急性呼吸窘迫綜合征機械通氣肺復張的研究進展

趙小龍,李茂琴,許 鐵

急性呼吸窘迫綜合征 (acute respiratory distress syndrome,ARDS)缺乏特效的治療方法,目前仍采用以呼吸支持為基礎的綜合治療,合理使用機械通氣 (mechanical ventilation,MV)是成功搶救ARDS的基礎。隨著對 ARDS呼吸生理學研究的逐漸深入和對機械通氣相關性肺損傷(ventilation associated lung injury,VALI)的認識,目前以 “小潮氣量 (tidal volume,VT)和最佳呼氣末正壓 (positive end expiratory pressure,PEEP)”為核心內容的肺保護性通氣策略 (lung protective ventilation strategy,LPVS),可以顯著改善 ARDS患者的預后,成為 ARDS機械通氣治療的主要推薦意見[1]。

然而,小的潮氣量使塌陷的肺泡難以復張,導致 ARDS肺容積減少,順應性明顯降低,低氧血癥難以糾正。如何以適當水平的壓力打開塌陷的肺泡并保持其開放就顯得十分重要。因此有學者提出肺復張法,其原則是在機械通氣過程中間斷提高跨肺壓,使其高于潮氣通氣的壓力而達到肺泡開放壓并持續一定時間,讓盡可能多的肺單位實現最大程度的生理性膨脹,從而增加肺容積,改善氧合和呼吸系統順應性。

1 肺復張的意義和必要性

肺復張的本質就是盡可能適度的打開塌陷的肺泡,而肺泡塌陷就是 ARDS重要的病理生理特征,是 ARDS病理生理改變的基礎,這是因為:(1)肺泡大量塌陷導致 ARDS肺容積明顯減少;(2)肺泡塌陷導致肺順應性明顯降低;(3)肺泡塌陷導致通氣/血流比例失調;(4)肺泡塌陷也是肺動脈高壓的原因[2]。同時肺泡塌陷可導致嚴重的病理生理損害,這主要包括造成低氧血癥難以糾正,肺泡表面活性物質丟失,呼氣氣流受限,導致生物性肺損傷[2]。從 ARDS的病理生理特點和肺泡塌陷造成的嚴重后果來看,采取積極有效的措施,使塌陷肺泡復張,并保持開放狀態,就顯得極有意義。

由于肺保護性通氣時的平臺壓一般遠低于開放肺泡的開放壓,故不能復張塌陷肺泡,可能加重低氧血癥,至少有 15%的患者需提高吸入氧濃度,然而高濃度吸氧也會導致大量肺泡塌陷[3]。另外,反復吸痰等斷開呼吸機管路的操作也會導致大量肺泡塌陷。顯然,肺復張是 ARDS小潮氣量肺保護性通氣策略的必要補充。

目前大量的研究也已表明,肺保護性通氣結合肺復張通過對塌陷肺泡的開放作用,擴大肺容積,增加氣體交換面積;改善氣體分布,減少肺內分流,改善通氣血流比值;減少對肺表面活性物質的消耗;減輕肺水腫;減少繼發性炎性遞質產生;減輕對肺內皮細胞損傷[4]。因此更有利于肺保護和氣體交換。

2 肺泡復張的實施

2.1 塌陷肺泡的復張是壓力依賴性和時間依賴性的,也就是說,塌陷肺泡的復張需要一定的開放壓和維持時間。在 0.9%氯化鈉溶液灌洗豬模型中開放肺泡需要55 cm H2O(1 cm H2O=0.098 kPa),在油酸所致 ARDS狗中壓力超過 50 cm H2O時,仍有約 4%塌陷肺泡處于不張狀態。研究表明肺泡灌洗導致的重度 ARDS家兔模型實施控制型肺膨脹的最佳壓力是 5倍平均氣道壓[5]。術后肺不張患者實施肺復張需 30～40 cm H2O的壓力。目前臨床常用壓力為 30～45 cm H2O,有的可達 60～70 cm H2O[6]。持續時間為 20～60 s,有的可達 2 min[7-8]。

2.2 肺復張法可以通過不同的方法實現,迄今尚無統一的方法。容量與壓力控制兩種通氣方式中,哪種開放肺更好,臨床仍有不同看法。但壓控減速氣流相對于容控恒速氣流來說打開肺泡效果更好,而且有利于氣體在肺內的交換,便于限制過高的肺泡壓和預防 VALI。常用肺復張法包括控制性肺膨脹、嘆氣和壓力控制通氣法[9-10]。(1)控制性肺膨脹是目前較為常用的一種復張方法。通常將呼吸方式調至持續氣道正壓,設定 PEEP水平為目標復張壓力水平 (35～60 cm H2O),維持20～40 s[11]。 (2)間斷嘆氣法可有效促進 ARDS萎陷肺泡的復張,改善低氧血癥,但似乎不能改善肺的順應性,且作用不持久。(3)間斷高水平壓力控制通氣法:Barbas等[12]研究了 10例 ARDS患者,設置 PEEP為低位返折點 +2 cm H2O。將患者隨機分為兩組,分別接受 l次∕ 3 h(持續 6 s)的 40 cm H2O壓力控制通氣,或 l次∕ 3 h(持續 6 s)壓力分別為 40、50、60 cm H2O的壓力控制通氣。兩組進行 3個周期。與第 1組比較,第 2組患者第 1、6 h的氧合指數增加較多,沒有明顯的血流動力學變化。 (4)恒定壓力控制通氣伴間斷逐步增加 PEEP法 (PEEP遞增法):顧名思義,該方法系在恒定壓力控制通氣模式下逐漸增加PEEP水平達到肺復張。(5)俯臥位通氣法:與其他幾種肺復張的方法不同,俯臥位通氣不是調整患者的機械通氣參數,而是調整體位來達到肺復張的目的。Gaziatsou等[13]對 21例急性肺損傷患者在肺復張法后采用俯臥位通氣,提出兩者可以協同改善氧合,俯臥位通氣不會引起肺泡過度膨脹,對膈肌附近的肺復張效果較好,整個肺臟通氣更加均一。另外,保留自主呼吸、部分液體通氣均有利于肺泡復張。近年來認為高頻震蕩噴射通氣治療 ARDS也是一種較好的肺開放措施。肺復張的最佳方法目前并沒有定論,每次肺復張的壓力水平、持續時間以及頻度也有待于進一步明確。不同肺復張方法間的優劣尚沒有研究。目前臨床上治療重癥 ARDS患者可聯合應用一般肺復張手法和俯臥位通氣等綜合措施。通常在肺復張法前應將吸入氣體的氧濃度 (FiO2)升至 1.0,持續 5～10min,同時輔以適當的鎮靜劑,以利于患者耐受持續的高氣道壓力。

2.3 肺復張效果受多種因素影響,包括肺復張的實施方法、壓力水平、持續時間,ARDS本身的情況 (如類型、病程、嚴重程度等)、當時的通氣參數設置等。

2.3.1 肺復張的方法、開放壓水平和持續時間不同均會影響肺復張的效果。早期的研究顯示,油酸導致 ARDS模型中,壓控法改善氧和的作用優于控制性肺膨脹法和 PEEP遞增法。但在鹽酸及 0.9%氯化鈉溶液灌洗模型中,三種復張方法對氧和及復張容積的改善無統計學意義,提示不同肺復張方法效果的不同可能也與 ARDS模型有關[14]。

2.3.2 1998 年,Gattinoni等[15]首先發現,因肺炎導致的 ARDS與因腹部疾病導致的 ARDS,在病理改變及使用外源性PEEP治療效果方面均有明顯差異,并根據這一現象將 ARDS分為肺內源性 ARDS和肺外源性 ARDS。Pelosi等[16]的研究發現,肺內源性 ARDS和肺外源性 ARDS患者呼吸系統彈性阻力的變化是相似的,但由于肺內源性 ARDS患者的肺實變,導致肺的彈性阻力要高于肺外源性 ARDS;相反,肺外源性 ARDS患者胸壁彈性阻力要比肺內源性 ARDS高 2倍。鑒于肺內源性ARDS和肺外源性 ARDS病理生理的差異,對其進行機械通氣治療時的策略應有不同,在運用新型肺保護性通氣策略的治療效果方面也有差異。有研究證明,肺內源性 ARDS患者使用一定水平的 PEEP治療會導致肺的過度膨脹,而同樣水平的PEEP應用于肺外源性 ARDS患者則有助于肺泡復張[15]。Gattinoni等[15]發現,PEEP對肺內源性 ARDS和肺外源性ARDS患者肺彈性阻力的作用差異也非常大,提高 PEEP水平會導致肺內源性ARDS患者肺彈性阻力升高,而肺外源性ARDS患者的肺彈性阻力和胸壁彈性阻力卻減小。盡管 PEEP會導致肺內源性ARDS和肺外源性 ARDS患者呼氣末容積增加,但是對肺外源性 ARDS患者來講有助于肺泡的復張、促進氧合的改善,而對肺內源性 ARDS患者來講其促進肺泡復張和氧合改善的作用就不明顯了。Gattinoni[17]、李茂琴等[18]也報道,合并有嚴重肺部感染或出血的肺內源性 ARDS患者,應用 PEEP對氣體交換改善的作用并不明顯,而以肺部彌漫性滲出改變為主的肺外源性 ARDS患者應用 PEEP則有良好的臨床療效;但在 ARDS終末期,由于肺部出現重塑和纖維化的改變,二者的差異就不明顯了。Kloot等[19]對 3種不同的肺損傷模型的研究發現,靜脈注射油酸形成的急性肺損傷模型與肺外源性 ARDS表現相似,對肺復張手法療效確切;而氣管內注射細菌形成的肺內源性 ARDS模型應用PEEP治療效果則不理想,且對以肺實變為主的動物模型提高吸氣和呼氣壓并不是有益的,甚至反而有害。但是也有作者提出不同的意見,如 Puybasset等[20]報道肺內源性 ARDS和肺外源性 ARDS應用PEEP的療效相似,這表明今后的研究還有待進一步深入。

2.3.3 復張前 PEEP和潮氣量不同肺復張效果也不同,PEEP和潮氣量共同決定肺容積。基礎肺容積不同對肺復張反應不同。如果 PEEP和潮氣量水平都比較低,肺復張的效果比較明顯。反之,若 PEEP和潮氣量均比較高,則肺復張的效果就相對較差,而且肺復張壓力的過大反而易使部分肺泡過度擴張。此外,如果吸氧濃度過高,肺泡也會發生塌陷,因此肺復張后吸氧濃度應盡可能低以減輕肺泡的塌陷。

3 肺復張后 PEEP的選擇

肺復張后合適的 PEEP是維持肺泡開放的關鍵,動物模型表明,更高的 PEEP能夠阻止肺泡周期性萎陷與復張,降低肺不張鄰近區域過高的機械應力[21]。在ARDS治療中,恰當的 PEEP能夠提高功能殘氣量、防止肺萎陷、促進肺水由肺泡向間質分布,從而達到以更低的氧濃度維持更好的氧合[22]。李茂琴等[24]的臨床研究提示:RM后適當提高 PEEP水平能有效維持復張的肺泡開放,并對血流動力學影響較小。然而,過高的 PEEP肯定造成氣壓傷和容積傷,最佳 PEEP值應該是多少目前尚無定論。

理論上最佳 PEEP選擇應根據靜態壓力容量 P-V曲線吸氣相找出低位拐點(LIP)所對應的壓力 (Pflex),然后將PEEP定位在 Pflex+2 cm H2O的水平,動物模型[21]及臨床研究[24]均有文獻證實該設置可有效減輕肺損傷。但無論采用大注射器法還是慢流速法或其他方法,靜態P-V曲線在危重患者如 ARDS的搶救過程中進行描記都欠可操作性,很難找出明確的拐點,故臨床很少應用,且 P-V曲線受胸壁順應性等因素影響。Hickling[25]應用 ARDS數學模型證實靜態 P-V曲線吸氣相低位拐點不一定標志著肺泡的復張,吸氣相高位拐點也不一定標志著肺的過度擴張,相反高位拐點 (UIP)可能標志著肺剛剛完成復張。另外,P-V曲線代表的是全部肺單位的順應性,由于ARDS時肺的異質性,據此分析出的 LIP和 UIP可能不能準確反映肺復張和肺過度膨脹時的壓力值。在 P-V曲線的吸氣相,肺復張可能是持續進行的而不是突然發生的,因為 ARDS肺病變的異質性,有的肺泡復張所需要壓力相對較高,其閉合壓力相對也應當較高,肺泡復張的不同步性必然導致去復張的不同步[26]。最新觀點認為,在 P-V曲線的描記過程中,隨著吸氣壓力從呼氣末正壓 (zeroend expiratory pressure,ZEEP)為 0水平逐漸增加,首先出現的是非依賴區肺泡的膨脹,當壓力進一步增高,依賴區萎陷的肺泡開始開放,形成 LIP,LIP以上的線性部分是肺泡大量復張的階段,此時肺的順應性明顯增加[26]。當所有可復張肺泡開放后,P-V曲線逐漸平緩形成 UIP,此時反映的是全肺復張時的順應性。在 P-V曲線呼氣相,隨著壓力下降到維持肺泡開放的最高壓力以下時,肺單位尤其是依賴區的肺單位開始關閉,肺容積下降,順應性下降形成呼氣相的拐點,呼氣相最大拐點顯示了最佳順應性。現有用靜態 P-V曲線呼氣相最大拐點決定最佳 PEEP的傾向[27],因為本質上呼氣相最大拐點切實反映了肺泡的閉合壓,所謂滴定法確定PEEP本質上亦是如此。近年新型呼吸機如 Servoi、Avea、Evita XL等提供了較為簡易的準靜態 P-V曲線測定方法,為臨床應用 P-V曲線指導 ARDS患者最佳PEEP的選擇提供了可能。

3.2 有學者還提出了氧分壓滴定法,肺牽張指數,肺順應法等 PEEP的選擇方法,但其臨床實用和可靠性需進一步證實。

4 肺復張效果評價

肺復張效果的評價方法很多,CT法測肺組織密度是較常用的方法,但臨床上不可能每例患者均在 CT指導下實施肺復張。臨床上比較簡單實用的方法是測動脈血氧合狀況,當 FiO2為 100%,PaO2高于350～400 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)或反復肺復張后氧合指數變化 ＜5%時,則認為達到充分的肺泡復張[28]。胸部電阻抗法也可用于評價肺開放效果,但尚處于試驗階段。還可根據壓力容積曲線和呼吸力學的變化判斷肺復張效果,但尚缺乏標準。

5 肺復張的耐受

肺復張的耐受性特別需要重視,大多數 ARDS患者能比較好地耐受肺復張[29]。肺復張采用較高的壓力和較長時間,對塌陷肺泡的復張是有益的,但對于處于膨脹狀態的肺泡,可造成高跨肺壓和過度膨脹,面臨著發生氣壓傷 (或氣胸)、肺毛細血管牽拉損傷 (導致肺水腫加重)的危險。研究顯示,有 10%～13%的 ARDS發生氣胸[30]。一旦發生氣胸,ARDS的呼吸治療往往更為困難。因此,實施肺復張時,應謹慎預防。實施肺復張時,胸腔內壓力明顯增加,導致靜脈血回流減少,降低右心室前負荷;肺容積明顯增加導致肺血管阻力增加,降低右心后負荷;另外,胸腔內壓增加使胸腔內外壓力差增加,導致左心后負荷明顯降低。當然,肺復張綜合的血流動力學效應是心搏出量降低,對于前負荷明顯不足和嚴重心功能衰竭的患者,血流動力學干擾就更為明顯,可出現血壓降低,有時會出現心律失常[2]。若肺復張壓力過高、時間過長時,循環干擾會更為突出。從目前的研究和我們經驗來看,不同的肺復張方法對血流動力學的影響不同,壓力控制法是最為有效的肺復張方法,而且血流動力學影響最小,控制性肺膨脹法血流動力學干擾最大。同樣,ARDS病因不同,肺復張的效果和血流動力學的耐受性也不同[31],一般來說,肺內原因的 ARDS肺復張效果不佳,往往需要較高的壓力和較長時間,而且血流動力學干擾明顯;但肺外原因的 ARDS肺復張所需的壓力較低和時間較短,血流動力學干擾也較小[6]。

總之,大量肺泡塌陷是 ARDS病理生理改變的基礎,可導致嚴重的病理生理損害。積極的實施肺開放策略,實現塌陷肺泡的復張具有重要的臨床意義,肺復張法對早期 ARDS患者效果顯著,可以復張塌陷的肺泡,改善氧和,增加肺容積。但是,不同的肺復張方法孰優孰劣,采用的壓力水平、應用時機、持續時間、頻度和受益人群以及 RM后 VT及 PEEP的選擇仍有很大爭議,對 ARDS預后的影響也仍有待明確。目前,仍需進一步臨床研究來判斷和評價肺復張法是否可以作為推薦的機械通氣輔助方法,廣泛應用于 ARDS的治療。

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