機械通氣對肺循環(huán)影響的研究進(jìn)展

葉　寧(綜述)，鐘　榮(審校)

(桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科,廣西 桂林 541001)

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機械通氣對肺循環(huán)影響的研究進(jìn)展

葉寧※(綜述)，鐘榮(審校)

(桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科,廣西 桂林 541001)

危重患者因各種原因多須行呼吸機支持治療，機械通氣改變了胸腔壓力和肺容積，同時也使心肺血管系統(tǒng)產(chǎn)生變化，特別是對肺循環(huán)產(chǎn)生直接的影響。近年來的研究逐步重視患者心肺功能的個體差異性，而機械通氣模式和參數(shù)的變化對患者心肺功能甚至全身疾病狀態(tài)均有重要的影響，肺循環(huán)作為心肺相互作用的中心場所，是機械通氣治療過程中關(guān)注的重點[1]?，F(xiàn)就機械通氣對患者肺循環(huán)功能的影響予以綜述，以引起對危重患者呼吸支持治療的關(guān)注。

1呼吸運動方式改變對肺循環(huán)及心功能的影響

肺循環(huán)包括肺泡內(nèi)血管和肺泡外血管，具有低壓低阻、流速慢、流量大的特點，其主要功能是完成氣體交換。肺是體內(nèi)唯一接受全部心排血量的臟器，肺循環(huán)的變化對心臟的前后負(fù)荷可產(chǎn)生直接的影響。

機械通氣時，呼吸動力由負(fù)壓轉(zhuǎn)化為正壓，隨著跨肺壓的增加，肺泡內(nèi)血管阻力也逐步升高，使右心后負(fù)荷增加，同時肺的膨脹產(chǎn)生的牽張效應(yīng)使肺泡外血管擴張的阻力下降，其綜合效應(yīng)是隨著肺容積的增大，肺循環(huán)阻力逐漸上升，右心室后負(fù)荷增大，右心室排血量減少。同時由于胸腔壓力上升，使體循環(huán)平均充盈壓與右心房壓之差減少，導(dǎo)致靜脈回流減少，使右心前負(fù)荷降低。對于肺源性心臟病(肺心病)等右心功能不全患者，常同時伴有肺血管床減少和肺動脈高壓，呼氣末正壓通氣(positive end-expiratory pressure，PEEP)可使右心室前、后負(fù)荷均增加。機械通氣治療時通過改善低氧性肺血管收縮而擴張肺血管，其作用大于正壓通氣對肺血管的壓迫作用，并且通過外源性PEEP對抗內(nèi)源性PEEP，可減少肺臟過度充氣，減少胸內(nèi)壓震蕩幅度，從而減輕右心后負(fù)荷，改善右心室射血[2]。

對于左心而言，吸氣相時肺泡壓的升高超過胸膜腔壓的升高,因此肺毛細(xì)血管血液被擠出流向左心，使吸氣時左心室前負(fù)荷增加，后負(fù)荷下降，射血增加，在呼氣時肺循環(huán)的彈性擴張使左心排血量減少。左心衰竭患者常有胸腔內(nèi)血容量增加，導(dǎo)致肺毛細(xì)血管壓力增高而出現(xiàn)肺水腫，機械通氣可通過限制靜脈回流和降低左心室后負(fù)荷改善心排出量[3]，PEEP的設(shè)置有助于打開因肺水腫而萎陷的肺泡從而改善氧合，并使肺泡外毛細(xì)血管靜水壓相對性下降，從而減少肺水腫的生成[4]。

2平臺壓和PEEP對肺循環(huán)的影響

2.1平臺壓對肺循環(huán)的影響機械通氣對肺循環(huán)的影響主要累及右心功能，正壓通氣時肺循環(huán)阻力上升，增加了右心室后負(fù)荷，使右心室排血量減少，同時胸腔壓力的上升也使靜脈血回流的阻力增大，導(dǎo)致靜脈血壓力及容量均增高。以上因素可導(dǎo)致右心室壁張力增加，誘發(fā)急性肺心病，若右心室壁張力過高，還會阻礙冠狀動脈灌注，從而引發(fā)右心室壁缺血、梗死。

呼吸道平臺壓的改變與右心室壁張力密切相關(guān)，Jardin等[5]研究顯示，呼吸道平臺壓高于26 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa)時患者右心功能不全的發(fā)生率明顯增高。Vieillard-Baron[6]則報道，急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)患者機械通氣僅根據(jù)二氧化碳分壓調(diào)整潮氣量而未限制平臺壓時，易加重右心室后負(fù)荷而導(dǎo)致右心衰竭。機械通氣時呼吸道平臺壓常取決于潮氣量及PEEP的大小，且易受患者肺順應(yīng)性的影響。近年的研究多推薦維持呼吸道平臺壓<30 cmH2O[7]。對于臨床上存在右心功能不全的ARDS患者，除了降低潮氣量及調(diào)整PEEP等措施外，需適當(dāng)鎮(zhèn)靜及肌松治療以改善肺順應(yīng)性，盡量維持平臺壓低于26 cmH2O。

2.2PEEP對肺循環(huán)的影響相對于平臺壓對右心功能的影響，PEEP則更多影響左心輸出量。機械通氣時PEEP的適當(dāng)應(yīng)用能減輕胸內(nèi)壓的負(fù)向擺動，使肺血管跨壁壓降低，左心室后負(fù)荷下降，從而改善左心排血量。

PEEP的目的是維持肺泡的開放并打開因肺水腫而萎陷的肺泡從而改善氧合，對于不同病因形成的肺水腫而言，其肺泡內(nèi)血管和肺泡外血管受累情況不同。ARDS患者主要病變?yōu)榉闻菝?xì)血管通透性增高，而心源性肺水腫患者是肺泡外毛細(xì)血管濾過壓增高導(dǎo)致的間質(zhì)水腫，隨著靜水壓的進(jìn)一步升高，水分可進(jìn)入肺泡形成肺泡水腫。肺泡毛細(xì)血管壓力受肺泡內(nèi)壓影響較大，適當(dāng)?shù)腜EEP可保障肺泡氣體交換的順利進(jìn)行，而肺間質(zhì)的肺泡外毛細(xì)血管其周圍壓力受胸腔壓影響較大，PEEP的作用主要是改變肺泡內(nèi)壓力而影響肺泡毛細(xì)血管張力，只有高PEEP時才對胸腔壓產(chǎn)生直接影響[8]。對于液體管理較為嚴(yán)格的ARDS患者，較高的PEEP容易出現(xiàn)心功能不全，連續(xù)血流動力學(xué)監(jiān)測結(jié)果表明，高PEEP可導(dǎo)致血流動力學(xué)損害[9]，PEEP設(shè)定有明顯的個體化傾向，過大或過小均會對血流動力學(xué)及肺參數(shù)帶來不利影響，一般PEEP在5～15 cmH2O時對正常心功能狀態(tài)下的血流動力學(xué)無明顯影響，對合并心功能低下患者而言，PEEP一般設(shè)定在5～7 cmH2O為宜，且對危重患者應(yīng)明顯個體化。

3機械通氣所致肺損傷對肺循環(huán)的影響

機械通氣時肺泡的過度擴張或反復(fù)開放產(chǎn)生的剪切力以及局部肺組織的塌陷均能產(chǎn)生明顯的炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致急性肺損傷。呼吸機相關(guān)肺損傷(ventilator induced lung injury,VILI)主要的病理生理改變是肺毛細(xì)血管通透性增高性肺水腫，而肺血管內(nèi)皮細(xì)胞是各種肺損傷因素攻擊的靶細(xì)胞[10]。

3.1機械通氣對肺泡毛細(xì)血管的直接損害肺保護(hù)性小潮氣量及PEEP的設(shè)置對VILI的防治有積極作用，但肺部炎癥、局部性肺不張，吸痰時咳嗽引起的呼吸道高峰壓以及PEEP不足時局部肺泡的反復(fù)開閉等依然存在。肺部病變的不均質(zhì)性導(dǎo)致局部肺組織的通氣過度，同時部分肺組織開放不足。通氣容量設(shè)置過大時，可使終末小氣道及肺泡呈周期性開放和關(guān)閉，在擴張肺泡與實變肺泡之間形成剪切力，從而導(dǎo)致肺機械性損傷，同時肺泡毛細(xì)血管膜也因過度擴張而致通透性增高，導(dǎo)致滲入到肺泡腔中的血漿蛋白、紅細(xì)胞碎片以及中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞活化并釋放磷脂酶等產(chǎn)物，從而破壞肺的彈性并導(dǎo)致肺間質(zhì)負(fù)壓增大，使毛細(xì)血管跨壁壓急驟升高，破壞氣血屏障，出現(xiàn)肺泡毛細(xì)血管應(yīng)力衰竭[11]。

機械通氣導(dǎo)致的胸腔內(nèi)壓改變可引起肺內(nèi)血管舒縮變化，特別是對ARDS患者進(jìn)行高PEEP應(yīng)用時，肺動脈壓可能持續(xù)保持較高水平。Bull等[12]報道認(rèn)為，ARDS患者肺動脈收縮壓升高與預(yù)后不良相關(guān)，其在對475例ARDS患者的肺內(nèi)壓力梯度和肺血管阻力指數(shù)進(jìn)行分析比較后指出，治療中存在持續(xù)性肺內(nèi)壓力梯度增高的患者病死率較高，肺血管阻力指數(shù)可作為ARDS患者預(yù)后差的獨立預(yù)測指標(biāo)。

3.2機械通氣生物傷對肺毛細(xì)血管的繼發(fā)損害機械通氣時機械力量(如牽拉、剪切力等)被細(xì)胞感知，通過細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)使細(xì)胞激活并大量釋放細(xì)胞因子(如腫瘤壞死因子、白細(xì)胞介素6和白細(xì)胞介素8等)，誘發(fā)炎癥級聯(lián)放大反應(yīng)[13]，此種損傷稱為生物傷。在引發(fā)肺部炎癥反應(yīng)的同時，也對肺血管產(chǎn)生炎癥性損害，其中中性粒細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞和肺泡上皮細(xì)胞發(fā)揮了重要作用。這些炎性因子和細(xì)胞因子可直接或間接破壞肺泡上皮和血管內(nèi)皮細(xì)胞，使肺毛細(xì)血管內(nèi)粒細(xì)胞增多并黏附于內(nèi)皮細(xì)胞膜，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞受損。

既往研究認(rèn)為[14]，細(xì)胞可能是通過張力敏感性陽離子通道的激活、細(xì)胞外基質(zhì)-整合素-細(xì)胞支架途徑、細(xì)胞膜的破壞感知機械性刺激信號，其中絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK)通路的活化是VILI發(fā)生的最重要的細(xì)胞內(nèi)受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制。Church等[15]研究報道，p38MAPK參與調(diào)節(jié)肺血管內(nèi)皮細(xì)胞中炎性因子白細(xì)胞介素6的產(chǎn)生，應(yīng)用p38MAPK抑制劑可延緩內(nèi)皮細(xì)胞的炎癥進(jìn)程。炎癥使肺血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性增高，并發(fā)生病理學(xué)纖維化改變。Wu等[16]報道，Rho、p38MAPK和核因子κB信號系統(tǒng)存在相互影響，應(yīng)用Rho激酶抑制劑也可改善p38MAPK通路的致炎作用，可能對肺血管內(nèi)皮損傷的治療有益。

4機械通氣時神經(jīng)-體液變化對肺循環(huán)的影響

肺血管受交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)支配，外徑<30 μm的肺動脈并無神經(jīng)分布，因此肺血管收縮反應(yīng)發(fā)生的主要部位是肺毛細(xì)血管前的肺小動脈。危重患者多存在感染及交感神經(jīng)興奮，對肺血管的直接作用是引起收縮和血流阻力增大，但交感興奮時對體循環(huán)血管收縮和心肌收縮力的增強作用更明顯，體循環(huán)血液的增多也使肺循環(huán)內(nèi)血容量增加。機械通氣時，肺擴張主要通過迷走神經(jīng)反射引起肺血管舒張，其舒張程度與肺血管平滑肌張力水平有關(guān)，其膽堿能作用可同時改善肺微血管內(nèi)皮損傷[17]。

肺血管內(nèi)皮細(xì)胞具有分泌與合成功能，可合成及釋放多種血管活性物質(zhì)，如去甲腎上腺素、5-羥色胺及前列腺素D、E、F系列等，同時還能主動合成一些生物活性物質(zhì)，如血管收縮肽、白細(xì)胞介素、內(nèi)皮細(xì)胞松弛因子、血小板生長因子以及內(nèi)皮素等[18]。機械通氣產(chǎn)生的氣流剪切損傷、生物傷等均可通過炎癥反應(yīng)導(dǎo)致肺血管內(nèi)皮功能和結(jié)構(gòu)的改變，表現(xiàn)在一氧化氮、前列環(huán)素I2等擴血管物質(zhì)合成降低，同時伴有內(nèi)皮素、血栓素A2等縮血管分子合成增加，使肺血管持續(xù)收縮，導(dǎo)致肺動脈高壓和肺血管通透性的變化，從而加重肺水腫及心臟負(fù)擔(dān)[19]。

近年來研究認(rèn)為，肺血管內(nèi)皮細(xì)胞的收縮主要是由小分子鳥苷酸蛋白A(Ras homolog gene family member A，RhoA)和肌球蛋白輕鏈激酶所調(diào)控[10]。肺血管內(nèi)皮細(xì)胞上的G蛋白偶聯(lián)受體與細(xì)胞因子、血管活性物質(zhì)等配體相結(jié)合后產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)信號，激活RhoA可促使肌動蛋白絲聚合形成直徑更粗的張力纖維，激活的肌球蛋白與肌動蛋白張力纖維結(jié)合驅(qū)動細(xì)胞骨架收縮。Birukova等[20]研究認(rèn)為，病理性機械通氣對膿毒癥患者是一種二次打擊，其通過刺激肺血管內(nèi)皮白細(xì)胞介素6等細(xì)胞因子的分泌從而激活Rho信號通路，進(jìn)而影響內(nèi)皮細(xì)胞屏障功能。另外，肌球蛋白輕鏈激酶可催化肌球蛋白磷酸化而加速細(xì)胞骨架收縮這一過程。Rigor等[21]研究表明，肌球蛋白輕鏈激酶除了增加肺血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性外，還直接參與調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的相關(guān)炎癥反應(yīng)。

5結(jié)語

危重患者實施正壓機械通氣時，可通過胸內(nèi)壓的改變而改善肺水腫及氧合，但同時也對心功能及肺循環(huán)產(chǎn)生影響。機械通氣模式和參數(shù)的選擇以及正壓通氣時間的長短對于患者肺循環(huán)功能的影響極為重要，長時間的肺循環(huán)變化將對患者的心肺功能產(chǎn)生明顯的負(fù)面效果，甚至引起全身炎癥反應(yīng)的改變。臨床診療中，需根據(jù)危重患者心肺功能及病情變化實時評估并調(diào)整機械通氣參數(shù)，以降低正壓通氣對心肺循環(huán)產(chǎn)生的負(fù)面影響。

參考文獻(xiàn)

[1]李友,牟艷.機械通氣時心肺交互作用[J].中華實用診斷與治療雜志,2013,27(8):735-737.

[2]Cherpanath TG,Lagrand WK,Schultz MJ,etal.Cardiopulmonary interactions during mechanical ventilation in critically ill patients[J].Neth Heart J,2013,21(4):166-172.

[3]俞森洋.機械通氣中的幾大爭論和研究進(jìn)展[J].中國呼吸與危重監(jiān)護(hù)雜志,2010,9(4):341-343.

[4]徐海燕,彭勁民,胡小蕓，等.呼氣末正壓對血管外肺水及氧合的影響[J].中國急救醫(yī)學(xué),2010,30(11):965-969.

[5]Jardin F,Vieillard-Baron A.Is there a safe plateau pressure in ARDS? The right heart only knows[J].Intensive Care Med,2007,33(3):444-447.

[6]Vieillard-Baron A.Is right ventricular function the one that matters in ARDS patients? Definitely yes[J].Intensive Care Med,2009,35(1):4-6.

[7]王亞妹,陶于洪.急性呼吸窘迫綜合征機械通氣策略的新進(jìn)展[J].中國當(dāng)代兒科雜志,2013,15(6):496-500.

[8]Dasenbrook EC,Needham DM,Brower RG,etal.Higher PEEP in patients with acute lung injury:a systematic review and meta-analysis[J].Respir Care,2011,56(5):568-575.

[9]Wiesen J,Ornstein M,Tonelli AR,etal.State of the evidence:mechanical ventilation with PEEP in patients with cardiogenic shock[J].Heart,2013,99(24):1812-1817.

[10]李亞春，李穎川，周明.肺血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷與修復(fù)在急性肺損傷中的作用[J].中國臨床醫(yī)學(xué),2010,17(6):819-821.

[11]夏世文.呼吸機所致肺損傷的研究進(jìn)展[J].實用兒科臨床雜志,2010,25(2):89-91.

[12]Bull TM,Clark B,McFann K,etal.Pulmonary vascular dysfunction is associated with poor outcomes in patients with acute lung injury[J].Am J Respir Crit Care Med,2010,182(9):1123-1128.

[13]Slutsky AS,Ranieri VM.Ventilator-induced lung injury[J].N Engl J Med,2013,369(22):2126-2136.

[14]杜朝暉,李建國.膽堿能抗炎通路與呼吸機相關(guān)性肺損傷[M]//中華醫(yī)學(xué)會.重癥醫(yī)學(xué)(2011).北京：人民衛(wèi)生出版社,2011:198-201.

[15]Church AC,Wadsworth R,Bryson G,etal.S36 P38 MAPK:An Important Pathway in the Pathobiology of Pulmonary Hypertension and Pulmonary Vascular Remodelling[J].Thorax,2012,67(Suppl 2):A19-A20.

[16]Wu T,Xing J,Birukova AA.Cell-type-specific crosstalk between p38 MAPK and Rho signaling in lung micro-and macrovascular barrier dysfunction induced by Staphylococcus aureus-derived pathogens[J].Transl Res,2013,162(1):45-55.

[17]Chen C,Zhang Y,Du Z,etal.Vagal efferent fiber stimulation ameliorates pulmonary microvascular endothelial cell injury by downregulating inflammatory responses[J].Inflammation,2013,36(6):1567-1575.

[18]杜景霞,魏國會.肺血管內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能變化與急性肺損傷[J].河北醫(yī)藥,2012,34(23):3624-3626.

[19]Wu Y,O′Callaghan DS,Humbert M.An Update on medical therapy for pulmonary arterial hypertension[J].Curr Hypertens Rep,2013,15(6):614-622.

[20]Birukova AA,Tian Y,Meliton A,etal.Stimulation of Rho signaling by pathologic mechanical stretch is a ″second hit″ to Rho-independent lung injury induced by IL-6[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol,2012,302(9):965-975.

[21]Rigor RR,Shen Q,Pivetti CD,etal.Myosin light chain kinase signaling in endothelial barrier dysfunction[J].Med Res Rev,2013,33(5):911-933.

摘要：機械通氣對心肺功能患者的治療起重要作用，正壓通氣對于胸腔壓力的改變必然對肺循環(huán)產(chǎn)生影響，從而對氧合及血流動力學(xué)產(chǎn)生變化。肺循環(huán)作為心肺相互作用的中心場所，是機械通氣治療過程中關(guān)注的重點。正壓通氣時呼吸運動方式的改變、平臺壓和呼氣末正壓的變化以及對肺泡毛細(xì)血管的損傷和神經(jīng)-體液調(diào)節(jié)的影響均可導(dǎo)致肺循環(huán)的改變。臨床上需根據(jù)患者心肺功能及病情變化選擇呼吸模式及參數(shù)，以降低正壓通氣對心肺循環(huán)的負(fù)面影響。

關(guān)鍵詞：機械通氣；肺循環(huán)；肺血管內(nèi)皮細(xì)胞；呼吸機相關(guān)性肺損傷

Research Progress in Effect of Mechanical Ventilation on Pulmonary CirculationYENing，ZHONGRong.(DepartmentofICU，theAffiliatedHospitalofGuilinMedicalCollege，Guilin541001，China)

Abstract：Mechanical ventilation plays an important role in treating patients of cardiopulmonary function disorders，the change of chest pressure by positive pressure ventilation has inevitably influenced the pulmonary circulation，thus changed the oxygenation and hemodynamic.As the cardiopulmonary interaction center，pulmonary circulation was more focused in the process of mechanical ventilation therapy.All aspects of the comprehensive factors led to the change of the pulmonary circulation，including the change of respiratory movement patterns,the setting of platform and positive end-expiratory pressure,the injury to the pulmonary capillaries and impact of neurohumoral regulation.In the clinical treatment，the breathing pattern and parameters choice should be according to patients′ cardiopulmonary function and condition，so it can reduce the negative impacts of positive pressure ventilation on cardiovascular and pulmonary circulation.

Key words：Mechanical ventilation; Pulmonary circulation; Pulmonary vascular endothelial cells; Ventilator induced lung injury

收稿日期：2014-04-21修回日期：2014-08-20編輯：相丹峰

基金項目：廣西衛(wèi)生廳計劃課題(Z2014325)

中圖分類號：R563.8
doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.05.020

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)05-0823-03