ARDS肺保護通氣策略臨床應用及其新進展

王俊 張偉

上海長海醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學科200433

ARDS患者在接受機械通氣時由于其肺部病理生理學特點導致呼吸機相關性肺損傷 (ventilation-induced lung injury，VILI)的風險極大增加，包括肺萎陷傷、容積傷、氣壓傷、剪切力損傷等，也是造成ARDS高死亡率的一大因素，因此肺保護通氣策略被提出。傳統(tǒng)的肺保護通氣策略包括小潮氣量、高呼氣末正壓 (positive end expiratory pressure，PEEP)、俯臥位通氣、高頻振蕩通氣及體外膜肺氧合等。但隨著研究深入，肺保護通氣策略的內容不斷被更新及拓展，近年來提出的右心保護、呼吸力學監(jiān)測以及機械能的概念，更是對ARDS患者肺的保護通氣提出了更高的要求。

1 ARDS患者的病理生理學改變和傳統(tǒng)機械通氣相關的肺損傷

ARDS患者肺的病理生理表現為肺毛細血管通透性增加、微小肺動脈栓塞和肺水腫，導致通氣血流比值嚴重失調，進而出現頑固性低氧血癥；同時肺順應性下降，在接受正壓通氣時因肺泡不均一通氣導致跨肺壓增高而出現氣壓傷，在實變肺區(qū)出現肺泡缺氧、肺泡反復開閉而發(fā)生肺萎陷傷，過度通氣肺區(qū)出現肺泡過度膨脹而發(fā)生容積傷，在不張和過度膨脹區(qū)的肺組織則可能由于高應力和應變出現剪切傷。這些改變都增加了ARDS患者發(fā)生VILI的風險。所以，ARDS患者的機械通氣策略和普通呼吸衰竭患者不同，需要在保證氧合的同時，盡量減少VILI的發(fā)生。VILI是機械通氣常見的并發(fā)癥，在動物模型實驗中實施大潮氣量通氣時發(fā)現肺組織出現廣泛滲出、肺水腫、彌漫性肺泡損傷、細胞損傷壞死[1]，表明VILI的發(fā)生機制可能與非感染性炎癥因子導致的急性肺損傷 (acute lung injury，ALI)有關。在后續(xù)的研究中發(fā)現除大潮氣量外，PEEP水平、肺循環(huán)狀態(tài)、體位、藥物 (β受體激動劑等)等其他因素也可導致VILI。2004年一項回顧性研究還發(fā)現，在對ALI/ARDS患者行機械通氣初期，設置初始參數時往往忽略了患者性別因素，導致女性患者接受的通氣潮氣量過高而出現VILI，說明性別也是VILI發(fā)生的一個獨立危險因素[2]。

此外，PEEP作為機械通氣的重要參數，主要作用在于能打開并維持塌陷的肺泡，減少肺泡反復開閉造成的肺損傷并使通氣更加均一；另外，PEEP 還能改善肺間質水腫和肺泡水腫，從而增加氧合。PEEP 的負面效應一方面表現在設置水平過低時對打開ARDS可復張區(qū)域肺組織不起作用，過高時有增加VILI的風險；另一方面PEEP的存在可能在心肺交互作用中起到負面作用。正壓通氣是逆生理呼吸的過程，在吸氣時，胸內正壓的增加使中心靜脈壓增加，靜脈回流減少，而減少回心血量；同時正壓通氣時肺循環(huán)阻力增加使右心室后負荷增加，有發(fā)生右心衰竭的潛在風險。近年來，對機械通氣患者的右心保護研究有所增加，成為肺保護通氣策略的新內容。

綜上，為了減少VILI的發(fā)生，平衡通氣、氧合與損傷風險，肺保護通氣策略應該成為ARDS患者機械通氣時的優(yōu)先選擇。

2 肺保護通氣策略的提出及其臨床意義

肺保護通氣策略是1998年Dreyfuss和Saumon[3]提出，主張在對ALI/ARDS患者進行機械通氣時，為了減少患者的肺組織造成進一步的損傷而設置潮氣量為6～8 ml/kg理想體質量 (predicted body weight，PBW)，并且限制平臺壓＜30 cm H2O (1 cm H2O=0.098 kPa)，允許患者存在一定的高碳酸血癥和酸中毒 (p H＞7.25)。隨后ARDSnet的多中心大樣本隨機對照試驗結果顯示，小潮氣量組的死亡率及28 d脫機時間均優(yōu)于傳統(tǒng)對照組[4]。這樣的小潮氣量低壓力的通氣策略也隨之得到肯定，這也是如今ARDS機械通氣肺保護通氣策略的主要內容。肺保護通氣策略的發(fā)展從設置小潮氣量和限制平臺壓開始，到使用高水平PEEP和肺復張手法打開塌陷肺組織改善氧合、俯臥位通氣改善氧合、關注心肺交互作用，再到如今對驅動壓、跨肺壓以及機械能的研究，隨著臨床研究的進行和資料的累積，一直在更新和發(fā)展。

3 肺保護通氣策略新進展

3.1 潮氣量的設置 早期動物實驗顯示大潮氣量高壓力的機械通氣會損傷肺組織。Dreyfuss和Saumon[3]提出了對ARDS患者進行機械通氣時，限制氣道壓力和允許性高碳酸血癥或許能減少肺損傷的發(fā)生，防止ALI/ARDS患者已經出現的肺損傷進一步加重。2013年的一項大數據統(tǒng)計顯示，6～8 ml/kg PBW 的小潮氣量設置在機械通氣患者中已經從30% (1998年)增長至43% (2010年)，中位潮氣量為6.9 ml/kg PBW[5]；2016年數據顯示65% ARDS患者的潮氣量設置在8 ml/kg PBW 以下的水平[6]。

ARDSnet對861例ALI/ARDS患者進行了一項多中心隨機對照研究，對照組潮氣量為12 ml/kg PBW，限制平臺壓＜50 cm H2O，試驗組使用小潮氣量通氣方法，設置潮氣量為6 ml/kg PBW，同時限制平臺壓＜30 cm H2O[4]。研究顯示，試驗組患者的死亡率和28 d脫機時間均優(yōu)于對照組 (死亡率：31.0% 比39.8%，P=0.007；28 d 脫機時間：12 d 比10 d，P=0.007)。結 果 認 為 傳 統(tǒng)10～15 ml/kg PBW 的潮氣量設置會導致ALI/ARDS患者過度通氣而致肺損傷進一步加重[4]。

使用小潮氣量通氣的優(yōu)點在于能夠減少ARDS肺的氣壓傷、剪切力傷等，但同時低水平的呼吸支持參數也會導致呼吸性酸中毒、低氧血癥和肺不張等問題。因此，在使用小潮氣量通氣前應該評估患者的內環(huán)境狀態(tài)，維持p H＞7.25。若患者出現呼吸性酸中毒，可以通過增加呼吸頻率、提高PEEP水平和增加吸氣時間等方法來提高二氧化碳清除[7]。

小潮氣量通氣發(fā)展至今，對于潮氣量應該設置在哪種水平仍有爭議，有人提出應該對患者進行個體化的設置。常根據PBW 計算：男性PBW=50+0.91× [身高 (cm)-152.4]；女 性PBW =45.5+0.91× [身 高 (cm)-152.4][7]。Terragni等[8]通過測定進行小潮氣量低壓力策略通氣的ARDS患者的胸部CT，認為6 ml/kg PBW 的潮氣量和平臺壓＜30 cm H2O 的呼吸支持對于肺部非充氣部分比例較大的患者來說是不足夠的。2017 年ATS推薦設置的潮氣量為4 ～8 ml/kg PBW，限制平臺壓＜30 cm H2O[9]。對于小潮氣量通氣的使用時機，Needham等[10]的多中心回顧性分析認為，在ARDS起病后使用較高的潮氣量 (8 ml/kg PBW)相較于小潮氣量 (6 ml/kg PBW)來說，有更高的ICU 死亡風險。并且初始潮氣量每增加1 ml/kg PBW，ICU 的死亡風險會相應增加23%。

綜上，在小潮氣量通氣策略下，需要根據患者不同情況以及疾病不同階段動態(tài)地選擇合適的潮氣量機械通氣。

3.2 PEEP的設置 對于ARDS患者，正壓通氣的目標肺組織是在介于實變肺區(qū)與過度膨脹肺區(qū)之間的可復張肺區(qū)，理想的PEEP水平應該剛好能復張并維持這部分塌陷的肺泡。早期ARDS 患者治療中對于PEEP 的設置是根據PEEP/FiO2組合表 (表1)[11]。

表1 PEEP/FiO2 組合表

理論上講，壓力-容積曲線上的低位拐點上方的壓力水平被認為是足夠打開塌陷肺泡并維持其開放的合理PEEP，但測定壓力-容積曲線要求打斷患者自主呼吸進行，臨床使用不便。其他檢測的方法有胸部CT、電阻抗斷層成像測定肺容積等[11]，這些方法能夠直觀看到在改變PEEP水平前后總的肺容積的變化，但在使用上仍不便推廣。近年來，重癥肺部超聲為評估ARDS機械通氣后肺水腫的改變提供一個新的思路，相較于壓力-容積曲線、胸部CT 和電阻抗斷層成像檢查，超聲是一個更加快捷、容易、無創(chuàng)和可重復的方法。此外，以跨肺壓、驅動壓為導向個體化設置PEEP水平和評估PEEP 復張肺組織的效果的研究也是近年熱點。但目前對于ARDS應該設置多高的PEEP還沒有定論，臨床中大多依據患者具體病情設定，初始設置多在5～12 cm H2O 之間，變異度較大。近期的研究提出，高PEEP的作用可能對中重度ARDS 患者存活率獲益更大[12]，2017年ATS、ESICM、SCCM 等協(xié)會推薦對中重度ARDS常規(guī)使用高PEEP[9]。

綜上，在PEEP的設置中，肺部超聲具有指導性的意義，并且具有操作簡便、快捷、無創(chuàng)和可重復的優(yōu)點。在中重度ARDS 患者中，應該使用高PEEP 來維持肺泡的開放。

3.3 壓力的監(jiān)測 近年來，根據機械通氣時肺的力學參數調節(jié)通氣參數越來越得到重視，其中最常用的指標就是驅動壓和跨肺壓[13-15]。

驅動壓是平臺壓和PEEP 的差值，也能間接反映肺順應性 (潮氣量/驅動壓)。有研究認為驅動壓能作為一個強效的死亡率預測因子，驅動壓越高，患者死亡率越高。Sahetya等[7]認為驅動壓的臨界值為14 cm H2O，超過此水平患者死亡率會增加。此外，測定不同PEEP 時的驅動壓水平可以來評估肺通氣是否得到改善：在持續(xù)潮氣呼吸時，PEEP增加時，如出現驅動壓下降和肺順應性隨之升高，可能表明使用更高的PEEP 可以復張肺組織；相反，在增加PEEP的同時，如出現驅動壓升高和肺順應性降低，則可能表明更高的PEEP 會導致肺過度充氣[9]，進而導致VILI的發(fā)生。

但驅動壓受胸腔順應性影響較大，對于存在胸廓限制的患者來說，驅動壓并不能作為一個很好機械通氣判斷指標，因此跨肺壓的監(jiān)測被提出來?？绶螇菏菤獾缐汉托厍粌葔旱牟钪?，氣道壓可在呼吸機上直接測量，因此只需要測定胸內壓即可明確跨肺壓。目前的研究認為食道壓接近于胸內壓值并易于獲得[16]，可用于取代胸內壓監(jiān)測。還有人提出低的吸氣流速可以降低平臺壓，從而減少跨肺壓，最終提高患者的生存率?？绶螇哼€與人機同步性相關，即患者若存在強烈的自主呼吸使人機對抗，也會增加患者呼吸做功，從而增加跨肺壓[4]。

3.4 肺復張 肺復張手法是指在短時間內以較高的持續(xù)氣道正壓 (continuous positive airway pressure，CPAP)或PEEP，一般是30～45 cm H2O 不等，使盡可能多原先萎陷的肺泡復張，其目的就是把具有潛在復張可能的肺泡都打開，這個過程持續(xù)40 s至2 min不等。在實施肺復張時應該考慮的問題是：如何評估肺的可復張性? 復張的方法有哪些? 復張效果如何?

臨床上評估肺可復張性的方法有很多種，大致可分為兩類：(1)基于呼吸力學的評估，如根據壓力-容積曲線、呼氣末肺容積等；(2)根據肺部的圖像直接觀測，如電阻抗斷層成像、胸部CT、肺部超聲等。Gattinoni等[19]的一項隨機對照試驗對68 例ALI/ARDS 患者進行了肺復張，使氣道壓在5～45 cm H2O 之間逐次增加，每次肺復張后進行胸部CT 檢查，評估復張后效果，結果表明可復張肺組織的比例與對PEEP的反應有關。Chiumello等[20]對22例患者進行了肺復張并通過不同的方法進行評估，最終顯示基于呼吸力學的評估方法可以顯示整體肺容積改變，而CT等方法顯示了被復張的肺組織的改變。復張的手法包括PEEP遞增法、肺膨脹法和嘆氣法。復張效果的評估標準主要有：氧合指數增加、PaCO2下降、呼吸系統(tǒng)順應性改善等。但是，Bhattacharjee等[21]的一項薈萃分析研究表明肺復張在成人ARDS中沒有降低死亡率的獲益，該文章比較了單獨使用肺復張和肺復張與小潮氣量保護通氣結合的通氣對患者死亡率的差異，結果顯示單用肺復張并未減少死亡率、ICU 住院率和總住院時間?？梢姺螐蛷埖男Ч⒉唤^對優(yōu)良，實際上肺復張在打開肺的同時，由于短時間的高氣道壓力可能會對患者的循環(huán)產生影響。Mercado等[22]研究了中重度ARDS患者使用肺復張時患者超聲下心功能和循環(huán)狀態(tài)的改變，結果顯示分階段逐漸遞增的方法沒有顯示有心功能的損害，提示在進行肺復張時緩慢溫和的方法對患者的心肺保護作用更佳。

綜上，目前不適合在所有ARDS 患者中使用肺復張，但在中重度ARDS患者中使用肺復張有獲益。

3.5 俯臥位通氣 俯臥位通氣是1976 年由Piehl和Brown[23]首次提出，其原理是基于ARDS肺部的病理生理改變，通過改變患者體位從而改變重力作用的肺區(qū)，調節(jié)肺組織的通氣血流比值、使實變肺區(qū)得到更均一的通氣從而達到避免VILI、改善氧合的目的[24]。早期的研究發(fā)現俯臥位通氣對于ARDS患者的死亡率沒有改善，但近年的幾項大樣本研究均證明俯臥位對改善中重度ARDS 患者通氣、氧合和死亡率有增益作用。

2018年一項前瞻性研究發(fā)現重度ARDS患者俯臥位的使用率為32.9%，并且其并發(fā)癥發(fā)生率低，氧合顯著增加，驅動壓顯著降低[25]。結果還指出不對患者使用俯臥位的原因包括了臨床醫(yī)師認為缺氧并不足夠嚴重 (64.3%)和血流動力學不穩(wěn)定，平均動脈壓＜65 mm Hg (1 mm Hg=0.133 k Pa)(5.7%)；俯臥位時的并發(fā)癥主要包括插管相關并發(fā)癥 (意外脫管等)、缺氧加重、壓瘡、顱內壓升高等。從這項研究中可發(fā)現超過一半的概率不使用俯臥位原因是由于患者缺氧狀態(tài)不足夠嚴重。這一點在ATS/SCCM等協(xié)會的推薦意見中也得到呼應，即認為在中重度ARDS患者強烈推薦使用俯臥位通氣[9]。

3.6 右心保護的通氣策略 在ARDS患者中，有一半患者的血流動力學不穩(wěn)定是由右心衰竭導致的肺循環(huán)障礙引起。目前認為右心室是ARDS中最薄弱的環(huán)節(jié)，其最嚴重的形式為急性肺源性心臟病。2013 年一項調查研究顯示，中重度 ARDS 合并急性肺源性心臟病的發(fā)病率為22.5%[26]，嚴重的急性肺源性心臟病和肺功能障礙被認為是ARDS死亡的獨立危險因素[27-29]。ARDS機械通氣導致急性肺源性心臟病的可能機制包括： (1)ARDS保護性通氣策略中允許性高碳酸血癥使PaCO2過高，肺動脈收縮，從而增加右心室后負荷。目前有小樣本研究顯示重度ARDS 患者若出現短時間的PaCO2急劇增高 (＞48 mm Hg)可能會導致急性肺源性心臟病和血流動力學狀態(tài)的改變[30]。(2)正壓通氣增加肺循環(huán)阻力，從而增加右心室后負荷。(3)跨肺壓、驅動壓在潮氣呼吸中周期性地影響右心室功能。

因此，ARDS患者行機械通氣時不僅應該著眼于肺的保護，對心功能的保護也應當得到重視。Repessé 和Vieillard-Baron[30]提出保護右心功能旨在于緩解右心室后負荷，通氣策略在于增加氧合指數在150 mm Hg及以上，控制驅動壓＜18 cm H2O，控制PaCO2＜48 mm Hg，同時積極使用俯臥位達到正面效果[31-32]。

4 總結

ARDS患者在進行正壓通氣時容易出現VILI和右心功能衰竭，肺保護性通氣策略旨在維持肺通氣、改善氧合、保護心功能和減少肺損傷。目前常用的通氣策略是小潮氣量通氣的同時限制平臺壓，而設置多高水平的潮氣量仍未有統(tǒng)一定論，未來研究方向或可聚焦于此。目前認為中重度ARDS患者可使用高水平PEEP 并結合肺復張和俯臥位以改善通氣，但高PEEP 帶來的損傷風險也較大，越來越多的研究聚焦于ARDS機械通氣的力學參數監(jiān)測，如驅動壓、跨肺壓和機械能等，這似乎也為未來深入研究指出方向。在強調肺保護的同時，也不可忽略正壓通氣對患者心功能的影響，因此未來肺保護通氣策略的內容應當拓寬到如何保護ARDS患者的心功能。必要時也可使用體外膜肺氧合來進行呼吸和心臟功能的支持[33]。改善氧合僅僅是ARDS治療的一個方面，在臨床工作中不應該將關注點局限于通過調整呼吸機參數來減輕肺損傷，還應注意與其他臟器的交互作用，應該從整體來考慮患者病情與治療。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突