呼吸机相关肺损伤及保护性肺通气

呼吸机相关肺损伤及保护性肺通气曹　晖　徐美英上海市胸科医院（200030）机械通气是治疗急性肺损伤（ALI）与急性呼吸窘迫综合症（ARDS）的主要手段之一，然而机械通气本身也能一定程度上产生或加剧肺损伤。

早在1967年Ashbaugh首次报道急性呼吸窘迫综合症后不久，便有人推测机械通气所产生的高跨肺压可能是导致某些ARDS 患者发和表现肺出血及透明膜病变的主要原因，但此观点却长期被忽略。

在此后的ARDS 的常规治疗中，通常采用10~15ml/kg的潮气量，以维持接近正常的PaO2和PaCO2。

近年来，人们已逐渐认识到机械通气相关的肺部损伤（Ventilator-Associated Lung Injury, VALI），急性肺损伤的通气治疗也开始向低潮气量的保护性肺通气转变。

1　呼吸机相关肺损伤的主要机理１．１　高容量损伤（Ｖｏｌｕｔｒａｎｍａ）　机械通气中对功能性肺组织的过度拉伸所造成的损伤是VALI的主要原因之一。

以往对ARDS的描述中常把X线平片的弥散性斑片作为影片学特征，但近年来CT检查证实，ARDS患者的肺部病变并非呈均一性，受肺水肿、蛋白漏出液及重力等因素影响，背部等低垂部位主要以分布萎陷及实变的肺组织为主，而前胸等上部肺组织主要以分布功能接近正常的可扩张性肺组织为主。

由于实变肺组织复张困难，因此能进行有效通气的肺组织明显减少（所谓“婴儿肺”，Baby lung）。

如继续以按正常标准计算的潮气量进行通气便可导致部分肺组织在舒张末期过度拉伸，造成损伤。

气道压并非是导致损伤的直接原因，因为无论是正压或负压通气，只要存在肺组织的过度伸张，均能够损伤肺泡上皮细胞及毛细血管内皮细胞，造成血管通透性增高，肺水肿及炎性因子释放等病理改变。

对ARDS患者，使用低潮气量通气并维持吸气末期平台压在35mmHg以下时，将有效减少肺组织过度拉伸所造成的高容量性损伤。

1.2　低容量损伤（Atelectotrauma）ARDS患者由于肺表面活性物质的丧失，分泌物阻塞及管壁受压等原因，部分肺组织存在小气道或肺泡的萎陷及闭塞，尽管在吸气相可由于正压通气短暂开放，但这种周期性的小气道闭合—开放将随着通气时间的延长而很快导致周围肺组织的损伤。

其机理主要为：正常情况下各肺泡细胞彼此衍接，其同承受压力，舒张程度一致，当某一肺泡萎陷后，其周围的肺泡组织将被迫承受更大的拉力，并且使萎陷肺泡复张时所产生的剪切应力将远大于气道压力，有报道气道压力为30cmH2O时，复张萎陷肺泡产生的剪应力可高达140cmH2O。

高剪应力及对萎陷肺泡周围组织反复拉伸可造成损伤，常形成包绕于萎陷肺泡周围的假性囊肿。

因此如何防止肺泡的周期性闭合—开放，保持一个“开放的肺”（Open lung）是减轻低容量性损伤的关键。

1.3　生化损伤（Biotrauma）生化损伤指的是伤害性刺激介导的局部组织器官或全身性的炎性反应。

目前ARDS的死亡率仍高达40~50%，在其直接死因中，肺部因素仅占少数，而主要死因多脏器功能衰竭（MOF）。

由于肺部是全身血液循环的必经之路，因此肺部创伤后中性粒细胞及巨噬细胞等介导的炎性介质及相关细胞因子的释放能经血液循环广泛分布于全身各脏器，造成其功能障碍。

呼吸机相关肺损伤与ARDS也有极为相似的情况。

在大鼠的高容量通气模型中发现，其肺泡灌洗液中的肿瘤坏死因子α（TNF-α），白介素1（IL-1），白介素6（IL-6），巨噬细胞类性蛋白I（MIP-2）等可升高50倍以上，其相关黏附因子及c-fos mRNA的表达也明显增加。

而进行保护性通气治疗时，肺泡灌洗液及血浆的炎症介质水平将显著降低并伴随生存率的提高。

有害炎症介质在ARDS及呼吸机相关肺损伤的发生发展中起着极为重要的作用，因此在治疗中不仅要减少肺部的伤害性因素本身造成的损害，还应采取措施阻断关键性的炎症因子，避免级联效应的产生减少进一步的损伤。

1.4　气压伤及肺内菌群迁移（Barotrauma and bacterial translociation）急性肺损伤患者由于功能性肺组织明显减少，在使用常规机械通气治疗时易导致气道高压，过高的气道压力将加重肺泡上皮的损害，使气体进入间质组织，分布于纵隔，胸腹膜及皮下组织。

此外动物模型也已证实在高跨肺压将明显加速肺泡内茵群向血液循环内迁移的速度，创伤肺组织中肺水的积聚、表面活性物质的丧失及肺泡上皮的受损脱落等均是可能的诱因，而此后的菌血症将又可能产生新的损害。

2　VALI的肺部病理生理改变　ARDS患者存在局部肺泡萎陷，水肿及炎性反应等病理基础，在受到反复过度拉伸的机械刺激后毛细血管血管通透性进一步增高，肺泡腔内积聚的漏出液使得表面活性物质功能下降，无法降低肺泡表面张力，更加重了肺泡萎陷甚至实变。

实变的肺组织内积聚了大量蛋白漏出液，随重力因素等沉积于背部等低垂部位，使具有气体交换功能的肺组织显著减少，形成了VALI及ARDS的典型CT改变。

那些尚能复张的萎陷肺泡主要分布于肺部的中间层，其发展趋势很大程度上取决于通气治疗方式，如施以合理的呼气末正压，保持小气道的持续开放，将使其免除反复闭合—开放所造成的剪应力损伤，从而获得基本接近正常的肺泡功能。

肺泡膜90%以上由扁平的肺泡Ⅰ型上皮细胞构成，急性肺损伤可导致Ⅰ型上皮细胞的坏死脱落，随后肺泡壁便主要由透明蛋白膜及增生的Ⅱ型肺泡上皮细胞取代。

Ⅱ型上皮细胞呈立方形单层排列于肺泡膜表面，其抗拉伸能力远逊于Ⅰ型上皮，易受到过度拉伸的影响，尤其在新生的1~5天内更是如此。

因此采用低潮气量的保护性肺通气措施使新生的肺泡膜免受进一步创伤尤为重要。

3　VALI的压力－容量曲线及保护性肺通气　通过压力-容量曲线对肺组织顺应性的了解是目前指导机械通气的有效手段，其中以测定不同潮气量时的气道压获得的静态压力-容量曲线较为常用。

通过测定P-V曲线的上拐点（气道压大于此拐点代表肺处于过张状态）及下拐点（气道压大于此拐点说明小气道开始开放），可将气道压力调节在两拐点之间的陡直段变化，以获得最佳的肺顺应性。

急性肺损伤患者中肺泡萎陷及不张导致功能残气量降低；功能性肺组织减少及肺泡充血水肿使肺顺应性明显降低；萎陷肺泡要在较大的“开肺压”下才能复张，因此其P-V曲线具有陡直段较为平缓，上拐点下移，下拐点上抬的特点。

在实施机械通气时，应使用呼气末正压（PEEP）结合低潮气量的保护性通气方式。

PEEP的选择大到足以“开肺”，即位于P-V曲线的下拐点之上，而潮气量的设定应以气道压力不超过上拐点为宜。

既往采用的以获得最佳PaO2及PaCO2为目标的大潮气量，小PEEP的通气方式并未选取最适的肺顺应性范围进行通气，其本质是以加重肺组织的损伤为代价来维持氧合指标于正常范围，最终却无法有效地降低死亡率。

2000年ARDS Network协作组进行了一项包括861例患者的大规模临床研究，分别使用12ml/kg潮气量的传统机械通气与6ml/kg潮气量并结合4~15cmH2OPEEP的保护性肺通气措施对患者进行通气治疗。

发现保护性肺通气能明显缩短呼吸机依赖的时间，并能显著降低ARDS患者的死亡率（31%与39.8%，P<0.007）。

既往的ARDS治疗措施虽能在某种程度上缓解临床症状，但均未证实可提高生存率。

因此保护性肺通气措施目前被认为是“第一个能有效改善ARDS预后的疗法”。

4　关于保护性肺通气的几点考虑　4.1　PEEP的优化PEEP能有效地防止肺泡萎陷及不张，抑制肺泡腔内肺水的形成，增加功能残气量，并改善氧合，但PEEP与潮气量两者间相互影响。

为控制气道压力不致过高，在调节PEEP 时往往也需同时调整潮气量，以防肺组织过张或压迫毛细血管造成循环抑制。

理论上应将PEEP与潮气量调节在静态压力—容量曲线的上下拐点之间即可，但在临床实践中不仅静态P-V曲线测定不便，而且有些患者常受到胸壁顺应性影响因素的干扰，无法准确测得拐点。

Gattinoni对一组分别使用5、10、15、20cmH2OPEEP机械通气的ARDS患者进行CT 检查后发现，随着PEEP的增加，上部肺组织的活动度逐渐减小，而下部萎陷及实质变肺组织的活动度却逐渐增加，证明PEEP能有效改善不同部位肺组织的活动度使其舒张更为一致，但这种作用在使用大于15cmH2O的PEEP时并未再发生进一步的改善，提示15cmH2O 左右的PEEP可能是改善ARDS患者小气道功能的临界点。

因此，可以在循环功能允许的条件下逐步提高PEEP使之尽量接近15cmH2O（10~15cmH2O），并使用能接受的最小潮气量。

如能测得下拐点，则可以将下拐点之上2cmH2O作为初始PEEP同时使用可接受的最小潮气量进行通气。

4.2　允许性高碳酸血症在保护性通气的实施中要在使用较高PEEP的前提下将气道压及潮气量维持在较低水平，势必将导致通气量相对不足及高碳酸血症。

一般认为高碳酸血症具有抑制心肌收缩及增加颅内压等负性作用，但近来的实验研究发现高碳酸血症还具有一定的器官保护作用，如它能通过抑制黄嘌呤氧化酶缓解肺的缺血再灌注损伤，能显著降低肺泡灌洗液中的蛋白及TNF-α含量，缓解肺水肿，改善肺顺应性，减轻超氧化反应等，这些作用可随着酸血症的纠正而消退。

因此目前对高碳酸血症的临床影响尚缺乏统一认识，一般认为只要患者不存在高颅内压，严重循环功能紊乱等情况，高碳酸血症并不会导致严重不良后果，将PaCO2维持在6~8Kpa是较能普遍接受的范围。

4.3　容量控制或压力控制通气容量控制通气作为传统的通气方式其优点在于当呼吸系统的阻力或顺应性发生改变时，仍能保证恒定的每分通气量，而近十年来使用较为广泛的压力控制通气则具有通过调节气流速度使气道压恒定于设定值的优点。

随着呼吸机技术的不断发展，两种呼吸模式也不断完善，两者间原有的鲜明区别也不断缩小。

曾有人认为压力控制通气在ARDS患者中治疗效果可能优于容量控制通气，但迄今并无有力的临床研究予以证实。

在ARDS Network 证明保护性通气能有效降低ARDS死亡率的研究中，使用的仍是容量控制性通气。

看来，重要的可能并非是采用何种通气模式，而是是否能真正有效做到避免肺泡的过度拉伸及防止小气道的萎陷与闭合—开放性损伤。

4.4　俯卧位通气俯卧位通气对ARDS患者氧合功能的改善早在1976年便有报道，但由于当时对其生理影响了解甚少，并未予以重视。

近年来，随着对ARDS患者不同部位肺组织受重力及胸膜压梯度影响的认识，俯卧位通气重新被寄予厚望。

健康人体位的改变对呼吸功能影响甚小，但对于ALI与ARDS患者，由于肺泡及血管内皮的损伤，蛋白漏出液随重力向背部分布，使背部的萎陷肺泡复张困难，加之背部胸壁顺应性低于前胸及横膈，因此通气主要集中于前胸壁。