NAVA呼吸模式在兒童先天性心臟病術后的臨床應用

趙海濤 王亞芳

先天性心臟病(congenital heart disease，CHD)是嬰幼兒期常見的先天性疾病之一，發病率為4‰～9‰。患兒術前存在特殊的血流力學，肺部血管和氣道存在不同程度的解剖學變異加之手術對心功能的不利影響以及體外循環(cardiopulmonary bypass，CPB)對心肺功能的損害，機械通氣(mechanical ventilation，MV)是患兒術后麻醉恢復期、循環功能不穩定期必不可少的治療手段。MV應用目的是減輕呼吸肌負荷并提供足夠的氣體交換，間接減輕心肺負擔，快速恢復心肺功能。但部分危重患兒可因為病情原因或有呼吸機依賴癥狀，需長時間機械通氣。另外，多種原因造成自主呼吸與機械呼吸不同步(人機對抗)和(或)呼吸機相關性肺損傷(ventilation-induced lung injury，VILI)，嚴重影響患兒術后心肺功能恢復，嚴重時可致死亡。將神經調節輔助通氣(neurally adjusted ventilatory assist，NAVA)模式應用于CHD術后患兒的輔助通氣，利用該模式的諸多優勢，為今后的呼吸機治療開辟了新領域。

1 NAVA的工作原理

近年來對肺部病理學與呼吸機的研究促進了新型呼吸模式的產生，目標是充分的氧合與通氣，最小化VILI，促進呼吸肌恢復并成功撤機。NAVA是一種新型呼吸輔助模式，呼吸機在吸氣相根據Edi按比例傳遞正壓。改變了以往由氣道內力學變化觸發呼吸機工作的歷史，從理論上最大限度的降低了觸發延遲、人機不同步的發生率。NAVA的工作原理是在保留患者膈肌(最主要的呼吸肌，大約70%的呼吸功由其承擔)自主活動，也就是存在自主呼吸的情況下，通過監測Edi信號來感知患者實際通氣需要，成比例的予以通氣輔助，提供合適的通氣支持。電活動信號(electrical activity of diaphragm，Edi)由特制的經鼻胃管及相關軟件獲得及分析。Edi是中樞神經系統對膈神經發放沖動強度顯示，可以反映呼吸中樞對膈肌的驅動。正常自主呼吸過程是:當呼吸中樞發出呼吸驅動，經由膈神經纖維傳導動作電位到達神經-肌肉耦聯接頭，引起膈肌的興奮，產生Edi，隨之膈肌收縮，產生呼吸動作，促使肺泡內氣體發生通氣交換。呼吸需求程度與呼吸肌的效能決定呼吸中樞的輸出程度(呼吸需求/呼吸肌效能=中樞神經輸出)。在健康人群中，膈肌振幅較低，這顯示:呼吸-神經結合是高效的，最大潛能的5%～8%被應用即可滿足呼吸需求。在疾病患者中，膈肌效能降低，導致呼吸中樞輸出度增加以彌補生理呼吸需要的額外動力。在COPD與脊髓灰質炎患者中可見增大的Edi信號(≥40%)，反映了大部分膈肌儲備被應用的事實［1］。見圖1。

圖1 Edi信號強度示意圖

由于Edi與膈神經沖動相關，雖然無法直接監測呼吸中樞活動或吸氣神經元放電，但是監測Edi可以了解呼吸中樞對膈肌的驅動。NAVA的工作流程可以描述為對Edi信號的感知、傳輸和反饋過程。在實施NAVA通氣之前，必須在合適的位置安放探測電極收集患者Edi信號，這一點至關重要，確認正確的Edi導管位置是NAVA呼吸機自帶的特殊功能。通過傳感器將信號傳送至安裝有NAVA相關軟件的呼吸機，呼吸機感知到這些信號以后，根據預設的觸發范圍和支持水平給予通氣支持。整個機械通氣周期的啟動是直接基于患者的呼吸中樞驅動，也就是患者本身實際的通氣需要，而不是傳統意義上的時間、流速或壓力的改變，從而保證了對患者合理的通氣支持水平，也最大限度地提高了人機協調性。由于整個工作原理發生了根本性變化，在NAVA模式下，無需設置壓力、流量觸發以及壓力、容量支持水平等參數，取而代之的是膈肌電觸發(Edi trigger)和 NAVA 輔助水平(NAVA level，表示為 cm H2O/μV)。

當患者Edi強度達到預設的觸發水平(Edi trigger)時，就啟動1次通氣，此時呼吸機根據預設的NAVA輔助水平給予與Edi信號波形類似的壓力驅動。NAVA模式為非氣動依賴模式，其呼氣觸發發生于Edi信號減至峰值的70%時，所以整個呼吸過程的啟動、維持和吸呼氣轉換均由患者控制，實際發生的潮氣量則與患者Edi信號強度和肺順應性相關。NAVA與其他普通機械通氣模式相比，只需設定Edi信號觸發水平和NAVA輔助水平，而不必預先設置壓力或流量觸發水平、壓力或者容量支持水平、波形、吸氣時間等參數。在健康志愿者的研究中顯示，在最大吸氣時，NAVA可以安全有效地為呼吸肌去負荷，且不會造成肺部過度膨脹，亦不會發生呼氣切換失敗。

2 NAVA水平

經特殊的鼻胃管所獲得Edi數值經處理決定吸氣相，表達為μV。NAVA輔助水平表達了一個轉換比率，即每μV的Edi可以將多少cm H2O的壓力傳遞給患者。例如，NAVA水平為1 cm H2O/μV，那么當Edi是5 μV時將傳遞5 cm H2O的壓力。同樣，Edi是5 μV，但 NAVA 水平是2 cm H2O/μV，那么呼吸機將傳遞10 cm H2O壓力。假設肺部力學特性(肺順應性與氣道阻力)是恒定的，應用NAVA期間，當增加NAVA輔助水平時，潮氣量也增加，一旦達到目標后，將發生Edi降低或呼吸頻率降低的二者之一，以維持進入肺部的壓力平衡，保持潮氣量穩定。

3 MV與CHD患兒

先天性心臟病患兒呼吸功能可能因為從左向右分流引起的肺血流增加而受到損害［2］。一些兒童心臟手術后肺阻力增加，嚴重者發展為術后呼吸衰竭。急性增加的肺動脈壓也可產生明顯的肺部力學改變。在急性肺高壓期，氣道阻力增加43%且順應性下降11%［3］。嚴重的肺高壓患者肺組織活檢標本顯示支氣管平滑肌結構混亂，暗示同樣的原因可引起支氣管痙攣。輔助心導管檢查可見，機械呼吸的患兒中肺血流量的增加與呼吸阻力的增長成正比［4］。患兒經過增加肺血流的手術后肺部液體量將變為原來的3倍。另外，肺部因正壓通氣而擴張引起自身前列腺素釋放，導致肺血管擴張。這些因素都可導致肺部順應性降低，氣道壓力增加，嚴重影響機械呼吸效果與氣體交換質量，故呼吸功能不全廣泛存在于心臟術后患兒，嚴重影響患兒預后狀況。

另一個最常見的對肺部的不利影響是肺不張，據報道在經過CPB的兒童患者中出現比例高達82%［5］，非心源性肺水腫與急性支氣管痙攣在經歷了CPB的患兒與成人中均有報道［6］。

此外，在先天性心臟病患兒中，來自心臟和大血管的結構變異造成對肺部的外部壓迫，也可對肺功能產生不利影響。

呼吸機相關性肺損傷(VILI)是機械通氣應用中的嚴重并發癥，近年來備受臨床醫生重視。VILI是急性肺實質損傷與肺組織炎性反應，由于多種因素導致肺泡結構受損，肺水腫、肺纖維化、肺泡表面活性物質功能不全，加速肺功能不全的進展［7］，其主要臨床表現為:縱隔氣腫、皮下氣腫、氣胸、張力性肺大泡等。有報道認為其臨床發生率為5% ～15%［8］。VILI不僅僅造成肺局部損傷，還會引起機體全身性炎癥級聯反應，從而致使肺部和肺外臟器損傷，甚至誘發多器官功能衰竭，臨床死亡率高［9］。

專家們提出了著名的“肺保護策略”，通過小潮氣量通氣(VT≤6 ml/kg)與PEEP的應用等措施，減少VILI、降低患者的病死率。但是這種策略是以犧牲通氣量為代價的，臨床效果存在爭議［10，11］。

因此，這些因素都將影響CHD患兒術后呼吸功能的恢復，選擇最符合正常生理的機械呼吸模式顯得尤為重要。大部分先心病患兒能在術后24 h內撤機，但對嬰幼兒(尤其是早產兒、低體重兒)、術前伴肺功能不全或PAH、復雜型先心病患兒，肺部力學的改變對血流動力學有較明顯的影響，所以必須全面了解心臟手術的特點、心肺之間的相互作用和各種呼吸機模式的優缺點，選擇使血流動力學最優化的MV模式。

4 NAVA應用于CHD術后患兒的優點

4.1 提高人機協調性 NAVA是利用患者自身神經反射控制呼吸機工作，在人機協調方面有兩層涵義。(1)患者自身呼吸努力的起始與終止和呼吸機送氣的時間點有良好的關聯。(2)呼吸機輔助送氣量與患者呼吸努力有良好的關聯。尤其對于兒童來說，NAVA輔助與Edi成比例非常重要。傳統模式下固定的觸發壓力、觸發潮氣量或時間未必可以很好的適應患兒病情變化需要。盡管在熟練應用的傳統呼吸機輔助方式時可以很少發生漏觸發、誤觸發，但在Beck等［12］觀察發現NAVA模式下沒有上述事件發生。在NAVA模式下，可將鎮靜鎮痛類藥物應用達到最小化且保持人機同步性，對CHD術后患兒顯示出優越性:(1)減少藥物對心臟及其它臟器功能的影響。(2)患兒更易自我控制，主動咳嗽促進痰液排出。

4.2 不受漏氣影響 為了評估在拔管后在易漏氣的非創傷性接口的情況下，NAVA是否能協調、成比例的協助通氣做了研究:結果是在相同的NAVA水平伴相同的PEEP水平情況下，由于Edi的不同而導致經鼻非創傷性插管較經口的氣管插管所產生的傳輸壓明顯升高，而PaO2和PaCO2并沒有變化，實驗表明:NAVA不受漏氣的影響，可以有效的應用在即使接口處存在漏氣非創傷性插管的病人，使呼吸機和患者的呼吸協調一致［13］。

4.3 有效減輕呼吸肌負荷 NAVA是一種受EAdi控制的機械通氣模式。最大吸氣的時候，壓力傳輸可能達到最大水平從而可能造成肺損傷。Sinderby等［14］的研究結果表明:在健康志愿者，在最大深吸氣的時候，NAVA可以安全有效的減輕呼吸肌負荷，不會影響呼吸周期，不會引起肺的過度擴張。高水平的NANA可以最大限度的減輕膈肌的工作負荷，而EAdi仍然可以出現并能控制通氣。

4.4 有助于保護性機械通氣 近期研究發現NAVA與小潮氣量通氣策略都可以減輕急性肺損傷時VILI和肺外器官損壞。與常規機械通氣相比，NAVA能使氧合指數明顯改善，肺組織濕干重比減輕，血漿和肺泡灌洗液中白細胞介素(IL-8)、凝血因子、組織因子和纖溶酶原激活物抑制劑(PAI)1濃度明顯降低;而NAVA組心輸出量、尿量、腎臟肌酐明顯高于常規機械通氣組，肺外組織IL-8濃度最低。盡管NAVA組與小潮氣量組相比，上述參數沒有統計學差異，但是大多數參數低于小潮氣量組［15］。小潮氣量組需要使用麻醉劑抑制呼吸，而NAVA組則不必使用，這將避免膈肌功能障礙以及藥物的其他不良反應。在CHD術后患兒研究顯示，應用PSV與NAVA維持同樣的PaCO2水平，NAVA所需PIP明顯低于PSV，提示對比PSV，NAVA更具潛在的肺保護作用。

4.5 指導PEEP選擇 在嬰幼兒及動物的研究中發現可以利用Edi指導PEEP選擇。正常情況下，吸氣時Edi增高，稱為位相性Edi，呼氣時Edi消失。若在呼氣時Edi仍然存在，則稱為緊張性Edi，位相性Edi振幅低且不規則，提示可能有ALI的存在。緊張性Edi的產生通常與肺泡塌陷、肺水腫引起的迷走神經反射激活有關，PEEP水平會影響緊張性 Edi的幅度［16］。Emeriaud等［17］研究表明，PEEP為0時，緊張性Edi明顯增加，應用PEEP后，緊張性Edi降低，位相性Edi升高，是因為PEEP應用后陷閉的肺泡重新開放和功能殘氣量增加，肺水腫減輕，潮氣量增加，呼吸幅度增加，迷走神經興奮性降低，使膈肌張力下降，活動度增加。ALI時機械通氣目標是:設定最佳PEEP與合適的潮氣量以改善肺部通氣與換氣功能，同時避免產生VILI。在實驗中，對ALI兔使用Edi的動態變化選擇PEEP水平，當緊張性Edi最低時的PEEP水平，即為Edi決定的最佳PEEP水平。

4.6 指導機械通氣患者撤機 撤機失敗的患者常因呼吸負荷增加或膈肌收縮功能下降，引起呼吸中樞驅動增加，導致撤機失敗［18］。由于Edi能夠較好的反映呼吸中樞驅動與膈肌通氣效能，所以聯合潮氣量及氣道壓數值，膈肌電活動有可能用于指導撤機工作［19］。有研究顯示，撤離呼吸機后需要重新進行氣管插管或無創通氣的CHD術后患兒，在重新操作之前Edi信號強度明顯高于其他成功撤機患兒，暗示Edi是呼吸負荷量的指示，拔管后Edi持續增加的患兒可能需要再插管或無創通氣［20］。

4.7 有助于診斷膈肌功能不全 CHD手術過程中有損傷膈神經的可能，術后患兒自主呼吸時Edi信號消失或太微弱，確認Edi導管位置正確后，應該考慮術后雙側膈神經受損的可能，這有助于我們診斷術后膈肌功能不全。研究顯示膈肌功能不全常見于機械通氣的患者，且可能與導致撤機失敗相關［21］。盡管如此，呼吸機可自動在1/2個呼吸暫停期內將NAVA模式轉換為PSV模式，如果Edi再次出現，呼吸機將安全警告，人工可再次轉為NAVA模式。若全部呼吸暫停期內無神經或吸氣觸發，NAVA/PSV模式將被IPPV模式取代。在NAVA應用與監護期間，需要注意鎮靜藥物的應用后可能產生呼吸中樞抑制導致Edi信號消失，應注意鑒別。這點在新生兒與早產兒中尤為明顯，可能與其自身呼吸中樞尚未發育成熟有關。患兒鎮靜程度與Edi有負相關性，鎮靜過深會減弱患者呼吸中樞對膈肌的呼吸驅動，延長機械通氣時間。所以適宜的鎮靜程度對于縮短機械通氣時間及住院時間有幫助。

5 NAVA模式的未來展望

NAVA是一種新型機械通氣模式，與以往由時間決定或患者氣道內壓力、氣流速度變化而觸發呼吸機的傳統通氣模式不同，患者呼吸中樞直接控制呼吸機，吸氣觸發和呼氣轉換均由膈肌Edi變化控制，因而兩者的關系更緊密，反應更迅速，大大減少傳統機械通氣模式所引起的人機對抗、反應滯后、輔助不足或過度、誤觸發、漏觸發等問題。

應用機械通氣時，臨床醫生應該掌握呼吸系統的生理和病理生理機制以及患者和機器的相互影響，NAVA也不例外。以往研究中發現，NAVA組平均潮氣量為3 ml/kg，比傳統認為具有肺保護效應的6 ml/kg更低，這是NAVA模式產生肺保護效應的根本原因嗎?同時我們又提出了疑問:肺保護策略通氣策略中最佳潮氣量是多少?6 ml/kg是否是最佳，還是因人而異?如果使用NAVA模式或許就只要患者利用自身的生物反饋體系自我選擇，這些有待臨床研究去探索。而對頻繁嘔吐(曾遇1例置入Edi導管后嚴重嘔吐，只能將導管撤出，應用SIMV+PS傳統通氣模式)、呼吸中樞、膈神經、神經肌接頭處受損的患者是否能應用NAVA及如何應用則應進行更多的研究。NAVA技術在成為臨床常用技術之前我們還有很多工作要做。

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