机械通气对肺循环影响的研究进展

叶　宁(综述)，钟　荣(审校)

(桂林医学院附属医院重症医学科,广西 桂林 541001)



机械通气对肺循环影响的研究进展

叶宁※(综述)，钟荣(审校)

(桂林医学院附属医院重症医学科,广西 桂林 541001)

危重患者因各种原因多须行呼吸机支持治疗，机械通气改变了胸腔压力和肺容积，同时也使心肺血管系统产生变化，特别是对肺循环产生直接的影响。近年来的研究逐步重视患者心肺功能的个体差异性，而机械通气模式和参数的变化对患者心肺功能甚至全身疾病状态均有重要的影响，肺循环作为心肺相互作用的中心场所，是机械通气治疗过程中关注的重点[1]。现就机械通气对患者肺循环功能的影响予以综述，以引起对危重患者呼吸支持治疗的关注。

1呼吸运动方式改变对肺循环及心功能的影响

肺循环包括肺泡内血管和肺泡外血管，具有低压低阻、流速慢、流量大的特点，其主要功能是完成气体交换。肺是体内唯一接受全部心排血量的脏器，肺循环的变化对心脏的前后负荷可产生直接的影响。

机械通气时，呼吸动力由负压转化为正压，随着跨肺压的增加，肺泡内血管阻力也逐步升高，使右心后负荷增加，同时肺的膨胀产生的牵张效应使肺泡外血管扩张的阻力下降，其综合效应是随着肺容积的增大，肺循环阻力逐渐上升，右心室后负荷增大，右心室排血量减少。同时由于胸腔压力上升，使体循环平均充盈压与右心房压之差减少，导致静脉回流减少，使右心前负荷降低。对于肺源性心脏病(肺心病)等右心功能不全患者，常同时伴有肺血管床减少和肺动脉高压，呼气末正压通气(positive end-expiratory pressure，PEEP)可使右心室前、后负荷均增加。机械通气治疗时通过改善低氧性肺血管收缩而扩张肺血管，其作用大于正压通气对肺血管的压迫作用，并且通过外源性PEEP对抗内源性PEEP，可减少肺脏过度充气，减少胸内压震荡幅度，从而减轻右心后负荷，改善右心室射血[2]。

对于左心而言，吸气相时肺泡压的升高超过胸膜腔压的升高,因此肺毛细血管血液被挤出流向左心，使吸气时左心室前负荷增加，后负荷下降，射血增加，在呼气时肺循环的弹性扩张使左心排血量减少。左心衰竭患者常有胸腔内血容量增加，导致肺毛细血管压力增高而出现肺水肿，机械通气可通过限制静脉回流和降低左心室后负荷改善心排出量[3]，PEEP的设置有助于打开因肺水肿而萎陷的肺泡从而改善氧合，并使肺泡外毛细血管静水压相对性下降，从而减少肺水肿的生成[4]。

2平台压和PEEP对肺循环的影响

2.1平台压对肺循环的影响机械通气对肺循环的影响主要累及右心功能，正压通气时肺循环阻力上升，增加了右心室后负荷，使右心室排血量减少，同时胸腔压力的上升也使静脉血回流的阻力增大，导致静脉血压力及容量均增高。以上因素可导致右心室壁张力增加，诱发急性肺心病，若右心室壁张力过高，还会阻碍冠状动脉灌注，从而引发右心室壁缺血、梗死。

呼吸道平台压的改变与右心室壁张力密切相关，Jardin等[5]研究显示，呼吸道平台压高于26 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa)时患者右心功能不全的发生率明显增高。Vieillard-Baron[6]则报道，急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)患者机械通气仅根据二氧化碳分压调整潮气量而未限制平台压时，易加重右心室后负荷而导致右心衰竭。机械通气时呼吸道平台压常取决于潮气量及PEEP的大小，且易受患者肺顺应性的影响。近年的研究多推荐维持呼吸道平台压<30 cmH2O[7]。对于临床上存在右心功能不全的ARDS患者，除了降低潮气量及调整PEEP等措施外，需适当镇静及肌松治疗以改善肺顺应性，尽量维持平台压低于26 cmH2O。

2.2PEEP对肺循环的影响相对于平台压对右心功能的影响，PEEP则更多影响左心输出量。机械通气时PEEP的适当应用能减轻胸内压的负向摆动，使肺血管跨壁压降低，左心室后负荷下降，从而改善左心排血量。

PEEP的目的是维持肺泡的开放并打开因肺水肿而萎陷的肺泡从而改善氧合，对于不同病因形成的肺水肿而言，其肺泡内血管和肺泡外血管受累情况不同。ARDS患者主要病变为肺泡毛细血管通透性增高，而心源性肺水肿患者是肺泡外毛细血管滤过压增高导致的间质水肿，随着静水压的进一步升高，水分可进入肺泡形成肺泡水肿。肺泡毛细血管压力受肺泡内压影响较大，适当的PEEP可保障肺泡气体交换的顺利进行，而肺间质的肺泡外毛细血管其周围压力受胸腔压影响较大，PEEP的作用主要是改变肺泡内压力而影响肺泡毛细血管张力，只有高PEEP时才对胸腔压产生直接影响[8]。对于液体管理较为严格的ARDS患者，较高的PEEP容易出现心功能不全，连续血流动力学监测结果表明，高PEEP可导致血流动力学损害[9]，PEEP设定有明显的个体化倾向，过大或过小均会对血流动力学及肺参数带来不利影响，一般PEEP在5～15 cmH2O时对正常心功能状态下的血流动力学无明显影响，对合并心功能低下患者而言，PEEP一般设定在5～7 cmH2O为宜，且对危重患者应明显个体化。

3机械通气所致肺损伤对肺循环的影响

机械通气时肺泡的过度扩张或反复开放产生的剪切力以及局部肺组织的塌陷均能产生明显的炎症反应，导致急性肺损伤。呼吸机相关肺损伤(ventilator induced lung injury,VILI)主要的病理生理改变是肺毛细血管通透性增高性肺水肿，而肺血管内皮细胞是各种肺损伤因素攻击的靶细胞[10]。

3.1机械通气对肺泡毛细血管的直接损害肺保护性小潮气量及PEEP的设置对VILI的防治有积极作用，但肺部炎症、局部性肺不张，吸痰时咳嗽引起的呼吸道高峰压以及PEEP不足时局部肺泡的反复开闭等依然存在。肺部病变的不均质性导致局部肺组织的通气过度，同时部分肺组织开放不足。通气容量设置过大时，可使终末小气道及肺泡呈周期性开放和关闭，在扩张肺泡与实变肺泡之间形成剪切力，从而导致肺机械性损伤，同时肺泡毛细血管膜也因过度扩张而致通透性增高，导致渗入到肺泡腔中的血浆蛋白、红细胞碎片以及中性粒细胞和巨噬细胞活化并释放磷脂酶等产物，从而破坏肺的弹性并导致肺间质负压增大，使毛细血管跨壁压急骤升高，破坏气血屏障，出现肺泡毛细血管应力衰竭[11]。

机械通气导致的胸腔内压改变可引起肺内血管舒缩变化，特别是对ARDS患者进行高PEEP应用时，肺动脉压可能持续保持较高水平。Bull等[12]报道认为，ARDS患者肺动脉收缩压升高与预后不良相关，其在对475例ARDS患者的肺内压力梯度和肺血管阻力指数进行分析比较后指出，治疗中存在持续性肺内压力梯度增高的患者病死率较高，肺血管阻力指数可作为ARDS患者预后差的独立预测指标。

3.2机械通气生物伤对肺毛细血管的继发损害机械通气时机械力量(如牵拉、剪切力等)被细胞感知，通过细胞内信号转导使细胞激活并大量释放细胞因子(如肿瘤坏死因子、白细胞介素6和白细胞介素8等)，诱发炎症级联放大反应[13]，此种损伤称为生物伤。在引发肺部炎症反应的同时，也对肺血管产生炎症性损害，其中中性粒细胞、肺泡巨噬细胞和肺泡上皮细胞发挥了重要作用。这些炎性因子和细胞因子可直接或间接破坏肺泡上皮和血管内皮细胞，使肺毛细血管内粒细胞增多并黏附于内皮细胞膜，导致内皮细胞受损。

既往研究认为[14]，细胞可能是通过张力敏感性阳离子通道的激活、细胞外基质-整合素-细胞支架途径、细胞膜的破坏感知机械性刺激信号，其中丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK)通路的活化是VILI发生的最重要的细胞内受体信号转导机制。Church等[15]研究报道，p38MAPK参与调节肺血管内皮细胞中炎性因子白细胞介素6的产生，应用p38MAPK抑制剂可延缓内皮细胞的炎症进程。炎症使肺血管内皮细胞通透性增高，并发生病理学纤维化改变。Wu等[16]报道，Rho、p38MAPK和核因子κB信号系统存在相互影响，应用Rho激酶抑制剂也可改善p38MAPK通路的致炎作用，可能对肺血管内皮损伤的治疗有益。

4机械通气时神经-体液变化对肺循环的影响

肺血管受交感神经和迷走神经支配，外径<30 μm的肺动脉并无神经分布，因此肺血管收缩反应发生的主要部位是肺毛细血管前的肺小动脉。危重患者多存在感染及交感神经兴奋，对肺血管的直接作用是引起收缩和血流阻力增大，但交感兴奋时对体循环血管收缩和心肌收缩力的增强作用更明显，体循环血液的增多也使肺循环内血容量增加。机械通气时，肺扩张主要通过迷走神经反射引起肺血管舒张，其舒张程度与肺血管平滑肌张力水平有关，其胆碱能作用可同时改善肺微血管内皮损伤[17]。

肺血管内皮细胞具有分泌与合成功能，可合成及释放多种血管活性物质，如去甲肾上腺素、5-羟色胺及前列腺素D、E、F系列等，同时还能主动合成一些生物活性物质，如血管收缩肽、白细胞介素、内皮细胞松弛因子、血小板生长因子以及内皮素等[18]。机械通气产生的气流剪切损伤、生物伤等均可通过炎症反应导致肺血管内皮功能和结构的改变，表现在一氧化氮、前列环素I2等扩血管物质合成降低，同时伴有内皮素、血栓素A2等缩血管分子合成增加，使肺血管持续收缩，导致肺动脉高压和肺血管通透性的变化，从而加重肺水肿及心脏负担[19]。

近年来研究认为，肺血管内皮细胞的收缩主要是由小分子鸟苷酸蛋白A(Ras homolog gene family member A，RhoA)和肌球蛋白轻链激酶所调控[10]。肺血管内皮细胞上的G蛋白偶联受体与细胞因子、血管活性物质等配体相结合后产生细胞内信号，激活RhoA可促使肌动蛋白丝聚合形成直径更粗的张力纤维，激活的肌球蛋白与肌动蛋白张力纤维结合驱动细胞骨架收缩。Birukova等[20]研究认为，病理性机械通气对脓毒症患者是一种二次打击，其通过刺激肺血管内皮白细胞介素6等细胞因子的分泌从而激活Rho信号通路，进而影响内皮细胞屏障功能。另外，肌球蛋白轻链激酶可催化肌球蛋白磷酸化而加速细胞骨架收缩这一过程。Rigor等[21]研究表明，肌球蛋白轻链激酶除了增加肺血管内皮细胞通透性外，还直接参与调节内皮细胞的相关炎症反应。

5结语

危重患者实施正压机械通气时，可通过胸内压的改变而改善肺水肿及氧合，但同时也对心功能及肺循环产生影响。机械通气模式和参数的选择以及正压通气时间的长短对于患者肺循环功能的影响极为重要，长时间的肺循环变化将对患者的心肺功能产生明显的负面效果，甚至引起全身炎症反应的改变。临床诊疗中，需根据危重患者心肺功能及病情变化实时评估并调整机械通气参数，以降低正压通气对心肺循环产生的负面影响。

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摘要：机械通气对心肺功能患者的治疗起重要作用，正压通气对于胸腔压力的改变必然对肺循环产生影响，从而对氧合及血流动力学产生变化。肺循环作为心肺相互作用的中心场所，是机械通气治疗过程中关注的重点。正压通气时呼吸运动方式的改变、平台压和呼气末正压的变化以及对肺泡毛细血管的损伤和神经-体液调节的影响均可导致肺循环的改变。临床上需根据患者心肺功能及病情变化选择呼吸模式及参数，以降低正压通气对心肺循环的负面影响。

关键词：机械通气；肺循环；肺血管内皮细胞；呼吸机相关性肺损伤

Research Progress in Effect of Mechanical Ventilation on Pulmonary CirculationYENing，ZHONGRong.(DepartmentofICU，theAffiliatedHospitalofGuilinMedicalCollege，Guilin541001，China)

Abstract：Mechanical ventilation plays an important role in treating patients of cardiopulmonary function disorders，the change of chest pressure by positive pressure ventilation has inevitably influenced the pulmonary circulation，thus changed the oxygenation and hemodynamic.As the cardiopulmonary interaction center，pulmonary circulation was more focused in the process of mechanical ventilation therapy.All aspects of the comprehensive factors led to the change of the pulmonary circulation，including the change of respiratory movement patterns,the setting of platform and positive end-expiratory pressure,the injury to the pulmonary capillaries and impact of neurohumoral regulation.In the clinical treatment，the breathing pattern and parameters choice should be according to patients′ cardiopulmonary function and condition，so it can reduce the negative impacts of positive pressure ventilation on cardiovascular and pulmonary circulation.

Key words：Mechanical ventilation; Pulmonary circulation; Pulmonary vascular endothelial cells; Ventilator induced lung injury

收稿日期：2014-04-21修回日期：2014-08-20编辑：相丹峰

基金项目：广西卫生厅计划课题(Z2014325)

中图分类号：R563.8
doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.05.020

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)05-0823-03