危重型新型冠状病毒肺炎患者静脉-静脉体外膜肺氧合治疗期间呼吸机参数设置原则探讨

鹿兴 徐磊

随着新型冠状病毒肺炎(COVID-19)的出现和传播，国际社会正面临新的公共卫生危机。COVID-19主要通过吸入或接触感染者的飞沫传播，潜伏期为2～14天，主要症状为发热、咳嗽、咽痛、乏力、呼吸困难等，大多数患者症状较轻，而老年及存在基础疾病患者可能进展为急性呼吸窘迫综合征(ARDS)和多脏器功能衰竭。ARDS是导致COVID-19患者死亡的主要原因[1]。COVID-19通过S蛋白结合人体细胞表面的血管紧张素转化酶(ACE)2蛋白侵入人体细胞[2]。新型冠状病毒主要分布在肺部的肺泡Ⅱ型上皮细胞、巨噬细胞、肺门淋巴结、脾脏和睾丸组织中，可导致炎症因子大量释放，形成全身炎症反应综合征(SIRS)，引起肺、肝脏、心脏、肾、肾上腺等器官细胞坏死，最终导致多器官功能障碍综合征(MODS)[3-4]。

COVID-19合并低氧患者可通过鼻导管、面罩、高流量吸氧(HFNC)或无创通气保证其正常氧供，严重者可能需要机械通气(MV)甚至体外膜肺氧合(ECMO)支持治疗。静脉-静脉体外膜肺氧合(V-V ECMO)已被广泛用于常规MV治疗失败的呼吸衰竭患者的抢救治疗[5]，其目标是治疗呼吸衰竭引起的低氧血症和高碳酸血症，达到肺休息的目的。然而越来越多的证据表明，MV本身也可能激活炎症因子，并进一步加重肺损伤，导致呼吸机相关性肺损伤(VILI)[6]。VILI由多种机制引起，容积伤、压力伤、生物伤及吸入高浓度氧等均可导致肺损伤[7-11]。相反，V-V ECMO有利于实施肺保护性通气策略，进一步减少VILI，为肺恢复争取时间。V-V ECMO通过减少气压伤(通过监测跨肺压)、容积伤(通过减少潮气量以促进肺休息)、萎陷伤[通过维持合理的呼气末正压(PEEP)]、氧毒性[在合理PEEP水平时降低呼吸机吸入氧浓度(FiO2)]，达到肺保护的目的。

COVID-19患者尸检和穿刺组织病理观察结果显示，肺脏呈不同程度实变，肺泡腔内见浆液、纤维蛋白性渗出液及透明膜形成[12]，与ARDS患者尸检结果相似。虽然符合ARDS柏林定义[13]，但COVID-19是一种具有特殊表现的特异性疾病。两者主要区别是COVID-19患者严重的低氧血症与相对较好的呼吸系统顺应性不匹配。Gattinoni等[14]研究显示，COVID-19患者的呼吸系统顺应性通常在50 ml/cmH2O左右。该学者建议COVID-19根据呼吸系统顺应性低于或高于平均值分成两种不同病理生理类型(非ARDS型和ARDS型)。在入住重症监护病房(ICU)的COVID-19患者中，有20%～30%为重度ARDS患者。对于重度ARDS患者在常规机械通气治疗失败后，往往采用V-V ECMO治疗。因此，对于接受V-V ECMO治疗的COVID-19患者呼吸机参数设置可参考ARDS患者V-V ECMO期间呼吸机设置原则。评估机械通气设置的安全性及有效性是管理危重型COVID-19患者的基石。优化呼吸机治疗对于降低VILI发生率及病死率非常重要。然而，目前对于COVID-19患者呼吸机的使用仍缺少标准化的设置方案，各ECMO治疗中心之间存在较大差异。本文总结探讨目前ECMO治疗期间的呼吸机设置原则，给临床医护人员在救治COVID-19患者时提供呼吸机设置参考。

一、潮气量管理

在COVID-19患者无严重呼吸性酸中毒情况下，应将潮气量(VT)控制在约4～6 ml/kg，平台压应保持在25 cmH2O以下，以降低死亡率。如出现严重呼吸性酸中毒，应提高ECMO空气流速以促进CO2排出。V-V EMCO期间潮气量设置：81%的中心建议应低于6 ml/kg(34%的中心建议低于4 ml/kg)。低VT有利于降低平台压及驱动压，减少患者肺损伤[15-22]。

有研究显示，控制气道压力(气道峰压、平台压、驱动压和PEEP)较控制VT更有利于改善患者预后[23]。体外生命支持组织(ELSO)指南[24]建议，V-V ECMO期间呼吸机FiO2<40%，平台压<25 cmH2O。在ECMO治疗前24小时，建议采用中-重度镇静和压力控制通气，平台压控制在25 cmH2O以下。然而，在不对血流动力学造成不利影响的前提下，PEEP水平无具体限制。在ECMO治疗24～48小时后，建议降低支持压力(PEEP<10 cmH2O和平台压<20 cmH2O)，并使用浅镇静，尽量保留自主呼吸。我中心认为，在患者疾病未见明显改善时，仍需深镇静，必要时需给予镇静联合肌松治疗，以减少自主呼吸努力及人机对抗。在患者氧合情况改善、循环稳定后，可实施浅镇静治疗，以减少深镇静带来的不良后果。

驱动压的研究为COVID-19患者机械通气治疗提供了新的思路，限制驱动压可能会使COVID-19患者获益。吸气屏气时驱动压=平台压-PEEP。Amato等[25]研究结果显示，驱动压<15 cmH2O时，患者的死亡风险显著降低。有研究显示，当VT从6 ml/kg降至4 ml/kg，驱动压下降约5 cmH2O，可改善患者预后[16]。

二、呼吸频率管理

ELSO指南[24]建议呼吸频率设置在5～10次/分钟，认为呼吸频率是导致VILI的重要原因。有ECMO治疗中心建议适度下调呼吸机支持频率，设置在10～15次/分钟。根据我中心的经验，呼吸频率应以保证血液pH及动脉血PCO2在正常范围为目标的情况下设置,我中心多数设置在15次/分钟左右。

三、FiO2管理

为了减少高吸入氧浓度对肺的毒性作用，应尽量降低呼吸机FiO2[26]。在V-V ECMO提供足够氧支持的情况下，FiO2和PEEP水平可降低。各中心对于降低FiO2的方式同样存在差异，少数中心在V-V ECMO开始阶段就将FiO2降至30%，而大多数中心采用逐步降低FiO2水平的方式。根据我中心经验，FiO2设置应维持血氧饱和度(SpO2)>90%。

四、PEEP管理

对于应用V-V ECMO治疗的危重型COVID-19患者应使用高水平PEEP。COVID-19引起的ARDS患者特征是肺含气量减少、肺重量增加和组织水肿。这些特征可能是由于疾病的自然进展、重复感染和(或)插管前的肺损伤所致。有研究结果显示，高水平PEEP(14～15 cmH2O)可能使危重型COVID-19患者获益[14-15]，但目前尚缺乏多中心大规模的数据支持，对该结论需谨慎对待。

V-V ECMO治疗期间，降低VT至4～6 ml/kg可能会增加肺不张并导致严重的通气/血流比例失调，应适当增加PEEP水平以减少上述不良后果[27]。有学者认为，应使用比ELSO建议更高的PEEP水平，减少肺不张及肺内分流[28-29]。

PEEP在VILI中的作用是多方面的，其不利方面包括：减少静脉回流和增加右心室后负荷[30]；增加肺静态应变；降低肺驱动压、平台压和动态应变[31]。而PEEP的有利方面包括：通过减少肺内分流，从而改善动脉氧合；通过减少肺泡周期性开放关闭的肺组织量，降低VILI的风险[32]。

在呼吸系统顺应性及血流动力学无明显恶化的情况下，我们建议应为接受V-V ECMO治疗的COVID-19患者保留高水平PEEP，并根据呼吸力学监测个性化设置PEEP水平。

五、肺复张

肺复张不宜常规用于治疗危重型COVID患者。危重型COVID-19患者常出现低氧血症及肺不张。肺复张应用短暂的高气道压力，旨在扩张塌陷的肺组织，以增加参与气体交换的肺泡数量[33]。通过应用较高的肺泡内压力，可能会导致VILI。此外，肺复张导致胸腔内压力增加，减少外周静脉回流和右心室前负荷，使血流动力学不稳定[34]。

若低氧血症难以纠正，在无禁忌证情况下可试行肺复张。 建议时间不应超过10～20秒，气道压力不应超过30～40 cmH2O。若血流动力学不稳定，应立即中断。

六、呼吸力学监测

在ECMO治疗期间，应严格及频繁地测量VT、平台压、驱动压和呼吸系统顺应性等参数，因为这些变量不仅对呼吸机设置具有重要的指导作用，而且在评估呼吸机对肺功能的影响方面也至关重要。考虑到在V-V ECMO治疗期间，患者行CT检查相对困难，可应用电阻抗成像(EIT)及跨肺压监测优化呼吸机设置[35]。

1.EIT监测

EIT技术是一种无创且无放射性的床旁监测技术，可以实现区域肺通气和灌注的监测，成为指导呼吸机应用的床边工具[36]。ARDS的病理生理特征为肺泡萎陷、肺容积减少、肺顺应性降低、严重通气/血流比例失调。利用EIT精确测量全肺及区域性肺部通气分布，显示PEEP的变化对肺泡扩张/塌陷的影响，实现EIT对最佳PEEP的滴定，在个性化保护通气策略中有重要的作用[37-38]。

2.跨肺压监测

跨肺压是引起肺泡变形扩展的压力，为肺泡内压与胸腔内压之差。临床上用食道压代替胸腔内压，气道压和食道压差值可以反映测量导管附近的跨肺压。跨肺压监测主要目的是了解胸壁对气道压力的影响，确保肺泡开放所需的压力。另外，根据跨肺压设置合适潮气量使肺尽量扩张而不过度膨胀，达到充分通气和气体交换目的，而不发生容积伤。

七、小结

在V-V ECMO治疗期间，MV设置是否合理将影响危重型COVID-19患者的预后，但目前仍缺少标准化的治疗方案，各ECMO治疗中心之间存在较大差异。在ECMO治疗期间，实施肺保护性通气策略是目标，但最优化的呼吸机参数设置尚需大量临床研究证实。根据现有数据，最合理的方法是将VT降至平台压的安全水平，将呼吸机支持频率降至中等水平(10～15次/分钟)，并保持中等PEEP水平，以防止肺泡萎陷和肺过度扩张。在这一过程中，呼吸力学监测必不可少。EIT和跨肺压监测可反复测量呼吸力学参数，具有广泛的应用前景和指导价值。