急性呼吸窘迫综合征机械通气肺复张的研究进展

赵小龙,李茂琴,许 铁

急性呼吸窘迫综合征 (acute respiratory distress syndrome,ARDS)缺乏特效的治疗方法,目前仍采用以呼吸支持为基础的综合治疗,合理使用机械通气 (mechanical ventilation,MV)是成功抢救ARDS的基础。随着对 ARDS呼吸生理学研究的逐渐深入和对机械通气相关性肺损伤(ventilation associated lung injury,VALI)的认识,目前以 “小潮气量 (tidal volume,VT)和最佳呼气末正压 (positive end expiratory pressure,PEEP)”为核心内容的肺保护性通气策略 (lung protective ventilation strategy,LPVS),可以显著改善 ARDS患者的预后,成为 ARDS机械通气治疗的主要推荐意见[1]。

然而,小的潮气量使塌陷的肺泡难以复张,导致 ARDS肺容积减少,顺应性明显降低,低氧血症难以纠正。如何以适当水平的压力打开塌陷的肺泡并保持其开放就显得十分重要。因此有学者提出肺复张法,其原则是在机械通气过程中间断提高跨肺压,使其高于潮气通气的压力而达到肺泡开放压并持续一定时间,让尽可能多的肺单位实现最大程度的生理性膨胀,从而增加肺容积,改善氧合和呼吸系统顺应性。

1 肺复张的意义和必要性

肺复张的本质就是尽可能适度的打开塌陷的肺泡,而肺泡塌陷就是 ARDS重要的病理生理特征,是 ARDS病理生理改变的基础,这是因为:(1)肺泡大量塌陷导致 ARDS肺容积明显减少;(2)肺泡塌陷导致肺顺应性明显降低;(3)肺泡塌陷导致通气/血流比例失调;(4)肺泡塌陷也是肺动脉高压的原因[2]。同时肺泡塌陷可导致严重的病理生理损害,这主要包括造成低氧血症难以纠正,肺泡表面活性物质丢失,呼气气流受限,导致生物性肺损伤[2]。从 ARDS的病理生理特点和肺泡塌陷造成的严重后果来看,采取积极有效的措施,使塌陷肺泡复张,并保持开放状态,就显得极有意义。

由于肺保护性通气时的平台压一般远低于开放肺泡的开放压,故不能复张塌陷肺泡,可能加重低氧血症,至少有 15%的患者需提高吸入氧浓度,然而高浓度吸氧也会导致大量肺泡塌陷[3]。另外,反复吸痰等断开呼吸机管路的操作也会导致大量肺泡塌陷。显然,肺复张是 ARDS小潮气量肺保护性通气策略的必要补充。

目前大量的研究也已表明,肺保护性通气结合肺复张通过对塌陷肺泡的开放作用,扩大肺容积,增加气体交换面积;改善气体分布,减少肺内分流,改善通气血流比值;减少对肺表面活性物质的消耗;减轻肺水肿;减少继发性炎性递质产生;减轻对肺内皮细胞损伤[4]。因此更有利于肺保护和气体交换。

2 肺泡复张的实施

2.1 塌陷肺泡的复张是压力依赖性和时间依赖性的,也就是说,塌陷肺泡的复张需要一定的开放压和维持时间。在 0.9%氯化钠溶液灌洗猪模型中开放肺泡需要55 cm H2O(1 cm H2O=0.098 kPa),在油酸所致 ARDS狗中压力超过 50 cm H2O时,仍有约 4%塌陷肺泡处于不张状态。研究表明肺泡灌洗导致的重度 ARDS家兔模型实施控制型肺膨胀的最佳压力是 5倍平均气道压[5]。术后肺不张患者实施肺复张需 30～40 cm H2O的压力。目前临床常用压力为 30～45 cm H2O,有的可达 60～70 cm H2O[6]。持续时间为 20～60 s,有的可达 2 min[7-8]。

2.2 肺复张法可以通过不同的方法实现,迄今尚无统一的方法。容量与压力控制两种通气方式中,哪种开放肺更好,临床仍有不同看法。但压控减速气流相对于容控恒速气流来说打开肺泡效果更好,而且有利于气体在肺内的交换,便于限制过高的肺泡压和预防 VALI。常用肺复张法包括控制性肺膨胀、叹气和压力控制通气法[9-10]。(1)控制性肺膨胀是目前较为常用的一种复张方法。通常将呼吸方式调至持续气道正压,设定 PEEP水平为目标复张压力水平 (35～60 cm H2O),维持20～40 s[11]。 (2)间断叹气法可有效促进 ARDS萎陷肺泡的复张,改善低氧血症,但似乎不能改善肺的顺应性,且作用不持久。(3)间断高水平压力控制通气法:Barbas等[12]研究了 10例 ARDS患者,设置 PEEP为低位返折点 +2 cm H2O。将患者随机分为两组,分别接受 l次∕ 3 h(持续 6 s)的 40 cm H2O压力控制通气,或 l次∕ 3 h(持续 6 s)压力分别为 40、50、60 cm H2O的压力控制通气。两组进行 3个周期。与第 1组比较,第 2组患者第 1、6 h的氧合指数增加较多,没有明显的血流动力学变化。 (4)恒定压力控制通气伴间断逐步增加 PEEP法 (PEEP递增法):顾名思义,该方法系在恒定压力控制通气模式下逐渐增加PEEP水平达到肺复张。(5)俯卧位通气法:与其他几种肺复张的方法不同,俯卧位通气不是调整患者的机械通气参数,而是调整体位来达到肺复张的目的。Gaziatsou等[13]对 21例急性肺损伤患者在肺复张法后采用俯卧位通气,提出两者可以协同改善氧合,俯卧位通气不会引起肺泡过度膨胀,对膈肌附近的肺复张效果较好,整个肺脏通气更加均一。另外,保留自主呼吸、部分液体通气均有利于肺泡复张。近年来认为高频震荡喷射通气治疗 ARDS也是一种较好的肺开放措施。肺复张的最佳方法目前并没有定论,每次肺复张的压力水平、持续时间以及频度也有待于进一步明确。不同肺复张方法间的优劣尚没有研究。目前临床上治疗重症 ARDS患者可联合应用一般肺复张手法和俯卧位通气等综合措施。通常在肺复张法前应将吸入气体的氧浓度 (FiO2)升至 1.0,持续 5～10min,同时辅以适当的镇静剂,以利于患者耐受持续的高气道压力。

2.3 肺复张效果受多种因素影响,包括肺复张的实施方法、压力水平、持续时间,ARDS本身的情况 (如类型、病程、严重程度等)、当时的通气参数设置等。

2.3.1 肺复张的方法、开放压水平和持续时间不同均会影响肺复张的效果。早期的研究显示,油酸导致 ARDS模型中,压控法改善氧和的作用优于控制性肺膨胀法和 PEEP递增法。但在盐酸及 0.9%氯化钠溶液灌洗模型中,三种复张方法对氧和及复张容积的改善无统计学意义,提示不同肺复张方法效果的不同可能也与 ARDS模型有关[14]。

2.3.2 1998 年,Gattinoni等[15]首先发现,因肺炎导致的 ARDS与因腹部疾病导致的 ARDS,在病理改变及使用外源性PEEP治疗效果方面均有明显差异,并根据这一现象将 ARDS分为肺内源性 ARDS和肺外源性 ARDS。Pelosi等[16]的研究发现,肺内源性 ARDS和肺外源性 ARDS患者呼吸系统弹性阻力的变化是相似的,但由于肺内源性 ARDS患者的肺实变,导致肺的弹性阻力要高于肺外源性 ARDS;相反,肺外源性 ARDS患者胸壁弹性阻力要比肺内源性 ARDS高 2倍。鉴于肺内源性ARDS和肺外源性 ARDS病理生理的差异,对其进行机械通气治疗时的策略应有不同,在运用新型肺保护性通气策略的治疗效果方面也有差异。有研究证明,肺内源性 ARDS患者使用一定水平的 PEEP治疗会导致肺的过度膨胀,而同样水平的PEEP应用于肺外源性 ARDS患者则有助于肺泡复张[15]。Gattinoni等[15]发现,PEEP对肺内源性 ARDS和肺外源性ARDS患者肺弹性阻力的作用差异也非常大,提高 PEEP水平会导致肺内源性ARDS患者肺弹性阻力升高,而肺外源性ARDS患者的肺弹性阻力和胸壁弹性阻力却减小。尽管 PEEP会导致肺内源性ARDS和肺外源性 ARDS患者呼气末容积增加,但是对肺外源性 ARDS患者来讲有助于肺泡的复张、促进氧合的改善,而对肺内源性 ARDS患者来讲其促进肺泡复张和氧合改善的作用就不明显了。Gattinoni[17]、李茂琴等[18]也报道,合并有严重肺部感染或出血的肺内源性 ARDS患者,应用 PEEP对气体交换改善的作用并不明显,而以肺部弥漫性渗出改变为主的肺外源性 ARDS患者应用 PEEP则有良好的临床疗效;但在 ARDS终末期,由于肺部出现重塑和纤维化的改变,二者的差异就不明显了。Kloot等[19]对 3种不同的肺损伤模型的研究发现,静脉注射油酸形成的急性肺损伤模型与肺外源性 ARDS表现相似,对肺复张手法疗效确切;而气管内注射细菌形成的肺内源性 ARDS模型应用PEEP治疗效果则不理想,且对以肺实变为主的动物模型提高吸气和呼气压并不是有益的,甚至反而有害。但是也有作者提出不同的意见,如 Puybasset等[20]报道肺内源性 ARDS和肺外源性 ARDS应用PEEP的疗效相似,这表明今后的研究还有待进一步深入。

2.3.3 复张前 PEEP和潮气量不同肺复张效果也不同,PEEP和潮气量共同决定肺容积。基础肺容积不同对肺复张反应不同。如果 PEEP和潮气量水平都比较低,肺复张的效果比较明显。反之,若 PEEP和潮气量均比较高,则肺复张的效果就相对较差,而且肺复张压力的过大反而易使部分肺泡过度扩张。此外,如果吸氧浓度过高,肺泡也会发生塌陷,因此肺复张后吸氧浓度应尽可能低以减轻肺泡的塌陷。

3 肺复张后 PEEP的选择

肺复张后合适的 PEEP是维持肺泡开放的关键,动物模型表明,更高的 PEEP能够阻止肺泡周期性萎陷与复张,降低肺不张邻近区域过高的机械应力[21]。在ARDS治疗中,恰当的 PEEP能够提高功能残气量、防止肺萎陷、促进肺水由肺泡向间质分布,从而达到以更低的氧浓度维持更好的氧合[22]。李茂琴等[24]的临床研究提示:RM后适当提高 PEEP水平能有效维持复张的肺泡开放,并对血流动力学影响较小。然而,过高的 PEEP肯定造成气压伤和容积伤,最佳 PEEP值应该是多少目前尚无定论。

理论上最佳 PEEP选择应根据静态压力容量 P-V曲线吸气相找出低位拐点(LIP)所对应的压力 (Pflex),然后将PEEP定位在 Pflex+2 cm H2O的水平,动物模型[21]及临床研究[24]均有文献证实该设置可有效减轻肺损伤。但无论采用大注射器法还是慢流速法或其他方法,静态P-V曲线在危重患者如 ARDS的抢救过程中进行描记都欠可操作性,很难找出明确的拐点,故临床很少应用,且 P-V曲线受胸壁顺应性等因素影响。Hickling[25]应用 ARDS数学模型证实静态 P-V曲线吸气相低位拐点不一定标志着肺泡的复张,吸气相高位拐点也不一定标志着肺的过度扩张,相反高位拐点 (UIP)可能标志着肺刚刚完成复张。另外,P-V曲线代表的是全部肺单位的顺应性,由于ARDS时肺的异质性,据此分析出的 LIP和 UIP可能不能准确反映肺复张和肺过度膨胀时的压力值。在 P-V曲线的吸气相,肺复张可能是持续进行的而不是突然发生的,因为 ARDS肺病变的异质性,有的肺泡复张所需要压力相对较高,其闭合压力相对也应当较高,肺泡复张的不同步性必然导致去复张的不同步[26]。最新观点认为,在 P-V曲线的描记过程中,随着吸气压力从呼气末正压 (zeroend expiratory pressure,ZEEP)为 0水平逐渐增加,首先出现的是非依赖区肺泡的膨胀,当压力进一步增高,依赖区萎陷的肺泡开始开放,形成 LIP,LIP以上的线性部分是肺泡大量复张的阶段,此时肺的顺应性明显增加[26]。当所有可复张肺泡开放后,P-V曲线逐渐平缓形成 UIP,此时反映的是全肺复张时的顺应性。在 P-V曲线呼气相,随着压力下降到维持肺泡开放的最高压力以下时,肺单位尤其是依赖区的肺单位开始关闭,肺容积下降,顺应性下降形成呼气相的拐点,呼气相最大拐点显示了最佳顺应性。现有用静态 P-V曲线呼气相最大拐点决定最佳 PEEP的倾向[27],因为本质上呼气相最大拐点切实反映了肺泡的闭合压,所谓滴定法确定PEEP本质上亦是如此。近年新型呼吸机如 Servoi、Avea、Evita XL等提供了较为简易的准静态 P-V曲线测定方法,为临床应用 P-V曲线指导 ARDS患者最佳PEEP的选择提供了可能。

3.2 有学者还提出了氧分压滴定法,肺牵张指数,肺顺应法等 PEEP的选择方法,但其临床实用和可靠性需进一步证实。

4 肺复张效果评价

肺复张效果的评价方法很多,CT法测肺组织密度是较常用的方法,但临床上不可能每例患者均在 CT指导下实施肺复张。临床上比较简单实用的方法是测动脉血氧合状况,当 FiO2为 100%,PaO2高于350～400 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)或反复肺复张后氧合指数变化 ＜5%时,则认为达到充分的肺泡复张[28]。胸部电阻抗法也可用于评价肺开放效果,但尚处于试验阶段。还可根据压力容积曲线和呼吸力学的变化判断肺复张效果,但尚缺乏标准。

5 肺复张的耐受

肺复张的耐受性特别需要重视,大多数 ARDS患者能比较好地耐受肺复张[29]。肺复张采用较高的压力和较长时间,对塌陷肺泡的复张是有益的,但对于处于膨胀状态的肺泡,可造成高跨肺压和过度膨胀,面临着发生气压伤 (或气胸)、肺毛细血管牵拉损伤 (导致肺水肿加重)的危险。研究显示,有 10%～13%的 ARDS发生气胸[30]。一旦发生气胸,ARDS的呼吸治疗往往更为困难。因此,实施肺复张时,应谨慎预防。实施肺复张时,胸腔内压力明显增加,导致静脉血回流减少,降低右心室前负荷;肺容积明显增加导致肺血管阻力增加,降低右心后负荷;另外,胸腔内压增加使胸腔内外压力差增加,导致左心后负荷明显降低。当然,肺复张综合的血流动力学效应是心搏出量降低,对于前负荷明显不足和严重心功能衰竭的患者,血流动力学干扰就更为明显,可出现血压降低,有时会出现心律失常[2]。若肺复张压力过高、时间过长时,循环干扰会更为突出。从目前的研究和我们经验来看,不同的肺复张方法对血流动力学的影响不同,压力控制法是最为有效的肺复张方法,而且血流动力学影响最小,控制性肺膨胀法血流动力学干扰最大。同样,ARDS病因不同,肺复张的效果和血流动力学的耐受性也不同[31],一般来说,肺内原因的 ARDS肺复张效果不佳,往往需要较高的压力和较长时间,而且血流动力学干扰明显;但肺外原因的 ARDS肺复张所需的压力较低和时间较短,血流动力学干扰也较小[6]。

总之,大量肺泡塌陷是 ARDS病理生理改变的基础,可导致严重的病理生理损害。积极的实施肺开放策略,实现塌陷肺泡的复张具有重要的临床意义,肺复张法对早期 ARDS患者效果显著,可以复张塌陷的肺泡,改善氧和,增加肺容积。但是,不同的肺复张方法孰优孰劣,采用的压力水平、应用时机、持续时间、频度和受益人群以及 RM后 VT及 PEEP的选择仍有很大争议,对 ARDS预后的影响也仍有待明确。目前,仍需进一步临床研究来判断和评价肺复张法是否可以作为推荐的机械通气辅助方法,广泛应用于 ARDS的治疗。

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