機械通氣中的肺保護策略及其研究進展

張雪飛 綜述，劉亞林 審校

(重慶市第五人民醫院麻醉科 400062)

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機械通氣中的肺保護策略及其研究進展

張雪飛 綜述，劉亞林 審校

(重慶市第五人民醫院麻醉科 400062)

機械通氣； 肺保護； 機械相關性肺損傷

機械通氣是ICU治療重癥患者的一個基本工具，也是全身麻醉的一個重要組成部分，但機械通氣也可能導致并發癥發生。對已經患病的肺進行機械通氣或對原本正常的肺機械通氣時可能造成肺結構和功能的顯著改變，為了區別這兩種情況，引用兩個詞：呼吸機相關肺損傷(VALI)和呼吸機誘發肺損傷(VILI)，VALI是指先前存在肺損傷的患者，由于與呼吸機相關的因素導致肺損傷加劇或惡化，而VILI是指先前正常肺患者，由于與呼吸機相關的因素導致了肺部損傷[1]。本文將綜述VILI的機制，并進一步詳述機械通氣中的肺保護策略，以期提高機械通氣的臨床理論指導，減少機械通氣過程中并發癥的發生。

1 機械通氣中的肺損傷機制

機械通氣時不恰當的通氣策略導致肺損傷，其機制包括：(1)較高氣道壓或較大潮氣量導致肺的氣壓/容積傷早就為大家所熟知。(2)呼氣末肺容積過低或肺不張導致終末肺單位反復的開放和塌陷導致不張傷。(3)在機械通氣中，即使沒有肺組織解剖上的改變，各種力的作用可以誘導促炎癥反應細胞因子的釋放、白細胞的募集，局部的炎癥過程的啟動稱為生物傷[2]。生物傷的理論基礎是不恰當的機械通氣策略所促發促炎癥介質的釋放和免疫系統的過度激活。生物傷的一個早期和頻繁的現象是中性粒細胞從血管床向肺募集，并且由于上述的物理力(氣壓傷、容積傷、不張傷等)的作用，導致了不同的細胞內的介質的釋放：由受損傷的細胞直接釋放；或通過激活上皮、內皮、炎癥細胞的細胞信號傳導而間接釋放。被釋放的這些介質中一部分是直接對肺部有損傷作用，另一部分則可能是相繼使肺發展為肺間質纖維化[3]。這些被釋放的介質[4-5]、細菌[6]、脂多糖[7]從肺泡移位入血循環，可以導致多器官功能損害甚至死亡[8]。

2 保護性肺通氣策略

2.1 通氣模式的選擇 在臨床工作中，容量控制通氣(VCV)模式提供規則的每分通氣量和二氧化碳消除，確保了通氣操作的簡單化，為臨床所常用通氣模式。近些年，壓力控制通氣(PCV)模式的優勢逐漸為人們所認識。在Yang等[9]研究表明：和傳統的VCV通氣模式策略相比，PCV模式策略顯示出較高的動脈血氧分壓/吸入氧濃度的比值和較少的術后肺部并發癥，并且PCV組的氣道峰壓和平臺壓也是較低的。但也有研究者認為：PCV(與VCV相比)降低了氣道峰壓，卻只是維持了相似的血氧指數[10]。PCV與VCV相比，最主要的好處可能就是降低了機械通氣中較高氣道壓可能導致的氣壓傷。一項對膿毒血癥患者的回顧性分析研究表明：在保護性肺通氣策略中，限制平臺壓<30 cm H2O不僅可以提高急性肺損傷(ALI)患者的生存率，而且對沒有ALI但是進行機械通氣的患者的生存率也有提高[11]。這有可能是該策略減少了急性肺實質的損傷。基于這些隨機臨床實驗的結果，指南推薦控制吸氣末平臺壓≤30 cm H2O。但是2013年發表于Anesthesiology雜志的一篇文章認為：對急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)患者，即便控制氣道平臺壓≤30 cm H2O，仍有可能發生過度通氣，因此他們認為平臺壓≤25 cm H2O更加安全[12]，當然，這需要更多的臨床實驗加以證實。

2.2 潮氣量 Kim等[13]的研究認為：在胸科手術中，用較高的潮氣量(10 mL/kg預測體質量)對術前肺功能正常的患者進行單肺通氣不會導致任何肺損傷之類的并發癥，這種方式比小潮氣量通氣聯合或不聯合呼氣末正壓(PEEP)能更有效地預防低氧血癥，而且PEEP在改善動脈血氧分壓方面的效果是不確定的。傳統觀念認為機械通氣的潮氣量為8～10 mL/kg預測體質量，潮氣量過小，可能促進發生肺不張，而較大的潮氣量，可以增加通氣量，改善氧合。但隨后的觀察發現用較大潮氣量對肺進行通氣產生的過度拉伸及平臺壓的增加能導致VILI。除此之外，Pinheiro de Oliveria等[14]的隨機對照試驗數據表明：在對術前沒有肺部疾病患者的試驗中，小潮氣量聯合PEEP的機械通氣模式可以抑制肺部炎癥介質的產生；在大潮氣量通氣組，支氣管肺泡灌洗液中顯著增高的白細胞介素(IL)-8和腫瘤抑制因子α(TNF-α)水平則支持大潮氣量機械通氣對肺損害的可能。回顧性研究和前瞻性研究表明：即便對手術中需要短期機械通氣的患者，小潮氣量機械通氣也顯示出有利效果[15]。

2.3 PEEP的選擇 VILI的另一機制是肺不張傷。PEEP的保護性效應就是預防膨脹不全的終末氣道和肺泡的反復的開放和塌陷。最近，一個國際性多中心的隨機對照實驗，比較了對計劃施行腹部手術的患者，術中運用較低水平的PEEP(<2 cm H2O)或較高水平的PEEP(12 cm H2O)聯合低潮氣量8 mL/kg通氣，發生術后肺部并發癥的風險，結果發現運用較高水平的PEEP組術后肺部并發癥的發生率較高，而且，較高水平的PEEP組術中低血壓的發生率較高[16]。但也有研究表明：10 cm H2O的PEEP不會增加血流動力學的損害，也不會增加術中液體的需求與術中失血[17]。而Hoftman等[18]的研究則表明：在胸科手術中對通氣側肺應用5～10 cm H2O的PEEP，盡管循環系統能夠耐受，在大多數患者，卻沒有能夠改善動脈血氧飽和度。只有少部分患者對術中的PEEP做出了積極的響應。在臨床實驗中出現矛盾結果一個可能的原因就是：大多數是基于氣道壓和氣體交換參數設定PEEP值，而不是根據患者的生理狀況即跨肺壓來滴定PEEP值。不能個體化考慮每個患者肺的具體的順應性、復張能力等，簡單的根據協議設定PEEP將會增加VILI的風險。ARDS的患者尤其易于發展成VILI，因為ARDS患者的肺實質發生不均一的損害，導致部分區域由于肺不張、炎癥滲出等原因而出現低通氣，而另一些區域出現過度通氣。在這種背景下，最好的通氣策略是通氣量剛好適應肺的通氣。因此，根據跨肺壓來調整通氣模式的選擇和呼吸機參數的設置不失為一種很好的選擇[19]。目前，測量跨肺壓的方法有多種，Chiumello等[20]報道來源于肺彈性測量出的跨肺壓方法能夠較真實的反應跨肺壓的值，這種方法不需要斷開呼吸機，因此避免了由于反復震蕩肺導致的肺損傷的風險及臨時失去PEEP支持導致的低氧血癥的風險。

2.4 肺泡復張策略(RMs) 在臨床工作中，即便在通氣中嚴格限制壓力和潮氣量，仍然有1/3的患者吸氣末肺泡過度擴張。用小潮氣量行機械通氣，肺泡的反復充氣與塌陷也能夠發生，導致增加了VILI風險。這種情況主要是發生在有較大比例肺不張的患者。適當水平的PEEP可以防止呼氣末肺泡的萎陷。RMs可以通過暫時性的增加跨肺壓用來開放塌陷、不張的肺單位。早期運用RMs的確能夠使塌陷的肺泡開放，如果在RM后給予一個合適的PEEP用以維持肺泡的開放，能夠有效改善氧合。一個多中心的隨機實驗證實：對中到重度的ARDS患者，早期應用高頻振蕩通氣與保護性通氣策略(小潮氣量聯合PEEP)相比有較高的病死率，僅僅用于那些合并嚴重難治性低氧血癥的患者[21]。一項動物實驗研究表明，早期APRV通過保留肺泡上皮的完整性、降低肺水腫、保留表面活性物質、維持肺泡的穩定性可以預防臨床和組織學上的肺損傷[22]，但這一方法還有待臨床研究中的進一步證實。

2.5 吸入氧濃度 在全身麻醉手術期間，使用較高濃度的氧有幾點原因：(1)充足的氧供能降低術后惡心嘔吐和術后傷口感染的發生率[23]；(2)運用較低的潮氣量進行通氣時，尤其是聯合較低水平的PEEP，可能會促進肺膨脹不全，因此增加肺內的分流，較高的吸入氧濃度可預防和治療低氧血癥[24]，改善外周的氧合；(3)減少創傷性感染的風險[25]。但長時間吸入較高濃度的氧導致高氧血癥，可誘發肺損傷和增加氧化應激，以及與吸收性肺不張的發展有關并增加肺部分流[26]。另外動物實驗表明，用100%的氧雙肺通氣1 h或單肺通氣3 h的動物比用低于50%的氧通氣的動物有較大的肺部炎癥損害，說明純氧吸入增加了肺部損傷[27]。更有研究報道，較高的術中吸入氧濃度與腹部腫瘤手術患者的長期病死率相關[28]。權衡利弊，在機械通氣中，為了保證滿意的血氧分壓和減少肺部損傷，應該在保證機體足夠氧合的基礎上盡量降低吸入氧濃度。

3 結 論

目前，對不適當的機械通氣會誘導或加重肺損傷已經得到了廣泛的認同，小潮氣量聯合適當水平PEEP以及壓力限制模式通氣策略對改善VALI、VILI預后具有重要意義，是當今肺保護性通氣策略的主要進步。臨床工作中，醫師應針對患者具體情況采取適當的、個體化的肺保護策略，使機械通氣的管理更加有效和合理，盡量減少機械性通氣肺損傷的發生。

[1]De Prost N,Ricard JD,Saumon G,et al.Ventilator-induced lung injury:historical perspectives and clinical implications[J].Ann Intensive Care,2011,1(1):28.

[2]Ngiam N,Kavanagh BP.Ventilator-induced lung injury:the role of gene activation[J].Curr Opin Crit Care,2012,18(1):16-22.

[3]Cabrera-Benítez NE,Parotto M,Post M,et al.Mechanical stress induces lung fibrosis by epithelial-mesenchymal transition[J].Crit Care Med,2012,40(2):510-517.

[4]Ranieri VM,Suter PM,Tortorella C,et al.Effect of mechanical ventilation on inflammatory mediators in patients with acute respiratory distress syndrome:a randomized controlled trial[J].JAMA,1999,282(1):54-61.

[5]Hennus MP,Bont LJ,Jansen NJ,et al.Tidal volume drives inflammation during mechanical ventilation for viral respiratory infection[J].Pediatr Crit Care Med,2014,15(1):e27-31.

[6]Nahum A,Hoyt J,Schmitz L,et al.Effect of mechanical ventilation strategy on dissemination of intratracheally instilled Escherichia coli in dogs[J].Crit Care Med,1997,25(10):1733-1743.

[7]Murphy DB,Cregg N,Tremblay L,et al.Adverse ventilatory strategy causes pulmonary-to-systemic translocation of endotoxin[J].Am J Respir Crit Care Med，2000,162(1):27-33.

[8]Slutsky AS，Tremblay LN.Multiple system organ failure.Is mechanical ventilation a contributing factor?[J].Am J Respir Crit Care Med,1998,157(6 Pt 1):1721-1725.

[9]Yang M,Ahn HJ,Kim K,et al.Does a protective ventilation strategy reduce the risk of pulmonary complications after lung cancer surgery? A randomized controlled trial[J].Chest,2011,139(3):530-537.

[10]Montes FR,Pardo DF,Charris H,et al.Comparison of two protective lung ventilatory regimes on oxygenation during one-lung ventilation:a randomized controlled trial[J].J Cardiothorac Surg,2010,5(5):99.

[11]Martin-Loeches I,de Haro C,Dellinger RP,et al.Effectiveness of an inspiratory pressure-limited approach to mechanical ventilation in septic patients[J].Eur Respir J,2013,41(1):157-164.

[12]Terragni PP,Filippini C,Slutsky AS,et al.Accuracy of plateau pressure and stress index to identify injurious ventilation in patients with acute respiratory distress syndrome[J].Anesthesiology,2013,119(4):880-889.

[13]Kim SH,Jung KT,An TH.Effects of tidal volume and PEEP on arterial blood gases and pulmonary mechanics during one-lung ventilation[J].J Anesth,2012,26(4):568-573.

[14]Pinheiro de Oliveira R,Hetzel MP,dos Anjos Silva M,et al.Mechanical ventilation with high tidal volume induces inflammation in patients without lung disease[J].Crit Care,2010,14(2):R39.

[15]Sundar S,Novack V,Jervis K,et al.Influence of low tidal volume ventilation on time to extubation in cardiac surgical patients[J].Anesthesiology,2011,114(5):1102-1110.

[16]Hemmes SN,Gama de Abreu M,Pelosi P,et al.High versus low positive end-expiratory pressure during general anaesthesia for open abdominal surgery(PROVHILO trial):a multicentre randomised controlled trial[J].Lancet,2014,384(9942):495-503.

[17]Severgnini P,Selmo G,Lanza C,et al.Protective mechanical ventilation during general anesthesia for open abdominal surgery improves postoperative pulmonary function[J].Anesthesiology,2013,118(6):1307-1321.

[18]Hoftman N,Canales C,Leduc M,et al.Positive end expiratory pressure during one-lung ventilation:selecting ideal patients and ventilator settings with the aim of improving arterial oxygenation[J].Ann Card Anaesth,2011,14(3):183-187.

[19]Akoumianaki E,Maggiore SM,Valenza F,et al.The application of esophageal pressure measurement in patients with respiratory failure[J].Am J Respir Crit Care Med,2014,189(5):520-531.

[20]Chiumello D,Cressoni M,Colombo A,et al.The assessment of transpulmonary pressure in mechanically ventilated ARDS patients[J].Intensive Care Med,2014,40(11):1670-1678.

[21]Ferguson ND,Cook DJ,Guyatt GH,et al.High-frequency oscillation in early acute respiratory distress syndrome[J].N Engl J Med,2013,368(9):795-805.

[22]Roy S,Habashi N,Sadowitz B,et al.Early airway pressure release ventilation prevents ARDS-a novel preventive approach to lung injury[J].Shock,2013,39(1):28-38.

[23]Hovaguimian F,Lysakowski C,Elia N,et al.Effect of intraoperative high inspired oxygen fraction on surgical site infection,postoperative nausea and vomiting,and pulmonary function:systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials[J].Anesthesiology,2013,119(2):303-316.

[24]Kazan R,Bracco D,Hemmerling TM.Reduced cerebral oxygen saturation measured by absolute cerebral oximetry during thoracic surgery correlates with postoperative complications[J].Br J Anaesth,2009,103(6):811-816.

[25]Patel SV,Coughlin SC,Malthaner RA.High-concentration oxygen and surgical site infections in abdominal surgery:a meta-analysis[J].Can J Surg,2013,56(4):e82-90.

[26]de Graaff AE,Dongelmans DA,Binnekade JM,et al.Clinicians′ response to hyperoxia in ventilated patients in a Dutch ICU depends on the level of FiO2[SJ].Intensive Care Med,2011,37(1):46-51.

[27]Olivant Fisher A,Husain K,Wolfson MR,et al.Hyperoxia during one lung ventilation:inflammatory and oxidative responses[J].Pediatr Pulmonol,2012,47(10):979-986.

[28]Meyhoff CS,Jorgensen LN,Wetterslev J,et al.Increased long-term mortality after a high perioperative inspiratory oxygen fraction during abdominal surgery:follow-up of a randomized clinical trial[J].Anesth Analg,2012,115(4):849-854.

10.3969/j.issn.1672-9455.2015.20.063

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