机械通气是一种生命支持系统，用于确保血液气体交换，并在肺部疾病急性期或手术后协助呼吸肌对肺部进行通气。正压机械通气与正常生理呼吸有很大不同。这可能导致对肺和外周器官的一些负面生理后果。首先，血流动力学变化会影响心血管功能、脑灌注压（CPP）和肾静脉引流。第二，机械通气（压缩应力）对肺泡-毛细血管膜和细胞外基质的负面影响可能引起局部和全身炎症，促进肺和外周器官损伤。第三，胸腔高压可能进一步损害肺和外周器官在受控和辅助通气期间发挥作用。应根据个体临床需求对每个患者进行优化和个体化机械通气。必须适当调整多个参数，以尽量减少呼吸机引起的肺损伤（VILI），包括：吸气压力（呼吸系统吸气平台压）；动态应变（潮气量与呼气末肺容积或吸气容量之间的比率）；静态应变（由呼气末正压 [PEEP] 确定的呼气末肺容积）；驱动压（呼吸系统吸气平台压和 PEEP 之间的差值）；和机械功率（作为呼吸频率函数的机械能）。最近，已提出患者自身造成的肺损伤 (P-SILI) 作为促进 VILI 的潜在机制。在本章中，我们将讨论机械通气的生理和病理生理后果以及如何个体化机械通气参数。
机械通气的生理后果与胸腔内压力的增加有关，这必然会影响到心脏、中枢神经系统、肾脏和肝脏。此外，在呼吸系统监测中，导致腹腔内高压力的临床情况值得特别注意，因为腹腔是胸壁的一个组成部分。
在正常的自主通气中，人类能够在特定的幅度和时间范围内改变呼吸模式，并随着新陈代谢的波动而增加或减少通气速率。另一方面，机械呼吸机使用操作者选择的潮气量（VT）、呼气末正压（PEEP）、呼吸频率（RR）和吸气道流量（V'）对呼吸系统加压。应用这些机械呼吸变量可导致肺组织的损伤，这在临床上并不明显，而且与负面的预后有关。
我们将讨论机械通气对心血管系统、中枢神经系统、肾脏和肝脏的生理和病理生理影响，并分析腹内高压 (IAH) 如何改变机械通气对这些器官系统的影响。我们还将检查要设置的通气变量和要监测的参数，突出在受控和辅助机械通气期间与通气引起的肺损伤 (VILI) 相关的机制，并将这些机制转化为临床实践。
机械通气的后果 正压通气和心血管系统 心脏和肺在胸腔内靠近，肺充当左右心腔之间的管道，这决定了这些器官的相互依存关系。自主和机械通气会引起胸膜内或胸内压和肺容量的变化，这些变化可以通过心房充盈或前负荷的变化独立影响心血管功能；心室排空或后负荷；心率;和心肌收缩力。自主吸气会产生胸膜负压并降低胸腔内压。相反，正压通气会增加胸腔内压和右房压，无论是否添加 PEEP。每次被动机械呼吸时，胸内压都会增加，这反过来会改变舒张末期容积和左右心室的顺应性。在正压吸气时，腔静脉血流和右心室尺寸减少，经腹腔压力梯度增加。结果，膈肌向右移动，增加左心室容积并趋于增加每搏输出量。随着肺容积增加，右心室后负荷也增加，主要是由于肺泡血管受压。
肺和胸壁容积的影响 肺血管阻力在功能残气量时最低，在更高或更低的肺容量时增加。为了最大限度地减少控制机械通气期间肺血管阻力的增加，必须通过液体容量输注来复张肺毛细血管，这可能会进一步损害肺功能。在辅助通气过程中，根据呼吸肌的支持和激活水平，肺毛细血管在吸气时复张而在呼气时停止复张，从而最大限度地减少液体管理的需要。在不同类型的机械通气期间，肺毛细血管的复张和减少是肺泡毛细血管和细胞外基质肺损伤的一个考虑不足的机制（► 图 1）。
图 1 A 组显示了在正常容量的情况下以低 PEEP 通气的未受伤肺中的肺循环，导致由正常大小的肺毛细血管灌注的通气良好的肺泡。当由肺损伤的不均匀分布组成的受伤肺在等容条件下接受较低的 PEEP 时（图 B），灌注非充气或通气不良区域的毛细血管会受到缺氧血管收缩，这可能转化为 PAP 和 RV 大小略有增加。对患有肺损伤的低血容量患者（图 C）应用高 PEEP 会导致机械性血管收缩，这是由于剩余的健康肺区域过度充气和毛细血管减少进一步压缩已经因缺氧而收缩的血管，从而增加 PAP 并扩大RV。在血容量正常的情况下（图 D）应用相同的高 PEEP 不会导致毛细血管减少，并允许恢复通气，保持足够的灌注和 PAP 和 RV 大小的适度增加。PAP，肺动脉压；PEEP，呼气末正压；RV，右心室。 液体反应性评估 了解这些心肺相互作用的基本原理对于评估重症患者的液体反应性至关重要。并非所有对液体挑战有反应的患者都需要额外的液体；该信息应从实验室和临床数据中获得。为了使脉搏压力变化（PPV）和收缩容积变化（SVV）成为液体反应性的准确预测指标，患者必须被镇静和麻痹，在VT 8 mL/kg、心律规律、呼吸系统顺应性为30 mL/cmH2O的控制下进行机械通气。PPV和SVV都被定义为其最大值减去最小值与平均值的比率。PPV和SVV都定义为它们的最大值减去最小值与平均值的比值。一些研究表明 SVV 大于 10% 或 PPV 大于 13 至 15% 可预测液体反应性，事实上，两者都优于静态指标，例如中心静脉压。
然而，并不总是需要达到每搏输出量曲线的上部，因为这可能会导致液体超负荷。为了保持静止时的血流动力学稳定性，可以监测一些代谢参数，例如乳酸、 动静脉CO2分压差 和外周花斑。但是，这些参数不能单独使用，可以与动态血流动力学指标结合使用。
正压通气和中枢神经系统 脑血流量 脑血流量 (CBF) 取决于脑循环的动脉侧和静脉侧之间的压差，并且与脑血管阻力成反比。由于静脉侧压力难以测量，因此颅内压（ICP）用于估计脑灌注压（CPP）。CPP等于平均动脉压和ICP的差值。成人正常 ICP 值 <10 mm Hg，CPP 60 mm Hg 被普遍认为是脑灌注充足的最低阈值。由于 CBF 与局部脑代谢密切相关，因此高度依赖于 CO2 水平和 PaCO2 的变化 . 已观察到增加 CO2 张力可在体外使脑动脉松弛。在体内，PaCO2或pH值的局部血管周围变化可以改变血管直径，表明血管壁的元素负责影响血管直径的变化。可能涉及内皮/平滑肌细胞和血管外细胞（血管周围神经细胞、神经元和神经胶质）。PaCO2 在 20 到 60 mm Hg 的范围内每变化一个 mm Hg，CBF 变化 3%。因此，低通气导致高碳酸血症导致血管舒张和 CBF 升高，而过度通气导致血管收缩和 CBF 降低。在最近的一项研究中，Robba 等人表明，在 COVID-19 患者中，吸入一氧化氮和俯卧位可以改善全身和脑氧合；复肺复张动作（RMs）并没有改善全身氧合，但恶化了脑氧合（rSO2）；呼吸透析/体外二氧化碳去除降低了全身和脑氧合，并且在整个人群中，SpO2 和 rSO2 之间以及 rSO2 和 PaO2 之间存在显着相关性。
呼气末正压 根据最近的一项指南，对于无急性呼吸窘迫综合征 (ARDS) 的急性脑损伤且无临床显著 ICP 升高的机械通气患者，应使用与无脑损伤患者相同水平的 PEEP。此外，对于 ICP 显著升高但因 PEEP 升高而 ICP 没有升高的患者，应使用与无急性脑损伤患者相同水平的 PEEP。最近的一项观察性研究评估了两种水平的 PEEP（5 和 15 cmH2O）对呼吸力学、定量肺计算机断层扫描 (qCT) 发现以及与脑损伤患者 ICP 变化的关系的影响。他们发现，PEEP 从 5 增加到 15 cmH2O 会导致更高的氧合、PaCO2 和 ICP 值，肺泡复张占肺总重量的 2.5%。有趣的是，随着 PEEP 的 ICP 增加与 PaCO2 升高、肺泡复张不良、Crs 降低和 MAP 降低相关。本研究表明，PEEP 增强对急性脑损伤患者的潜在益处应考虑血流动力学状态，包括 ICP 值、呼吸力学和肺形态。
炎症反应 全身炎症反应似乎在急性脑损伤后肺衰竭的发展中很重要。脑损伤后会发生颅内炎症反应，促炎细胞因子——白细胞介素 (IL)-1、IL-6、IL-8 和肿瘤坏死因子 (TNF)——在受伤的脑组织中局部产生。这种情况，复合通过大量的交感神经反应，创造了一种炎症环境，增加了肺部对进一步伤害事件的易感性。保护性通气的所有组成部分（低潮气量、中高 PEEP 和允许性高碳酸血症的 RM）都可能与急性脑损伤的潜在病程相互作用。一项多中心、前瞻性、观察性研究表明，与非神经系统相比，神经系统患者通气时的 VT 相似（约 9 ± 5 mL/kg），但呼吸频率 (RR) 和 PEEP 水平较低。此外，脑卒中患者死亡率较高，尤其是出血性脑卒中，可能与神经功能障碍有关。
正压通气和肾脏 与没有 AKI 的患者相比，患有急性肾损伤 (AKI) 的患者发生需要机械通气的呼吸衰竭的几率要高出两倍，并且那些既往没有 AKI 的患者需要机械通气与发生 AKI 的风险显着增加相关。事实上，需要机械通气是这些患者死亡率的独立预测因素。在一项研究中，需要机械通气是与 AK 患者 89% 死亡率相关的主要因素。
血流动力学 如前所述，正压通气会增加 ITP，从而降低肾血流量、肾小球滤过率、钠排泄和尿量。预计 ITP 的增加会对 RV 和右心房产生充血作用，这可能导致肾 拥塞。反过来，这会通过形成肾间质水肿导致囊内压力增加。腹内压 (IAP) 会进一步损害肾脏血流动力学。高水平的 IAP 可能是由正压通气、呼吸系统的量级引起的 弹性和由于大量输液导致的预先存在的腹压。IAP 升高会损害微血管血流，由于静脉引流减少而导致肾水肿。除了 ITP升高 外，高水平的 IAP 可能是肾水肿的另一个病因。
炎症反应 炎症改变可能是炎症介质响应作用于肺部的不同通气策略而释放的全身效应的结果。在实验性气管内盐酸滴注的小鼠模型中，与保护性 VT (6 mL/kg) 相比，高 VT (17 mL/kg) 增加了肺和肾中的 IL-6 和 VEGFR2 水平。其他作者观察到 不仅炎症增加，损伤性通气后肺和肾细胞凋亡也增加。几种介质可以发挥导致肾损伤的潜在作用。其中，有两种需要特别仔细研究：可溶性 Fas 配体 (sFasL)，一种凋亡介质，和 IL1-β，一种促炎细胞因子。FasL-Fas 系统可诱导与蛋白尿和系膜细胞丢失相关的肾小球凋亡。此外，IL1-β 可能通过作用于血小板激活因子并引发炎症反应来促进细胞凋亡过程。
通气参数和肾功能衰竭 一项系统评价和荟萃分析表明，有创机械通气会增加 AKI 的几率。VT 和 PEEP 对发生 AKI 的风险均无任何影响。然而，这项荟萃分析未能包括两项重要的临床试验。ARDS 网络试验表明，低 VT（6 mL/kg）通气的患者与高 VT 通气的患者相比，无肾衰竭天数更多（12 mL/kg；20±11 对 18±11 天，p = 0.005）。EXPRESS 研究表明，在低或高 PEEP 通气的患者与无肾衰竭天数之间没有差异。简而言之，肺损伤与 AKI 之间的关系仍然知之甚少，值得关注。
正压通气和肝脏 急性肝功能衰竭中气体交换的恶化可能是由于胸水、肺不张、ARDS 以及由于 IAP 升高而导致的呼吸系统顺应性降低。此外，肺内分流和肝肺综合征也有牵连。
一项大型研究评估了 6 年内入住专门肝脏 ICU 的患者，发现肝硬化患者在 ICU 进行机械通气与 1 年内 ICU 高死亡率之间存在关联（89%）。此外，作者观察到，在 ICU 逗留期间机械通气持续时间 > 9 天是 ICU 出院后一年内死亡的危险因素。在肝硬化患者中可以观察到类似的情况。
实验研究试图了解特定通气策略对肝功能的影响。Kredel 等人检查了 VT 为 6 mL/kg 且 PEEP 调整至高于压力-容积曲线下拐点 3 cmH2O 或高频振荡通气（≥ 12 Hz）的压力控制通气对肝脏的影响 平均气道压力高于下拐点 3 cmH2O 并结合动静脉体外肺辅助。压力控制通气组的天冬氨酸氨基转移酶增加了约三倍，而接受高频振荡通气和动静脉体外肺辅助的患者则增加了五倍。
正压通气和腹内高压 正常 IAP 约为 5 至 7 mm Hg。IAH 定义为 IAP 持续或反复病理性升高≥ 12 mm Hg，而腹腔间隔综合征定义为持续 IAP > 20 mm Hg（有或没有平均值之间的差异）与新器官功能障碍或衰竭相关的动脉压和 IAP，即 60 mm Hg 或更高的腹腔灌注压。IAH 可进一步分级如下：I 级，IAP 12 至 15 mm Hg；II 级，IAP 16 至 20 毫米汞柱；III 级，IAP 21 至 25 毫米汞柱；IV 级，IAP >25 mm Hg。IAH和腹腔室综合征的危险因素是公认的，如腹部手术、重大创伤、胃轻瘫、胃扩张、肠梗阻、急性胰腺炎、损伤控制剖腹手术、大量液体复苏或液体正平衡以及机械通气。一旦发生，IAH 可促进膈肌向头侧移位，肺容量减少，胸膜压升高，导致肺不张和肺功能受损。
抵消 IAP 升高对肺的影响的一种方法是应用 PEEP。然而，已经表明，高达 15 cmH2O (11 mm Hg) 的 PEEP 水平不能防止由 IAH (18 mm Hg) 引起的功能残气量下降，并且实际上与作为心脏输出减少的结果的氧气输送减少有关。在随后的研究中，在具有健康肺部的猪IAH模型中，调整PEEP水平以匹配IAP。呼气末肺容量得以保持，但没有观察到动脉血氧张力的改善，而且，事实上，心输出量下降。然而，在急性肺损伤中，由于胸壁弹性的降低，IAP-匹配的PEEP被发现可以减少分流和死腔分数以及呼吸系统弹性。通过比较IAH模型中不同的肺损伤病因，Santos等人表明，直接肺损伤中较高的PEEP水平（10 cmH2O）增加了肺弹性，而间接肺损伤中的中等PEEP水平（7 cmH2O）增加了炎症标志物的表达。这一证据表明，在健康的肺部条件下，IAP-匹配PEEP可能不能被容忍。在肺部损伤的情况下，IAP-匹配PEEP的方法可能是有效的，但需要密切监测心输出量。另一方面，PEEP不应该超过IAH水平，因为它与血流动力学的降低有关，因为胸壁的顺应性降低，主要是由于腹腔隔室（►图2）。建议IAH期间PEEP的上限为15 cmH2O.在PEEP增加期间，平台压也会随之增加，这也需要注意，因为PEEP、IAP和个体力学之间存在相互作用，导致高平台压水平。因此，目标Pplat可以按以下方式计算。
图2 图A显示了一个健康的病人，IAP正常，以低PEEP通气。当低PEEP应用于IAP增加的病人时（图B），相关的通气损失会发生，对血液动力学的影响有限。应用较高的PEEP（图C）只能部分恢复通气，但代价是影响血流动力学。IAP 的手术控制，例如，通过减压剖腹手术和中等 PEEP 水平获得，允许恢复通气而不会对血流动力学产生负面影响 换言之，如果患者的 IAP 为 21 cmH2O，则调整后的目标 Pplat 等于目标 Pplat + 4 cmH2O；这意味着如果目标（安全上限）Pplat 为 30 cmH2O，则调整后的目标 Pplat 为 34 cmH2O。在机械通气期间，重要的是要将来自呼吸系统的信息与来自肺部的信息分开。呼吸系统的变化可以通过测量气道驱动压来监测，它表示 VT 除以呼吸系统顺应性。然而，该指数可能会在胸壁顺应性改变的情况下受到影响，不应简单地推广到肺部。跨肺驱动压将代表更好的选择，因为它消除了胸壁隔室。这是 Cortes Puentes 等人的一项研究的主题，他们在实验环境中监测气道驱动压和跨肺驱动压，通过将 IAP 增加到 15 mm Hg（IAH 级），可以可逆地改变胸壁顺应性。通过提高IAP使胸壁变硬，固定VT和PEEP组合的计算气道驱动压力比经肺驱动压力增加得更多。这一点很重要，因为在危重病人和手术病人中，气道驱动压有推荐的安全值；然而，气道驱动压力的增加不仅是由肺部异常引起的，也可以是由IAH的存在引起的。因此，IAH 应进行监测以区分气道驱动压的变化。
来自食道压监测的启示 随着IAP的增加，预计会有压力从腹腔转移到胸膜腔。在IAP增加的情况下，通常有一半的压力会转移到胸壁，至少在依赖性肺区是这样。人们无法在床边直接测量胸膜压力（Ppl），但可以在食道下端测量食道压力。考虑到10cmH2O代表总的压力垂直梯度，食管导管放置在仰卧位胸骨下三分之二处，预计传感器上方三分之二处的压力为5cmH2O，下方三分之一处为5cmH2O，因为依赖区的密度更高。要从食管压力（Pes）中估计出Ppl，需要做一些假设 ，如下所示。
估计胸骨附近的Ppl（非依赖性）=Pes -5 cmH2O
估计椎体附近的Ppl（依赖性）=Pes + 5 cmH2O
Ppl 估计值应根据气道压力 (Paw) 进行校正，使得 Ppl=Paw – Pes：
Ppl = Paw – (Pes – 5 cmH2O) 在非依赖区域 =Paw – Pes + 5 cmH2O
Ppl = Paw – (Pes+5 cmH2O) 在依赖区域= Paw –Pes – 5 cmH2O
应作出以下假设：
Paw – Pes 绝对差（未校正）在呼气末或吸气末是肺中部的 Ptp。
Ppl (△Ppl) 的变化等于△Pes，因此肺和胸壁弹性的测量可能是准确的。
在呼气末（相关区域），绝对 Ptp 计算为 PEEP - Pes -5 cmH2O。
在吸气结束时（非依赖区域），绝对Ptp 计算为 Pplat -Pes + 5 cmH2O。
在吸气末（非依赖区域），绝对 Ptp 可以计算为× Pplat EL/Etot；EL= △PL/△V；Etot =△Prs/△V；
其中 EL 是肺弹性，Etot 是总弹性。
机械通气期间要设置的通气变量和要监测的参数 机械呼吸机使用由临床医生调整的 VT、PEEP、RR 和吸气气道流量对呼吸系统加压。应用这些机械呼吸变量会导致肺组织损伤，这种损伤在临床上并不明显，并且与不良预后相关。重要的是，呼吸系统平台压 (Pplat,RS)、驱动压 (DP,RS) 以及最近的机械功已被证明与 VILI 相关。如果调整不当，这些机械呼吸参数已被证明会加剧与 VILI 相关的主要机制：容积伤（不适当的 VT 导致肺泡过度扩张）或肺不张（由于低 PEEP 水平而循环关闭和打开小气道和肺泡）。这两种形式的肺组织机械损伤可引发生物伤，其特征是以前位于肺泡空间的炎症介质的去隔室化及其易位到相邻血流，这可能导致远端器官损伤。
机械通气期间要设置的变量 潮气量 (VT) 大小 最近，一项对比较不同 VT 的大型随机研究汇总数据的荟萃分析表明，在肺损伤发生之前的手术期间应优先使用低 VT（定义为 <10 mL/kg）。预先应用低VT可以减少术后呼吸支持的需要（有创和无创）。该荟萃分析中的一项研究表明，理想体重 6 至 8 mL/kg 的 VT 与 10 至 12 mL/kg 的 VT 相比可减少肺部和肺外并发症。然而，低 VT 通气患者的 PEEP 水平也在 6 至 8 cmH2O 之间，并伴有周期性 RM，而高 VT 通气患者组则没有 PEEP。
IC上VT的应变和标准化 应变根据呼气末肺容积 (EELV) 定义为 VT。VT 的另一个标准化是根据吸气量（功能残气量、潮气量和吸气储备量的总和）。与对 EELV 的标准化相比，吸气量的校正更容易在床边进行，并且更准确。吸气量可以测量为 0 cmH2O 时的 PEEP 或最小 PEEP 5 cmH2O 与 30 cmH2O 吸气压力之间的容积差。在非复张患者者的情况下，PEEP 的应用主要通过肺泡过度扩张来增加 EELV；否则，对于复张患者，PEEP 的应用会增加 EELV，既增加先前充气肺区域的体积，又重新打开塌陷的肺泡。因此，应变可能相似，但对肺结构的影响完全不同，对非复张者的伤害更大。相反，VT 对吸气量的标准化会自动计算由于 PEEP 引起的肺实质变形。无论如何，吸气时 VT 的标准化可能大致等同于 EELV（在复张者或非复张者中），因为吸气量与 ARDS 中的 EELV 相关（►图 3）。
图 3 该图说明了一名合并肺不张且无复张潜力的患者（上图）和另一名可复张性肺不张患者（下图）对压力增加的反应。两名患者的基线 FRC 为 700 mL，相同 PEEP 水平下的 VPEEP 为 500 mL，并以 400 mL 的 VT 进行通气。尽管具有相同的静态和动态应变（分别为 VPEEP/FRC 和 VT/FRC），PEEP 和潮汐通气仅在没有复张潜力的患者中引起静态和动态过度充气。测量 IC 揭示了两名患者可用于通气的不同空间。结果，相同的 VT 分别是非复张者和复张者患者 IC 的 40% 和 24%。FRC，功能剩余容量；IC，吸气量；IRV，吸气储备量；PEEP，呼气末正压；VPEEP，PEEP 引起的呼气末肺容积增加；VT，潮气量；ZEEP，呼气末压力为零。 应变率和肺损伤 肺的行为是一个粘弹性系统。例如，当它们被变形并保持恒定时，肺部会释放出张力，即所谓的 '应力松弛'。由于它们的机械性质，可以想象，不同的实质变形可能会发生，这取决于VT或应变在一段时期内的变化速度。通过比较低（1.8/s）和高（4.6/s）的应变率，在相似的整体应变下，Protti等人表明，高应变率可能会增加肺水肿的风险，可能是因为它们增强了肺部粘弹性行为。在具有不同区域通气的异质肺泡单元中，潮汐能可以集中在一小块肺组织上，通过连续的循环扩散肺损伤。在临床环境中，VT 的变化通常是突然应用的。细胞外基质需要一个自适应的“应力松弛”时间来减轻与大 VT 相关的破坏性应变。这些内部调整发生在短期（在一个呼吸周期内）和延长的时间范围内，具体取决于肺损伤的程度。Felix 等人 表明，逐渐增加应变（更短的适应时间）而不是突然（没有适应时间）减轻肺损伤，可能是通过上皮细胞和细胞外基质的抢先适应。然而，与较短的适应时间相比，潮汐应变的逐渐增加（较长的适应时间）导致更多的机械能累积传递并且不能防止肺损伤，这表明较长的适应时间策略在更早的时间引发了伤害性应变。
手术中的PEEP 为了评估当与高 VT 相结合时没有 PEEP 是否会恶化预后，进行了一项分离这两个机械通气参数的研究。PROVHILO 试验旨在检验以下假设：在一般情况下，高 PEEP 水平 (12 cmH2O) 加 RM 的通气策略与低 PEEP 水平 (2 cmH2O) 结合相同 VT（7.1 mL/kg 预计体重）的通气策略相比较。开腹手术的麻醉可以防止术后肺部并发症。由于研究的两个组中的 VT 具有可比性，因此如果有积极影响，则只能归因于手术期间应用的 PEEP。作者表明，两组术后前 5 天的术后肺部并发症发生率具有可比性。虽然 PROVHILO 试验中的假设没有得到支持，但作者确实回答了几个相关问题：（1）动态呼吸系统顺应性随着 PEEP = 12 cmH2O 得到改善，这表明有效的肺复张而没有相关的过度膨胀；(2) 低 VT 合并 PEEP=2 cmH2O 与较差的临床结果无关；(3) 与高 PEEP 组加 RM 相比，在低 PEEP 组中观察到较少的血流动力学损害。因此，根据患者的潜在状况，呼吸机策略可能会导致不同的结果。
ARDS中的PEEP 与手术期间不同，重症患者（尤其是 ARDS 患者）的最佳 PEEP 设置仍不清楚。三项大型随机对照试验研究了 ARDS 患者较高与较低的 PEEP。尽管用于调整 PEEP 水平的方法在研究之间有所不同，并且在比较的组之间观察到一些不平衡，但没有观察到生存率的有益改善。然而，分配到较高 PEEP 策略的患者需要较少的抢救治疗，出现更多无呼吸机和无器官衰竭的天数，并改善了呼吸系统的顺应性。汇总所有这些数据并分析最严重的 ARDS 患者（PaO2/FiO2 ＜ 200），随机分配到较高的 PEEP 策略与较低的死亡率相关（34.1 对 39.1%），调整后的相对风险为 0.90（95% CI，0.81 –1.00；p = 0.049）。另一方面，在分配到较高 PEEP 策略（PaO2/FiO2 介于 201 和 300 之间）的轻度 ARDS 患者中，死亡率有较高的趋势，调整后的相对风险为 1.37（95% CI，0.98-1.92；p =0.07)。尽管尚未达成共识，但这些分析表明，在严重 ARDS 患者中使用更高的 PEEP 策略是有益的。
PEEP 对 ARDS 患者肺复张的影响可能不同。在一项对 19 名患有严重 ARDS（PaO2/FiO2 ≤150）的患者进行的研究中，9 人表现出明显的肺泡复张，而其余 10 名患者的肺泡容积减少，但氧合没有改善。在计算机断层扫描研究中观察到类似的行为，其中 ARDS 患者的肺泡复张程度不同。这种对肺复张的可变影响可以解释在这三项比较 ARDS 患者较低和较高 PEEP 策略的大型试验中发现的负面结果。
在最近对 RCT 的系统评价和荟萃分析中，作者将包含较高 PEEP 和/或 RM 的通气策略与具有较低 PEEP 水平且无 RM 的传统策略（单独或联合使用）进行了比较。在应用纳入和排除标准后，10 项研究被纳入荟萃分析。在使用保护性低 VT 进行机械通气的未经选择的 ARDS 患者中，与使用旨在实现最低可接受氧合目标的 PEEP 水平的策略相比，使用较高的 PEEP 和/或 RM 并未降低死亡率或气压伤发生率。实现最低可接受氧合的 PEEP 水平范围从第 1 天的 10.1 cmH2O 到第 7 天的 8.6 cmH2O。由于适度的 PEEP 应用，预计一定程度的可控制肺不张。在这一方面，Goligher 等人表明，与 PEEP 增加相关的早期氧合增加与住院死亡率降低有关，特别是在基线低氧血症更严重的患者中。
呼吸频率 除了潮气量和 PEEP 外，设置 RR 以维持适当的分钟通气量并满足患者的代谢需求。在一项具有里程碑意义的研究中，表明低 VT 可降低急性呼吸衰竭的死亡率，作者没有讨论 RR，即大约 30 次呼吸/分钟，以促进 CO2 清除。在 RR 设置为 30 次呼吸/分钟时，呼吸周期持续 2 秒。如果吸气：呼气比 (I:E) 调整为 1:1，则吸气和呼气时间均为 1 秒。如果将 I:E 调整为 1:2，则吸气和呼气分别为 0.66 秒和 1.33 秒。因此，要么缩短呼气时间，这可能导致内源性 PEEP，要么缩短吸气时间（或高应变率），这可能会影响通气。为了测试高 RR 是否可以在不损害心血管功能的情况下改善 CO2 清除率，Vieillard-Baron 等人比较了传统策略（低速率，15 次呼吸/分钟）与高速率策略（30 次呼吸/分钟）。有趣的是，作者努力控制两组的吸气流量（50 L/min）。他们表明，将 RR 增加到 ICU 中常用的范围不仅在改善 CO2 清除方面效率低下，而且还会产生内源性 PEEP。此外，增加的 RR 与显著的血流动力学后果相关，包括静脉回流受损和腹腔静脉扩大。
在 ARDS 网络试验中， 低 VT 组（6 mL/kg 预测体重）的平均 RR 在第 1 天和第 7 天分别为 29 bpm 和 30 bpm，而高 VT 组在第 1 天和第7 天分别为 16 bpm 和 20 bpm（12 mL/kg 预测体重）。第 1 天，低 VT 组的机械功为 30.6 J/min，高 VT 组为 33.1 J/min。由于 VT 降低至保护范围，预计 RR 的增加可将每分钟通气量维持在安全水平以避免酸中毒。在机械功方面，低 VT 组和高 VT 组之间没有观察到重大差异。两者都在有害范围内。然而，ARDS 网络试验显示死亡率大幅下降，这可能与 PBW VT 和平台压的安全水平有关。
吸气和呼气气道流量 根据所采用的通风模式，流量标量呈现出可预测、可重复的形状或可变形状。在通气的容量控制模式中，流量波形通常是方形的或具有下降斜坡构象。独立于流量模式，流量本身是肺中压力的重要决定因素，因为它增强了动能的传递。这种能量与施加到呼吸支气管内细胞的剪切应力密切相关。一些报告将吸气流量曲线与气体交换、呼吸功和心血管功能相关联。在这些研究中，从宏观环境的角度来看，加速的流量波形与血流动力学受损和气压伤发生率较高有关。另一方面，减速的流量波形与正压通气中更好的肺力学和气体交换有关。
不仅吸气气道流量与主要的病理生理后果相关，而且呼气流量也是急性肺损伤进展时肺力学变化的重要指标。呼气是一个被动过程，它利用充气过程中储存的弹性能量来驱动呼气气流。如果吸气后存储的势能低，并且不足以在下一次吸气开始前使系统恢复到松弛平衡，则在呼气期间继续流动，并且在呼气末肺泡压力保持正值，超过临床医生选择的 PEEP 值。这就是所谓的自动 PEEP 或内源性PEEP (PEEPi)，在几个呼吸周期后会导致过度充气。
机械通气期间要监测的通气参数 呼吸系统平台压 (Pplat) Pplat通过延长吸气时间以使肺压在该体积下平衡来测量。Pplat 的大小取决于呼吸系统、肺和胸壁顺应性以及 VT，并代表肺的弹性反冲压力。尽管高 Pplat可能提示存在肺泡过度扩张的风险，但用于指导机械通气调整的阈值仍有待讨论。在ARDSNet研究中，除了低VT通气外，Pplat也受到控制。在低VT组中，作者使用的Pplat,RS低于或等于30cmH2O。然而，取决于患者的呼吸系统力学，将 Pplat,RS 保持在 30 cmH2O 以下可能并非对所有 ARDS 患者都有保护作用。已经表明，即使在低 VT (6 mL/kg) 和 Pplat <30 cmH2O 的情况下，一些患者也会出现潮汐式过度充气。因此，作者建议Pplat,RS上限应降低至28 cmH2O。此外，入院后24小时Pplat>25 cmH2O是死亡的独立危险因素。Villar 等人使用筛查工具来识别死亡风险更高的个体患者。他们将 Pplat 分为三个范围（<27 cmH2O；27–30 cmH2O；>30 cmH2O）。死亡率随着 Pplat的增加而增加，证实了以前的研究。
呼吸系统驱动压 (△P) 在有明显肺不张的大手术后或患有 ARDS 的患者中，可用于通气的面积会减少。这反映在床边，低呼吸系统顺应性。通常，VT 被归一化为预测的体重以衡量肺的大小。然而，并非所有肺组织都可用于通气。因此，DP,RS 表示由呼吸系统顺应性标准化的 VT。该指数可以指示肺的功能大小，并且可以更好地预测有和没有肺损伤的患者的结果。最近的研究报告说，△P 是可能导致 VILI 的呼吸机设置的一个很好的标志，并且可以统一导致受 ARDS 影响的肺部组织损伤的力量。一项分析低 VT ARDSnet 研究数据的回顾性研究发现，DP,RS >15 cmH2O 与 ARDS 患者较高的死亡率相关。相比之下，VT、Pplat 和 PEEP 与死亡率增加没有独立相关性。根据肺部病变程度的不同，增加 PEEP 对 △P 的影响也不同。如果增加 PEEP 导致肺组织复张，则预计 △P 会降低。另一方面，如果增加 PEEP 不复张肺组织，肺可能会过度拉伸，△P 将保持不变或增加。在对包括 17 项随机对照试验中的 2,250 名患者在内的个体患者数据的荟萃分析中，Neto 等人表明，PEEP 水平的变化导致 △P 增加与术后肺部并发症有关。
能量的概念 前面讨论的呼吸机变量在一个呼吸周期中产生施加到呼吸系统的能量。施加到呼吸系统的能量是根据气道压力-容积曲线计算的，考虑到它与总肺活量区域呈线性关系。为了计算传递给肺部的实际能量，必须减去以下能量：(1) 移动胸壁所需的能量；(2) 吸气时克服气管导管和气管支气管树所需的能量；(3)嘴部回收的能量。
机械功 在给定的 RR 下施加到肺部的能量称为机械功率，它有效地表示为每分钟的能量。
基于经典运动方程生成的机械功率方程的最简化版本如下：
具有吸气保持功能的容量控制通气 (VCV)： 无吸气保持的 VCV： 压力控制通气： 不同的参数对机械功率的贡献可能不同，例如 VT/△P、吸气流量、PEEP 和 RR。在 ARDS 网络试验期间，当招募患者时（1996-1999 年），没有讨论机械功率，并且这种 RR 增加对危重病患者呼吸系统的潜在损害的贡献是未知的。最近一项针对 4,549 名 ARDS 患者的研究表明，RR 是死亡率的独立预测因子。平均 RR 为 25.7±7.4 次呼吸/分钟，这是在日常重症监护实践中观察到的常见值。作者表明，△P 对死亡率的影响是 RR 的四倍，但 RR 仍与死亡率独立相关。他们建议，根据床边的理论和实践问题，采用 4× △P + 1 RR（4 △P RR）的概念来量化通气策略变化对 VILI 的影响。另一方面，有人认为4 △P RR的简单性并不优于通过简化方程在床边计算机械功率。简而言之，应该考虑 RR 来估计肺损伤。
在一项开创性的临床前研究中，作者通过在保持 VT 和跨肺压恒定的同时改变 RR 来改变施加到呼吸系统的机械功率，以确定 VILI 的功率阈值。他们表明，在健康的仔猪中，只有当传递的经肺机械功超过 12.1 J/min 时，才会出现广泛的水肿。由于受伤的肺需要较高的机械功才能在相同的 VT 下进行通气，因此肺塌陷会导致可通气的肺面积减少，这需要更大的压力和流量。这反过来又增加了传递的机械功而不改变 VT。这种恶性循环可能解释了随着机械动力影响的放大肺损伤的增加。
呼吸机引起的肺损伤 呼吸机引起的肺损伤 (VILI) 通常归因于过度 VT（容积伤）或气道压力（气压伤）的应用。容积伤和气压伤 主要由非生理性肺变形或应变（VT 与功能残气量之间的比率）和压力（跨肺压）引起，无论是全局性的还是局部性的。在大型动物模型中，仅当达到或超过 1.5 和 2 之间的全局应变比时，才会在健康肺部形成水肿。
辅助机械通气与 VILI 相关吗？ 如前所述，自主呼吸不同于受控机械通气。然而，在压力支持通气期间，VILI 可能由于几个因素而发生：自主呼吸努力增加，因此，跨肺驱动压和张应力（►图 4）；患者-呼吸机不同步摆动和不均匀的跨肺伸展；和 肺泡水肿，因为胸膜负压可传递至肺泡，增加毛细血管灌注。在轻度 ARDS 模型中，Pinto 等人表明，在相似的动态跨肺驱动压下，无论是否调整吸气时间，与压力支持通气相比，压力控制通气导致弥漫性肺泡损伤评分和空域异质性增加，肺组织中 Ecadherin 表达降低，增加IL-6 等的表达。此外，当使用保护性 VT 和静态跨肺驱动压时，压力支持通气和压力控制通气之间没有观察到重大差异。肺损伤与静态跨肺驱动压水平成正比。
图 4 图 A 显示了肺功能单元的组成部分。细胞外基质 (ECM) 的毛细血管和成分位于肺间质空间中。支架是 ECM 最基本的作用，连接相邻的肺泡。图B显示自主呼吸时，呼气胸膜压为负，肺泡压为0；而在吸气期间，胸膜压进一步降低，导致对细胞外基质施加张应力，导致毛细血管大小适度增加。图 C 显示，在正压机械通气期间，呼气胸膜压取决于外在呼气末正压 (PEEP) 的应用；在吸气过程中，细胞外基质受到压缩应力，因此毛细血管尺寸减小。Palv，肺泡压力；Ppl，胸膜压；Ppl，EE，呼气末胸膜压。 在将这一讨论扩展到COVID-19患者时，患者自残性肺损伤（P-SILI）的概念已变得特别重要。这些患者表现为呼吸困难和低氧血症，可能需要无创或有创呼吸支持。由于ICU床位有限，相对较多的病人在许多天内接受无创呼吸支持治疗，这可能导致P-SILI。有人提出COVID-19中PSILI的四个潜在机制：（1）肺部应力/应变增加，（2）通气分布不均匀，（3）肺部灌注的变化，以及（4）无创正压通气时病人与呼吸机不同步。
转化为临床实践 潮气量、PEEP、RR、气流、驱动压、平台压、肺动脉压力、能量和机械能。压力、肺动脉压力、能量和机械动力 是公认的VILI的决定因素，因此 损害临床结果。它们不仅可能影响肺部（细胞外基质、上皮细胞和内皮细胞损伤），而且还影响血流动力学和远端器官。除了控制这些参数外 除了控制这些参数，还应该对肺部生理学和生物标志物，以减轻VILI。建议采用个体化的机械通气，并需要投入人员和资源，包括实验和临床试验。
结论 机械通气是围手术期必不可少的支持性治疗，可帮助减少ARDS患者的死亡率。有证据表明，正压通气不仅对肺部，而且对远端器官都会产生负面的生理影响。这些影响可能是由血流动力学波动和/或通过不同机制释放的炎症介质促成的。临床医生提供的一些呼吸机变量是可以控制的（潮气量、PEEP水平、RR、吸气和呼气气道流量），而其他变量则代表了具有预后价值的通气后果（高原压力和驱动压力）。机械功率与病人结局的关系需要阐明。必须更好地阐明VILI对肺泡-毛细血管膜的精确机制，包括细胞外基质，并澄清VILI如何影响远端器官，以制定新的治疗策略。
来源：Physiological and PathophysiologicalConsequences of Mechanical Ventilation，Seminars in Respiratory and Critical Care Medicine，DOI https:///10.1055/s-0042-1744447
