急性呼吸窘迫综合征的机械通气

中华结核和呼吸感染 1999年第4期第22卷 讲　座

作者：俞森洋

单位：100853 北京，****军第301医院南楼呼吸科

　　机械通气是急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的关键性治疗措施,然而，尽管设备更新换代，ARDS的死亡率仍高达50%～70%。近10年来，有关ARDS病理改变和呼吸力学的研究进展，尤其是对通气机所致肺损伤(VILI)的认识深入，促进了ARDS通气目标和策略的重大改变［1,2］。

　　一、对ARDS传统通气方法的反思［2,3］

　　ARDS的传统通气方法主张超生理大潮气量10～15 L/min,慢通气频率10～15 次/分,生理性吸呼比1∶4～1∶2以维持正常血气,虽监测吸气峰压,但常无严格限制,加用呼气末正压(PEEP)的水平以达动脉血氧分压(PaO2)60～70 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa),吸氧浓度(FiO2)＜0.6为理想。

　　这种大潮气量(VT)、慢通气频率以维持正常血气为目标的通气方法,常使ARDS患者通气时VT超过0.8 L，吸气平台压高于50 cm H2O，面临VILI的高度危险。传统的加用PEEP，常以最低PEEP法来实施，则先给3～5 cm H2O(1 cm H2O=0.098 kPa) PEEP，逐步增加直至在FiO2＜0.6条件下，PaO2≥60 mm Hg,动脉血氧饱和度(SaO2)＞90%为止。结果严重的ARDS患者为达氧合目标值,所需PEEP很高，使心输出量显著降低，实际减少了组织氧输送。由此可见，ARDS的传统通气方法虽可使血气值恢复正常，但可诱发或加重肺损伤。如今，已把机械通气优先考虑的目标，从追求正常血气转移到实施肺保护和增加组织氧输送(保护各重要脏器功能)上来。

　　二、ARDS的病理学基础［4，5］

　　虽然胸部X线研究表明，ARDS的病理学改变是弥漫的、两肺均匀分布的，但CT扫描显示，疾病早期肺实质严重密度不均，主要分布于基底部肺区带，研究表明，这不是水肿液的积聚而是肺增重后对基底部的压迫导致压缩性肺不张，宛如浸在水中的海绵。 吸气平台压可使萎陷肺单位重新开放，加用“适当”的PEEP可保持这些肺单位呼气时的开放，“适当”的PEEP 水平需等于或高于压迫该肺单位的静水压力(某肺区带的静水压力＝密度×高度)，因仰卧位时肺静水压沿腹至背侧垂直轴逐渐增加，故理想的PEEP也应沿此轴逐渐增加，但这是难以做到的。ARDS的肺组织密度为0.5～0.8 kg/L，成年患者胸部的前后径为12～25 cm，故为维持最基底区肺泡开放所需PEEP为6 cm H2O(1 cm H2O=0.098 kPa，6 cm H2O＝12 cm×0.5 kg/L)，至严重病变、大体积患者的PEEP为20 cm H2O，为避免非基底区肺泡过度扩张，大多数患者外加PEEP一般不应超过15 cm H2O。

　　CT所示密度不均的改变仅在ARDS的早期(≤机械通气1周)，此时的肺正常胶原架构组织保持较完整，但在中期(1～2周)和晚期(＞机械通气2周)的病理改变，则是随着结构蛋白的降解，在初期肺水肿和微小不张基础上发生组织增生、机化、重塑和纤维化,气腔扩大伴气囊和气肿样病变形成［6］。

　　三、通气机所致的VILI［4，7］

　　VILI的类型，除了人们熟知的肺泡外气体(肺间质气肿、气胸、纵隔气肿、胸膜下气囊肿、肺实质内张力性空洞、皮下气肿、气腹、心包积气、腹膜后积气)和氧中毒以外，系统性气栓塞和弥漫性肺损伤近年来已引起人们的高度重视。导致VILI的机制，自1992年Dreyfuss等提出是“容量伤”(volutrauma)而不是气压伤(barotrauma)以来,促进了VILI研究的深入。现认为正常肺和表面活性物质减少的肺发生VILI的机制不同,使正常肺产生肺损伤的必要条件，是相当程度的肺过度扩张并持续一定的累计时间，长吸气时间(引起较高平均气道压)比短吸气时间引起更明显的血管渗透性增加。研究表明，大通气量也可使血管压力正常的肺发生类似改变。在承受高扩张压数分钟内发生内皮与上皮、基底膜的分离，并可发生肺泡壁破裂。与正常肺不同，表面活性物质减少的肺，在较低吸气压时就可引起损伤。因为表面活性物质耗竭后,末梢气道和肺泡呼气时趋于萎陷，通气机送气时，气道从近端到远端猛地开放，压力下传到末梢气道,在开放的和闭合的气道连接部产生强大剪切力(引起组织沿平行于作用力的平面产生滑移而变形的力),引起末梢气道上皮的损伤，压力也传到肺泡，使扩张和萎陷肺区带间的肺泡壁也因承受强大的剪切力而破裂。肺泡的反复萎陷和重新扩张象“挤奶样”将表面活性物质排入气道并进而灭活，肺泡反复萎陷和扩张所引起的损伤募集白细胞进入肺，促发炎症反应，并释放炎性介质而影响其它器官。

　　ARDS患者的肺易致VILI的原因：

　　1.ARDS患者的肺是“婴儿肺”，是小肺而不是大的“硬肺”,只有1/3～1/2的肺泡保持通畅，常规潮气量通气将使通气良好的这部分肺单位承受几乎全部潮气量而使之过度扩张。

　　2.ARDS虽不是原发性肺表面活性物质缺乏，但疾病过程中常伴有表面活性物质的异常。

　　3.ARDS患者常存在多种有害的致伤因素，如炎症反应、肺血管压力和血流量的改变、FiO2增加、严重感染等，可以联合的方式损害肺组织，在致VILI过程中起协同作用。

　　四、治疗ARDS的通气新策略［2-7］

　　现认为ARDS的治疗效果不佳与VILI的发生有密切关系，为避免VILI，近年来大多主张实施肺保护策略和其它新策略(表1)。

表1　ARDS患者机械通气的新策略

通气方式 目标 通气模式 潮气量(Vt) 呼气末正压 肺泡峰压

　　(平台压) 吸呼比 传统方法 正常血气 容积切换通气 预设10～15 ml/kg 为达到适当的PaO2或PaO2/FiO2所需要的水平 为达到PEEP和潮气量的目标值所需要的水平 1∶1.5～2.5 新策略 适当的血气值，预防肺损伤，有利损伤组织愈合 压力控制通气，压力限制扩增技术 4～8 ml/kg 足以防止肺泡潮气性闭-开周期，达到适当的PaO2/FiO2比率 不应超过30～35 cmH2O 延长吸气时间，直至反比通气

　　肺保护策略(lung protection strategies) 可以从以下两方面来实行。(1)弃用传统的超生理大潮气量，应用小潮气量(0.005～0.008 L/kg)，严格限制跨肺压，推荐维持平台压＜30～35 cm H2O，即为容许性高碳酸血症；(2)加用适当的PEEP，保持肺泡的开放，让萎陷的肺泡复原。

　　1.严格限制潮气量和吸气平台压：传统的潮气量通气易使ARDS患者发生VILI，为避免VILI，则需应用小潮气量，但潮气量小到什么程度？有人推算传统通气法(0.010～0.015 L/kg)的潮气量可维持动脉血二氧化碳分压(PaCO2)于正常水平约40 mm Hg，那么用其潮气量的1/2(即0.005～0.008 L/kg)可望维持PaCO2于80 mm Hg左右，根据临床经验，患者对此水平的PaCO2一般是能很好耐受的。另有一种算法，典型ARDS的呼吸系统顺应性为0.015～0.03 L/cm H2O，此值随ARDS的严重程度而改变。将最大肺泡压(平台压)和最小肺泡压(PEEP)固定时，两者之差即是可利用的通气压，一般为20 cm H2O，此压力相应于ARDS患者呼吸顺应性(0.015～0.03 L/cm H2O)情况下，潮气量达0.3～0.6 L，相当于体重60 kg患者，潮气量0.005～0.008 L/kg。潮气量减小后每分通气量可以靠增加呼吸频率来代偿，但呼吸频率一般应＜25次/分。

　　人们早已认识到过高的气道峰压(PIP)可引起气压伤。近年研究显示，PIP与肺泡过度扩张的关系并不密切，PIP包含两个成分，即肺泡扩张所需要的压力(即吸气平台压)和扩大气道以维持气流的压力，当存在严重气流阻塞或气管内导管导致阻力增大时，后者可以是很大的，没有证据表明，扩大气道的压力与气压伤有任何关系。故近年来推荐以吸气平台压作为气压伤危险的预警指标，至于为什么将平台压的阈值定为35 cm H2O,则是经验性的(研究表明正常肺泡足可以承受35 cm H2O的压力而不致受损,ARDS早期的肺泡结构大致预计也可承受此压力),当然，与肺泡过度扩张更直接相关的是吸气末肺容量(EI)，但测定EI比较麻烦，临床上并不实用。

　　2.容许性高碳酸血症［8］：为实施肺保护策略，需严格限制潮气量和气道平台压，这势必难以避免PaCO2的增高。因为大潮气量或高吸气压引起的VILI比高碳酸血症要严重得多，因此容许性高碳酸血症乃是权衡利弊后的明智选择。PaCO2增高的主要危害是血pH的降低,因此,如果CO2潴留是逐渐发生的(PaCO2上升速度＜10 mm Hg/1h)，那么pH的逐渐降低可通过肾脏以保留碳酸氢盐来部分代偿，pH将不至发生明显降低，患者通常能较好耐受。但颅内压增高是禁忌的，缺血性心脏病或严重的左心功能受损患者也应慎用。高碳酸血症的大多数生理学作用似乎是由细胞内酸中毒引起的。高碳酸血症时，交感神经兴奋性和儿茶酚胺释放增加，心肌收缩增强，故心输出量增加， 内脏和肾血流增加。容许性高碳酸血症究竟允许PaCO2可以多高？pH可以多低？尚有争论。当pH低于7.20或7.10时，多数学者主张补碱。因顾虑补充碳酸氢钠后产生CO2增加，有学者主张补充三羟甲基氨基甲烷(THAM)。但补碱的效果尚待评价。总的说来，纠正pH的效果远不如纠正代谢性酸中毒那么明显。

　　近几年已有几个初步的随机对照研究显示［9］，容许性高碳酸血症策略并没有明显降低ARDS患者的病死率，但不少学者认为，这些研究的病例数不足，因此今后进行更多病例数的前瞻性随机对照，多中心研究是必要的。也有学者指出，ARDS患者的死因复杂，影响因素很多，仅根据病死率来判断某种通气策略和方式的作用是不客观的。因此，只要某种策略或方式能改善生理功能，避免严重并发症，就可确定其临床价值。

　　为实施肺保护策略和容许性高碳酸血症，通常需应用镇静剂和肌松剂。目前国内临床上常用的镇静剂为安定，常用剂量为每次5～10 mg静脉注射，主要副作用是注射过快或剂量过大时，可引起低血压和呼吸抑制。反复用药可引起潴积作用。近年倡用咪哒唑仑(midazolam)小剂量多次静脉注射或二异丙酚(disoprofol)。必要时可应用肌松剂，如维库溴铵(vecuronium),需连续给药时可用输液泵, 以便更准确掌握剂量和避免输液过多。每隔4～6小时停药评估肌松情况，关于应用肌松剂后少部分人残留较持久的肌无力现象，至今机制不清，多见于大剂量糖皮质激素同时应用的病例，不少学者认为与发生急性激素性肌病有关，因为这些患者多伴有肌酸激酶(CK)的增高和肌电图异常，因此同时应用肌松剂和糖皮质激素者病程中应监测CK，必要时行肌电图检查。

　　3.最佳PEEP的选择［4，5，8-11］：所谓最佳PEEP是指治疗作用最大而副作用最小时的PEEP，这是相对的，因为加用使基底区肺泡开放所需的PEEP必然导致上区带肺泡过度扩张。我们认为：机械通气时的最佳PEEP应满足以下5条：即动脉血氧合最好；组织氧输送最多；致VILI的危险最小；肺胸顺应性最好和呼吸功最省。要找出全部满足这5条的PEEP是不容易的，但临床实践中，分别根据每条标准找出的最佳PEEP水平通常是比较接近的。ARDS患者常用以下方法：(1)描绘患者的压力-容量(P-V)曲线, 加用略高于低拐点压力水平的PEEP，设置的潮气量(或吸气压)落在P-V曲线的陡直段，不超过高拐点水平。(2)靠潮气顺应性来指导PEEP的选择。

　　在VT不变情况下，每次增加PEEP看平台压的改变，若平台压的增加少于PEEP的增加，说明顺应性改善，若平台压增加＞PEEP的增加，说明顺应性降低。理想的PEEP 应该是使肺潮气顺应性达最佳时的PEEP。

　　PEEP改善氧合的作用直接与肺不张的逆转和肺水的重新分布有关。在ARDS的中、后期，随着ARDS组织学的演变，中等水平PEEP对改善氧合和保护肺的作用已不明显,此时在氧合改善的基础上应及时降低PEEP水平，以便降低平台压，避免VILI(气胸等)的发生。

　　五、延长吸气时间策略［3，5，12］

　　实施长吸气时间策略的生理学作用为:

　　1.肺泡在吸气容量位停留较长时间,使气道-肺泡-肺毛细血管间有更多的气体交换时间。

　　2.在潮气量和PEEP的不变情况下，可降低气道峰压和平台压,而增加平均气道压,改善通气血流(/)和适度增加PaO2。

　　3.诱发内生呼气末正压(auto-PEEP)。由于ARDS 肺的不同区带间的力学差异，外加PEEP主要作用于快时间常数的肺区带，保持这些区域肺泡的开放，而恰当的auto-PEEP可让慢时间常数的肺泡保持开放，以局部肺区带的“气体陷闭”来防止其肺泡萎陷。实施长吸气时间策略时应监测auto-PEEP。

　　近些年来反比通气(IRV)大多以压力控制(PC)，而不是以容量控制(VC)的模式来进行。PC-IRV与VC-IRV比较，除了PC比VC通常有更多的好处外，具体到ARDS，至少有以下两个优点：(1)PC-IRV可保证在非均质肺内各区带的肺泡峰压均不会超过吸气压力预置值，而VC-IRV时的气道压随顺应性和阻力的改变而改变，在顺应性降低或阻力增加时，气道压会超过目标限制值而诱发VILI；(2)PC-IRV时吸气压始终保持恒定，即使在肺顺应性由于肺泡复原最后改善时也保持不变，而自动增加潮气量,缓解高碳酸血症。 与此相反，应用VC-IRV时，在改善顺应性后气道压力自动降低(保持VT不变),这就进一步减少了肺泡复原的机会，也不能自动缓解高碳酸血症。

　　近年来已有多篇ARDS患者应用PC-IRV的报道，与常规通气比较结果不一。有专家指出，应用IRV的作用机制是使萎陷的肺泡“逐个”复原进而改善气体交换，这需要相当的时间(数小时后)才能显示。而有些研究观察时间较短，可能是这些研究应用IRV未能改善气体交换的原因。

　　六、ARDS通气模式的选择

　　1.压力控制通气：尚没有研究表明哪一种通气模式对ARDS患者是最好的。 目前较多专家推荐应用压力控制通气(PCV)，因为PCV时人-机易于同步，提供的吸气流量为减速波型，有利于气体交换和增加氧合， 更重要的是可保证非均质的肺内各区带的气道压不会超过预定吸气压值。具体实施方法为:选择PCV模式钮,固定最大吸气压(气道峰压)大约在30～35 cm H2O,开始时加8 cm H2O的PEEP，然后逐步增加PEEP水平，维持最大吸气压不变，允许VT减少，直到某一点，此时计算的潮气顺应性开始从增加到减低，则确定为理想PEEP值。所设置的最大吸气压和PEEP的压力之差则是用于产生潮气量的压力。在设置通气机参数时，将最大吸气压和PEEP(更准确的说，是将最大和最小跨肺泡压)一起考虑是合理的。氧合不足时还可适当延长吸气时间或反比通气。撤机阶段可改用PC-SIMV，以锻炼患者的呼吸肌功能。

　　2.容量控制通气(VCV)：ARDS患者若选用VCV模式来通气,则必须预设小潮气量(0.005～0.008 L/kg),采用减速流量波形，预设较低的压力报警限(＜35～40 cm H2O)和密切监测气道平台压。

　　3.补充自主呼吸用力的通气新模式：现代机械通气的趋势，是结合而不是废弃自主呼吸，即使自主呼吸用力明显不足。要让通气机当患者的“助手”而不是“老板”。这些新模式包括成比率辅助通气(PAV)，气道压力释放通气(APRV)和双相气道正压(BiPAP)。这些通气模式的优点是：(1)通气较自然，可降低气道峰压；(2)血流动力学较稳定，对重要脏器功能影响少；(3)增加呼吸频率，有利于改善和促使不张和萎陷的肺泡复原。(4)人-机同步较好，可减少镇静剂，肌松剂的应用。这种模式的共同缺点为：①模式新，大多数医生没有应用经验，一般通气机中也没有这些模式设置；②尚没有在ARDS患者的应用中证明其独特的好处。

　　4.伺服控制通气模式：包括压力调节容量控制通气(PRVC)、容量支持通气(VSV)和自动转换模式(automode)，其基本通气模式为压力支持通气(PSV)和压力控制通气(PCV)，由医生预设某一参数，如VT和频率，由通气机根据反馈信息自动调节PCV或PSV水平以达到预置参数目标值。此类模式的主要好处是：易于控制气道压和潮气量，可较早实施部分通气支持。但对ARDS的通气有何独特优点，也有待研究证明。

　　七、机械通气辅助方法［2-5，13，14］

　　机械通气辅助方法包括：肺外气体交换技术(如体外膜氧合、体外CO2去除、腔静脉氧合)、气管内吹气(TGI)、俯卧位通气、高频通气(HFV)、部分液体通气，表面活性物质替代疗法以及吸入一氧化氮或前列环素等。这些方法大多在研究和临床试用过程中，并不推荐在ARDS的通气支持中常规应用。只有俯卧位通气和气管内吹气较简单可行，并有肯定的辅助作用。

　　近年已有多篇报道ARDS患者的病死率已有明显降低，如Milberg等报道的918 例根据相似标准诊断的ARDS患者，1987年的病死率为68%，而1993年为36%。但这些研究均未能明确导致病死率下降的原因，是否与采用机械通气新策略和新方法有关。大部分学者的意见认为是综合的因素所致。ARDS的根本治疗和预后改善，也许还有待于其发病机制的完全阐明及针对其机制的有效干预。如直接干预炎性介质合成和释放的调控，有效阻断瀑布式炎症反应等。同时，也应采取包括病因治疗的综合治疗措施，机械通气的正确合理应用只是综合治疗中的重要手段。

　　参考文献

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(收稿：1998-09-20　修回：1998-11-16)