呼吸机相关肺损伤研究进展

摘要

机械通气（MV）是各种原因所致呼吸衰竭的主要支持手段。然而，其也会引起呼吸肌相关肺损伤（VALI）。导致 VALI 的原因主要有 4 点：1）潮气量（Vt）过高所致肺张力和应力增加；2）膨胀不全的肺单位反复开闭所致剪切力增加；3）灌注分布不均；4）生物损害。

在严重的急性呼吸窘迫综合症患者中，采用低潮气量、高呼气末气道正压、长时间的俯卧位通气，以及 48 小时以内使用肌松药均与较好的预后相关。VALI 可发生在既往没有肺部疾病但采用大潮气量通气的患者中。我们相信预防的目标是将机械通气导致肺损伤的副作用减少至最低。

本综述旨在阐述 VALI 的病理生理学，以及机械通气时将 VALI 减少至最小的预防、治疗和监测手段。

概述

急性呼吸窘迫综合征（ARDS）治疗上最重要的进展就是：意识到尽管有创机械通气（MV）是延续患者生命的必要手段和支持护理的基石，但 MV 本身却可以通过一系列机制导致或者加剧呼吸机相关肺损伤（VALI）。这些机制包括：肺暴露于过高的跨肺压（Ptps 气压伤），肺泡过度膨胀（容量伤），和 / 或肺泡反复的开闭（剪切伤）。

除直接的结构性损伤外，这些机械力还会导致促炎细胞因子的释放和中性粒细胞的聚集，带来局部的和全身性的炎症（生物伤），将损伤播散至肺外器官，引起多脏器功能不全，最终使得死亡率增加。VALI 的决定性因素是通气时间、暴露的强度以及对于气血屏障的机械损伤。

选择通气策略的目的是减少 VALI 的潜在因素，通过减少机械通气作用于肺部的应力和张力，使得 ARDS 患者无论其严重程度如何，大幅度的减少死亡率。

病理生理学

1、气压伤和容积伤

过高的机械通气压力设定导致气道壁破裂，进而空气漏出使得气体在肺泡外积聚。值得注意的是肺泡损伤并不是由大气道内的高压力引起的。不少实验也证实了这一点，即引起容积伤的原因更多是由于肺泡膨胀的程度而不是大气道里面的压力水平。

实验数据也提示不是由于气道压力“本身”而是跨肺压（Ptp）导致了 VALI。这是我们理解 VALI 发生机制中非常重要的进步，引发了我们观念上的转变，即 VALI 不是因为单纯大气道压力高引起，而是肺泡容积超过功能残气量的产生的跨肺压（压力）和过高容积（张力）的结果。

压力被定义为外部负荷作用于结构内部产生的应力。它是存在于每单位截面积的。在机械通气的患者中，压力就是指每一次吸气末的跨肺压，它是由作用于肺泡和胸膜间压力的差异而差生。

压力设置不当被认为是 VALI 的主要原因。与结构变型相关的压力叫做张力，可用潮气量（Vt）和呼气末肺容积的比值来表示（EELV）。它与肺容积相关，当潮气量超过功能残气量 2 倍时出现。

尤其是与正常分布均匀的肺比较，病变的肺顺应性不一，使得有些部位承受了更大的压力和张力。跨肺压分布不均一使得肺泡过度膨胀，特别是采用大潮气量通气的情况下（10-15ml/kg）。这一现象可以从“婴儿肺”这一概念很好的解释，就是假设 ARDS 患者的肺不仅仅僵硬而且体积变小。因为体积变小，所以“婴儿肺”更容易产生容积伤。

小潮气量通气策略减少了轻到重度 ARDS 患者的死亡率，这可能跟降低组织压力有关。然而，ARDSNet 推荐的标准体重使用 6ml/kg 的潮气量，也许并不是理想的策略，因为每一个 ARDS 患者的情况都不一样，因此应该发展出个体化的通气策略。

2、不张伤

机械通气的潮气量过低也会导致肺损伤。一些研究发现应用呼气末正压（PEEP）可以减低机械通气的肺损伤。终末气道和 / 或肺泡单位的反复开闭会增加局部的剪切力，使得肺泡灌洗液中细胞因子增多，产生不张伤。

总的来说，不张伤是肺泡或者气道在吸气相重新开放所产生的剪切力导致的，然而最近的数据显示来自于肺泡表面张力的正常力才是上皮细胞损伤的关键因素，而且和肺泡开放的速率呈反比。因此好像是低潮气量产生不张伤的有害因素被大潮气量所带来的组织压力增强了。

表面活性物质不足或者支撑气道开放的力量减少、消失，都会带来气道陷闭。如实验模型所展示的那样，病变肺部不均一性的特征：局部不张、僵硬、水肿和肺单位的不稳定，会消耗肺泡表面活性物质。维持开放的压力，就是应用 PEEP 在通气周期内有效维持肺的复张，避免终末肺单位的反复开闭，被成为“动态“张力。

另一方面，损伤肺模型中如果终末气道被液体充满（肺泡被淹没而不是陷闭），则应用 PEEP 对于预防 VALI 没有作用。

组织上的 / 解剖上的变数 / 生物伤

VALI 的组织学损伤没有特异性，主要是透明膜形成、肺泡水肿、中性粒细胞浸润和肺泡出血。肺泡水肿液中蛋白质和嗜酸性物质增加提示毛细血管膜通透性增加和液体重吸收障碍（图 1）。这些组织学变化与机械通气的强度和时间、以及跨肺压过高直接相关。虽然尽量保持吸气平台压在 30cmH2O，但对有些患者来说依然过高。

大潮气量所产生的肺泡外血管静水压升高也会协同损害肺部。另外，Ⅱ型肺泡上皮细胞肿胀使得 Na⁺-K⁺ATP 酶活性受损。大潮气量通气所产生的损害与晚期 ARDS 具有病理特征上的相似，即纤维母细胞和Ⅱ型肺泡上皮细胞的增殖。

潮气量过高时，增大的肺表面使得活性物质相对不足和失活，会导致活性物质的损耗并产生：表面张力增加，不均一的肺泡和终末气道反复开闭所致剪切力增加，血管渗透压增加使得水肿形成，以及肺部免疫调节功能受损（图 1）。生物伤被认为是局部的或者系统的炎症反应在肺部被放大的结果。

最近的临床和实验室研究揭示了 VALI 生物伤的两个主要危险因素。第一个因素是损伤的细胞释放大量细胞因子损伤肺部和肺外器官引发多脏器功能不全。

在 5cmH2OPEEP 的水平下，将潮气量由 5ml/kg 调制 12ml/kg，可在 1 个小时内观察到循环内细胞因子释放增加。这些因子包括 TNF-α、IL-6、巨噬细胞炎症蛋白 1α、以及肺起源的脂溶性调节因子等都在 VALI 的发生上扮演了重要作用。

第二个因素被称作机械应力，由于机械力所导致肺部上皮细胞、内皮细胞、基质细胞（ECM）和终末气道的活化，产生信号传导使得炎症因子大量释放。机械应力使得细胞内信号通路被激活的机制为：激活压力敏感通道、破话气血屏障、膜相关分子的释放以及细胞 - 细胞间、细胞 - 间质间互相激活。

肌动蛋白肌丝是细胞骨架和β整合蛋白尾部的终末压力感受单位, 产生细胞内以及细胞外环境间的联系, 激活压力敏感的大分子。细胞内信号转导机制由络氨酸激酶、磷脂酶、GTP 酶和基质金属蛋白酶耦合。在反复循环牵拉下，压力敏感的促炎基因会上调。

左胸下三分之一有边缘非常清晰的阴影，类似于肺栓塞的 Hampton hump 征。阴影的密度较低，呈基底面朝向胸膜的楔形，并与膈肌附着处相连（图 1A）。

图 1：通气相关肺损伤（VALI）的病理生理学

3、对肺泡上皮细胞、内皮细胞和基质的作用

肺泡上皮细胞是肺泡水肿形成的决定因素。机械通气时高气道内正压会导致内皮细胞脱落和Ⅱ型肺泡上皮细胞破坏。肺内皮细胞是肺泡毛细血管单位的重要组成成分，在呼吸生理中发挥了一系列重要作用: 屏障功能、激素样作用（合成和调节血管活性物质）、旁分泌样作用、且与低氧性肺血管收缩相关（与内皮细胞起源的血管活性物质有关比如一氧化氮）。

脓毒血症相关 ARDS 显示有内皮细胞肿胀和水肿。

感染与非感染因素都可以激活自身免疫。病原识别受体感受器能够感受到微生物病原相关的分子模型（从侵入的微生物释放），和损伤相关的分子模型（从死亡细胞和损伤组织中释放）。接下来，模型识别受体激活自身免疫，通过 Toll 样受体加剧系统性炎症和肺部损伤。

高强度的机械牵拉与内皮细胞坏死增加、凋亡减少、IL-8 水平升高相关。细胞坏死与肺组织周围的炎症反应相关。在实验研究中，采用保护性肺通气策略可减少 IL-1、 IL-6、 IL-8、TNF-α表达，减少终末器官内皮细胞凋亡进而保护器官功能。体外实验表明，机械压力可诱导人肺泡上皮细胞凋亡。

而且，动物体内实验也显示细胞凋亡通路的破坏可限制肺部炎症和肺损伤，防止发生多脏器功能不全和死亡。在 ARDS 患者中，Ranieri et al. 等人发现与传统通气策略比较，保护性肺通气策略可以减少肺泡灌洗液中多形核细胞和促炎因子的数量。

另外，保护性肺通气策略减少了促炎因子的整体水平，这与更好的临床预后有关，因为促炎因子的整体水平越高，多脏器功能不全的评分也越高。

与大潮气量的通气策略不同，至少实验室的研究发现，采用各种肺复张手法（RM）均可以减轻肺损伤。不同的复张手法中，有一种叫做 CPAP30，即保续气道内正压 30cmH2O 维持 30 秒；或者在超过 51 秒的时间里逐步升高气道内压力并达到 CPAP30 的标准（STEP51）；或者每 30 秒提高 5cmH2O 的气道内压力，逐步达到 30cmH2O 并维持 30 秒（STEP30/30）。

在动物模型试验中，CPAP30 出现了内皮细胞损害的标志物。在肺外原因所致 ARDS 中，CPAP30 和 STEP30/30 比 STEP51 显示了更高的血管细胞粘附分子 1（VCAM1）水平。作者得出结论采用逐步提高气道压力而不是维持最大气道内压力的方法对肺部损伤最小。

在脓毒血症引发的 ARDS 实验模型中，容量负荷过大的实验组，采用肺复张手法与 IL-6、细胞间粘附分子 1、VCAM1 mRNA 水平增高相关。

肺泡基质（ECM）由胶原蛋白、弹力纤维、纤维蛋白、层黏蛋白和蛋白多糖组成，可以体现肺的生物机械运动，并在呼气时维持肺泡结构的稳定。过度膨胀时肺泡壁的僵硬主要受胶原蛋白影响。整合素粘附受体可将机械力传导至细胞骨架和 ECM 的间隙内。

发生肺纤维化时Ⅲ型胶原前体 mRNA 的表达是胶原变型的主要因素。传导至 ECM 上的机械力可使肺部张力超过安全阈值引发肺损伤。大潮气量通气引发的 ECM 重构主要受气道压坡度和跨肺压坡度影响。

肺修复的机制

高肺容量的情况下，肺泡壁存在弹力变型。作为对肺损伤的反应，伤口的修复和纤维化均导致上皮细胞向成纤维细胞类型转化（间叶上皮细胞转化）。

细胞膜的完整是存活的必要条件，其修复与密封主要有以下 4 个机制：钙离子调节的胞吐作用；脂质的单侧流动以封闭膜孔道防止钙离子进入细胞内；损伤侧的离子流量可激活压力反应基因；促炎瀑布的发生因素比如 NF-κB。与低渗环境比较，高渗环境可减少细胞变型的敏感度和增加修复的几率。推测可能的机制是由细胞骨架和膜的相互作用调节水的平衡。

1、发病因素

现推测肺损伤是由于“多重打击”模型诱发的。发病条件比如损伤性的机械通气或者大手术，产生的炎症是第一重打击。第二重的打击可能是：输血、损伤性机械通气的延长、误吸、休克、脓毒血症和肺部感染、均可导致额外的肺损伤，产生高发病率和病死率。诱发和防止 VALI 的因素见表 1。

表 1 诱发和防止呼吸机相关肺损伤的因素

2、年龄 / 老年人

Nin 等研究了对老年老鼠采用损伤性通气策略发现与年轻老鼠比较，损伤性的通气策略更容易诱发老年老鼠的 VALI。在另一项实验研究中，Setzer 等将不同年龄组的健康老鼠使用同样的 PEEP 但不断增加潮气量。与年轻老鼠相比，老年老鼠更容易由大潮气量引发肺损伤。特别是肺内的中性粒细胞数量增加、透明膜形成以及干湿比增加。

校正年龄相关因素后，在特定的炎症因素刺激下（比如非保护性的通气策略），老年老鼠肺内自身免疫阈值降低。这一现象可以解释为什么 ICU 内老年患者以及老年 ARDS 患者存活率降低。

3、容量因素

尽管液体量不足会导致终末器官的损害，但容量负荷过大也会增加肺损伤的发生率。Broccard 等通过研究孤立的兔子肺发现，机械通气期间肺动脉压力增加和肺血管通透性增高、肺出血、水肿以及肺顺应性下降相关。

最近，Lopez-Aguilar 等确定了过量输液会加剧 VALI 的发生。他们发现肺灌注的强度与肺水肿、通气分布失衡和组织出血相关。血容量过多与肺泡毛细血管膜分离相关，就像内皮细胞受损与肺泡毛细血管膜通透性增加相关一样。这导致肺水肿的几率增加。

在出现肺水肿时，由于静水压增加、水肿液按重力梯度沿着胁肋部以及背部分布，使得正常通气的肺泡减少，导致压力 / 张力增加，以及产生反复开闭的剪切力。Silva 等研究了不同体液负荷状态下肺复张手法对于老鼠肺部的影响。在高血容量状态下，肺复张手法可以提高氧合，但却使得炎症反应和纤维生成增加，加剧了肺损伤。

实际上，高血容量状态对于肺损伤的不利影响可能被复张手法导致的压力 / 张力增加强化。更重要的是，高血容量状态可能与肺泡、内皮细胞的损伤，以及与肺损伤相关的 IL-6、VCAM1、细胞间粘附分子 1 的 mRNA 水平增高相关。这些粘附分子可能参与了中性粒细胞在肺组织的聚集，并且在 VALI 的发病中扮演了重要角色。

这些研究均提示液体管理在危重症患者机械通气中的重要性，因为血管容量状态与肺灌注水平都与 VALI 发生相关。

4、输血

输血相关肺损伤也和 VALI 的发生相关。Vlaar 等假设第一次打击是由于机械通气造成中性粒细胞在肺内积聚发生的，第二次打击是因为输入的血制品在存储期间产生的抗体与受血者体内抗原或者生物活性脂质发生反应导致的。因此，机械通气可以加剧肺部的和全身的输血相关性肺损伤。

Janz 等推断库存血中存在的调节因子会增加引发肺损伤的那些因子的作用。在一篇回顾性队列分析中，Gajic 等发现输入血制品和大潮气量是肺损伤发生的独立危险因素。严格控制血制品输入应该被纳入防止 VALI 的策略中。

5、脓毒症

研究发现脓毒症与毛细血管 - 肺泡间的屏障功能损伤相关，体内实验显示机械牵拉使得Ⅱ型肺泡上皮细胞死亡增加，也使得肺泡的通透性增加。从脓毒症动物肺中分离的融合单层上皮细胞，显示出通透性增加，紧密连接蛋白表达改变，增加了 MAPK、c-Jun 、N- 端激酶和 ERK 等信号通路的磷酸化。脓毒症和机械牵拉共同作用增加了上皮细胞的通透性。

与正常对照相比，从脓毒症动物肺中分离培养的单层上皮细胞对于机械牵拉诱导的屏障功能不全阈值更低。推测可能的机制是细胞骨架肌动蛋白在脓毒症时发生了改变。Nin 等发现在鼠科动物的细菌性脓毒症模型中，大潮气量通气会加剧炎症反应和多脏器功能不全。包括延长通气时间在内的有害参数设定会诱发、加剧脓毒症及其症状。

如何在床边监测 VALI

1、肺的力学和跨肺压的测定

压力 - 容量曲线（P-V）有助于我们理解呼吸生理的变化并选择合适的治疗。P-V 曲线有明显的滞后现象，以两条曲线间的面积来表达（P-V 环），当肺表面张力消失后，滞后现象消失。ARDS 时此面积变大因为使肺泡开放所需要的压力变大。ARDS 时 P-V 曲线的形态可表示肺泡开放、闭合以及复张所需要的压力。较低位的拐点表示复张开始。

然而，对于这一点如何确定依然存在争议。Gattinoni 等定义了拐点（Pflex），就是 P-V 曲线的陡直段与低容量位的交点以及陡直段和高位的外延段的交点（见图 2）。将拐点以上 2cmH2O 设定为最佳 PEEP 值可以减少 ARDS 的死亡率。上段的拐点意味着肺泡出现张力。因此，在设定潮气量和 PEEP 时应该避免出现上段拐点。

另外，少数研究显示使用 P-V 曲线来指导 ARDS 通气参数的设定可以减少死亡率。然而，这一技术并不实用，只适用于那些有相当基础的个人。

图 2：压力容量曲线的滞后现象

2、动态呼吸力学

商品呼吸机都可以显示每一次呼吸的压力 - 时间曲线（动态 P-V 曲线 图 3、4）。有一些参数如 E2 的百分比（E2%）由气道的压力 - 时间关系演算而来，或者像压力指数是用来监测每一潮气量下肺的开放和关闭以及 ARDS 患者通气时肺的过度膨胀。

图 3：压力指数

图 4：E2 百分比

3、容量依赖性弹性度与肺总弹性度的比值

E2 的百分比是肺容量依赖性弹性度与总弹性度的比值（扩张指数）。这一参数有气道压力的回归分析得来，其中包含了每一潮气量下内在压力 - 容量环的非线性部分。E2 的百分比大于 30% 意味着肺过度膨胀。

4、每一潮气量的内在压力 - 时间曲线（压力指数）

Grasso 等推荐压力指数，一个在持续气流容控模式下，从吸气相压力 - 时间波形曲线得来的参数。这一从模型回归得来的参数以数值的形式，可以估计曲线中段部分压力 - 时间变化的方向。出现凹面向下的波形，意味着指数小于 1，潮气量不足。相应的，当出现凸面向上的波形时，则指数大于 1，出现了过度充气。

直的波形，指数等于 1，意味着参数设置合理。减少 PEEP 直到指数在正常范围内（0.9~1.1），与肺组织中 IL-6、IL-8 减少相关。然而，在关于 ARDS 患者的机械通气中，压力指数和 %E2 在设定理想参数上的作用还存在争议。实验研究显示，在正常肺中，压力指数和 %E2 的变化与潮气量不足和过度充气相关。

然而，在损伤肺使用低潮气量通气下，理想的 PEEP 水平是由弹性最差的肺来决定的，依靠压力指数和 %E2 的话会造成过度充气。更重要的是，最近一项实验研究显示，在有胸腔积液的实验模型中，即使在没有过度充气的情况下，潮气量不足时压力指数依然会升高。

5、跨肺压（Ptp）

胸壁的力学特征，在一些特定的情况下会发生改变（比如肥胖、COPD 患者、心胸手术后、以及腹部压力增高），使得机械通气参数设置不当并且会加重 VALI。跨肺压是使得肺膨胀的力，与肺泡压和气道压不同，是发生 VALI 的重要原因。使用一根带气囊的导管深入食道中，基于测得的食道压力 (Pes) 在呼气末直接测量跨肺压绝对值的方法目前受到怀疑。

Talmor 等报道与采用 PEEP/FiO2 表格法相比，基于跨肺压指导理想 PEEP 的设定能够改善氧合和肺顺应性。然而，在呼气末和吸气末测量跨肺压在临床上并不实用。更重要的是，采用俯卧位通气时，由于纵隔被压缩以及 ARDS 病变的不均一性，依然无法精确的估算出跨肺压的值。

应用食道压估算 ARDS 患者跨肺压平均值的方法时，没有考虑到患者肺部的不均一性。而且，食道压的绝对值并不必然反映跨肺压的绝对值，两者波形并不相同，食道导管放置的位置以及留存的时间还没有统一。

可是，尽管通过食道压无法获得跨肺压的绝对值，但却可以精确准确的反应跨肺压的变化以及肺的静态弹性。直接测量张力依然存在问题。肺张力等同于 VT/EELV 这一概念只是在呼气末肺容积不发生变化时才准确，比如应用 PEEP 的情况下。应用 PEEP 或者发生肺不张会影响真实肺张力的测量。

6、血管外肺静水压（EVLW）

EVLW 是危重症患者高死亡率、住 ICU 时间延长和机械通气时辰延长的独立危险因素。单独热稀释法测量 EVLW 是目前的标准方法，也是金标准。这一方法是通过测量胸腔内热量和血管容量的差别来计算 EVLW。与其他的参数整合起来使用，可以有效鉴别 ARDS 和静水压升高型肺水肿。然而，这一技术需要有创的导管和操作。

影像学

1、定量 CT

定量 CT（qCT），通过对一个或者三个层面的分析，能够提供一些重要的信息：疾病的分布和解剖结构、EVLW 的数值、通气不足和可能的过度充气。另外，qCT 可以用来确定哪些患者将从高 / 低 PEEP 水平、采用肺复张手法以及哪种通气体位中获益。

可是临床上使用 qCT 有一些重要的限制：辐射剂量大，并不是每一个 ICU 都有 CT，无法进行持续床边监测，无法用于肺过度充气的评估，对于肺容积的精确评价依赖与图像分析软件。最近的研究显示，在床边使用 CT 做临床特异性评分可以得到重要的可量化分析的信息。

2、肺部超声

肺部超声（LUS）是一种无创的、没有辐射的床边检查工具。LUS 能够提供一些诸如肺部结构、水肿的范围、实变和肺不张等重要信息，帮助我们设定理想的 PEEP 水平和指导肺复张。空气存在与 A 线相关，实变或者水肿时出现 B 线，反应了肺部病变的不均一性。

B 线又叫彗（星）尾征，是垂直于胸壁与探头之间的直线。彗尾征间隔 7mm 时，反应间质水肿或者小叶间隔的增厚，3mm 时反应了磨玻璃样病变区域。肝样变伴支气管空气征提示肺实变。最后，低回声或者无回声反应了胸腔积液。在油酸诱发的肺损伤模型中，随着水肿液的积聚，B 线逐渐增加。更重要的是，B 线的增加与使用重量法测得的干湿比显著相关 。

另外，B 线的增加与肺顺应性下降相关。肺顺应性下降往往比氧合指数下降更早发生。ICU 中使用 A 线检查靠近腹部的肺，可用来预测肺血管的吸收压力和通气过高。B 线的数量和 PiCCO 系统决定的 EVLW 数量正相关。以肺泡复张为例，LUS 充气评分与 P-V 曲线评估的 PEEP 诱导肺复张水平显著相关。

然而，LUS 的局限在于依靠操作者的经验和过度充气时无法应用。最近，Corradi 等提出了基于图像灰度分析的定量 LUS 方法。定量 LUS 的密度与 EVLW 相关并比 qCT 更可靠。

3、正电子发射扫描（PET）

炎症的程度（炎症细胞尤其是中性粒细胞的活性）可用 18F-FDG PET 来检测。在 13 位使用中度 PEEP 水平的 ARDS 患者中，Bellani 等报道正常肺组织炎症水平的变化与平台压相关。当平台压超过 26cmH2O 时，炎症明显增加。

结论是，尽管 qCT 检查是评估 ARDS 肺部形态学变化的金标准，依然存在无法及时在床边进行和辐射风险的限制。LUS 能够在床边无创的评估 EVLW，肺复张程度和胸腔积液的水平。

生物标记物（炎症调节因子）

ARDS 发展的不同阶段需要不同的生物学标志物来确定。与静水压升高导致的肺水肿相比，在发生 ARDS 时，Ⅱ型肺泡上皮细胞分泌的表面活性蛋白Ｄ(SP-D) 明显升高。糖基化终产物受体（RAGE）在Ⅰ型肺泡细胞中表达，CC-16 由终末气道的簇状细胞（过去叫 Clara 细胞）分泌。

Ware 等发现用血浆中 SP-D、RAGE、IL-6、IL-8、CC-16 水平区分脓毒症患者是否会发生 ARDS，具有很高的敏感性和特异性。需要注意的是，这其中有 3 种标志物，SP-D、RAGE 和 CC-16 是由肺上皮细胞产生的。未来，这些标志物将不仅仅用来区分肺损伤的程度，还将用于指导不同阶段 ARDS 的靶向治疗。

如何预防 VALI

总体而言， ARDS 患者普及的机械通气策略是：小潮气量以避免气压伤，应用合适的 PEEP 以防止剪切伤。最近一篇 Meta 分析和大规模随机对照研究显示，采用俯卧位通气超过每天 12 小时可以减少重度 ARDS 患者的病死率。更重要的，体外膜肺氧合技术（ECMO）可以提高有指征的极重度 ARDS 患者的生存率 (PaO2/FiO2 ≤100 并且 PEEP≥5cmH2O) 和逆转呼吸衰竭。

对于 PaO2/FiO2 ≤150 的 ARDS 患者，采用 CO2 移除技术联合小潮气量通气（3 ml/kg）与使用 ARDSNet 推荐的肺保护通气策略相比，可以减少患者无需机械通气的天数。我们将详细讨论目前可行的旨在减少肺压力和张力的通气策略以防止诱发 VALI。

潮气量和平台压的影响

NIH 的 ARDSNet 研究显示，仅仅将潮气量减少（12 ml/kg 减少到 6 ml/kg），同时维持呼吸系统平台压≤30cmH2O，便可以将 ARDS 患者的死亡率减少 22%。

在另一项研究中，Amato 和 Villar 等采用了与 RDSNet 的肺保护通气策略类似的肺保护通气方案，提高了 ARDS 患者的生存率。

在 ARDS 完全进展至晚期前，对重症患者尽早采取肺保护通气策略可以预防 VALI，改善预后。一项针对没有 ARDS 患者的观察性研究发现，大潮气量通气策略是除机械通气外，患者发生 ARDS 的重要危险因素。

以上提及的研究还显示，根据患者实际体重而不是理想体重（PBW）来设定潮气量，将使得一些特定患者（比如女性、身材矮小以及肥胖患者）更容易发生气压伤。身高和性别是比体重更好的预计肺容量的因素，应根据理想体重来设定潮气量以避免 VALI。

然而，对于一些 ARDS 患者来说安全的压力和容量水平对另一些患者来说却可以导致肺过度膨胀，因为这些患者肺部病变是不均一的。另一方面，过分的减少潮气量将发生肺不张，引起部分肺单位反复开闭，发生剪切伤。

PEEP 的影响

理想的 PEEP 水平应该避免对血流动力学的影响，防止肺膨胀不全和过度充气。然而，如果可行的话，采取的 PEEP 水平应足够高以促进肺复张和维持损伤的肺泡在呼气末开放。一些随机研究比较了 ARDS 患者采用低水平或者高水平 PEEP 的结果，发现病死率没有差别。可是，Briel 等一份 Meta 分析发现，更高水平 PEEP 可以改善中重度而非轻度 ARDS 患者的预后。

应用 PEEP 可以减少气压伤和使得肺泡膨胀程度最小，相对于肺复张潜力较小的轻度 ARDS 患者，具有较大肺复张潜力的中重度 ARDS 患者似乎可以从中获益（图 5A、B）。高水平的 PEEP 对血流动力学有影响，可以减少静脉回流和增加右心室后负荷。

另一方面，较低的 PEEP 水平可以增加中心血量，因为闭合的肺毛细血管重新开放。因为肺部的微循环直接受到肺泡压力的影响，将来需啊研究 PEEP 和肺部灌注之间的关联。

肺复张手法 (RM) 的影响

肺复张手法的目的在于打开塌陷的肺泡，以增加可通气肺组织的数量并改善氧合。复张没有通气的肺泡可以减少过度充气带来的损伤，因为潮气量将在一个更大的体积下均匀分布。

临床上肺复张手法的用处依然不确定。尽管肺复张手法可以改善氧和，但是没有证据显示其在改善预后方面的益处。而且，因为频繁发生低血压和低氧，很少有患者能够耐受过大的胸腔容量。根据肺损伤的原因、类型以及体液水平，肺复张手法的效果变异很大。

Riva 等报道肺复张手法对肺外原因而非肺内原因导致的肺损伤模型更加有效。最常用的是使肺持续膨胀的方法。然而这一策略只有短期效果，却带来循环方面的副作用，增加了气压伤 / 容量伤的风险，影响了肺泡液体的清除。我们相信，缓慢的肺复张手法可以更好的开放塌陷的肺组织，减少炎症和成纤维标志物的活性。

图 5：不同机械通气方法对肺血流通气灌注匹配的影响

辅助通气

在轻至中度 ARDS 患者中更多使用辅助通气。对于肺损伤较轻的患者，为何机械通气时自主通气可以改善氧合以及肺功能有 3 个假说。第一个假说是压力支持或者可变压力支持时自主通气可以打开闭合的肺泡，改善低通气灌流不匹配的肺组织（图 5C)。

第二个解释是，与压力控制模式相比（PCV），使用压力支持通气（PSV）或者随机可变 PSV，可以使得血流从有闭陷的肺组织流向通气良好的肺组织（图 5D)。第三个解释是由于跨肺压和肺泡压更均匀的分布，减少了肺组织的过度膨胀和增加了淋巴液的回流（图 5C)。支持这些假说成立的是，更多的开放肺泡减少了通气血流不匹配，提高了氧合和混合静脉血氧饱和度。

另一方面，辅助通气期间的自主呼吸会产生人机对抗而加剧肺损伤，小潮气量伴随着吸气时间不足和肺不张会导致末端气道和肺泡反复开闭。更重要的是，在 ARDS 早期，人机对抗产生的胸腔内负压会引起跨血管压力梯度升高并加重肺水肿。

Saddy 等使用轻微 ARDS 的老鼠模型，比较了辅助和控制通气对肺部炎症、气体交换以及组织学的影响。与保护性控制通气相比，辅助通气的潮气量和分钟通气量更大，因而改善了气体交换，减少了肺不张，使得肺部的炎症和成纤维调节因子也减少（IL-6, TNF-a,TGF-β1 和 IFN-γmRNA 表达）。

在双水平气道正压和 PSV 模式下，气道闭合压力（P0.1）的减少伴随着 IL-6,IFN-γ,TGF-β和 PCIII 水平的下降，使得 P0.1 可以帮助我们选择合适的床边辅助通气参数，减少压力和张力以避免 VALI。

另外，在猪的 ARDS 实验模型中，Spieth 等研究了 PCV、传统 PSV 以及随机可变 PSV 对肺部炎症的影响。与 PCV 相比， PSV 以及随机可变 PSV 具有更好的气体交换、组织损伤减少以及肺组织中 IL-6 表达下降。

最近的一项急性缺氧性呼吸衰竭的研究显示，与传统 PSV 相比，随机可变 PSV 能够在短期内拥有更好的人机协调性，而没有呼吸不适感和血流动力学不稳定等副作用。

比例辅助通气（PAV）能够根据患者呼吸系统的弹力和阻力，以及患者的呼吸需求输送气流和容量。最近一项猪肺泡型 ARDS 模型的研究显示，与 PSV 相比，随机可变 PSV 和 PAV 可改善氧和、减少人机不协调，在对肺组织的损伤上类似。

神经调节通气辅助（NAVA）是一种新型自主通气模式，其原理是通过监测患者膈肌的活动（EAdi）感知患者的通气需求，进而提供符合生理特点的通气支持。EAdi 由迷走神经反射调节，通过整合压力和化学感受器的信息以感知肺的牵张。

与传统的大潮气量通气比较，NAVA 和保护性通气对减少 VALI 一样有效，可以降低 IL-8 水平、减少肺的干湿比、降低肺组织损伤评分、减弱系统性和肺外器官的炎症。

与传统的肺保护通气策略相比，辅助通气减少肺损伤的可能机制如下：通过减少独立的肺不张区域以增加肺容积；减少了肺弹力和跨肺压；血流分布灌注得以改善；减少了镇静剂和肌松药的用量以及减少了通气诱发膈肌功能不全；增加了淋巴液的回流。所有这些因素共同作用减少了肺内皮细胞、上皮细胞和 ECM 的破坏。

综上所诉，在轻中度 ARDS 中，我们推荐辅助通气，对于重度 ARDS 患者，我们推荐控制通气。压力支持通气模式是最常用的辅助通气模式。新的辅助通气模式如 PSV,PAV 和 NAVA 最近已经被用于临床。未来的前瞻性随机对照研究将具体定义不同模式在重度 ARDS 中的角色。

药物治疗方案

早期给予神经肌肉阻滞剂（NMBDs）能够改善氧和，减轻 VALI，由于减少了通气潮气量，减少了 IL-6、IL-8 的表达。然而，NMBDs 与单用镇静剂相比，能够诱发肌无力，重症患者神经综合征、以及创伤后紊乱综合征。

Papazian 等发现在重症 ARDS 患者中，与安慰剂相比，使用 2 天的苯磺酸阿曲库胺可以改善 90 天的病死率，减少上机天数，并且不增加肌无力的发生。最近一篇 Meta 分析报道，短期使用 NMBDs 可减少病死率和气压伤的发生。NMBDs 与通气时间和 ICU 诱发的肌无力没有关联。

最近的观察性研究发现，在入院前使用抗血小板治疗可以减少 ARDS 的发生率。正在进行的临床研究旨在明确阿司匹林和肝素在预防和 / 或治疗 ARDS 方面的作用。

在一项小规模的 ARDSⅡ临床研究中，辛伐他汀显示出对于肺部和肺外器官功能不全的益处，但是并不改善病死率，尽管Ⅱ临床研究无法清晰的看出病死率的差异。同时，大型临床研究依然处于招募病人的阶段。

β受体激动剂（比如静脉用的沙美特罗），中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂，以及中等剂量的甲强龙在病死率方面并没有改善。

旨在减少肺损伤同时保留宿主免疫的干细胞治疗是一种新的具有潜力的治疗方法。已经有实验发现，无论是自体还是外源性干细胞，均能够帮助修复和重塑损伤肺组织。干细胞治疗亟待解决的问题包括理想的剂量以及干细胞的种类，目前间充质干细胞还是来源于骨髓的单核细胞在预后上更有优势。还需要更多的临床研究来完善这项治疗。

特殊临床情况下的 VALI

1、外科手术

外科手术时，短期机械通气可以使得肺部炎症调节因子上调。对于非肺部手术的患者，使用小潮气量和 PEEP 可以减少患者促炎因子的生成。回顾性研究发现，对于没有肺部损害的患者使用大潮气量通气会产生有害作用，最近的 Meta 分析也发现对于没有 ARDS 的患者和全身麻醉的外科手术患者开始机械通气，采用小潮气量有益。

Severgnini 等发现，与采用更大潮气量（9 ml/kg PBW）并且不使用 PEEP 或者肺复张手法相比，采用小潮气量（7ml/kg PBW）联合 PEEP（10cm H2O）以及肺复张手法，可以改善术后肺功能以及减少术后并发症。

最近，Futier 等进行了一项更大规模的随机对照临床研究，发现腹部大手术后具有肺部并发症的高风险患者，使用小潮气量、PEEP 和肺复张手法的肺保护通气策略可以改善临床预后。因此，对于术中进行机械通气以及术后有肺部并发症的患者，推荐使用更低潮气量、中等水平 PEEP 以及肺复张手法的通气策略。

一项最新的随机对照研究已经完成，入组了更多的患者，得出了明确的结论，即在外科手术中使用低潮气量和 / 或 PEEP 可以预防术后并发症。

2、肥胖

与正常体重者相比，肥胖者使用机械通气更用力引发 ARDS。肥胖本生就是使用更大潮气量的危险因素。麻醉时， BMI 指数增加与肺容积下降、肺顺应性和氧和降低和阻力增加相关。呼气末肺容积的减少与肺不张形成和低氧血症相关。相同气道压力下，胸壁弹力的增强可以大幅度的减少跨肺压。

如上文讨论过的那样，气道压并不能真实的反应肺部的压力和张力。因此，监测食道压力可以帮助我们更好的测定肺泡所需要的压力、合适的潮气量、安全的平台压、以及选择 PEEP 水平。

肥胖患者机械通气的管理需要注意一下几点：诱导麻醉阶段采用无创通气支持；根据理想体重设定低水平的潮气量；应用中到高水平的 PEEP（10 到 15 cm H2O）和肺复张手法以打开肺泡；氧浓度小于 0.8 防止吸收性肺不张；术后如果有指证的话立即采用无创通气支持。

3、脑外伤

创伤性脑外伤患者中有 25% 发生肺功能不全，可能与系统性炎症加剧和肺对应激的反应增加有关。在实验诱发的脑损伤模型中，损伤组的肺组织更多的发生出血、重量增加、和超滤系数增加。

为防止发生进一步的 VALI，Mascia 等发现，与采用传统通气策略相比，小潮气量和高水平 PEEP 的肺保护通气策略，可以增加脑死亡的捐赠者达到捐赠条件并成功的移出肺脏的数量。

专家评论和 5 年展望

机械通气是危重症患者和外科手术患者的重要支持手段，但却可能诱发 VALI 和其他肺外器官功能不全。机械力（比如肺过度充气和反复开闭的剪切力）可以直接损伤肺部，产生局部的和系统性的炎症反应。

采用小潮气量和适宜 PEEP 和 / 或肺复张手法的肺保护通气策略，对防止没有肺部损伤的患者发生 VALI、改善中至重度的 ARDS 患者、手术室和 ICU 中的危重症患者的预后，发挥了重要的作用。

临床医生对于患者应该采取最理想监测和通气方案。主要的目的还应是防止和治疗 VALI。

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编辑： chest202