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急性呼吸窘迫综合征机械通气治疗时自主呼吸的调节

2024-04-19 14 上传者：管理员

摘要：机械通气是急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的主要治疗手段。机械通气时适当的保留自主呼吸能促进肺泡复张、改善通气/血流比例及氧合、减轻膈肌萎缩、改善部分器官灌注，但过强的自主呼吸也可能导致跨肺压过高、肺灌注增加，加重肺损伤。在临床实践中，应注意自主呼吸的调节，选择合适的机械通气方案，以实现更好的肺保护性通气策略。本文就调节自主呼吸在ARDS患者机械通气治疗中的作用进行综述。

关键词：
ARDS
呼吸衰竭
急性呼吸窘迫综合征
机械通气
自主呼吸
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急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress sydrome,ARDS）是由非心源性的各种肺内外致病因子所引发的急性进行性呼吸衰竭。ARDS作为重症监护病房收治的危重症疾病之一，病死率达35%～40%[1]。以肺保护性通气策略为主的机械通气是ARDS的重要治疗手段。尽管目前有研究认为，机械通气时，轻度ARDS应保留自主呼吸，中重度ARDS应使用肌松剂抑制自主呼吸[1]。但针对自主呼吸在机械通气策略中所产生的影响仍然存在争议。如何在机械通气中合理利用自主呼吸辅助患者治疗，是值得临床医师思考的问题。本文就自主呼吸对ARDS患者的影响、自主呼吸的调节展开阐述。

1、自主呼吸对急性呼吸窘迫综合征患者主要脏器的影响

自主呼吸是机体与外界气体进行交换的过程，呼吸肌运动是其原动力，呼吸肌收缩产生胸腔内负压，保证肺内通气均一，维持合适的通气血流比[2]。ARDS患者机械通气时常存在自主呼吸，而非完全受控或强制呼吸。有研究数据显示，在机械通气的前48小时内，67%的轻度ARDS患者、58%的中度ARDS患者和46%的重度ARDS患者存在自主呼吸[3]。

1.1 自主呼吸对肺部的影响

保留自主呼吸可促进肺泡复张，改善通气和血流，提高ARDS患者的氧合。有研究证实ARDS机械通气治疗时保留自主呼吸可增加肺血流量及呼气末肺容量，从而改善氧合[4,5,6]。机械通气下自主呼吸对肺部的影响可能与ARDS的严重程度有关。有动物研究显示，在中度ARDS的模型中，采用压力辅助/控制通气模式保留自主呼吸可以改善氧合；但是在重度ARDS中，自主呼吸却未能改善氧合，且肺组织病理学评分更高[7]。

在重度ARDS患者中，强烈的自主呼吸能诱导气体从肺非重力依赖区向重力依赖区转移，称为肺内气体摆动，导致局部应力和剪切力的增加，加重肺损伤[8]。研究显示，气道压力释放通气（airway pressure release ventilation,APRV）下强烈的自主呼吸使中重度ARDS患儿的死亡率增加了1倍[9]。

1.2 自主呼吸对膈肌的影响

机械通气过程中保留适度的自主呼吸可以有效预防膈肌的萎缩。在轻度ARDS中，压力支持通气（pressure support ventilation,PSV）和神经调节辅助通气（neurally adjusted ventilatory assist,NAVA）两种通气模式下保留自主呼吸可以防止膈肌萎缩[10]。而在重度ARDS中，NAVA和变异性支持通气（Noisy pressure support ventilation,Noisy PSV）模式保留自主呼吸膈肌萎缩也显著减轻[11]。

但是过强的自主呼吸可能造成ARDS患者的膈肌功能障碍。强烈的吸气努力下膈肌及其他呼吸肌过度收缩，使全身氧耗增加，导致膈肌氧供需失衡，膈肌细胞水肿凋亡[12]。同时，强烈的自主呼吸导致过强的膈肌向心性收缩，引起肌肉炎症、蛋白水解、肌纤维损伤，最终导致膈肌损伤[13]。

1.3 自主呼吸对其他重要脏器的影响

自主呼吸可改善ARDS患者的心脏功能，有研究显示自主呼吸与心脏指数的增加有关，可使轻中度ARDS患者的心输出量增加[5,14]。自主呼吸可能有利于急性肺损伤（acute lung injury,ALI）患者肾功能恶化的预防，研究表明轻度ALI患者保留自主呼吸时有效肾血流量和肾小球滤过率增加[15]。此外，APRV期间维持自主呼吸也与局部脑组织及脊髓的血流量增加、肠道血流改善有关[16,17]。

2、自主呼吸的调节

目前的研究表明，轻度ARDS应保留自主呼吸，中重度ARDS应使用肌松剂抑制自主呼吸[1,7]。但是，机械通气下的自主呼吸对机体的影响不仅与ARDS严重程度相关，也与自主呼吸本身有关。机械通气时过度自主呼吸努力引起的肺损伤被称为患者自伤性肺损伤（patient self-inﬂicted lung injury,P-SILI），近年来也成为关注的焦点。因此，如何在机械通气时调节自主呼吸十分关键。目前临床主要通过调整呼吸机模式及参数、镇静镇痛策略、联合体外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation,ECMO）治疗等调节自主呼吸的影响。

2.1 自主呼吸水平

自主呼吸可促进肺泡复张，减少肺损伤，但过度自主呼吸也可能导致P-SILI，加重肺损伤。其潜在发生机制主要为人机不同步、肺灌注增加、肺整体及局部过度扩张。过度的自主呼吸努力会明显降低胸膜腔内压，不仅增加肺血流量、肺灌注，加重肺水肿，也增加跨肺压，使肺泡过度扩张造成容积伤，并使塌陷的肺泡和正常通气肺泡间局部应力升高造成剪切伤。同时，过度的自主呼吸努力使膈肌收缩产生的应力不能均匀传递，肺内气体重新分布，导致肺内气体摆动增加[18]。

双向气道正压（biphasic positive airway pressure,BIPAP）和APRV均为时间循环模式，通过在两种模式下设置不同的循环时间，可以调节自主呼吸在总分钟通气量的占比。有研究建议自主呼吸应在总分钟通气量的20%～30%[19]。

Garvalho等[19]进行了第一个比较机械通气中不同水平的自主呼吸和吸气努力对肺功能、肺损伤及肺部炎症的研究：以中度ARDS猪模型为研究对象，采用BIPAP/APRV(APRV I∶E=1∶1）通气模式，分为4组即自主呼吸0%、0%～30%、30%～60%、>60%。研究发现，自主呼吸>30%肺通气重新分布，非重力依赖性肺区域的TNF-α、IL-6等炎症因子降低，整体肺损伤减少。其结论是为实现BIPAP/APRV期间的肺保护，应设置自主呼吸超过30%的总分钟通气量，而该研究结果可能推广应用于其他机械通气模式。

2.2 呼吸机参数设置与自主呼吸

2.2.1 机械通气模式

机械通气时自主呼吸包括辅助自主呼吸和非辅助自主呼吸，辅助自主呼吸主要由患者吸气触发，包括辅助/控制通气（asist/control mode ventilation,A/C）、PSV、Noisy PSV、NAVA等，非辅助自主呼吸是患者根据自身需要的自由自主呼吸，包括BIPAP和APRV[20]。

不同机械通气模式下的自主呼吸对ARDS患者的影响不同。有研究比较了A/C、PSV、NAVA等通气模式，结果显示轻中度ARDS中，采用NAVA通气模式保留自主呼吸，触发延迟时间短，中枢呼吸频率与呼吸机通气频率保持一致，通气支持幅度符合生理需要，人机同步性好，有利于避免膈肌离心性收缩、减轻膈肌氧化应激，有望减轻呼吸机相关膈肌功能障碍[21]。Gama等[22]则对BIPAP/APRV、PSV、PSV+Sighs及Noisy PSV四种通气模式进行比较发现，在中度ARDS中，采用Noisy PSV保留自主呼吸相比其他通气模式增加了潮气量变异性，更好地改善氧合并减少肺内分流。目前关于自主呼吸机械通气模式的研究多集中在轻中度ARDS，关于重度ARDS的研究尚需进一步探讨。

2.2.2 潮气量

小潮气量是肺保护性通气策略之一。研究发现当大潮气量通气时，肺泡内皮与肺上皮细胞受到应力作用而发生变形，肺血管内皮细胞的胞膜通透性增加，血管内物质渗出导致肺间质水肿，同时肺泡过度扩张使毛细血管跨壁压急剧升高，而大潮气量对肺泡的牵拉是造成呼吸机相关性肺损伤（ventilator-induced lung injury,VILI）的重要因素，即“容量伤”[23]。

机械通气下自主呼吸的影响与潮气量有关。Yoshida等[24]建立了PaO2/FiO2<100 mmHg的重度ARDS兔模型，设置不同潮气量和自主呼吸强度分组评估显示：强自主呼吸/中等潮气量组合的产生跨肺压及肺组织病理学损伤评分最高，强自主呼吸/低潮气量组合的氧合最好且肺损伤评分最低。该研究表明强烈自主呼吸在较高潮气量的情况下，会产生高跨肺压，结合呼吸频率增加，从而导致更严重的肺损伤。而Sottile等[25]的研究发现，在中重度ARDS中，使用肌松剂抑制自主呼吸时，低潮气量通气时可以降低患者的肺上皮和内皮损伤标志物表面活性蛋白D(SP-D）、血管性血友病因子（vWF）及白介素-8(IL-8）。因此，机械通气保留自主呼吸时，控制潮气量的大小可能使临床受益。对中重度ARDS患者，可以考虑适当抑制自主呼吸。

2.2.3 呼气末正压

呼气末正压（positive endexpiratory pressure,PEEP）可使萎陷的小气道和肺泡再开放。PEEP过低，则呼气末容量过低，造成部分肺不张区域在吸气末肺泡复张、呼气末肺泡萎陷，产生肺泡周期性萎陷和复张，在受累区产生高剪切力及不张邻近区域的高机械应力，导致VILI，称“不张伤”。

机械通气下自主呼吸的影响与PEEP的选择有关。Kiss等[26]研究结果表明：在轻中度ARDS中，PEEP较低时，自主呼吸可能增加肺背侧区域炎症风险。在重度ARDS动物模型中发现，低PEEP下的自主呼吸会引起更大的肺内气体摆动，加重肺损伤，而最佳PEEP可使呼气末肺容量的增加，膈肌变平，产生的负胸膜压降低，从而减少自主呼吸努力，降低肺内气体摆动，减少潮气量，改善自主呼吸引起的肺损伤[8]。由此可见，ARDS患者应选择适宜的PEEP改善自主呼吸的不利影响。

2.2.4 跨肺压

保留自主呼吸时，跨肺压有利于复张塌陷的肺泡，但过高的跨肺压可使肺泡过度扩张造成容积伤，使塌陷的肺泡和正常通气肺泡间局部应力升高造成剪切伤。机械通气下自主呼吸的影响与跨肺压有关。一项重度ARDS兔模型研究发现，平台压<30 cmH2O时，强烈的自主呼吸仍会产生高跨肺压导致更严重的肺损伤[24]。ACURASYS试验中，中重度ARDS患者保留自主呼吸的患者气压伤发生率更高[27]。因此，ARDS患者进行机械通气保留自主呼吸时应注意监测跨肺压，防止跨肺压过高，加重肺损伤。

2.2.5 人机协调

ARDS患者接受机械通气治疗时，若患者的努力与呼吸机驱动做功不相匹配，即为人机不同步。人机不同步是导致P-SILI的主要机制之一[28]。双触发和反向触发是人机不同步其中两种主要形式。研究显示，100 mmHg<PaO2/FiO2<200 mmHg的ALI患者在小潮气量通气时经常发生双触发，即一次呼吸努力后连续发生两次吸气，导致潮气量远远高于设定潮气量，这可能加重肺损伤[29]。而在重度ARDS中，反向触发，即呼吸机送气触发患者自主呼吸，会产生肺内气体摆动，从而加重肺损伤[30]。因此，无论ARDS的严重程度如何，都应注意人机协调。

镇静镇痛策略是ARDS患者机械通气中重要的一部分，合理的镇静镇痛可以减少患者的焦虑、躁动，改善人机对抗，提高对机械通气的耐受性。目前多数研究建议机械通气时监测镇静水平，中重度ARDS患者可早期给予深度镇静以减少VILI的发生，而在肌松剂输注后尽量减少深度镇静的持续时间以降低病死率[31,32,33]。

神经肌肉阻滞剂在中重度ARDS机械通气中的应用一直存在着众多争议。研究表明肌松剂抑制自主呼吸可以减少机械通气天数及ICU住院天数，降低90天死亡率[27]。但也有研究表示抑制自主呼吸会增加ICU获得性肌无力的风险，且不降低90天死亡率[34,35]。目前发布的指南对于PaO2/FiO2<150 mmHg的ARDS患者病程早期持续静脉输注神经肌肉阻滞剂为弱推荐，因此临床医师应根据患者情况进行个性化调整[36,37]。

2.3 机械通气联合ECMO时自主呼吸的调节

目前相关指南建议，ECMO可给予重度ARDS患者机械通气联合治疗[38]。然而关于ARDS使用ECMO期间是否保持自主呼吸存在不同意见。2016年的一项病例报告，报告了1例早期重度ARDS患者在ECMO期间采用辅助通气并保留自主呼吸，出现了极高的跨肺压，加重了肺损伤[39]。而近年的一项ECMO支持的重度ARDS动物实验则显示与受控的近呼吸暂停通气相比，以低强度努力、高呼吸频率和极低潮气量为特征的自主呼吸在肺组织学损伤中未发现差异，表明低自主呼吸不会加重肺损伤[40]。此前有研究发现，通过设置体外CO2去除量可以调节ARDS的自主呼吸强度，当CO2去除量>80%，自主呼吸会显著降低[41]。这为调节ARDS机械通气联合ECMO下的自主呼吸提供了支持。

3、结论

ARDS机械通气时自主呼吸会对机体产生不同程度的影响，包括促进肺泡复张，改善通气和血流，提高氧合等，但也可能加重肺损伤，导致VILI及P-SILI。ARDS的严重程度对于选择是否保留自主呼吸只是影响因素之一，自主呼吸的强度是需要的重点监测与关注的一部分。通过不同的机械通气模式及参数设置、调整镇静镇痛策略、应用ECMO技术，可以调节自主呼吸，改善预后，避免自主呼吸的不利影响。因此，在临床实践中，肺保护性通气策略的实施应统筹兼顾，应根据患者情况，个体化的选择适宜的机械通气策略以更好地改善患者预后。

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文章来源:杜芷祎,孔祥莓,朱晓东.急性呼吸窘迫综合征机械通气治疗时自主呼吸的调节[J].临床儿科杂志,2024,42(04):355-360.