|
简介  急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是一种威胁生命的急性缺氧性呼吸衰竭（AHRF），它是进入重症监护病房（ICU）的一个重要原因。ARDS的特点是气体交换受损（主要是低氧血症）和肺部损伤，其特点是弥漫性炎症浸润、肺泡充血和肺顺应性下降的无气流。自1967年首次描述ARDS以来，其定义略有改变，最新的分类可追溯到2012年的 '柏林定义'。该定义侧重于以下内容：近期发病（已知损伤后一周内）；最低呼气末正压（PEEP）为5cmH2O时评估低氧血症，通过动脉O2分压（PaO2）与吸氧分数（FIO2）的比值（分为轻度（PaO2/FIO2<300）、中度（PaO2/FIO2<200）或重度（PaO2/FIO2<100））；双侧肺部浸润，通过X射线评估；以及非心源性和非液体过负荷相关的肺水肿。从流行病学的角度来看，LUNG SAFE研究显示，ARDS影响了23%的危重病人，需要机械通气（10%的ICU病人）；此外，最严重的病例的医院死亡率为46%。然而，最近的数据显示，超过93%的AHRF患者接受了高流量氧治疗（HFOT，这是一种无创呼吸支持，不包括在ARDS的诊断标准中），然后在插管后和正压有创机械通气（IMV）下继续保持PaO2/FIO2<300，因此意味着ARDS的发病率比目前报道的要高。在这种情况下，处理ARDS的主要方法包括无创和有创呼吸支持策略，其具体作用和相互作用尚不清楚，但随着对该疾病的生物学、放射学和临床异质性（如损伤事件、继发性器官功能障碍和疾病的严重程度）的理解而不断发展。 在这篇叙述性综述中，我们将对ARDS背景下的无创和有创呼吸支持策略进行概述。具体来说，我们将关注ARDS的亚型，这些亚型具有呼吸系统力学的特殊性，这可以为呼吸支持策略提供个性化的指导。 婴儿肺的概念 '婴儿肺 '的概念是由Gattinoni和Pesenti在1987年提出的，它代表了一个模型，通过它来解释ARDS情况下受伤肺部的机械特性。通过系统地使用CT扫描，作者证明了呼气末期正常通气的肺组织数量主要位于非依赖性肺区：其大小与呼吸顺应性相关，在尺寸上相当于一个健康小男孩的肺部大小。相反，不通气的、实变的和塌陷的肺组织数量主要位于依赖性肺区，它与低氧血症、分流分数和肺动脉高压相关。在这种情况下，呼吸顺应性代表了对婴儿肺部大小的可靠估计，其机械特征几乎是正常的。这一解剖学模型受到了挑战，因为观察到俯卧位导致婴儿肺部从非依赖区向依赖区重新分布。这种现象的病理生理学依赖于炎症水肿的广泛分布，这意味着肺部重量增加，根据垂直重力梯度施加静水压力（叠加压力）。因此，通气的肺区被上面沉重的肺实质挤压和压迫，从而证明婴儿肺部在体位改变后的重新分布是合理的。这些发现使研究人员认识到婴儿肺的概念是一个功能模型，肺基本上是作为一个 '海绵'。   病人自残性肺损伤（P-SILI） 病人自残性肺损伤（P-SILI）是指自发呼吸对受伤肺部的有害影响，它的特点是呼吸动力增加和强烈的吸气努力（有或没有呼吸过速）。这些现象，再加上肺部顺应性的区域异质性，会导致剧烈的肺动脉压力摆动（ΔPL），并伴有区域过度扩张、肺动脉压力过高和不张伤。具体来说，吸气动力的增加会产生较大的潮气量（VT），导致婴儿肺部过度膨胀，从而导致机械扭曲和损伤。此外，ΔPL的不均匀分布产生了肺泡压力梯度和气体从腹侧非依赖性肺区向背侧依赖性肺区的位移（即pendelluft），这发生在后者的过度充气和损伤（图1）。最后，对间质空间施加的强烈吸气努力增加了跨膜的血管压力，导致静水肺水肿。
图1. 接受高流量鼻氧（左图）和头盔持续气道正压（右图）治疗的患者的气道压、食道压和肺动脉压力的轨迹。在（底板）中，描述了钟摆pendelluft效应：带有鲜红色的区域表示高钟摆效应，而白色区域代表无钟摆。百分比尺度与总潮气量有关。尽管在高流量和头盔阶段，患者的吸气力度相似，导致肺动脉压力相同，但通过头盔给予的PEEP有效地减少了pendelluft效应，如（底部面板）所示。 呼吸机诱导的肺损伤(VILI) VILI的病理生理学依赖于IMV的不恰当管理，忽视了肺部力学（大小和弹性特性）的演变特点，从而导致了容积伤、气压伤和不张伤。具体来说，机械呼吸机对肺的骨骼结构施加一定的力（如体积和压力），而肺的骨骼结构是由可伸展的弹性蛋白和不可伸展的胶原蛋白组成，因此导致纤维逐渐伸长（应变）和紧张（应力）。容积伤是由过度充气造成的非生理性应变引起的，它诱发了机械感受器的激活、细胞因子的产生和炎症的恶化。当压力超过了肺纤维的抗拉特性，导致肺实质破裂（如气胸）时，就会出现气压伤（Barotrauma）。肺外伤是由反复开放和关闭气道和肺部单位引起的。由于这些原因，基于生理学的、以病人为中心的、个性化的IMV方法已被大力提倡。 无创支持 保持自主呼吸的益处和危害 无创呼吸支持（NIRS）包括标准氧疗（SOT）、高频氧疗、持续气道正压（CPAP）和无创通气（NIV） 。这些策略的共同点是在外部应用于上呼吸道，从而保留了呼吸系统保护的生理机制（如气体清除、咳嗽、分泌物调动和排泄）和自主呼吸，背侧依赖性肺区的通气得到改善 。此外，NIRS的应用可以防止与插管和IMV相关的临床并发症，如呼吸机相关的肺炎（VAP），谵妄和肌肉无力。然而，在最初使用NIRS治疗的患者中，有30-60%需要插管和IMV。最重要的是，NIRS的失败与死亡率的增加是独立相关的，这可能是治疗期间P-SILI发展的合理解释。  策略和设置 高流量氧气治疗 HFOT通过大口径鼻插管提供加热和加湿的氧气和空气的混合气流，最高可达60L/min，设定的FIO2可达100%（即高流量鼻氧治疗，HFNOT）（表1）。HFOT的主要生理效应如下：准确地提供设定的FIO2，与病人的吸气峰值流量相匹配，并允许对PaO2/FIO2比率进行可靠的评估；冲洗鼻咽死腔，提高通气效率，减少呼吸功；流量依赖的正压效应（3-5cmH2O），允许肺部复张，改善氧合，改善肺部力学；上呼吸道的主动加湿和加热，有利于分泌物的水化和清除；病人的舒适度。
持续正压通气 CPAP通过面罩或头盔接口向上呼吸道提供恒定的正压（其详细描述见表1）。简而言之，面罩的正压为5-8 cmH2O（更高的压力可能会导致空气泄漏的比例增加，从而导致设定压力和输送压力不匹配，这可能意味着这种疗法的疗效较低），头盔的正压为10-15 cmH2O，由流量发生器（压缩气体或涡轮机）或文丘里系统产生，向进气口提供持续的新鲜气体流，而出气口则由PEEP阀调节。在这种情况下，至少需要40-60升/分钟（>35升/分钟）的气体流量以减少二氧化碳再呼吸的风险。因此，应避免使用呼吸机派生的CPAP（<30 L/min），尤其是在头盔接口处。只要有可能，建议在机器上设置一个适当的流量，以克服这个问题。此外，主动加湿是必要的，以保持足够的空气湿度水平（15 mgH2O/L）。 CPAP通过改善功能残气量（FRC）和通过减少气道阻力（通过增加气道压力，从而防止气道塌陷和流量限制）来发挥有益的生理作用，这导致改善氧合。 无创通气 NIV允许应用双相气道正压（PEEP+压力支持，PS）。它由机械呼吸机产生，通过面罩或头盔接口提供（表1）。仅推荐面罩式NIV使用主动加湿，而头盔式NIV在系统总分钟通气量超过40L/min时则不需要。在NIV期间，CPAP所带来的生理益处由PS（8-14cmH2O）来实现--它可以减轻呼吸肌的负担，从而减少吸气的力度和呼吸功。然而，完全的呼吸同步可能会增加PL、ΔPL和VT，从而增加P-SILI的风险。与面罩-NIV相比，这种现象在头盔-NIV期间可能会减弱，因为一部分压力在膨胀界面时被消散了。这种情况会导致触发延迟（0.1-0.5秒），从而导致吸气不同步，这对肌肉卸负荷来说是不理想的，但会发挥肺部保护作用，限制PL摆动的幅度，从而可能减少P-SILI的风险。此外，头盔-NIV与呼气不同步有关，这导致患者的呼气压力高于设定的PEEP，这可能有助于肺泡的复张。 临床证据 所有这些策略对改善低氧血症都是有效的，在轻度ARDS患者中（PaO2/FIO2>200）没有表现出明显的差异。相反，目前的指南推荐使用HFOT作为中重度ARDS患者的一线干预措施。最近，Ospina及其同事比较了SOT与HFOT在重度COVID-19 ARDS患者中的效果。他们发现，HFOT明显降低了插管率并缩短了临床恢复的中位时间。然而，越来越多的证据表明，CPAP和Helmet-NIV在管理中重度低氧血症患者中的作用。具体来说，RECOVERY-RS临床试验招募了来自48家医院的1273名COVID-19 ARDS患者，他们被随机分配接受CPAP、HFOT或SOT治疗。这项研究发现，与SOT相比，CPAP（由主治医生决定用各种接口提供）明显降低了30天死亡率和插管率的综合结果。除此之外，一项对25项随机临床试验的网络荟萃分析发现，与SOT（RR，0.26[95% CI，0.14-0.46]）、HFOT（RR，0.35[95% CI，0.18-0.66]）和面罩-NIV（RR，0.35[95% CI，0.19-0.61]）相比，头盔-NIV与插管风险的降低有关。这些结果被Grieco等人部分证实，他们将中重度COVID-19 ARDS的重症患者随机分配到头盔-NIV与HFOT，发现没有呼吸支持的天数不同（尽管在接受头盔-NIV的患者中，插管率较低（分别为30%与51%，P=0.03））。相比之下，Arabi等人将320名COVID-19 AHRF患者随机分为头盔-NIV和通常的复合呼吸支持（面罩-NIV、HFOT和SOT的组合），发现研究组之间的死亡率没有不同。然而，不精确的效果估计和缺乏这些策略之间的直接比较限制了结果的可重复性和外部有效性。目前，一项多中心的随机对照试验正在进行，它将阐明HFOT、CPAP和NIV对中重度AHRF危重病人插管率的影响（NCT05089695）。 使用高PEEP的生理学依据 在AHRF和ARDS患者中，与头盔-CPAP和头盔-NIV相关的好处主要与高PEEP（≥10 cmH2O）诱导的肺泡招募有关，当其应用时间较长时（≥48小时），它增加了FRC并允许VT的均匀分布，从而改善PL、ΔPL和通气-灌注比。此外，PEEP诱导的FRC越来越多地减轻了不张伤，减少了钟摆呼吸的发生，并使膈肌变平，从而促进了神经机械的失耦联，从而减轻了特定吸气驱动的动态应变。此外，膈肌平坦化可能会防止因高吸气力导致的过度同心收缩而引起的膈肌功能障碍，尽管这确实需要通过进一步的调查加以澄清。此外，PS引起的呼吸功的减少降低了氧消耗，从而改善了低氧血症。 如何评估自主呼吸的安全性 目前ARDS的定义是基于肺损伤对气体交换的临床影响，其特征随着时间的推移而变化，需要特定的支持性干预措施，目的是缓解P-SILI的进展情况。为此，NIRS应以个体化的方法为导向，根据胸膜压力波动（ΔPPL）评估的呼吸努力的强度，这是由食道压波动（ΔPES）估计的，以及替代测量（如PaCO2<35mmHg）。具体来说，Grieco等人进行了一项随机交叉研究，研究HFOT与头盔-NIV对中重度AHRF的重症患者的生理效果。与HFOT相比，头盔-NIV明显减少了ΔPES，尽管它导致了基线时表现出较低吸气力（ΔPES<10 cmH2O）的患者的ΔPL增加。根据这些发现，HENIVOT试验的事后分析证实了头盔-NIV比HFOT对那些表现出高呼吸驱动（由低碳酸血症（PaCO2<35mmHg）评估）和PaO2/FIO2在基线时达到呼吸困难评分量表分数<30的患者的有益影响。最近的一项交叉随机试验比较了头盔-CPAP与头盔-NIV与HFOT对AHRF重症患者的生理影响：与HFOT相比，头盔-CPAP和头盔-NIV导致氧合改善，VT增加，呼气末肺容积增加。然而，头盔-NIV降低了那些在治疗开始前进行强烈吸气努力（ΔPES>10 cmH2O）的人的ΔPES（可能是由于呼吸肌功的减少），但在那些低吸气努力（ΔPES<10 cmH2O）的人，PL和ΔPL增加（这可能有利于P-SILI的进展）。有趣的是，作者表明由钟摆呼吸引起的呼吸异质性在自主呼吸时很频繁，并且可以通过头盔接口应用高PEEP来缓解。综上所述，这些发现意味着HFOT和CPAP对改善AHRF不严重的患者的氧合是有效的，AHRF的特点是低吸气力（ΔPES<10 cmH2O）和/或常二氧化碳。CPAP改善了肺泡的复张，并限制了钟摆呼吸的发生。相反，头盔-NIV可能在严重的AHRF患者的管理中发挥作用，这些患者的特点是强烈的吸气努力（ΔPES > 10 cmH2O）和/或低碳酸血症（PaCO2 < 35 mmHg）。因此，呼吸力学的生理特征（图2）对于识别从每种策略中获益最多的患者至关重要，这对于个体化支持性管理和潜在的优化临床结果是必需的。
图2. 头盔-CPAP、头盔-NIV和HFNO的生理效应流程图。该图显示了最常见的设置和每种无创呼吸支持的主要生理效应。 NIRS失败的监测工具 ARDS和AHRF患者需要密切监测，以尽早发现疾病进展的迹象，并从提供NIRS中获益。为了防止因延迟插管和IMV而造成的潜在伤害，需要这样做。在这种情况下，越来越多的证据显示，延迟识别NIRS失败与死亡率的增加有关，这可能是由于P-SILI的进展。因此，特定的临床工具已经在日常实践中实施，以克服这一问题，并被证明对早期识别NIRS失败是有效的（表2，图3）。
图3. 该流程图说明了急性缺氧性呼吸衰竭的拟议治疗方案，并基于患者的临床表现和表型（从作者的角度）。第一步需要评估吸气力度，最好是通过直接测量（通过食道球囊），或者通过间接测量（例如，在没有代谢性酸中毒的情况下，PaCO2 < 35 mmHg）。
呼吸频率和血氧饱和度是由连续脉搏血氧仪和间歇性动脉血气分析监测的，它们对于识别有NIRS失败风险的病人可能起到重要作用。随着时间的推移，呼吸频率逐渐增加和/或氧饱和度恶化与肺功能恶化相关，它要求插管和IMV以防止P-SILI的进展。尽管这些参数代表了床边NIRS初步监测AHRF反应的标准，但其识别治疗失败的敏感性和特异性较低，这意味着应用先进的工具来调整临床管理以满足患者需求：
在以高吸气力为特征的情况下，无创通气（NIV）可以提供生理上的好处，如减少吸气力（有可能将P-SILI降至最低）和增强肺部均匀性（由于应用PEEP）。 另一方面，对于吸气力低的情况，选择的干预措施取决于低氧血症的严重程度。如果患者表现出严重的低氧血症，头盔式CPAP提供的高PEEP或在自主呼吸时的俯卧位可能会带来潜在的好处；否则，建议使用高流量的鼻氧。 有创机械通气 主要目标 对于NIRS失败的AHRF和ARDS患者来说，IMV对于允许生理性气体交换，以及每当呼吸需求（如呼吸驱动）超过呼吸系统能力（如吸气努力）时的肺部和膈肌保护是至关重要的。因此，IMV是一种支持性的干预措施，在防止P-SILI进展的同时，为肺部恢复提供了时间。尽管IMV自1952年小儿麻痹症流行期间首次大规模使用以来，一直被用来提供充足的血氧（PaO2>60 mmHg或SpO2在90-94%以内），并维持适当的PaCO2水平，以达到酸碱平衡的平衡（pH值在7.35-7.45以内），但一些研究表明，它可能通过导致VILI而对患者产生伤害。 控制机械通气 控制的IMV是管理严重ARDS的基石，这意味着呼吸肌麻痹或呼吸暂停通气。它的作用是减轻胸膜压力（PPL）的过度波动和异质性，这些都是吸气努力（Pmus）和顺应性正常的肺泡单位减少之间的相互作用的结果。根据包括弹性以及阻力和静态压力成分的运动方程，气道压力（PAW）由PL和PPL之和产生，其主要决定因素是胸壁的弹性反冲压力（PCW）。 PAW = PL + PPL 在一个开创性的实验模型中，Dreyfuss等人证明VILI不是由高PAW本身决定的，而是由肺部过度扩张和大VT引起的PL增加的有害影响发展而来的。这凸显了在决定VILI时，跨肺压而非绝对气道压的重要性。 如何设置VT 假设所有的肺泡都打开了，并且胸壁的贡献可以忽略不计（例如，非肥胖患者），PL可以通过平台压（PPLAT）来估计（图4），它是呼吸机在吸气保持0.3秒后显示的PAW。在ARDS的重症患者中，低VT（6ml/kg预测体重，PBW）通气和低PPLAT（<30 cmH2O）,与高VT（12ml/kg预测体重）通气和高PPLAT相比，能有效降低死亡率。滴定VT以达到PPLAT上限在28 cmH2O以内被证明对进一步减少过度介入的风险是有效的。随后的数据表明，将VT与呼吸系统的顺应性而不是预测体重进行归一，可以评估VT引起的婴儿肺部的机械变形。这个参数是驱动压（ΔP = VT/CRS），可以很容易地在床边测量为PPLAT-PEEP（图4）。具体来说，Amato等人报告了ΔP<15 cmH2O与生存率提高之间的独立关联，而且这并不受PEEP和VT的影响（表3）。此外，Gattinoni等人引入了机械功的概念，即机械呼吸机传递给呼吸系统的能量，目的是将导致VILI的呼吸系统变量的影响汇总到一个单一的测量中。然而，这个有趣的模型引起了一些担忧，因为PEEP是一个静态压力，每个参数对VILI和死亡发展的 '权重 '并不平衡，而且PEEP在复张者（PEEP诱导的FRC增加）和非复张者中的不同影响没有被描述。此外，机械功计算在床边缺乏可行性，不能指导临床医生以最佳方式管理IMV，以防止其负担。相比之下，Costa等人通过确定机械功对ARDS患者死亡率的影响来加权计算各部分的影响。作者发现，机械功、ΔP和呼吸频率（RR）是预测死亡率的重要因素，一个较简单的模型（4×ΔP+RR）与机械功预测死亡率相当。然而，这种生理学假说的临床效益值得在未来的随机临床试验中证明。
图4. 容量控制通气时的呼吸系统力学。呼气末摒气可以评估总的呼气末正压（PEEP），它是由机械呼吸机设定的PEEP和内在PEEP（PEEPi）之和产生的。当代食道测压法可以显示呼气末食道压（PES），从而可以通过运动方程测量肺动脉压力（PL）。吸气末保持可以评估平台压（PPLAT）和驱动压（ΔP）。
呼气末屏气允许在前 100 毫秒内测量 P0.1 以及整个闭塞呼吸 (ΔPOCC) 内的气道压力变化。这些分别测量吸气动力和努力。吸气末屏气可以测量气道平台压和食管平台压。通过计算跨肺平台压和跨肺驱动压，我们可以了解患者的肺功能和压力支持通气的有效性。应该指出的是，在吸气末屏气期间，食道压会增加到呼气末压力以上，这是胸壁弹性的影响（这使得人们可以计算胸壁力学）。 神经肌肉阻滞、俯卧位和吸入性肺血管扩张剂 除了基于生理学的 NIRS 传输和机械呼吸机设置外，其他干预措施已被证明可有效改善 ARDS 患者的预后。 神经肌肉阻滞剂 与安慰剂相比，神经肌肉阻滞剂 (NMBA)（特别是顺曲库铵）给药 48 小时可有效降低早期中重度 ARDS 患者的 90 天死亡率。 相比之下，ROSE试验显示，随机接受48小时顺阿曲库铵深度镇静或不输注NMBA轻度镇静的患者之间的90天死亡率没有差异（临床适应症允许间歇性NMBA推注）。 根据这些研究，最近的临床实践指南建议避免对任何严重程度的 ARDS 患者以及正在采用较轻镇静策略进行通气的患者进行连续 NMBA 输注。 然而，对于那些需要深度镇静来控制吸气努力的人来说，短期（48 小时）输注这些药物是促进肺保护性通气的合理选择。 俯卧位 事实证明，与安慰剂相比，至少16小时的俯卧位治疗可有效降低中重度ARDS机械通气患者的28天死亡率。此外，这些结果被随后的8项随机对照试验（2129名患者）的荟萃分析所证实。生理上的解释是依赖于体位诱导的依赖性肺区的复张，这意味着：缓解通气与灌注的不匹配，从而改善氧合；潮气量的分布更加均匀；改善肺顺应性，减少PL与机械呼吸机诱导的压力和应变的调节 吸入性肺血管扩张剂 一氧化氮已被广泛用于临床实践，以改善通气与灌注的不匹配，并用于减少肺动脉高压。最近的一项系统回顾和荟萃分析发现，与对照组相比，一氧化氮的使用并没有增加总生存率（13项随机对照试验，1243名患者）、28天生存率（9项随机对照试验，1105名患者）以及出血事件（5项随机对照试验，614名患者）。尽管一氧化氮的使用改善了氧合（11项随机对照试验，614名患者），但它增加了成人肾功能损伤的风险（4项随机对照试验，9455名患者）。由于这些原因，没有足够的证据支持在这种情况下使用一氧化氮。 实施个性化呼吸支持战略的潜在问题和最终解决方案 LUNG SAFE试验显示，ARDS诊断不足（在满足ARDS标准时有34%的病例），而且其识别经常被延迟。与临床医生识别ARDS相关的因素是护士与患者的比例较高、患者年龄较小、PaO2/FIO2比值较低、肺炎或胰腺炎等变量，而没有ARDS的风险因素和合并心力衰竭则预示着临床医生识别的可能性降低。此外，这项研究报告说，35.1%的ARDS患者没有接受保护性机械通气，只有16.3%的严重ARDS患者进行了俯卧位，而且PPLAT的测量结果很差（40.1%的患者）。因此，实施个性化呼吸支持策略的第一步依赖于让临床医生了解ARDS的诊断标准，以便于早期诊断，并能及时提供适当的呼吸策略。此外，值得教育临床医生使用上面讨论的床边临床工具，这些工具的应用可能有助于更快识别NIRS的失败，并根据肺部力学准确调整机械呼吸机的设置。 结论 ARDS和AHRF是异质性的临床状况，其特点是呼吸系统力学的特殊性。忽视呼吸系统生理学的有创和无创呼吸支持策略的管理可能会使肺部损伤的进展持续下去。强烈主张对ARDS和AHRF采取个性化和基于生理学的方法，以限制肺部损伤的演变，并提供足够的时间来恢复。未来的试验有理由验证这一假设，并测试这种方法是否可以改善这些威胁生命的临床状况的结果。 来源：
|
|
|
