急性呼吸窘迫综合征的潮气量选择

梁宇鹏翻译

重症行者翻译组

摘要

机械通气（MV）在许多急性呼吸窘迫综合症（ARDS）患者的治疗中至关重要。但是机械通气也可以带来呼吸机相关性肺损伤（VILI）。合适的潮气量选择是保护性肺通气策略的一个基本组成部分。自从一个大型的，显示出小潮气量益处的随机临床试验发表以来，6ml/kg理想体重（PBW，基于性别和身高）潮气量的应用得到了各种临床实践指南的推荐。但是，因炎症反应、实变、渗出和肺不张导致的不同患者间可通气肺泡数量的差异，基于理想体重设置潮气量的方法对ARDS患者而言并不完美。更好的设置潮气量的方法应包含对吸气末跨肺压、肺应力和驱动压进行限制。小潮气量的下限值目前仍未得到确定，而且也许一些患者可能从低于目前应用的潮气量中获益。但是，降低潮气量可能导致呼吸性酸中毒。减少呼吸性酸中毒发生的方法包括降低机械通气回路中的死腔、增加呼吸频率、在可对增加PEEP产生复张反应的患者中应用更高的呼气末正压、肺复张以及俯卧位通气。机械通气联合例如体外二氧化碳清除可能有益于PH和二氧化碳水平的正常，但是需要更多的研究来证明这种方法的益处。

前言

机械通气（MV）在挽救许多急性呼吸窘迫综合症（ARDS）患者中至关重要。但是机械通气也会带来由肺炎、脓毒症或创伤等导致的ARDS的加剧或延续。但是，机械通气也可以带来呼吸机相关性肺损伤，后者可以导致如肺炎、脓毒症或创伤等造成的ARDS的加剧或持续。VILI的一个发生机制是通气肺组织的过度膨胀。因在一些患者可通气肺容积的严重降低，ARDS患者更易受到（可通气肺组织过度膨胀的影响）。因此，对正常个体温和无害的潮气量（VT）可能因过度膨胀而对ARDS患者造成严重伤害。为了避免或降低过度膨胀造成的VILI，我们基本上都应用小于过度通气可能造成VILI被认识到之前的潮气量

对潮气量进行设置是ARDS患者机械通气管理中的重要组成部分。多种方法已被建议用于调整潮气量以避免VILI。我们在本文中将对ARDS患者潮气量设置的不同方法背后的原理进行解释，对支持这些方法的数据进行回顾，并对临床实践的某些方面发表看法。本文假设呼吸机在没有自主呼吸努力的患者中，允许直接（容量-辅助/控制模式），或间接（压力-辅助/控制模式）控制潮气量的模式下进行机械通气。此外还要考虑到控制通气模式下患者的自主呼吸努力。近期已经对机械通气过程中自主呼吸的风险和管理进行了讨论。

容量控制与压力控制模式

基于患者呼吸系统顺应性的不同，在容量-辅助/控制模式下吸气相肺泡内压力可能存在低，中或高三种情况。如果（吸气相肺泡内压力）过高，医师应该降低潮气量的设定值。在允许直接控制吸气过程压力，例如压力控制模式下，潮气量是吸气压力增加的结果，其依赖于压力增加的幅度和持续时间和患者呼吸系统的顺应性（肺和胸壁）以及气道阻力。若初始潮气量不是医师希望的数值，其可以对压力控制幅度和持续时间进行调整。例如压力调节容量控制（PRVC）和自动流量（AutoFlow）等一些模式允许在患者没有自主呼吸努力时控制潮气量。但是，当患者开始产生自主呼吸努力时，这些模式将失去对潮气量的控制。压力和容量依据每个患者呼吸系统的压力-容量关系不可分割地紧密联系在一起。所以，理论上无论哪种（压力或容量控制）模式下我们都可以以相同的潮气量和气道压力进行通气支持。模式的选择往往由医师根据自己的经验和偏好而定。一些（医师）选择压力控制模式是因为他们可以将吸气过程的压力设置到一个他们认为安全的水平。这在患者没有自主呼吸努力，完全被动的情况下可能有一些优势。但是，如果患者在压力控制模式下存在自主呼吸努力，在并不高的气道压力下，仍然可能产生较高的潮气量，从而导致潜在的过度膨胀。因此，容量控制的一个优点是我们可以对潮气量进行更好的控制。容量控制的一个缺点在于吸气流速是预先设置好的。对于呼吸驱动较高的患者，不适当的流速设置可能带来频繁的双吸气，这可能带来过度通气，从而导致VILI的发生。尽管如此，虽然压力与容量控制通气间存在巨大的差异，现有数据无法证明两种模式在临床结局方面存在差异。

潮气量的设定方法

根据体重设置潮气量

根据实际体重设置潮气量是一个有一定历史的方法。体型庞大的患者通常拥有较大的肺，所以肺大一些的患者通常应该接受更大的潮气量。在1972年的一项有关成人急性呼吸衰竭患者的系统回顾中，作者们推荐将潮气量设置为10-15ml/kg体重。这个推荐有两个问题。首先，尽管肺的大小与体重相关，但实际上在不同患者间因脂肪组织、肌肉质量和血管外液体，不依赖于肺组织存在大幅变化。其次，这种大潮气量可能因导致肺过度膨胀而使有发生ARDS风险或确诊ARDS的患者产生VILI。

四个在罹患ARDS或存在ARDS风险的患者中进行的，对比传统大潮气量与小潮气量的临床研究，应用了对患者瘦体重的估计值来设置潮气量。一个研究应用未将性别差异计算在内的“理想体重”方程。两个研究应用了涉及了性别和身高的“预估体重”方程。

女性PBW（kg）=45.5+0.91[身高(厘米)-152.4]

男性PBW（kg）=50+0.91[身高(厘米)-152.4]

后续的一些临床研究和随机试验应用PBW来对潮气量进行设置，一些临床指南也推荐这种设置潮气量的方法。

按照美国国立卫生研究院ARDSnetwork的流程，潮气量的目标为6ml/kg PBW,并且吸气平台压（Pplat）限制于30cmH2O以下。如果在潮气量为6ml/kg PBW情况下平台压超过了30cmH2O，流程推荐若动脉血PH>7.15，则将潮气量降低至5或4ml/kg PBW。选择6mL/kg PBW的目标是肺保护，而且其在大多数患者中不会引起严重的呼吸性酸中毒。ARDS network研究表明，相较12ml/kg PBW的目标潮气量，6ml/kg PBW的目标潮气量可改善临床结局。一些研究者认为在平台压小于30或32 cmH2O时无需降低潮气量。但是，一个有关ARDS net 潮气量研究的分析表明，即使在接受12ml/kg PBW潮气量，平台压低于26 cmH2O的患者中，降低潮气量仍可带来有益的影响。另两个研究的结果表明，（25-26 cmH2O的）平台压较（28-30 cmH2O的）平台压更为安全。PBW方法的一个缺点是因相同性别和身高的患者正常肺组织体积可能存在较大差异，故通气肺组织的容积在ARDS患者中存在较大差异。再者，ARDS患者中肺部炎症、水肿、不张和实变的范围也存在巨大差异的原因。这是为什么同样性别和身高的ARDS患者在相同的潮气量下，其平台压存在巨大差异。30 cmH2O的平台压限制带来了更广泛疾病患者潮气量的降低。但是，在部分患者中，吸气压力的升高是由较高的胸壁弹性和体重，而非由其他肺疾病所致。按照例如功能残气量等一些客观的通气肺组织容量测量结果设置潮气量可能是一个更好的办法。

以降低驱动压为目标对潮气量进行设置

作为平台压与PEEP间的差别（DP = Pplat – PEEP），驱动压很容易在床旁计算得到。驱动压的大小取决于潮气量与呼吸系统顺应性之间的比值（DP = VT/CRS）。因CRS与参与通气的肺组织大小直接相关，故驱动压反映了与潮气量相关的通气肺组织的大小。假如不存在内源性PEEP，DP代表了肺泡平均压力在吸气阶段的上升和呼气阶段的下降。与平台压和PEEP这两个呼吸系统的静态压力参数不同，DP是一个动态参数，其反映了每一次呼吸过程中的压力变化。一个有关死亡率预后因素的个体病例Meta分析对纳入至肺保护性通气策略的3000例ARDS患者中进行了研究。所有纳入Meta分析的患者均接受了呼气末正压至少为5cmH2O的机械通气。DP是临床医师可以调整的机械通气参数（潮气量、平台压、PEEP、呼吸频率）中最强的死亡率预后因素。相同DP下，潮气量、PEEP和平台压的变化与死亡率无关。中位DP大约为14cmH2O，在DP高于14cmH2O后，其与死亡率间关系曲线的斜率迅速上升。这可能提示我们应该将VT降至DP低于14cmH2O的程度。当DP低于14cmH2O的同时潮气量高于6ml/kg PBW，进一步的降低潮气量的意义因更为重要的其他因素而变得不那么重要。在这个Meta分析中，DP与死亡率的相关程度可能部分的受到了来自评估大与小潮气量对死亡率影响的研究中较高的DP范围的影响。在有关潮气量的研究中，DP在小潮气量组的分布范围在10-15cmH2O之间，而在对照组中，该范围则为20-25cmH2O。后续的，对比高与低PEEP的研究中，对照组和实验组的潮气量均限制为了6 ml/kg PBW,DP则都分布在12-17cmH2O之间。但是，在患者数据Meta分析中，DP低于14cmH2O的患者死亡率仍然达到了20%左右。此外，即使在DP低于14cmH2O的情况下，其上升与死亡率的上升之间仍呈正相关，这提示接受正压机械通气的ARDS患者不存在DP的安全上限。

另外一个应用DP设置潮气量的问题在于作为DP组成部分的平台压可能受到胸壁的影响。DP相同的两个患者发生VILI的风险可能完全不同。相同DP的情况下，胸壁僵硬或较重的患者肺过度膨胀的可能性要少于胸壁正常的患者。因此,吸气末与呼气末间跨肺压（PL=气道压减胸膜腔压）差—跨肺驱动压（DP-PL）可作为一个更好的肺动态压力指标。但在PL测量上存在一些假设及局限，且我们并不知道DP-PL的安全上限。这（安全上限）可能因肺炎、脓毒症或其他各种ARDS诱因的不同而存在差异。

以降低肺应力为目标对潮气量进行设置

一个物体的应力等于施加于其上的力除以其表面积。在肺组织中，静态PL代表了特定情况下肺组织应力的大小。在吸气末，由呼气末正压（PEEP）和与潮气量相关的充气肺组织数量决定的PL 代表了呼吸循环过程中的最高压力水平，

故而PL可被作为一个潜在过度膨胀损伤的标记物，并且潮气量应当限制至PL低于一个关键限值。先前的一个研究建议将27cmH2O作为人类吸气末PL的关键限值。但是，在其他模型中已经提出了低得多的可接受的吸气过程中肺应力上限。Gattinoni和同事们应用理论模型提出了避免肺过度膨胀，相当于正常人70-75%肺总容量， 15cmH2O的吸气末PL上限。在健康的实验猪中，呼吸机相关肺水肿在13cmH2O的吸气PL背景下即已发生。

目前，测量食道内压力是评估患者胸腔内压力唯一的方法，而这一方法的应用则建立在一些可疑的假设基础上。此外，目前存在多种PL的计算方法，基于计算方法的不同，产生的PL结果也存在差异。目前没有明确的,适用于人类的PL安全界值。未来在这种应用这种方法优化VTS之前，临床医师需要可信赖的PL测量方法以及可实现的应力限制目标。

以降低应变为目标对潮气量进行设置

应变是物体的伸展与其静息长度之比。对于肺脏来讲，吸气末的应变可以表示为VT与气道开放压为0cmH2O时的功能残气量（FRC）之比。肺的应变通过相应部位肺组织的弹性与应力直接相关，并且，如同应力那样，可以作为一个过度膨胀的标记物。与肺脏的应力相似，由某一特定VT引起的应变在不同ARDS患者中因FRC状态下通气肺泡数目的不同而存在差异。在Chiumello及其同事们进行的一项研究中,测量到的相同应力和应变结果既可以存在于6 mL / kg PBW小潮气量组患者中，也可以存在于12 mL / kg PBW的，包含了部分没有肺部疾患，部分罹患ARDS的大潮气量组患者中，这一点进一步证明了Pplat和VT在预测过度膨胀导致的伤害上的不足。

与过度的应变相关的VILI可能同时与前者的动态和静态成分相关。静态应变缘于PEEP的应用带来的通气肺组织在呼气末时在FRC之上的等压形变。动态应变源于每个呼吸周期中肺的循环通气。Protti及其同事在健康猪中进行的研究证实，只有当VT带来的动态肺应变大于1.5-2.0时才会出现呼吸机诱发的肺水肿。进一步研究的结果显示，肺损伤主要与动态而非静态应变有关。在相同的吸气峰压应变下，与具有较小静态和较大动态应变的通气相比，具有较小动态和较大静态应变的通气与较少的肺损伤相关。基于减少动态应变的，VT的个体化设置将是较根据PBW设定VT更直接的减少扩张诱导的肺损伤的方法。然而这种方法需要对FRC进行准确的测量，这在重症患者中可能较为困难。FRC的值可以通过气体稀释，氮气洗入/洗出和定量CT分析来测量。不幸的是，这些方法相对复杂，繁琐或有风险，这限制了这些技术的临床实施。

根据应变来设定VT的另一个限制是许多在ARDS患者吸气相过程中发生的肺复张。当存在这种情况时，VT / FRC的比值高估了通气肺实质中的应变，因为一些VT被分配到在吸气期间打开一些肺泡而不是膨胀先前充气的肺泡。为了减少这种误差，可以应用VT与肺总容量（TLC）的比值来评估应变。这种方法的难点是在ARDS患者中定义TLC。另一个难点是我们不知道用这种方法测量的安全应变上限。

人们越来越关注应用电阻抗断层成像在床旁监测肺容积的区域变化。EIT可用于监测区域顺应性并评估PEEP滴定期间呼气末肺容量的变化。目前尚不清楚容积变化的区域性评估是否能够替代全肺的容积变化评估。然而，它是无创的，相对容易实现并且可能有助于对VT进行调整。随着应用EIT的研究的持续增长，其在临床环境中的使用范围也可能更加广泛。

应用小VT时预防或减少高碳酸血症和酸中毒

过小的VT可导致呼吸性酸中毒，特别是在例如ARDS等存在较大生理死腔的患者中。一些呼吸机回路中包含不必要的死腔。气管导管延长管和热湿交换器（HME）连接在气管导管的尖端，并在呼气末时充满肺泡气。然后，这种CO2 饱和气体在下一次吸气时被送回肺脏。部分HME的容积高达80 ml，可将有效的肺泡通气转换为死腔。湿化罐调节对吸入空气的湿度调节更为有效，并且由于它们位于呼吸机回路中，因此不会施加额外的死腔。另外，可以从回路中移除气管导管延长管以减少死腔。增加呼吸频率是一个简单的降低高碳酸血症和呼吸性酸中毒的方法。该方法被用于ARDSnet流程中，在此流程中，患者呼吸性酸中毒的水平平均处于中度水平。肺复张也可以改善二氧化碳清除率。应用更高水平的PEEP和肺复张可以通过减少生理死腔和分流来帮助减少患者的高碳酸血症和酸中毒，从而减少生理死腔和分流。在那些无法复张的患者中，较高的PEEP会使死腔情况恶化。俯卧位可使许多ARDS患者肺组织大范围的复张，这也可能降低死腔和呼吸性酸中毒。此外，增加吸气持续时间，（增加吸气末暂停）可以少量减少PaCO2，从而降低小VT引起的酸中毒。

（呼吸机）联合体外二氧化碳清除（ECCO2R）可通过降低高碳酸血症来促进超低潮气量的临床应用。最近的研究已经证实同时使用低流量静脉ECCO2R来减少呼吸性酸中毒的，超保护性通气策略的可行性。将15例患者的VT减少至约4ml / kg PBW，ECCO2R有效的预防了严重呼吸性酸中毒的发生。但其中六名患者出现持续性低氧血症，需要进行俯卧位通气或体外膜肺氧合（ECMO）。这种预料之外的低氧血症可能是气道压力降低导致肺不张增加的结果。定期进行肺复张或应用更高水平的PEEP可以抵消这些影响。在第二项研究中，79名患者被随机分配至3 ml /kg PBW联合ECCO2R的研究组或6ml /kg PBW VT的对照组。 尽管两组的总体死亡率没有差异，但在ECCO2R研究组中， PaO2 /FiO2≤150的患者60天末的非机械通气时间得到了显著改善。在这种辅助技术广泛应用于临床之前仍需要进行更多的研究。目前正在进行一项多中心随机临床试验（SUPERNOVA Clinicaltrials.gov NCT02282657），以对应用ECCO2R实现超保护性通气的可行性，安全性和有效性进行评估。

高频振荡通气（HFOV）在非常高的呼吸频率下提供约1-3ml / kg PBW的小VT。这些非常小的潮气量限制了肺组织的过度膨胀，而相对高的平均气道压则阻止了周期性的肺泡萎陷和再次开放。早期的，在ARDS患者中进行的对比HFOV与常规MV的随机临床试验表明HFOV的应用有降低死亡率的趋势。但是，在该研究中，传统MV组应用的是目前已经知道有害的，大于10ml /kg PBW的大VT。最近，较大规模的随机试验证明，与应用小潮气量的传统MV相比，HFOV并不能带来在死亡率或可能的损伤方面的改善。有关HFOV的试验都受到了HFOV设计的限制的挑战，（这种设计）可能导致HFOV组患者需要更多的镇静剂，液体，血管活性药物和神经肌肉阻滞剂。在没有令人信服的有关应用效果的证据的情况下，HFOV的使用现在主要局限于其他救治疗法失败的患者或不适合机械支持（例如体外气体交换）的患者。

即使在较低的呼气压力和潮气量下，降低VT也可降低VILI

ILI也可能发生于较低呼气末容积和压力的机械通气过程中，这可能缘于小细支气管和肺泡的反复打开和重新关闭，以及充气与不张或坚硬肺组织之间边缘过高的应力。这种形式的VILI可能通过应用比我们之前应用的更高的PEEP，在认识到其发生之前得到预防。但是，即使应用相对较高水平的PEEP，ARDS患者的几乎所有肺组织都会出现复张和萎陷。

无论肺组织在呼气末的容积如何，复张和萎陷的压力波动在应用小潮气量时处于较小的水平。因此，除了通过降低过度膨胀降低VILI之外，小VT 还通过减少复张和萎陷，或者减少通气和实变肺组织交界区的过度应力减少VILI的发生。最终，施加到肺组织的机械能随着VT的降低呈指数下降，这可能是减少VILI的有力机制

对潮气量设定目标的再思考

一些研究结果显示，ARDS患者中，过度膨胀导致的VILI可能发生在低于大多数重症监护病房目前应用的那些VT和Pplats背景下。不幸的是，没有例如评估正在发生的心脏损伤的肌钙蛋白那样可靠的指标来评估过度膨胀引起的VILI。尽管目前Vt、Pplat、应力、应变和DP都被推荐（用于指导防止VILI），但我们并不知晓这些参数中任何一个的安全水平。因此我们建议本综述中涉及的所有设置VT的方法都可用于对初始VT进行设置。 我们主张初始VT应在4-8 ml / kg PBW范围内，Pplat <30 cmH2O。该范围的上半部分，7-8mL / kg，应留给频繁出现双吸气或严重呼吸困难的，在吸气相的大部分时间内气道压力低于PEEP的患者。在罹患中和重度ARDS的患者中，特别是在DP和平台压低至（令医师感觉不适）的程度（DP>14cmH2O和Pplat> 25cmH2O）的患者中，我们建议临床医生将降低潮气量的限制推进至低于目前临床实践的水平，将VT设置为前述潮气量范围的下半部分（4-6 ml/ kg）. 潮气量可以以几个小时内0.5ml/kg PBW的幅度进行下调，同时监测个体患者对低VT不良反应不耐受的反应，包括血流动力学变化，气体交换和呼吸力学在一些患者中，最终VT可能远低于目前常用的VT。此外，不管采用那种方法设置初始VT，选择相同的不耐受迹象，将获得相同的最终VT。这种方法的一个缺点是，不耐受的迹象并不是特异性的对高碳酸血症和酸中毒不耐受的表现。但是如果我们在逐步降低VT的几个小时内密切检测这些迹象，这些迹象的变化应更具体地体现应用更小VT的影响。

结论

ARDS患者的最佳VT设置方法仍属未知。小VT自NIH ARDSnet研究发表以来正被越来越多医师所接受。但是因为通气肺容量的显著减少，即使应用小VT，肺组织过度膨胀的风险仍然存在于部分患者中。

然而，因PBW与通气肺容量并不相关，作为更好的设置VT的方法可能需涉及肺应力、应变、或驱动压等肺实质过度膨胀损伤诱发VILI的潜在标记指标。无论最初使用何种方法，对于中重度ARDS或呼吸系统受到更严重损伤的患者，我们推荐小心的，逐步的降低VT，直至患者开始出现不耐受的生理体征，或者DP或Pplat降低至更安全的范围内。通常情况下，这种干预会产生不同的效果，所以必须基于患者个体进行。但是，更高的PEEP可能导致肺组织过度膨胀或者血流动力学的不稳定。某些情况，例如颅内高压，对严格控控制aCO2的需要可能超过降低VT以保护肺部的需要。尽管如此，我们建议将VT保持在患者耐受性和呼吸力学，气体交换和血液动力学参数稳定所限定的最低值。随着ECCO2R的技术不断发展，应该继续评估肺保护性MV策略的小VT极限。需要进一步的研究来确定降低VT的极限是否可以改善临床结局。