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ARDS通气策略之肺复张

高景 郑州大学第一附属医院 发布于2024-05-29 浏览 2039 收藏

作者:高景

单位:郑州大学第一附属医院呼吸与危重症医学科

1958—1961年,脊髓灰质炎后时代,ICU床位逐渐扩张,机械通气适应证扩大到其他原因导致的急性呼吸衰竭。机械通气基于Radford曲线,最早开发于全身麻醉及脊髓灰质炎患者模型。后来的叹气通气(Sigh)也是基于术后肺不张的患者模型而开发,用30~40 cmH2O充气的方法保持15 s。在当时,治疗肺不张和低氧血症主要通过增加潮气量和吸入氧浓度(FiO2),别无他法。

1967年,Ashbaugh等首次提出ARDS概念,并取代“充血性肺不张”"湿肺”等术语,并引入了呼气末正压(PEEP)。ARDS是多种原因导致的一组“异质性”疾病,也是临床中导致很多危重患者死亡的主要原因,死亡率高。其肺组织表现为不均质的实变,早期称为“婴儿肺”。在ARDS治疗过程中,机械通气具有举足轻重的地位,成为能否抢救成功的关键。

一、ARDS的定义及特征

在我们熟知的柏林定义中,ARDS是指急性病程、双肺影像学混浊不能完全用积液、肺不张或肿块来解释,有确定的危险因素,并且排除其并非完全由心脏原因所引起。根据氧合指数分为轻度、中度和重度。ARDS患者的死亡率随着疾病严重程度的增加而增加。

2023年ARDS的定义也进行了更新:无需气管插管患者,HFNO≥30 L/min或NIV/CPAP下PEEP≥5 cmH2O,存在低氧血症(PaO2/FiO2≤300 mmHg或SpO2/FiO2≤315 mmHg同时SpO2≤97%),双肺病变需要如下证实:胸片、CT或超声(需良好培训);在资源有限的环境下,不要求PEEP、吸氧流速和特殊呼吸支持设备。

肺泡塌陷和气体分布不均一是ARDS主要的病理生理改变,大量肺泡塌陷,正常肺通气容积仅占20%~30%,导致肺容积明显减少。气体分布不均一性是指正常通气的肺泡主要位于非重力依赖区,大量实变或塌陷肺泡主要位于重力依赖区。肺泡通气包括塌陷、低通气、正常通气及过度膨胀四类。

二、呼吸机相关肺损伤

1967年,Nash等在一项研究中指出氧气毒性问题及长时间暴露于高潮气量、气道峰压过高可能导致的危害,这是呼吸机相关肺损伤(VILI)这一概念的雏形。但此后不久,作者驳回自己的猜测,直至1990年,这一问题才再次被解释为潜在的疾病进展。1978年,Suter等曾系统地分析了潮气量、PEEP与肺顺应性的关系,如果潮气量为10~20 ml/kg,即使此时PEEP尚处于较低水平,仍可导致肺顺应性急剧下降;如果潮气量为5~7 ml/kg,即使PEEP升高到15 cmH2O,肺顺应性却稳定增加。该文献预见了保护性通气策略,但在当时并未引起足够的重视。
随着影像学技术的发展,尤其是CT在临床中的普及,人们发现在一些严重ARDS患者中存在肺不均一性,在呼气结束时的正常(充气)肺组织相当于5岁儿童的肺组织,于是提出了“婴儿肺”的概念,提倡ARDS肺保护性通气策略(LPV)以降低死亡率。2014年一项涵盖5大洲50个国家459个ICU的多中心临床研究纳入29144例ARDS患者,结果显示:虽然肺保护性通气策略能够降低ARDS患者的病死率,但总体病死率仍然较高,尤其是重度ARDS患者(轻度ARDS患者住院病死率为34.9%,中度为40.3%,重度为46.1%)。在保护性通气策略下,尽管Pplat≤30 cmH2O,仍可能会出现肺泡过度膨胀,导致炎症介质和肺部炎症反应加剧,ARDS患者仍可能有VILI风险。
ARDS患者比较典型的病理生理改变是肺泡表面活性物质的丢失,有些患者还会出现支气管上皮细胞脱落、肺毛细血管通透性增加、透明膜的形成以及肺水肿。随着病程进展,部分患者会出现肺间质纤维化。对于此类患者,机械通气是非常重要的干预措施。对于ARDS患者,即使接受了机械通气,仍然可能存在低容量/高容量损伤以及高压力损伤。

VILI的发生机制包括:①容量伤/压力伤:高容量通气可导致肺泡破裂、漏气和严重的气压伤。跨肺压是决定压力梯度的关键因素,Pplat是引起气压伤的决定因素。②剪切伤/不张伤:重复打开和关闭气道和萎陷的肺组织造成损伤,并影响肺表面活性物质及区域组织缺氧情况,诱发肺水肿。③生物伤:物理性因素可以直接或间接引起各种细胞内炎症因子释放,不仅直接损伤肺组织,还可导致全身炎症反应。④机械功率伤:机械功=Vt×P=Vt×[气道阻力×流速+Vt/(2×顺应性)+PEEPtot]。一旦启动,肺损伤可能会以指数方式增加。

三、ARDS之肺复张

既往机械通气中往往使用10~15 ml/kg的Vt。2000年的ARDSNet研究是一项里程碑式的研究,该研究纳入861例患者,以4~6 ml/kg为小潮气量组,平台压力不超过30 cmH2O。研究提前结束,因为小潮气量组死亡率明显低于传统潮气量组,自此开启肺保护性通气策略的先河。针对ARDS的治疗策略主要是保持肺开放”。多部指南对ARDS的通气治疗策略给出的建议包括:肺保护性通气策略,小潮气量,较低的吸气压,俯卧位通气,肺复张(有条件推荐),不推荐高频振荡通气。
肺复张是指在有创正压通气(IPPV)过程中通过短暂给予明显高于常规的气道及肺泡内正压,以增加跨肺压、复张萎陷肺泡。肺复张方法包括控制式肺膨胀法(SI),压力控制法(PSV),PEEP递减法,叹气通气法。除IPPV中的各种复张方式外,高频振荡通气、俯卧位通气、保留自主呼吸、胸壁负压通气等均具有肺复张作用。
2000年,一项纳入15例不同原因导致ARDS患者的研究中,首先调整PEEP使血氧每次持续15 min,直至饱和度接近90%,然后逐步以2~3 cmH2O的水平增加PEEP,直至PEEP达到20 cmH2O,使PaO2比复张前增加30%以上,结果发现,容量肺复张可在相对较低的PEEP下改善氧合,较高的PEEP效果更好。
2003年,Thomas等研究纳入了17例ARDS患者和22例急性肺损伤(ALI)患者,该研究采取交叉设计,所有患者被随机分配到两个干预组,分别为气管镜吸痰后立即予肺复张组(ETS+LR组)及仅行气管镜吸痰不行肺复张组(ETS-LR组)60 min后,分别接受相反的干预。肺复张步骤:保持气道压力45 cmH2O,持续20 s,共2次,中间间隔1 min,测量数据为呼气末容积(EELV),并获取吸气压力-容积曲线。结果显示,ETS+LR组PaO2、EELV和气道压均显著优于ETS-LR组。
2006年NEJM杂志发表的一项研究探讨了CT显示的潜在可复张肺的百分比与PEEP的临床和生理效应之间的关系。主要干预措施为:45 cmH2O吸气压下,以压控模式维持通气2 min,PEEP为5 cmH2O,呼吸频率10次/分。复张后,随机应用5或15 cmH2O的PEEP,余参数同日常诊疗。20 min后记录动脉血气、中心静脉压、分钟通气量、吸气平台压等。使用标准公式计算肺内右向左分流、肺泡死腔分数、肺顺应性,并在不同时期行胸部CT。该研究对照组回顾性选择的非ARDS患者。试验组共入组68例患者,其中49例ARDS患者,并根据CT结果分为低肺重量组和高肺重量组。可复张性差的肺,调整压力值前后肺实变的部分差别不大,可复张性强的肺,调整压力值前后的差异明显。如何预测肺的可复张性,则根据CT估测肺重量。该研究也给我们一些新的启发,并非所有的ARDS患者都需要给予肺复张,可复张性强的ARDS患者或许从肺复张中获益更多。另外也为我们提供了如何评价肺复张可能性的思路。
后续也有一些关于肺复张的临床研究。2006年一项研究连续入组了20例ALI患者,发现Sigh可有效减少肺阻力。同年发表的另一项前瞻性研究发现肺复张后氧合获益可达40 h。2008年发表于JAMA杂志的一项旨在评估小潮气量、肺复张及PEEP对ALI/ARDS影响的研究共纳入了927例患者,结果发现:与小潮气量保护性通气策略比,肺复张组的死亡率和气压伤并未增加,并且低氧血症得以改善。在同期发表于该杂志的另一项随机对照研究发现:增加了肺复张的患者死亡率略低于对照组,并且可以显著改善肺功能,缩短机械通气时间和器官衰竭持续时间。
2011年7月发表的一项来自奥克兰的研究纳入了21例ALI儿童患者,该研究中使用了一种改良的肺复张手法。结果显示:改良的肺复张手法及PEEP优化的肺复张方法可有效改善氧合指数,而且可安全地应用于大多数患有ALI/ARDS的儿童患者,在肺复张后可持续长达12 h,PaCO2也有下降趋势。
ARDS患者气管切开术后,有低氧血症、肺不张趋势,而2012年一项意大利的研究则发现气切前实施肺复张可有效减少术后低氧的发生。该研究共纳入29例因创伤导致ARDS的患者,随机分为两组。试验组中14例患者术前10 min实施肺复张,其余患者气切前不使用肺复张。
俯卧位通气也是肺复张方法之一。自1999年起,已有多项研究证实俯卧位通气改善血氧饱和度的安全性及有效性,俯卧位通气对于低氧血症的改善已得到生理学研究层面的认可。2008年一项西班牙研究纳入40余例患者,结果表明:与仰卧位相比,俯卧位组氧饱和度明显上升,死亡率明显下降。
后续也有多项研究评价肺复张的疗效和安全性。2017年JAMA杂志发表的一项研究探讨强化肺泡复张策略能否减少术后肺部并发症。该研究纳入巴西圣保罗大学心脏中心从2011—2014年心外科术后出现低氧血症的患者,其中强化复张组157例,温和复张组163例。在强化治疗组,患者接受3个周期的肺复张(每次60 s),PCV模式,PEEP 30 cmH2O,驱动压15 cmH2O,呼吸频率15次/分,吸气时间1.5 s,吸氧浓度0.4。肺复张间期(60 s)及之后,使用VCV或PCV模式,潮气量6 mI/PBW,吸气时间1.0 s,PEEP 13 cmH2O。在温和治疗组,患者接受3个周期的肺复张(每次30 s),CPAP模式,PEEP 20 cmH2O,吸氧浓度0.6。肺复张间期(60 s)及之后,使用VCV或PCV模式,潮气量6 mI/PBW,吸气时间1.0 s,PEEP 8 cmH2O,FiO2 0.6。结果显示:强化组平均住院时间更短(10.9 d vs 12.4 d,P=0.04),平均ICU住院时间更短(3.8 d vs 4.8 d,P=0.01);住院病死率和气压伤发生率没有统计学意义。强化复张组改善了氧合指数,降低了PaCO2,提高了肺顺应性,降低了驱动压。而潮气量基本没有变化。而强化复张组4 h后PV曲线明显改善。该研究最终得出结论:在心脏手术后的低氧血症患者中,在住院期间使用强化和适度的肺复张策略会导致较轻的肺部并发症。
2017年JAMA杂志发表了一项多中心、随机试验,该研究纳入9个国家120个ICU中度至重度成人ARDS患者。试验组患者采用肺复张+最佳顺应性法滴定PEEP,对照组小潮气量+低PEEP。主要结果为28 d全因死亡率。该研究试验组501例患者中有277例死亡(55.3%),对照组509例患者中有251例死亡(49.3%),危险比为1.20(95%CI 1.01~1.42,P=0.041)。该研究结果也带给我们一些思考:肺复张和PEEP的生理后果可能失衡(驱动压下降 vs 过度膨胀增加,血流动力学损害。对照组的肺保护性通气策略可能抵消了肺复张和滴定的PEEP策略潜在的生理优势,使用严格的小潮气量和由此产生的低驱动压力可能减少了肺过度膨导致的损伤。肺复张时,在高PEEP时,堆叠呼吸期间产生的驱动压力高得多,这会影响研究的最终结果。此外,两组前期的干预措施也存在一些差别,也可能会影响研究结果。
2019年的一项荟萃分析纳入了14项RCT研究,评估肺复张对ARDS死亡率的影响。次要终点是评估肺复张对氧合、抢救治疗、血流动力学和气压伤的影响。结果显示:与非肺复张组相比,肺复张组的28 d死亡率没有显著差异,该结果没有显著的异质性(df=13,P=0.25)。累计荟萃分析显示:1998—2017年的研究中,28 d死亡率显著降低(RR=0.83,95%CI 0.72~0.95),在添加额外的近期随机对照试验后,没有观察到28 d死亡率的显著降低(RR=0.92,95%CI 0.82~1.04)。我们关注的气压伤的发生率没有明显差异,RR为0.99(3133例患者,95%CI 0.60~1.63,P=0.96),肺复张组的血流动力学损害率更高,RR为1.19(95%CI 1.06~1.33,P=0.002)。该研究结论:在ARDS患者中,肺复张并不能显著改善28 d死亡率、住院死亡率、ICU住院时间或住院时间。肺复张的使用与积极的症状相关(如氧合改善、驱动压减少和抢救治疗减少),并与血流动力学恶化等负面影响有关。肺复张需个体化使用,需要进一步研究来评估选定的ARDS患者组是否可能从中受益。

2023年一项动物试验建立了轻度ALI大鼠模型,包括呼吸频率逐渐或急剧增加(即前述的肺复张策略),大于两个不同的适应组,通过尸检组织学评估肺泡损伤以及肺部炎症、内皮细胞损伤的标志物和相关基因表达。结果发现,呼吸频率逐渐增加可减轻肺损伤程度,急剧增加呼吸频率组的生物标志物水平更高,而肺复张则可使其水平降低。该研究结论是:在轻度ARDS大鼠模型实验中,与呼吸频率急剧增加相比,逐渐增加呼吸频率可减轻VILI程度。此外,肺复张策略可以防止呼吸频率急剧增加所造成的生物性损伤。

四、小结

不同研究存在异质性,ARDS患者肺复张仍然存在很大争议。复张前需评估肺组织的潜在复张能力。多项荟萃分析提示对ARDS患者实施肺复张对28 d病死率无明显改善,但部分研究提示肺复张可能改善患者的氧合指数,缩短住院时间,减少抢救药物的使用。肺复张对患者相对安全,因为研究发现肺复张患者气压伤和气胸的发生率并不高于非肺复张组。所以肺复张在ARDS患者中可以实施, 但需要注意个体化(合适的患者,合适的方式), 可以联合俯卧位, 实施过程中密切监测。未来需要更多临床研究来评估疗效。

参考文献

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作者简介



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高景
  • 郑州大学第一附属医院呼吸与危重症医学科副主任医师
  • 中国呼吸肿瘤协作组青年委员
  • 中国医药教育协会呼吸病运动医学康复分会委员
  • 河南省危重症学会呼吸治疗分会副主任委员
  • 河南省康复医学会肺康复分会委员
  • 郑州市医学会结核病学专业委员会委员
  • 参编专著3部,发表SCI论文5篇
  • 主持省级课题3项,参与国自然面上项目2项
  • 荣获河南省医学科技一等奖1项



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