重症医学

急性呼吸窘迫综合征的另一种选择?

作者: 郑忠骏 来源: 急诊医学资讯 日期:2017-03-23
导读

         

        概述

        急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是指肺内、外严重疾病导致的,以肺毛细血管弥漫性损伤、通透性增强为基础,以肺水肿、透明膜形成和肺不张为主要病理变化,以进行性呼吸窘迫和难治性低氧血症为临床特征的急性呼吸衰竭综合征。由于肺泡的塌陷引发顽固性的低氧血症,因此呼吸机支持模式在ARDS的治疗中至关重要。当ARDS患者发生部分肺组织塌陷需要复张时,机械通气模式中的气道压力释放通气模式(APRV)可避免反复肺泡塌陷和肺泡复张,避免因此造成的肺损伤。本文将针对机械通气模式中的气道压力释放通气模式(APRV)进行综述。

        要点

        1.APRV模式的优缺点与其两个组成部分相关:高平均气道压和自主呼吸通气。

        2. 多项研究结果表明,APRV模式对患者生理机能更受益,并可改善氧合、镇静水平、血流动力学及呼吸动力学等临床疗效。

        3. 尚无研究报道,APRV模式与传统通气模式相比可降低患者病死率。

        4. APRV模式是一种很有前景的机械通气模式,在其广泛应用于临床前仍需要更多的研究支持。

        1 背景

        在ARDS早期,炎症导致肺表面活性物质减少,肺泡表明张力增加,从而引起多部位的肺组织肺泡发生塌陷。肺表面活性物质的减少引起的肺泡塌陷与早产儿的肺组织肺泡塌陷机理相近,其结果均为肺组织充气减少,肺内分流以及顽固性低氧血症。

        治疗肺泡塌陷的方法为“肺复张”策略,该策略是由Lachmann教授首先提出Gattinoni等发现,塌陷的肺组织约有0~50%甚至更高的比例可被复张。目前有各种各样的方式使损伤的肺组织复张,方法的选择一般基于患者个体的差异以及机械通气的模式。

        本文将针对APRV模式进行综述,该通气模式可能对需要肺复张ARDS患者肺组织有一定效果。APRV模式的提出是基于肺保护策略,该模式在使塌陷肺泡复张的情况下将机械通气造成的肺损伤降至最低。

        2 保护性通气的基本原则

        当我们以肺内压为X轴,肺内容积为Y轴作图时,即可得到“肺顺应性曲线”.该曲线有两个拐点,两个拐点之间的斜率较大,其代表的即是肺顺应性越大。在低位拐点以下水平,肺泡容易塌陷;而高位拐点以上水平,肺泡则过度膨胀导致弹性下降。为了尽可能的保护肺组织,在机械通气下维持肺组织处于高位拐点和低位拐点之间将是人工通气最重大的挑战!

        PEEP防止肺泡塌陷:

        在机械通气过程中,肺组织中的压力极低,从而导致呼气末肺泡塌陷。随着每一次的呼吸循环,肺泡将周期性塌陷膨胀,引起周期性肺不张。由此可能引发炎症介质的释放并造成永久性的肺损伤。

        呼气末正压通气(positive end-expiratory pressure,PEEP)是针对肺泡的周期性塌陷复张的解决方法,在设置PEEP时应考虑肺顺应曲线的低位拐点。

        Villar等学者设定高于低位拐点2cm H2O的PEEP值和低潮气量为实验组,低PEEP值(5cm H2O)和高潮气量为对照组,比较实验组和对照组的患者结局。由于对照组的死亡率显著高于实验组(53%vs 32%,P=0.04),该研究提前终止。

        小潮气量防止肺泡过度膨胀:

        当潮气量超过肺顺应性高位拐点时,造成肺组织过度膨胀以及肺容积损伤,严重时可能导致气胸、纵隔气肿,甚至肺破裂。肺组织过度膨胀还可能引起血液循环中炎症介质的释放。因此,应尽量避免和限制高潮气量。

        “TheARDS Network”在一项多中心的随机对照研究中报道:接受小潮气量机械通气的患者相比应用传统潮气量的患者死亡率更低。该研究将入选患者随机分配到两个组,实验组接受6ml/kg的潮气量和小于30cm H2O的平台压,对照组为12 ml/kg的潮气量和小于50cm H2O的平台压。对入选患者进行随访观察直到患者出院回家或无需呼吸支持。研究入选的861例患者中,小潮气量组的病死率显著低于传统潮气量组(31%vs 40%)。

        此外,小潮气量可能与炎症反应的更快速衰竭相关。Amato等学者将58例患者随机分配至潮气量为6ml/kg和12ml/kg的两组中,PEEP值设置为高于肺顺应性曲线低位拐点。在研究28天时,实验组有62%的患者存活,而对照组仅29%的患者存活。然而,研究结果显示许多临床问题问题均与对照组的高死亡率相关。

        根据以上研究显示,小潮气量加上合适的PEEP值可保证肺组织的复张,是目前针对ARDS患者机械通气的标准化治疗方案。

        3 APRV:一种允许自主呼吸的压力控制通气模式

        气道压力释放通气模式(Airwaypressure release ventilation,APRV)由Stock等学者于1987年首次提出,APRV模式本质上是一种压力控制模式,临床医生通过设置不同的压力来调节。在该模式的整个呼吸周期中允许患者进行自主呼吸(图2)。

        开始通气前首先设定一个高气道压(P high),当高气道压短暂而快速地释放至另一较低水平(通常为0cm H2O,P low)时触发控制通气,该模式允许肺部分收缩,此后在不稳定的肺泡发生塌陷之前迅速恢复至高气道压。

        理论上,APRV模式中最佳的压力释放时间(处于低气道压的短时间内,Tlow)应取决于呼气流量的时间常数。时间常数(t)指呼出63%肺容积所需的时间,其计算公式为:t = C × R。C代表肺组织和胸壁的顺应性,R代表人工气道和自然气道内的阻力。在一些引起肺顺应性降低的疾病中(比如ARDS),时间常数通常将缩短。一次呼气(肺内容积呼出至没有呼气流量)所需的平均时间大约为4倍的时间常数。

        由于压力释放时间远远短于处于气道高压的时间,残留的空气保留在气道内,造成了一个自发性PEEP。理想情况下,该自发性PEEP应足够高以避免肺泡塌陷(理想情况下应高于低位拐点)。在APRV模式中,自发性PEEP取决于呼吸机的设置,这种有意的限制呼气流量的通气模式对于避免不稳定的肺泡单位塌陷是至关重要的。

        处于高气道压的时间(T high)通常占整个呼吸周期的80%至95%,这就意味着肺泡在整个呼吸周期约有80%~95%的时间处于膨胀状态,处于低压的时间(Tlow)大约为0.6s到0.8s。

        因此,APRV模式的设置提供了一个相对较高的平均气道压力,该压力可防止不稳定的肺泡单位进一步塌陷,随着时间的推移还可使受损肺组织中的肺泡复张。APRV模式与绝大部分传统机械通气模式的区别在于:APRV模式的平均吸气压力为最大值,呼气末压力取决于自发性PEEP值。此外,在整个APRV通气模式过程中允许患者进行自主呼吸。

        与APRV相似的模式:

        与APRV模式相似的机械通气模式是双相气道正压通气(BiPAP)和双水平通气。BiPAP与APRV模式的区别在于高气道压(Phigh)和低气道压(Plow)所占的时间。在BiPAP模式中,高气道压(P high)的时间通常短于低气道压(Plow)的时间。因此,为了避免肺泡塌陷,必须将低气道压(Plow)设置为大于零,同时分别设置一个高PEEP值和一个低PEEP值。

        尽管BiPAP已知的高低压力可能使它更容易被预测,但目前尚没有研究表明APRV与BiPAP孰优孰劣。

        双水平通气与APRV模式工作原理相同,但双水平通气模式包含压力支持的自主呼吸模式。压力支持的使用可能会影响无支持的自主呼吸产生的积极的生理效应。然而,这种模式可能对APRV模式下产生的严重高碳酸血症有益。

        4 APRV模式的初始呼吸机设置

        如上所述,高气道压(P high)和处于高气道压的时间(Thigh)的设置是为了增加吸气末肺容积、复张肺泡、改善氧合。低气道压(Plow)和处于低气道压的时间(Tlow)则调节呼气末肺容积,他们的设置是为了防止肺泡塌陷并保证充足的肺泡内通气。

        P high:在选择初始高气道压时,我们通常在传统模式下使用一种可接受的保护策略(如容量控制模式)来测量患者的气道平台压。假如平台压低于30 cm H2O,则设定所得到的平台压为“Phigh”值。假如平台压高于30 cm H2O,设定30 cm H2O作为初始“P high”值,以此减少肺泡峰压和肺组织过度膨胀的风险。

        P low:设置为0 cm H2O。

        T high:初始设置为4s,必要时可调整。

        T low:处于低气道压的时间可能是设置中最困难的一部分,因为它必须足够短以避免肺泡塌陷,同时还需要肺泡在该时间内完成充分的通气。我们通常将该值的初始时间设置为0.6s至0.8s。

        5 APRV模式呼吸机设置的调整

        低氧血症:

        APRV模式中影响氧合的可控变量包括:

        · 平均气道压(主要取决于P high和T high)

        · 部分吸入氧浓度(FiO2)

        不充分的氧合通常需要增加上述一项或两项设置。

        APRV模式中影响肺泡通气的可控变量包括:

        · 气道压力斜率(P high 减 P low)

        · 气道压力释放时间(T low)

        · 气道压力释放频率。该频率与呼吸机总周期相关,其方程为:frequency = 60/cycle time = 60/(T high + T low) 。

        由以上方程可得,保持T low不变,调整T high即可改变气道释放频率(肺保持膨胀时间越长,呼吸频率就越低)。相反,一些呼吸机允许对频率进行调整,这将使得Thigh成为独立变量。APRV模式的目标是复张肺泡并改善氧合,因此我们通常不会改变气道压力斜率来增加通气。

        在临床实践中,医生很少会通过计算每位患者的时间常数(t)来设置T low。因此,T low通常是根据呼吸机上的流速-时间曲线进行调整,当呼气流量达到峰流量的40%时压力释放结束,约等于一个时间常数。

        高碳酸血症:

        肺保护性通气策略中一个常见并可预测的并发症为高碳酸血症,由于其在一定范围内是可接受的,因此也被称为“允许性高碳酸血症”。在APRV模式中,一定程度的二氧化碳潴留并不罕见。当PaCO2异常增高时,我们通常可通过缩短Thigh来增加压力释放频率。应当注意的是,这样的调节可能会使平均气道压减低从而影响肺泡复张。

        自主呼吸:

        APRV允许患者进行自主呼吸,这个优势将有助于患者增加呼吸机耐受性。一些关于ARDS患者使用APRV模式的研究中显示,自主呼吸约占总分钟通气量的10%-30%,且自主呼吸有助于改善通气灌注的匹配和氧合。我们通常会逐步增加患者镇静程度,使自主呼吸的目标至少达到总分钟通气量的10%。

        6 APRV模式的报警

        APRV的报警应谨慎处理,避免因此造成肺泡塌陷。一些学者建议每次将Phigh降低2-3 cm H2O、T high延长0.5s至2.0s。

        一旦P high达到16 cm H2O,T high为12s至15秒时,自主呼吸占大部分甚至全部分钟通气量,呼吸机模式可改为持续正压通气模式(CPAP)并降低支持力度。一般来说,当患者已行气管切开,CPAP模式为5-10 cm H2O时,患者的精神状态、气道保护能力和气道分泌物等均不是禁忌症。

        7 APRV模式中自主呼吸的生理影响

        对呼吸系统的影响:

        在自主呼吸过程中,膈肌收缩造成的最大位移能够给机体提供最好的通气。与自主呼吸患者相比,机械通气患者吸气时可提供呼吸的肺组织移动较小。

        一项使用计算机断层扫描(CT)的研究发现,使用呼吸机的急性肺损伤患者肺容积的减少主要位于下叶肺组织(依赖区域)。其机制可能为急性肺损伤导致肺组织的重量增加以及膈肌上移引起的下叶肺组织的被动塌陷。

        目前已有的研究证实,拥有自主呼吸的ARDS患者与呼吸肌麻痹的患者(无自主呼吸、深镇静)的肺塌陷分布区域并不相同。特别是ARDS患者中,并非肺密度并非集中于呼吸机依赖区域。

        APRV模式加上自主呼吸比单纯机械通气时氧合更好,这种影响至少部分归因于肺组织的复张和肺通气依赖区域的增加。

        Putensen等比较了24例ARDS患者的通气灌注分布情况,这些患者被随机分配至具有自主呼吸模式的APRV组(自主呼吸大于总分钟通气的10%)、无自主呼吸设置的APRV组以及压力支持通气组(PSV)。研究发现,具有自主呼吸的APRV组改善了通气灌注的匹配并增加了全身血流量。

        Meumann等近期对具有自主呼吸设置的APRV模式和无自主呼吸设置的APRV模式对肺损伤动物模型中通气灌注的影响进行了研究。具有自主呼吸设置的APRV模式增加了横膈附近肺组织的通气,主要为通气依赖区域。自主呼吸对机械通气的空间分布和肺灌注具有显著的影响。

        基于以上研究,我们通常使用没有压力支持的APRV模式。这个策略可以让肺复张并扩张通气依赖区域。

        对心血管系统和血流动力学的影响:

        Rasanen等在一个动物模型中比较了APRV模式、自主呼吸以及持续正压通气时的心血管功能差异。APRV模式和自主呼吸之间未发现心血管功能的差异。相比之下,持续正压通气将使血压下降、容量减少、心输出量降低并减少氧输送。

        Falkenhain等在一个随后的病例报告中发现,一个需要机械通气的患者的呼吸机模式从带PEEP的间歇指令通气模式改为APRV模式后,其心输出量得到改善。

        APRV模式对心血管功能无害处的可能归因于该模式中的自主呼吸部分。自主呼吸时胸腔内压减小(相比呼吸肌麻痹无自主呼吸的患者),从而增加静脉回流和心脏充盈,进而提高心输出量和氧输送。

        Hering等比较了带自主呼吸的APRV模式(自主呼吸至少占30%的总分钟通气)和无自主呼吸的APRV模式的12例急性肺损伤(ALI)的患者。研究结果显示,带有自主呼吸的APRV模式组中的患者肾血流量、肾小球滤过率和渗透压间隙更高。

        此外,Hering等还在肺损伤的动物模型中研究了带有自主呼吸的APRV模式对肠血流量的影响。研究发现带有自主呼吸的APRV模式可提高动脉氧合、全身血流动力学情况、胃和小肠区域灌注。

        8 APRV模式的动物研究

        Stock等最早于1987年发布有关狗的APRV研究。在该研究中,10只可能得了ARDS的狗被随机分配至两个组中,分别为APRV模式组和容量控制模式组(带PEEP的哈佛呼吸机)。研究发现,与容量控制相比APRV可提供充足的肺泡通气,具有更低的气道峰压,并提供更好的动脉氧合(在相同的潮气量和平均气道压下)。

        Martin等在七只患有急性肺损伤(ALI)的新生的羔羊上对压力支持通模式、APRV模式、容量控制模式和自主呼吸模式四种呼吸模式进行研究发现,APRV模式与压力支持通气模式相比在维持氧合的情况下扩张肺泡通气。APRV模式与容量控制模式相比还可使通气水平维持在一个较低的气道峰压下。因此作者得出结论:在他们的急性肺损伤动物模型中,APRV模式是一个非常有效的维持氧合和支持肺泡通气的模式,且它对心血管系统影响最小。

        9 APRV模式的人类研究

        Garner等研究了14例冠状动脉血管重建术后的患者,给予容量控制模式(12ml/kg),然后当他们血流动力学稳定时再给予APRV模式。在这些患者中,APRV模式和容量控制模式支持下的肺通气功能和动脉氧合均无显著差异,但容量控制模式的气道峰压更高。

        Rasanen等设计了一项前瞻性、多中心的前后较差试验,该试验中入选的50例急性肺损伤(ALI)患者先接受传统机械通气,之后使用APRV模式。两组患者均获得充分的通气和氧合。然而,在上述研究中,APRV组的气道峰压比传统通气组更低。

        Davis等研究了15例需要机械通气的ARDS患者,这些患者首先接受加用PEEP的间歇指令通气模式,之后再使用APRV模式。结果显示,APRV模式中气道峰压较低,但平均气道压更高。两种模式在气体交换和血流动力学影响上没有显著统计学差异。

        Putensen等的一项基于前期发表数据的研究将30例多发伤患者随机分为两组,一组使用带自主呼吸的APRV模式(n=15)72小时,另一组接受压力控制通气模式(n=15)72小时。APRV模式与肺顺应性、氧合改善和肺内分流减少密切相关。有趣的是,APRV模式与压力控制通气相比,机械通气时间更短(15天vs21天)、ICU主要时间更短(23天vs30天)、镇静药物和血管活性药物使用时间也更短。

        值得注意的是,该研究中存在一个重要的混杂因素,接受压力控制通气模式的患者最初即已经深镇静,这可能有利于APRV组。

        Varpula及其同事进行了一项前瞻性随机干预研究,以确定俯卧位通气时APRV模式和具有压力支持的压力控制同步间歇指令通气模式对氧合的影响是否存在差异。45例急性肺损伤患者在72小时内被随机分配并接受其中一种机械通气模式。最终有33例患者接受并纳入研究。所有患者每天均会接受俯卧位通气1~2次,每次6小时。结果显示,接受1次俯卧位通气时,两组间氧合无显著差异。当接受2次俯卧位通气后,APRV组氧合显著改善。作者因此得出结论,使用APRV模式时俯卧位和允许自主呼吸对气体交换有利。

        Varpula等在2004年再次报道将58例急性肺损伤患者随机分配并接受APRV或压力控制同步间歇指令通气模式。其结果显示两组在脱机时间、镇静时间、血液透析时间和ICU住院时间等重要临床预后指标方面并无显著差异。

        Dart等在一项回顾性研究中报道了46例接受APRV通气模式72小时的创伤患者,研究发现开始APRV模式进行通气后,PaO2/FiO2比例得到改善,气道峰压则下降。

        总之,大多数研究表明APRV模式可获得生理学受益,改善临床结局如氧合、镇静药物使用、血流动力学变化和呼吸动力。然而,尚没有研究报道APRV模式与传统通气模式相比可降低病死率。

        10 APRV模式的争议

        过度牵张:使用APRV模式时一个主要的争议时过度牵张肺实质。重要的是要认识到,在选择P high设置时,该变量不是决定潮气量的唯一因素。自主呼吸可降低胸腔内压力。因此,跨肺压则会增加(肺泡内压减去胸腔内压)。此时跨肺压的增加将会导致更高的潮气量、肺过度牵张和潮气量相关肺损伤的风险。

        肺不张:如前所述,每一次呼吸循环时的气道开放和闭合可能会对肺造成损伤。当呼气末压力低于低位拐点时最严重,此时病变的肺泡单位就可能塌陷。APRV模式下,气道压释放至零。尽管自发性PEEP可能会保持一定的呼气末压力,但该蚕食是真正的不收控制的。

        当患者无法自主呼吸时:另一个需要考虑的问题是,APRV模式的诸多优势均基于其自主呼吸那一组成部分。不幸的是,需要深度镇静或神经肌肉麻痹的患者由于缺乏自主呼吸,可能会失去使用该模式的生理优势。

        可能的禁忌症:平均气道压增高导致的颅内压增高和大的支气管胸膜瘘。

        尽管APRV模式有一定的限制,但其展现了许多极具吸引力的优势,为不能耐受传统机械通气的患者提供了更多的选择(完)。

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