ARDS患者呼氣末肺容積動態變化及其相關性研究

宋邵華 王來 楊秀芬

急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)以順應性降低、肺容積減少以及通氣/血流比例嚴重失調為主要病理變化[1]，而肺泡塌陷導致功能殘氣量(functional residual capacity，FRC)減少，外源性呼氣末 正 壓(positive end expiratory pressure ，PEEP)的應用，使得呼氣末肺容積(EELV)包括FRC以及肺容積增加量，換言之，EELV是基于一定PEEP水平下的功能殘氣量。ARDS患者的特征表現為不同程度的低氧血癥、呼吸力學改變和呼氣末肺容積(EELV)減少[2-4]。Engstr?m Care station呼吸機(GE Healthcare公司)采用改良的氮氣沖洗/沖洗技術(modified nitrogen washout/washin technique，EELV-N2)[5]，使得呼吸機治療患者無需中斷機械通氣即可測定FRC/EELV。本研究前瞻性觀察ARDS患者隨病程進展，不同PEEP水平下的EELV的動態變化以及與氧合指數、順應性的相關性。

資料與方法

一、一般資料

2018年1月至2021年3月河北醫科大學第一醫院重癥醫學科收治的ARDS患者。本研究符合醫學倫理學標準，通過本院倫理委員會審核批準(2018004002)，患者或家屬均簽署知情同意書。入選標準：符合ARDS診斷標準[6]且氧合指數小于200 mmHg，入選時應用有創呼吸機治療小于48 h。排除標準：年齡小于18歲、部分肺切除或瘺管導致氣道解剖異常、腫瘤患者、瀕危或嚴重血流動力學不穩定患者、ARDS診斷超過48 h、應用呼吸機治療大于或等于48 h、曾使用高頻振蕩通氣(HFOV)，高PEEP(PEEP超過20 cmH2O)、FiO2>0.8。

二、方法

1 研究方法

所有患者在入組第一天均采用容量控制的同步間歇指令通氣模式(Synchronized intermittent mandatory ventilation ，SIMV))通氣，限制吸氣壓力，設置潮氣量不高于6mL/kg預測體重(pbw)[7]。在每次測量開始前，為了確保相同的檢查條件，患者安靜平臥至少15 min，避免吸痰、翻身刺激。參考鎮痛鎮靜程度評估表(Richmond Agitation-Sedation Scale，RASS)，患者鎮痛鎮靜深度目標RASS -3至-4。

2 研究流程

(1) 準備 記錄患者性別、年齡、生命體征及檢驗、檢查結果，記錄入組時通氣參數(呼吸機模式、潮氣量、呼吸頻率、呼氣末正壓、吸氧濃度)、呼吸力學參數(氣道峰壓Ppeak、平臺壓Pplat、肺和胸壁的靜態總順應性Cst)以及血流動力學狀態

(2) 根據ARDS net PEEP和FiO2表格法設置高/低水平PEEP，參照低水平PEEP設置呼吸機參數PEEP及FiO2[8]

(3) EELV的測定

第一步：原PEEP水平下測量EELV:呼吸機參數不變，通氣至少15 min使得二氧化碳體積(VCO2)達到的穩態狀態， FiO2增加或減少0.1，每次調整后需要大約20次呼吸、共計5 min完成一次EELV測定。

第二步：調整PEEP 為15 cmH2O，其余參數不變，測定EELV，方法同第一步。

第三步：下調PEEP為10 cm H2O測定EELV

第四步：PEEP降為5 cmH2O時測定EELV。

第一至第四步的試驗方案在患者入組后第1、3、5、7天進行。

根據Engstr?m Care station呼吸機設置，FRC程序運行約10 min完成兩次FRC測量，自動求平均值。如果FRC 程序的第二次測量值不在第一次測量值的25%以內，曲線和數值將不會用作平均計算,被剔除，在下一個10 min內FRC程序再次開始運行。

(4) 退出研究原因 研究期間符合氣管插管拔管指征、脫機拔管，自動出院或死亡，機械通氣不能維持呼吸升級到ECMO，持續血液動力學不穩定不能耐受EELV的測量。

3 觀察指標

(1) 基線數據：患者性別、年齡、體重、診斷、ARDS病因、急性生理學與慢性健康狀況評分系統Ⅱ(acute physiology chronic health evaluation scoring system Ⅱ，APACHEⅡ)評分、入組前機械通氣時長、呼吸動力學參數等。

(2) 記錄每日呼吸機參數設置、呼吸力學參數及動脈血氣分析結果。

(3) 第1、3、5、7天(D1、D3、D5、D7)上午測定不同PEEP水平的EELV，根據患者預測體重計算EELV/pbw。

三、統計學方法

本研究中所有數據均采用SPSS 20.0軟件分析。呈正態分布計量資料以均數±標準差表示。整個研究過程中在不同患者每個PEEP水平下隨時間的連續變量結果(順應性、氧合指數、呼 氣 末 肺容 積)，以研究時間和患者個體為隨機因素,采用重復測量的方差分析。采用Spearman檢驗計算EELV與氧合指數、順應性的相關性。當P<0.05時差異具有統計學意義。

結 果

一、一般資料

收治ARDS患者40例，其中D3轉ECMO 1例、D5放棄治療2例和撤機3例，D7撤機4例,共計30例患者完成研究。30例患者中男性19例(63.3%)，女性11例(36.7%)；年齡43～81 歲，平均(62.3±13.8)歲。第一次EELV測定時氧合指數(PaO2/FiO2)(120.76±19.20) mmHg。根據Berlin定義，中、重度ARDS分別為24例、6例。初始選擇的PEEP為(10.2±1.28) cmH2O。從開始機械通氣到入組首次測量EELV的時間為2～46 h。

二、所有完成研究的患者氧合明顯好轉(見圖1)，順應性呈上升趨勢(見圖2)，且具有統計學意義(P<0.05)。

圖1 最佳PEEP下患者氧合指數注：圖中〇為離群值，☆為極值，兩者均未納入統計

圖2 最佳PEEP下患者順應性注：圖中〇為離群值，未納入統計

三、患者第1天、第3天、第5天、第7天分別在15 cmH2O 、10 cmH2O、5 cmH2O 不同PEEP下EELV的測量結果見表1。不同PEEP水平下，EELV隨著時間的推移, EELV成逐步上升趨勢，第1、3、5、7天各時間節點的差異有統計學意義的結果(P<0.001)。進一步分析發現，同一研究時間節點，隨PEEP水平升高，EELV逐步增加，且差異具有統計學意義(P<0.05)(見圖3)。

表1 不同PEEP水平下

圖3 不同PEEP水平下EELV結果

四、最佳PEEP水平下EELV、EELV/pbw與順應性Cst、氧合指數PaO2/FiO2結果(見表2)，部分時間節點，患者的順應性與此時PEEP水平下的EELV以及EELV/pbw呈正相關。第1、3天順應性與EELV的相關系數分別為r=0.835、r=0.596(P<0.01)，兩者存在正相關，且相關關系有統計學意義；第5 、7天順應性與EELV的相關系數r=0.076和r=0.209,兩者正相關很弱，且P>0.05,無統計學意義；順應性與EELV/pbw的相關性類似。而PaO2/FiO2與此時PEEP水平下的EELV及EELV/pbw均無相關性(見表3)。

表2 最佳PEEP下EELV、EELV/pbw與Cst、PaO2/FiO2結果

表3 最佳PEEP下EELV、EELV/PBW與Cst、PaO2/FiO2相關性分析(r/p)

討 論

眾所周知，ARDS主要的病理生理改變是肺泡毛細血管通透性增加,引起間質和肺泡水腫,導致功能殘氣量減少,肺順應性降低,進而動脈氧分壓(PaO2)降低,分流比值及生理死腔增加。PEEP是糾正低氧血癥的重要手段之一，雖然不會改變FRC(無論是肺源性還是非肺源性ARDS)[9]，但是會對EELV造成影響。對于ARDS患者PEEP狀態下的EELV變化知之甚少。本研究采用改良的氮多重呼吸洗脫(NMBW)技術，對急性呼吸窘迫綜合征患者進行為期7天的EELV檢測，發現隨時間的推移EELV逐步上升。ARDS患者殘氣量、肺順應性等肺力學降低導致動脈氧分壓(PaO2)或氧合指數下降，但是在急性肺損傷動物研究中，EELV與PaO2的相關性較弱[4]，Bikker研究也發現EELV和PaO2/FiO2之間的相關性僅在16名主要肺部損傷患者的亞組中存在[10]。Kalenka雖然發現EELV與PaO2/FiO2之間存在統計學上顯著的相關性，但相關性很弱，相關指數r僅為0.31[2]。而我們的研究中， ARDS患者的EELV與PaO2以及PaO2/FiO2均無相關性，這可能與ARDS的異質性有關。ARDS病因和病理改變的異質性，使不同患者的胸內壓不同，外源性ARDS由于胸壁彈性阻力增加、整個呼吸系統順應性下降但肺順應性下降可能并不明顯，而內源性ARDS由于肺順應性下降明顯，順應性的改變也會導致PEEP水平下的EELV變化[11]。本研究通過Engstrom呼吸機自動顯示的肺和胸壁的靜態總順應性(Cst)，發現ARDS患者的順應性明顯下降，經過積極治療后順應性呈上升趨勢，但沒有統計學意義,可能與肺與胸壁順應性混雜有關。同時大部分時間節點，患者的靜態總順應性與此時PEEP水平下的EELV呈正相關，雖然相關性很弱。這也是首次報道ARDS患者呼吸系統順應性與EELV的相關性。

既往的研究，在動物模型和患者中均顯示EELV對PEEP的依賴[4, 10, 12-13]。本研究進一步分析發現，同一研究時間節點，隨PEEP水平升高，EELV逐步增加，這與之前Bikker的結果類似[10]。理論上PEEP的增加會導致EELV的顯著增加，但是在設定潮氣量不變的情況下，增加PEEP，EELV增加的幅度會減少、甚或不再增加。這時可能提示肺泡過度膨脹、而不是復張[2, 13]。本研究也發現PEEP從5 cmH2O到10 cmH2O EELV增加的幅度，遠大于從10 cmH2O到15 cmH2O增加的幅度。在肺損傷模型研究發現，FRC或EELV可以反映PEEP導致的肺泡通氣增加和肺組織的復張，是一個更敏感的指標[13-14]。這意味著，在肺保護性通氣方面，單純采用氧合來選擇通氣方式似乎不妥， EELV可能為確定最佳PEEP或最佳通氣方式，提供更好的方法。

雖然ARDS更多的表現為低氧血癥、治療圍繞低氧的糾正，但是更應該關注呼吸力學。利用氮多重呼吸洗脫(NMBW)技術，急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)患者EELV的測定是可靠的，可為危重患者床邊肺張力的計算提供數據，進而指導個體化肺部保護治療，比如潮氣量設定、PEEP的滴定等。