ECMO患者机械通气的策略优化

作者：孙兵

单位：首都医科大学附属北京朝阳医院 北京呼吸疾病研究所

目前，ICU医师在为患者实施ECMO治疗时，往往缺乏对患者后续病情演变的系统性考量。对于ARDS患者，临床虽已形成肺保护通气的常规认知，但在患者接受ECMO支持后，如何优化通气策略、患者肺部功能会发生何种变化等关键问题，尚未形成明确的诊疗思路。需要明确的是，ECMO支持的重度ARDS患者，其本质仍符合ARDS的核心病理生理特征，并未改变疾病的本质属性。而ECMO技术的核心优势在于能够通过体外循环系统独立完成氧合与通气功能，使患者对呼吸机的依赖显著降低，甚至在部分国外临床实践中，患者接受ECMO支持后可以直接脱离呼吸机。

传统肺保护通气策略经过多年的临床实践与研究，已形成相对成熟的方案，主要包括：

（1）小潮气量通气：潮气量（V_T）＜6 ml/kg（PBW）。研究表明，将VT由12 ml/kg PBW减少至6 ml/kg PBW，可以显著降低ARDS患者的病死率。

（2）限制平台压：平台压（Pplat）＜30 cmH₂O，避免过高压力导致肺泡过度膨胀与气压伤。

（3）允许性高碳酸血症（PHC）：在保证患者耐受性的前提下，允许动脉血二氧化碳分压（PaCO₂）适度升高，以避免为追求正常通气而采用过高潮气量或压力。

（4）肺开放通气策略：通过适当的呼气末正压（PEEP）维持肺泡开放，减少肺不张与周期性复张-塌陷造成的肺损伤。Meta分析显示，稍高水平的PEEP可降低中度ARDS患者的死亡率，改善预后。

ARDS患者具有典型的“小肺、不均一肺”病理特征，胸部CT可见肺组织呈现异质性分布的致密影：背侧区域（下方肺组织）因实变与肺不张导致密度增高，腹侧通气区域（上方肺组织）顺应性较高，而两者交界处易出现周期性复张-塌陷。基于这一病理特点，小潮气量通气策略的核心目的是限制上方相对正常的肺组织过度膨胀，避免容积伤；PEEP的设置则主要用于维持肺组织交界处的肺泡开放，减少肺萎陷，但对下方已实变的肺组织的改善作用有限。目前临床中，肺复张手法与俯卧位通气可通过改善肺通气分布、减轻重力依赖区压迫，为此类患者提供一定的治疗获益。

当患者氧合指数（PaO₂/FiO₂）为120 mmHg时，采用PEEP 15cmH₂O、V_T 6 ml/kg PBW的通气方案具有一定的肺保护效果。但若患者病情进展导致氧合指数降至60 mmHg，提示肺损伤进一步加重，有效通气的肺组织容积（A区域）进一步减少。此时若仍沿用6 ml/kg PBW的潮气量，将导致单位肺组织的形变（应变，strain=VT/FRC）显著增加，呼气末功能残气量（FRC）越低，相同潮气量下的应变越大，肺损伤风险也随之升高。

理论上，针对此类严重肺损伤患者需进一步降低潮气量以减少应变，但临床实践中这一方案难以实现。几乎所有临床研究均表明，患者能够耐受的最低潮气量约为6 ml/kg PBW，低于该数值将导致严重的高碳酸血症与氧合障碍。因此，对于氧合指数极低的重度ARDS患者，单纯依赖潮气量调整已无法满足肺保护需求，需结合ECMO等体外生命支持技术，为肺功能修复创造条件。

2013年Intensive Care Med 杂志发表的一项前瞻性随机研究在严重ARDS患者中比较了极低潮气量策略（≈3 ml/kg）结合体外二氧化碳清除（ECCO₂R）传统保护性通气（6 ml/kg）。研究组接受极低潮气量策略联合ECCO₂R治疗，对照组采用标准通气策略且不使用体外生命支持装置。结果显示，联合ECCO₂R后，极低潮气量通气策略易于实施。事后亚组分析显示，在低氧血症更严重的患者（PaO₂/FiO₂≤150 mmHg）中，研究组的60天无呼吸机天数显著高于对照组。

跨肺压（Ptp）是评估肺组织实际受力的关键指标，分为吸气末跨肺压与呼气末跨肺压。应变（strain）即肺组织变形量与原尺寸的比值（V_T/FRC），应力（stress）即单位面积肺组织承受的力（跨肺压）。在临床实践中，直接监测肺容积存在技术限制，难以精准判断患者能否耐受3 ml/kg的极低潮气量，因此需寻求替代监测方案以实现安全肺保护。肺组织形变（应变）会直接引发胸腔压力变化，这一病理生理关联为监测策略调整提供了重要思路：既然无法直接监测容积与应变，可通过监测特定形变下的胸腔压力变化，间接评估跨肺压（肺泡压-胸腔内压）的波动，从而将以安全应变为目标的通气监测，转化为更易实施的以安全应力为目标的跨肺压监测。

具体而言，在维持6 ml/kg PBW标准潮气量的基础上，可通过食道压监测间接反映跨肺压变化：若患者肺损伤加重但食道压保持稳定，提示肺组织承受的实际应力未增加，肺损伤风险相对可控。2008年Talmor等在《新英格兰医学杂志》发表的随机对照研究已证实这一策略的有效性，该研究通过调节PEEP使呼气末跨肺压维持在0～10 cmH₂O，同时限制潮气量使吸气末跨肺压≤25 cmH₂O。对于氧合指数120 mmHg的ARDS患者，此跨肺压范围可将肺损伤控制在临床可接受水平。所以，只要吸气末跨肺压不超过25 cmH₂O、呼气末跨肺压不超过10 cmH₂O，即可认为肺损伤风险处于安全范围。但需要注意的是，跨肺压监测并非绝对完善：即使跨肺压维持在安全水平，随着患者肺顺应性持续下降，驱动压（Pplat-PEEP）仍可能升高。

体外生命支持组织（ELSO）推荐ECMO患者采用"肺休息"机械通气策略，主要参数包括：低压力（气道峰压20～25 cmH₂O，PEEP 10～15 cmH₂O）、低频率（呼吸频率10次/分）、低吸氧浓度（FiO₂ 0.3）。该策略的核心思路是最大限度减少机械通气对肺的刺激，为肺修复创造条件。

ELSO推荐的“肺休息”策略在临床实践中存在一定争议。接受ECMO支持的ARDS患者均为重度病例，其肺部病理损伤更为严重，且可复张容积往往更高。这类患者在未行ECMO支持时，根据ARDSNet表格滴定的PEEP水平常需达到18～20 cmH₂O，以维持肺泡开放；而ELSO推荐的ECMO期间PEEP仅为10～15 cmH₂O，这种明显的压力下调缺乏充分的个体化考量。对于重度ARDS患者，“肺休息”策略可能会导致大量肺泡的塌陷，甚至很难再复张，不利于肺的修复。因此需要优化ECMO支持的ARDS患者的通气策略：在呼气相采用相对充足的PEEP维持肺泡开放，同时严格限制吸气压力避免过度膨胀，并持续保持低吸氧浓度避免高氧损伤。

笔者团队设计了以跨肺压为指导的个体化通气新策略，该策略既保留了“肺休息”策略中限制平台压与潮气量的核心优势，又通过精准PEEP滴定避免了低PEEP所致的肺萎陷，实现了“肺休息”与“肺保护”的完美结合。其具体参数设定为：吸氧浓度（FiO₂）≤0.3～0.4，呼吸频率10次/分，通过PEEP滴定使呼气末跨肺压维持在0～5 cmH₂O（确保肺泡不塌陷），同时控制吸气压力（Pi）≤25 cmH₂O、吸气末跨肺压≤20 cmH₂O避免肺泡过度膨胀），最终达成ECMO支持下ARDS患者的个体化通气管理目标。

病例1：男性，68岁，因H7N9感染导致重度ARDS，接受VV-ECMO支持。采用跨肺压指导策略，滴定PEEP 16 cmH₂O，吸气压力28 cmH₂O，潮气量120 ml（≈1.5 ml/kg PBW）。

病例2：男性，41岁，因H1N1感染导致重度ARDS，ECMO支持期间采用跨肺压指导策略，滴定PEEP 15 cmH₂O，吸气压力12 cmH₂O，潮气量39 ml（＜1 ml/kg PBW）。尽管潮气量极低，但跨肺压控制良好，避免了肺过度膨胀与萎陷。

为验证跨肺压指导机械通气策略的有效性，我们开展了一项临床研究，纳入2015年5月至2019年4月期间接受VV-ECMO支持的102例重度ARDS患者，随机分为跨肺压指导组（52例）与肺休息策略组（50例）。结果显示：跨肺压指导组的PEEP水平显著高于肺休息组，而驱动压和机械能显著低于肺休息组。跨肺压指导组的促炎因子水平显著降低，抗炎因子水平升高。影像学方面，ECMO支持后，跨肺压指导组的胸片密度显著降低，而肺休息组胸片密度升高。预后方面，跨肺压指导组ECMO撤机成功率（显著高于肺休息组，60天死亡率显著低于肺休息组，差异均具有统计学意义。该研究结果表明，跨肺压指导的个体化通气策略在ECMO支持的重度ARDS患者中具有显著优势，能够有效降低肺损伤风险，改善预后。这一策略得到了国际同行的认可，哈佛医学院Daniel Talmor教授在来信中表示，其所在中心采用相同策略管理ECMO患者，取得了优异的临床效果，但遗憾的是他们缺乏足够的ECMO病例开展类似研究。

1. 电阻抗断层成像（EIT）的应用

EIT作为一种无创、实时的影像学监测技术，可动态评估肺通气分布、肺泡塌陷与过度膨胀情况，为PEEP滴定与通气策略调整提供重要参考。

EIT滴定最佳PEEP的方法：P-A/C模式，PEEP增加至20 cmH₂O持续5 min后，逐渐降低PEEP，每3 min降低3 cmH₂O直至PEEP为0 cmH₂O。根据EIT数据，选择累计萎陷和累计过度膨胀百分比曲线的最低点。

图源：Am J Respir Crit Care Med, 2017, 196:447-457. 

PEEP滴定过程采用PEEP递减法，从20 cmH₂O → 0 cmH₂O，每次递减5 cmH₂O，并采用EIT持续监测。最佳PEEP即为保证EIT所显示的塌陷区域≤15%和最少过度膨胀的最低压力。

EIT评价俯卧位效果：ECMO支持的ARDS患者采用俯卧位通气时，EIT可实时监测通气区域向重力依赖区移动的情况。研究表明，俯卧位通气16小时后，患者背部通气显著改善，最佳PEEP明显降低，且恢复仰卧位后仍可部分保留俯卧位的通气改善效果。

2. VV-ECMO联合俯卧位通气

俯卧位通气是改善ARDS患者氧合的重要手段，但JAMA杂志发表的PRONECMO随机对照试验显示，VV-ECMO支持下的俯卧位通气未取得阳性结果，引发了关于ECMO期间是否需要俯卧位通气的争议。

对于非ARDS急性阶段接受ECMO支持的患者，通气策略应更注重个体化设置：

（1）通气模式选择：可采用PCV/APRV/PRVC等压力目标型模式，便于精准控制压力。

（2）参数控制：Pi/Pplat≤25 cmH₂O，FiO₂ 0.3～0.4，RR 10次/分。

（3）PEEP个体化调节：结合跨肺压监测、EIT、肺超声、FRC/EELV等监测手段，初始设置可以稍高一些（例如16～18 cmH₂O），后根据患者氧合状态、肺复张水平与影像学结果动态调整，避免过度膨胀与气压伤。

（4）动态评估与调整：密切监测患者呼吸力学、血气指标与肺部影像学变化，根据病情演变及时优化通气参数，实现个体化肺保护。

ECMO支持下ARDS患者的机械通气管理应以患者病理生理特征为基础，明确参数设置的核心目标——并非维持氧合与通气，而是通过精准调控避免肺损伤、为肺功能修复创造条件。临床实践中，应充分利用跨肺压监测、EIT等先进技术，结合患者个体差异制定个体化通气方案，实现“肺休息”与“肺保护”的平衡。需要明确的是，ECMO患者的预后更多取决于原发病严重程度、并发症（如出血、感染）防控及多器官功能维护，而非单纯的呼吸机参数调节。因此，临床需通过通气优化减少继发性肺损伤，同时聚焦原发病治疗与并发症防控，最终改善患者整体预后。

作者介绍

孙兵

首都医科大学附属北京朝阳医院 北京呼吸疾病研究所呼吸与危重症医学科，副主任，主任医师；中华医学会呼吸病学分会呼吸危重症学组委员，中国医师协会体外生命支持专业委员会委员，中国医师协会呼吸医师分会呼吸危重症工作委员会委员，中国心胸血管麻醉学会体外生命支持分会常务委员，中国病理生理学会危重症专业委员会呼吸治疗学组副组长，中国康复医学会呼吸康复专业委员会青年委员会副组长；主要研究方向：呼吸危重症、呼吸治疗和呼吸支持技术。