气道压力释放通气与小潮气量机械通气对ARDS患者IL-6的影响

李瑞 徐志育 王华杰 谢晓红

海南省人民医院重症医学科,海口570000

ARDS最重要的病理生理特征是肺泡塌陷和肺有效充气容积明显减少,采用正常潮气量通气势必导致气道压力过高及肺泡过度膨胀引起呼吸机相关性肺损伤,因此目前推崇的是小潮气量机械通气(low tidal volume lung protective ventilation,LTV)联合呼气末正压(positive end-expiratory pressure,PEEP)的保护性通气策略[1]。但LTV可引起小气道的闭合、进行性肺不张以及分泌物的潴留和高二氧化碳血症,高PEEP的运用在低复张潜力肺组织中获益甚少,甚至有害。

气道压力释放通气(airway pressure release ventilation,APRV)[2]通过设定高水平的持续气道正压并维持较长时间,以提供持续的肺开放,使肺获得较大程度的复张,同时间歇释放气道压力以减少肺损伤。有临床研究显示,APRV 较LTV 可减少ARDS的机械通气时间[3]。

呼吸机相关性肺损伤的本质是生物伤,血浆及肺泡灌洗液IL-6水平可以反映肺损伤的程度[4-5]。本试验即假设：IL-6 水平可以代表呼吸机相关性肺损伤程度,APRV 较LTV 减少呼吸机相关性肺损伤的程度从而减少IL-6的水平。

1 对象与方法

1.1研究对象 选取2016年1月至2018年1月海南省人民医院重症医学科(三级甲等医院,18张床位)的ARDS 患者38 例。因为APRV 及LTV 目前均为ARDS患者可选择的机械通气方式之一,且涉及的检测为ARDS的医疗常规,已获得患者或家属知情同意,本研究符合《赫尔辛基宣言》原则。

入选标准：(1)年龄＞18岁。(2)机械通气小于8 h。(3)符合ARDS的诊断标准[5]：①已知临床发病或呼吸症状新发或加重后1周内;②X 线或CT 扫描示双肺致密影,并且胸腔积液、肺叶/肺塌陷或结节不能完全解释;③无法用心力衰竭或体液超负荷完全解释的呼吸衰竭;④氧合状态：氧合指数≤300 mm Hg(1 mm Hg=0.133 k Pa),且PEEP≥5 cm H2O(1 cm H2O=0.098 kPa)。

排除标准：(1)达到ARDS诊断标准大于7 d;(2)估计机械通气时间短于48 h;(3)COPD及支气管哮喘;(4)恶性肿瘤患者;(5)孕妇;(6)凝血病(国际标准化比值＞2.0或部分凝血活酶时间＞50 s);(7)室性心律失常史(一个月以内的不稳定心绞痛或心肌梗死);(8)胸壁畸形;(9)支气管胸膜瘘;(10)颅内压增高者。

剔除标准：入组后24h内(1)可以脱机;(2)吸入一氧化氮或类固醇;(3)俯卧位治疗。

1.2方法

1.2.1分组方法和机械通气参数设定 所有入选病例在试验开始前均用PB840 呼吸机(美国泰科公司)首先予行LTV 2～6 h为平衡期后,采用随机数字表法分为LTV 组、APRV 组,每组各20例,但APRV 组有2 例因行俯卧位治疗而剔除。LTV 组患者先行12 h APRV,再行12 h LTV;APRV 组患者先行12 h LTV,再行12 h APRV。

LTV 组：通气模式设定同步间歇机械通气-容量控制+压力支持,初始PEEP 10 cm H2O,压力支持10 cm H2O,潮气量6 ml/kg(预计体质量)使平台压＜30 cm H2O,若仍大于30 则减少潮气量1 ml/kg,最少至4 ml/kg;若呼吸困难或p H＜7.15,潮气量可增加至8 ml/kg(平台压可大于30 cm H2O)。若氧合不足,增加PEEP 2 cmH2O/次,每重复2 次随后再增加FiO2(吸氧浓度)10%,PaO2＞65 mm Hg或SaO2＞92%。呼吸频率12～20次/min,若自主呼吸＞26次/min,调整呼吸频率、压力支持水平。依据动脉血气、脉搏血氧饱和度和呼吸困难状况等调整参数潮气量、呼吸频率、吸氧浓度、吸气流速和PEEP等。

APRV 组：选择分组通气前气道峰压的75%或平台压为高压水平,若高于30 cm H2O 设为30 cm H2O,低压=0,高压时间=4.2 s,低压相时间设为呼气峰流速的40%～75%(0.4～1s)。目标(PaO2＞65 mm Hg或SaO2＞92%),吸氧浓度保持转换前不变,若氧和不足,延长高压相时间0.5～1 s,或增加高压2 cm H2O;若PaCO2＞50 mm Hg及p H＜7.25,减少高压相时间0.5～1 s或调整呼吸频率。转换为LTV 时转为试验前(0 h)的设置,吸氧浓度不变(40%～100%)后据情况按上述调整。若出现人机对抗,微泵注射芬太尼(0.7～10 μg·kg-1·h-1)和咪达唑仑(0.04～0.2 mg·kg-1·h-1),镇静评分保持在-2～0分。

1.2.2数据监测与收集 记录患者年龄、体质量、身高、生命体征;试验前急性生理与慢性健康评分(acute physiology and chronic health evaluation,APACHE Ⅱ)、Murray急性肺损伤评分、序贯器官衰竭评估(sequential organ faliure assessment,SOFA)评分。临床观察指标：行试验机械通气模式0、1、12、13、24 h 共5 个时间点分别测定：(1)肺力学(气道峰压、平均气道压)。(2)血液(氧合指数、静脉血浆IL-6、C反应蛋白)。(3)肺泡灌洗液IL-6(仅测定0、12、24 h),如存在高危死亡因素(如严重血流动力学不稳定、心律失常、血氧不足),则不给予肺泡灌洗。

1.2.3肺泡灌洗操作、标本处理和检测方法 若胸片提示弥漫性渗出,取右肺下叶灌洗;若提示局部渗出则取对侧下叶[6]。整个操作过程给予患者高浓度吸氧,操作结束后调回原吸氧浓度,操作过程中若SPO2＜90%或心率加快＞20%即退镜。

1.2.4IL-6检测方法 按照酶联免疫吸附试验试剂盒(深圳市达科为生物技术有限公司)操作说明检测IL-6。

1.3统计学分析 采用SPSS 16.0软件包进行统计学处理。服从正态分布的计量资料以±s表示;组间采用交叉设计的方差分析检验,组内采用自身配对检验及重复测量实验检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1一般情况 共38 例入组,LTV 组20 例,APRV 组18 例。2组患者年龄、氧合指数、APACHⅡ评分、Murray急性肺损伤评分、SOFA评分之间比较,差异无统计学意义(表1)。2组在转换通气模式前后呼吸力学指标PEEP、潮气量、氧和指数、PaO2、动脉血PH 比较,差异均无统计学意义,气道峰压APRV 模式(高压)低于LTV,气道平均压高于LTV。2组组内C 反应蛋白水平各时间点比较,差异均无统计学意义(表2、表3)。

表1 2组患者入组时一般情况

表2 小潮气量机械通气组各时间点参数(±s)

表2 小潮气量机械通气组各时间点参数(±s)

注：“-”为未检测;1 mm Hg=0.133 kPa

通气后时间(h) 氧合指数(mm Hg) C反应蛋白(mg/L) 血清IL-6(ng/L) 肺泡灌洗液IL-6(ng/L)0 133.28±55.36 136.67±61.10 63.39±47.06 108.20±26.29 143.24±52.89 - 63.70±46.23 -12 163.23±47.35 153.68±90.53 54.92±42.44 71.17±56.47 13 155.25±52.32 - 68.94±44.04 -24 160.25±46.47 144.43±79.44 69.74±41.11 91.25±46.56 F 值 2.68 3.64 2.78 4.67 1 P 值 0.12 0.19 0.26 0.39

2.2血浆IL-6水平比较

2.2.12组血浆IL-6水平比较 2组血浆IL-6水平在通气后0、1、12 h比较,差异均无统计学意义(P值均＞0.05)。2组血浆IL-6浓度转换模式前后1 h的差值(通气后1 h与0 h的差值比13 h与12 h的差值)比较,差异无统计学意义(P＞0.05)。2组血浆IL-6浓度转换模式前后12 h的差值(24 h与12 h的差值比12 h与0 h的差值)比较,差异有统计学意义(t=1.34,P=0.03)。

2.2.2LTV 组组内血浆IL-6水平比较 通气后LTV 组各时间点血浆IL-6水平差异均无统计学意义(P值均＞0.05)。APRV 转为LTV 后12 h血浆IL-6 水平从(54.92±42.44)ng/L 上升 至(69.74±41.11)ng/L(t=2.32,P=0.01)。见图1。

2.2.3APRV 组组内血浆IL-6水平比较 通气后APRV 组各时间点血浆IL-6水平差异均无统计学意义(P值均＞0.05)。LTV 转为APRV 后12 h血浆IL-6 水平由(72.56±37.59)ng/L 下降至(60.92±44.06)ng/L(P＞0.05)(图1)。

表3 气道压力释放通气组各时间点参数(±s)

表3 气道压力释放通气组各时间点参数(±s)

注：“-”为未检测;1 mm Hg=0.133 k Pa

通气后时间(h) 氧合指数(mm Hg) C反应蛋白(mg/L) 血清IL-6(ng/L) 肺泡灌洗液IL-6(ng/L)0 130.66±48.37 150.80±91.41 70.14±39.98 112.8±17.74 140.23±46.22 - 83.86±31.42 -12 147.38±42.14 140.73±69.32 72.56±37.59 123.63±41.64 13 153.05±33.17 - 83.86±33.02 -24 165.34±38.48 145.93±63.72 60.92±44.06 107.41±17.20 F 值 3.62 2.89 3.26 4.58 1 P 值 0.19 0.12 0.09 0.07

图1 2组ARDS患者不同时间点的血浆IL-6浓度

2.3肺泡灌洗液IL-6水平比较

2.3.12组肺泡灌洗液IL-6水平比较 2组肺泡灌洗液IL-6水平通气后12 h比较差异无统计学意义(P值均＞0.05)。2组IL-6浓度转换模式前后12 h 的差值(24 h与12 h的差值比12 h与0 h的差值)比较,差异无统计学意义(P＞0.05)。

2.3.2LTV 组组内肺泡灌洗液IL-6水平比较LTV 组各时间点肺泡灌洗液IL-6水平比较,差异均无统计学意义(P值均＞0.05)。APRV 转为LTV 后12 h 肺泡灌洗 液IL-6 水平 由(71.17±56.47)ng/L上升至(91.25±46.56)ng/L(P＞0.05)。LTV 通气12 h的变化值(24 h与12 h的差值)与APRV 通气12 h的变化值(12 h与0 h的差值)比较,差异无统计学意义(P＞0.05)。见图2。

2.3.3APRV 组组内肺泡灌洗液IL-6 水平比较 APRV组各时间点肺泡灌洗液IL-6水平比较,差异均无统计学意义(P值均＞0.05)。LTV 转为APRV后12 h肺泡灌洗液IL-6浓度由(123.63±41.64)ng/L下降至(107.41±17.20)ng/L(P＞0.05)。LTV 通气12 h的变化值(24 h与12 h的差值)与APRV 通气12 h的变化值(12 h与0 h的差值)比较,差异无统计学意义(P＞0.05)。见图2。

图2 2组ARDS患者不同时间点的肺泡灌洗液IL-6浓度

3 讨论

本试验是比较2种不同通气模式对ARDS 患者呼吸机相关性肺损伤程度的影响。结果显示,LTV 转为APRV 通气模式后12 h ARDS患者血浆炎症因子IL-6水平下降;相反,APRV 通气模式转为LTV 后12 h 血浆炎症因子IL-6 水平上升。虽然LTV 转为APRV 后12 h肺泡灌洗液内炎症因子含量比较差异无统计学意义,但均数有类似变化趋势。

由LTV 转为APRV 后12 h血浆IL-6水平的下降程度与APRV 转为LTV 后12 h血浆IL-6水平的增加程度差异有统计学意义,肺泡灌洗液炎症因子比较差异无统计学意义。原因有以下几点：(1)APRV 具有较低的气道峰压。机械通气时肺内压力过高可造成气压伤,当气道峰值压力过高时(如＞35 cm H2O),跨肺泡压升高,可造成肺泡的过渡膨胀,导致肺泡上皮细胞、毛细血管内皮细胞断裂,造成肺损伤。本试验LTV 时气道峰压平均小于35 cm H2O,APRV 通气的设置也是基于肺保护性通气策略,气道高压设为LTV 时的气道平台压水平或是气道峰压的75%,低于LTV 时气道峰压。比起LTV,APRV 可以在相对较低的气道峰压水平上提供更好的肺泡复张,从而减轻气压伤及容积伤,减轻呼吸机相关性肺损伤。(2)APRV减少周期性复张的肺泡。ARDS 时有大量肺泡萎陷,机械通气可以使肺不张区域的萎陷肺单位周期性地开放和萎陷,这使得已扩张的小气道和肺泡与周围塌陷的小气道和肺泡间产生很强的剪切力(可达140 cm H2O),由此造成的肺损伤称为剪切伤。Haitsma等[8]发现,给予机械通气的动物加用10 cm H2O的PEEP以防止肺萎陷后,可以明显抑制肿瘤坏死因子α从肺向血液的移位,减少炎症的产生与释放。LTV 可引起小气道的闭合、进行性肺不张以及分泌物的潴留等,PEEP是保持肺开放必须的,但最佳PEEP 的选择又并非易事,PEEP选择过低不能有效的避免肺泡的塌陷,反复的肺泡复张与塌陷亦造成剪切伤。理论上,高PEEP可产生更理想和更广泛的肺复张,但PEEP选择过高将导致较高的气道平均压,对ARDS 患者这一非均一的肺病变来讲,即便是一适合的气道平均压,对其它肺病变区,尤其是非依赖区而言,此压力也可能过高,而产生呼吸机相关性肺损伤。肺开放策略中的高平均气道压对血流动力学亦可造成负面影响,而且PEEP增加的效果取决于肺组织的可复张能力,高PEEP的运用在低复张潜力肺组织中获益甚少,甚至有害。对ARDS 患者给予潮气量6 ml/kg和吸气末平台压＜30 cm H2O 为目标的机械通气情况下,分析高PEEP与低PEEP的差异,结果发现其临床效果是相似的[1]。本试验采用小潮气量通气时平均PEEP 在(12±3)cm H2O 水平,平均气道压虽略低于APRV,但也可能出现部分依赖区域的肺不张,导致剪切伤,而部分非依赖区域可因压力或容积过高导致气压伤或容积伤。APRV 设置时以LTV 的气道平台压为高压水平,高压时间长达4.2 s,可使高压水平维持在一较长时间,短时间内释放气道压力,在保证呼气量的同时维持一定的PEEP,避免肺泡塌陷,较LTV 虽有略高的气道平均压,但可以提供较大程度的肺复张并保持肺开放状态,能够保持较好的氧分压的同时减少周期性复张的肺泡,减轻剪切伤。另外,APRV 的释放频率一般小于传统机械通气的通气频率,减少剪切伤发生的频率,从而减轻呼吸机相关性肺损伤。(3)自主呼吸。APRV 可完全允许患者自主呼吸,多项研究[9-11]均显示APRV 时的自主呼吸可以减少肺泡塌陷,有利于减少肺内分流。研究中采用CT/SPET 扫描发现自主呼吸有利于近横膈肌背侧塌陷肺组织的重新开放,能够提高重力依赖区的通气量和减少周期性开放与塌陷的肺泡,塌陷肺区的复张和肺换气作用的增强使得整体用于气体交换的有效肺组织增加,而扫描发现肺尖部非重力依赖区则无类似变化。在传统控制性或辅助性通气时,气流首先进入顺应性较好、阻力较小、充气较好的部位即肺的非重力依赖区,而对重力依赖区域肺塌陷组织的复张作用不大。因此,本试验中即使LTV 联用了辅助性的压力支持通气,APRV 仍可因完全的自主呼吸而减少塌陷的肺泡从而减轻剪切伤。

Walkey等[12]在波士顿医学中心的一项回顾性研究中显示与LTV 相比,APRV 减少呼吸机相关性肺炎的发生,并推测其原因可能与APRV 减少呼吸机相关性肺损伤的发生有关。Matsuzawa等[13]在急性肺损伤模型(兔)随机对照实验中以APRV 与容量控制通气及LTV 4 h后对比,结果显示兔肺泡灌洗液中APRV 组高迁移率族蛋白1(一种晚期炎症介质)的水平较低并且肺水含量亦最少。以上研究均与本试验结果有相似之处。

本试验的不足：此试验为交叉试验设计,本应该存在一定时间的洗脱期,但本试验为ARDS 患者,无法停用呼吸机,因为IL-6 半衰期均较短(约1 h),故本试验选择12 h的观察时间窗尽量减少之前一种机械通气的影响。另外,本试验目前只检测了IL-6一种炎症因子,可能结合多种炎症因子并能延长观察时间临床指导意义更大。

总之,本试验结果显示APRV 较LTV 减少IL-6的水平,从而表明APRV 减少ARDS患者呼吸机相关性肺损伤程度。所以,ARDS患者可优先考虑使用APRV 模式机械通气。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突