人的跨膈壓力的臨界水平，其中在該臨界水平以上出現(xiàn)肌肉疲勞；該設(shè)備包括病人的跨膈壓力的檢測(cè)器；以及控制器防止病人的跨膈壓力超過該跨膈壓力的臨界水平，以防止病人的呼吸肌的疲勞。
15.如權(quán)利要求14所述的用于確定換氣輔助水平的設(shè)備，其中，計(jì)算器計(jì)算病人的呼吸肌的電活動(dòng)的相對(duì)譜改變的臨界值，其中在該臨界值以上出現(xiàn)病人的呼吸肌的長(zhǎng)期疲勞；計(jì)算呼吸工作周期；以及使用該相對(duì)譜改變的臨界值和呼吸工作周期來計(jì)算病人的跨膈壓力的臨界水平。
16.如權(quán)利要求10所述的用于確定換氣輔助水平的設(shè)備，其中計(jì)算器(a)計(jì)算病人的呼吸肌的電活動(dòng)的第一臨界信號(hào)強(qiáng)度，其中在該第一臨界信號(hào)強(qiáng)度以上出現(xiàn)肌肉疲勞，以及(b)確定臨界肌力水平，其中在該臨界肌力水平以上開始出現(xiàn)肌肉疲勞，并且響應(yīng)于該臨界肌力水平，計(jì)算病人的呼吸肌的電活動(dòng)的第二臨界信號(hào)強(qiáng)度，其中在該第二臨界信號(hào)強(qiáng)度以下不出現(xiàn)呼吸肌的等長(zhǎng)收縮疲勞；該設(shè)備包括病人的呼吸肌的電活動(dòng)的信號(hào)強(qiáng)度的檢測(cè)器；以及控制器防止病人的呼吸肌的電活動(dòng)的信號(hào)強(qiáng)度超過第一或第二臨界信號(hào)強(qiáng)度，以防止病人的呼吸肌的疲勞。
17.如權(quán)利要求10所述的用于確定換氣輔助水平的設(shè)備，其中計(jì)算器(a)計(jì)算跨膈壓力的臨界水平，其中在該臨界水平以上出現(xiàn)肌肉疲勞，以及(b)計(jì)算病人的呼吸肌的電活動(dòng)的臨界信號(hào)強(qiáng)度，其中在該臨界信號(hào)強(qiáng)度以上出現(xiàn)肌肉疲勞；該設(shè)備包括病人的跨膈壓力的檢測(cè)器、以及病人的呼吸肌的電活動(dòng)的信號(hào)強(qiáng)度的檢測(cè)器；以及控制器(a)防止跨膈壓力超過所述跨膈壓力的臨界水平，以防止呼吸肌的疲勞，并且防止病人的呼吸肌的電活動(dòng)的信號(hào)強(qiáng)度超過臨界信號(hào)強(qiáng)度，以防止病人的呼吸肌的疲勞。
18.如權(quán)利要求10所述的用于確定換氣輔助水平的設(shè)備，其中，病人的呼吸肌包括病人的橫膈膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定對(duì)依賴呼吸機(jī)的病人的換氣輔助水平的方法和設(shè)備，其中，計(jì)算呼吸相關(guān)特征的臨界閾值。當(dāng)呼吸相關(guān)特征達(dá)到該臨界閾值時(shí)，出現(xiàn)依賴呼吸機(jī)的病人的呼吸肌的疲勞。相對(duì)于該呼吸相關(guān)特征的臨界閾值控制對(duì)依賴呼吸機(jī)的病人的換氣輔助水平，以便防止病人的呼吸肌的疲勞。
文檔編號(hào)A61B5/08GK1960671SQ200580011675
公開日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2005年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月18日
發(fā)明者克里斯特·辛德比, 珍妮弗·貝克, 杰德蘭卡·斯佩賈, 拉爾斯·林斯特龍 申請(qǐng)人:馬奎特緊急護(hù)理公司