俯卧位通气的呼吸力学变化趋势

㊃综 述㊃
D O I :10.3760/c m a .j .i s s n .1673-436X.2015.10.018作者单位:510120广州医科大学附属第一医院 广州呼吸疾病研究所 呼吸疾病国家重点实验室
通信作者:徐远达,E m a i l :x u y
u a n d a @s i n a .c o m 俯卧位通气的呼吸力学变化趋势
孙庆文 徐远达
ʌ摘要ɔ 俯卧位通气作为A R D S 的治疗手段之一,已被证明可以改善氧合㊁减轻呼吸机相关性肺损伤㊁提高患者生存率,其中的机制包括俯卧位时呼吸力学的改善㊂通过对俯卧位通气时呼吸系统的顺应性㊁胸腹腔压力㊁肺应力应变㊁流速㊁阻力㊁呼吸功等呼吸力学方面的变化趋势分析发现,对于重度A R D S 患者,俯卧位通气能获得对患者有益的呼吸力学变化,但俯卧位通气的时机等问题仍需进一步探讨㊂
ʌ关键词ɔ 俯卧位通气;
呼吸力学;急性呼吸窘迫综合征C h a n g e t r e n d o f r e s p i r a t o r y m
e c h a n i c s i n p r o n e p o s i t i o n S u nQ i n g w e n ,X u Y u a n d a .S t a t eK e y L a b o r a t o r y o
f R e s p i r a t o r y D i s e a s e ,G u a n
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i t u t eo f R e s p i r a t o r y D i s e a s e ,t h eF i r s tA f f i l i a t e d H o s p i t a lo f
G u a n g z h o u M e d i c a lU n i v e r s i t y ,G u a n g z h o u 510120,C h i n a C o r r e s p o n d i n g a u t h o r :X uY u a n d a ,E m a i l :x u y
u a n d a @s i n a .c o m ʌA b s t r a c t ɔ P r o n e p o s i t i o nv e n t i l a t i o n ,a sat r e a t m e n to fa c u t er e s p i r a t o r y d i s t r e s ss y
n d r o m e ,c a n d e c r e a s e v e n t i l a t o r -
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f o u n d i ns e v e r ea c u t er e s p i r a t o r y d i s t r e s ss y n d r o m e p a t i e n t si n p r o n e p o s i t i o n b y a n a l y s i n
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o r d s ɔ P r o n e p o s i t i o n v e n t i l a t i o n ;R e s p i r a t o r y m e c h a n i c s ;A c u t e r e s p i r a t o r y d i s t r e s s s y n d r o m e 自从1976年第一篇文献报道俯卧位通气(p
r o n e p
o s i t i o nv e n t i l a t i o n ,P P V )能够改善A R D S 患者的氧合状态以来,以往大量的研究已经表明[1-3]
,P P V 有改善氧合㊁
减轻呼吸机相关性肺损伤(v e n t i l a t o r -i n d u c e d l u n g i n j u r y ,V I L I )等优点㊂最近的一项多中心㊁前瞻性随机对照试验表明,对于重度的A R D S 患者[吸入气氧浓度(F i O 2)ȡ0.6,氧合指数(P a O 2
/F i O 2)<150mmH g ,呼气末正压(p o s i t i v ee n d e x p i r a t o r yp
r e s s u r e ,P E E P )ȡ5c mH 2O )]来说,每天持续至少16h 的P P V 有利于减少其28d 和90d 的死亡率[4]
㊂所
以,对于重度A R D S 患者,在无明显禁忌证的情况下,可以考虑早期运用P P V 以改善患者的氧合状态和提高患者生存率㊂但目前P P V 仍存在许多问题需要解决,如应用P P V 的时机及如何实现最佳肺保护通气策略等,本文主要通过对患者从仰卧位转变成俯卧位后的呼吸力学变化进行综述,为临床更好地应用P P V 实现肺保护作用提供理论参考㊂
1 胸部和肺的顺应性变化
呼吸系统的顺应性由胸壁的顺应性和肺顺应性两部分
构成㊂
1.1 胸壁的顺应性 胸壁的移动可以分为胸廓移动和腹部移动两部分,因此胸壁顺应性可以分成胸廓顺应性以及腹壁
顺应性两部分[5]
㊂仰卧位时,由于接触面及脊柱的压迫,背
侧的胸廓及腰背的顺应性较差,而腹侧胸廓及腹壁可以随呼吸及膈肌的移动而移动,因而具有良好的顺应性㊂当转为俯
卧位不悬空腹部时,胸壁顺应性明显降低[5-6]
,因为此时腹侧
胸廓及腹壁因受接触面的压迫而扩张受限,顺应性变差,这在腹型肥胖患者表现得更为明显,这是由于其腹壁顺应性更
差,腹腔内压更高[7]
;而背侧胸廓及腰背因受脊柱的影响,在
同样未被外力压迫时比腹侧更加僵硬,更不易扩张,造成俯卧位后胸壁顺应性的下降㊂有人把胸腹腔比喻成一个联动的液压系统,那么悬空腹部是否能增加胸壁的顺应性呢?结论是否定的,因为完全悬空腹部,使得胸壁所受压力更高,导致顺应性进一步下降[
5]
㊂而使患者处于适当的头高脚低位(反转T r e n d e l e n b e r g )对减轻胸廓的压迫会有所帮助,较悬空腹部更有利于改善患者氧合状态和实现肺保护㊂虽然P e l o s i 等[8]
的研究提示,俯卧位时患者胸壁顺应性的下降程度与P a O 2的增加程度成正比关系,但其机制不能单纯用胸壁顺应性的改变来解释㊂
1.2 肺的顺应性 人体处于仰卧位时,由于受到心脏的压迫,肺组织尤其是左肺扩张受到限制,局部顺应性有一定程
度的下降[9]
,当转为俯卧位时,由于解除了心脏的压迫,背侧
㊃
197㊃国际呼吸杂志2015年5月第35卷第10期 I n t JR e s p i r ,M a y 2
015,V o l .35,N o .10
肺部的顺应性有了一定的改善㊂但由于脊柱比较僵硬,背侧肺部的顺应性增加的程度不会太大,且正常状态的腹侧胸廓比背侧胸廓有更好的的顺应性,当转为俯卧位时,由于压迫腹侧胸廓,加上自身重力的作用,此时腹侧胸内压升高的程度可能超过背侧胸内压下降的程度,即由于重力作用和解除了心脏的压迫导致的背侧肺顺应性的升高可能被由于胸廓的压迫所致的腹侧肺顺应性降低所抵消㊂研究也发现,对于非A R D S患者或者肺部无基础病变的患者来说,由仰卧位变为俯卧位时肺的顺应性会下降[10],P P V对于这类患者来
说可能是无益的㊂但对于A R D S患者或动物模型,当将其从仰卧位转为俯卧位时,肺顺应性的变化情况报道不一,有研究报道增加[5,11],但亦有报道下降[8],造成差异的原因可能是纳入研究的A R D S患者严重程度不同造成㊂对于A R D S患者来说,其基础的肺顺应性相对较差,患者肺部相当于 海绵肺 ,由于重力压迫的作用,严重的肺水肿可以把重力依赖区的气体压迫出来㊂当其转为俯卧位后,背侧区域肺部的水肿可能由于重力的作用会减轻,因为背侧区域的肺组织比腹侧区域的要多,所以总的肺顺应性可能会有所改善[6]㊂当然这也取决于肺泡的可复张性,对于肺实变局限在肺底的A R D S患者来说,病情相对也比较轻,可复张的肺泡数量占所有肺泡的数量比例较低,其转为俯卧位后肺的顺应性的改善并不会太大,此时总的肺顺应性则可能下降,但背侧区域的肺顺应性也得到一定的改善,塌陷的肺泡得到复张[12];但对于肺实变弥漫分布在整个肺实质,水肿广泛形成的A R D S患者来说,其可复张的肺泡数量比例高,转为俯卧位后由于肺泡的重新复张,背侧区域肺顺应性的增加可能超过腹侧区域肺顺应性的减少,所以总的肺顺应性增加[12]㊂由此可见,对于一个肺部无基础病变或病变较局限的轻㊁中度A R D S患者来说,俯卧位后呼吸系统静态顺应性会降低㊂但对于重度A R D S患者,其呼吸系统静态顺应性的变化取决于肺顺应性的变化以及其与胸壁顺应性的关系,俯卧位后若肺顺应性增加的程度超过胸壁顺应性降低的程度,则呼吸系统的顺应性增加[13]㊂所以俯卧位对于重度A R D S 的患者可能更加有益㊂
2胸腹腔压力的变化
2.1腹腔内压腹腔内压的变化可以通过影响跨肺压和气道压影响肺通气[14-15]㊂对于腹壁顺应性及腹腔内压正常的患者,仰卧位时,由于腹腔器官的重力作用,以及脊柱的压迫,腹腔内压力从腹侧到背侧逐渐增加,背侧区域肺底受到的压迫比腹侧区域的大㊂当转为俯卧位时,腹腔压力的梯度更加均匀,尤其是减少了背侧区域的腹腔内压,使背侧肺底受压减轻,总的腹腔压力增加不明显[7]㊂对于此类患者来说,悬空腹部与否,对腹腔内压不会产生太大的影响㊂对于腹型肥胖,腹壁顺应性降低,腹腔压力升高的患者,仰卧位时,同样由于腹腔器官的重力作用,以及脊柱的压迫,腹腔内压力从腹侧到背侧逐渐增加,背侧区域的肺底受到的压迫比腹侧区域的大㊂但由于前腹壁顺应性较差,压力变化的梯度不如腹壁顺应性正常的患者明显㊂当转为俯卧位且不悬空腹部时,腹腔内压增高[7,16-17]㊂而当俯卧位且悬空腹部时,与不悬空相比,由于其腹腔压力降低,肺底受压程度下降,有利于肺的扩张,但由于腹壁顺应性较差,肺底受压下降程度有限㊂对于腹壁顺应性高,腹腔压力升高,可能伴随着渐进性腹水增加㊁妊娠等引起腹腔容积慢性增加的患者,仰卧位时腹腔压力的梯度变化与正常腹壁顺应性的患者一样㊂当转为俯卧位时,即使腹腔内压较高,由于压迫腹壁时腹部可向身体两侧扩张,故腹腔压力的变化也在可接受的范围,进一步悬空腹部可减少对肺底的压迫[7]㊂总之,仰卧位时由于腹腔内压对背侧肺底的压迫,对于以背侧区域病变为主的A R D S患者来说是不利的㊂俯卧位后由于背侧腹腔内压的
下降,有利于背侧区域的肺底扩张㊂进一步地悬空腹部对于腹壁顺应性及腹腔内压正常的患者,可能益处不大;对于腹腔内压升高的患者,无论腹壁顺应性升高或降低,悬空腹部都可以一定程度地降低腹腔内压,减轻其对肺底的压迫,利于肺的扩张,可改善患者的通气和氧合状态,尤其是腹壁顺应性升高的患者获益更大㊂
2.2气道峰压㊁平台压研究表明,患者从仰卧位转为俯卧位后,由于上面所述呼吸系统静态顺应性的变化,平台压可表现为升高㊁下降和变化不明显[5,18-19]㊂而气道峰压可表现为升高或不变[10,20],这可能与气道峰压除了受呼吸系统顺应性的影响以外,还可能受气管导管弯曲㊁气道分泌物阻塞等多种导致气道阻力增高的因素影响有关[10]㊂因此,患者转为俯卧位时应注意气管导管位置以及气道分泌物的情况,控制好气道峰压㊂
2.3胸腔内压与跨肺压胸腔内压的变化与腹腔内压相似㊂患者处于仰卧位时,由于胸腔内压受心脏及肺组织本身重力影响,其在重力依赖区较高,而在非重力依赖区较低[21]㊂当转为俯卧位后,由于前胸壁的压迫㊁脊柱较僵硬㊁肺组织及心脏自身重力等因素的作用,胸内压梯度会更加均匀[20]㊂研究表明,从仰卧位到俯卧位,胸腔内压增加,当悬空腹部时胸腔内压增加更大[5],这与胸壁顺应性降低的结果一致㊂理论上说,胸腔内压的变化除受胸廓顺应性的影响外,还与腹壁顺应性或腹腔内压有关㊂从上述胸壁顺应性的变化可知,患者从仰卧位到俯卧位再到腹部悬空,总胸腔内压确实应逐渐增加㊂胸膜腔为一密闭的腔隙,不可直接测量胸腔内压,常用食管内压来代替[5,21],但这一方法仍很有争议㊂因为食管压的绝对值只反映背侧和腹侧连线中点的胸腔内压[21],并不能反映肺各个区域实际胸腔内压的大小㊂所以胸腔内压反映的也是局部的压力,能否反映总的胸腔内压的变化仍有争议,还需探讨更多㊁更准确合理的胸腔内压测量方法㊂跨肺压作为反映真实肺扩张压力的指标[22],与V I L I的发生密切相关㊂仰卧位时,跨肺压在非重力依赖区比重力依赖区要高,导致肺泡充盈不均匀[23]㊂与胸腔内压的变化相似,跨肺压的变化除受胸廓顺应性的影响外,还受腹腔内压的影响,腹腔内压的升高可导致跨肺压的下降[14]㊂俯卧位时,总跨肺压伴随着胸腔内压的升高而下降[5],而区域性的跨肺压则由于前面所述腹腔内压等的变化而变化不一,背侧区域的跨肺压增加而腹侧区域的跨肺压减少,从而使各个区域的跨肺压更加均匀[23],有利于减少腹侧区域肺
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泡的过度膨胀以及促进背侧区域塌陷的肺泡复张[24],使通气更加均匀,可防止V I L I的发生㊂
3阻力㊁呼吸功㊁流速㊁容量的变化
呼吸阻力主要包括弹性阻力和黏性阻力[25]㊂弹性阻力为顺应性的倒数,从仰卧位转为俯卧位时,肺的弹性阻力可表现为增加㊁下降或不变㊂但对于重度A R D S患者,俯卧位后由于肺顺应性的增加[5,11],肺弹性阻力下降,这对于肺的扩张是有利的,但此时胸壁的弹性阻力是增加的[26]㊂黏性阻力主要指气道阻力[25],俯卧位与仰卧位相比,气道阻力增加[10],可能由于气管导管弯曲等原因所致,所以患者处于俯卧位时应密切留意气管导管的位置㊂但俯卧位后有利于气道分泌物的引流,有可能使气道峰压减低,吸气阻力降低㊂呼吸功分为弹力功和阻力功[25],对于非A R D S患者,从仰卧位转为俯卧位且不悬空腹部时,由于胸廓及腹部运动受限,膈肌运动受到限制,弹性阻力增加,吸气峰流速及呼气峰流速增加,所以呼吸功增加[27]㊂对于以胸式呼吸为主的C O P D患者,俯卧位悬空腹部虽然可使腹部弹性阻力有所降低,但胸廓弹性阻力的增加更重要,可能会导致此类呼吸受限㊂此时,使患者适当的头高脚低位(反转T r e n d e l e n b e r g)有助于减轻胸廓的弹性阻力㊂
4气体交换的变化
A R D S患者由仰卧位转为俯卧位后,P a O2/F i O2明显增加已经成为共识[1-2,5]㊂其可能的机制与重力依赖区塌陷的肺泡重新复张使通气更加均匀分布㊁通气血流比值更加匹配等因素有关,其中通气血流比值更加匹配已被许多研究所证实[28-29]㊂P e t e r s s o n等研究证实[28],在P E E P为0,仰卧位时通气分布从腹侧到背侧缓慢增加,但当接近剩余25%背侧区域时,通气突然下降至比腹侧更少,而血流的分布则一直增加,最后下降不明显㊂当转为俯卧位后,背侧区域通气更多,而血流无明显减少,所以俯卧位后通气血流比值更加匹配㊂但P E E P为10时,俯卧位后通气血流比值匹配性稍差㊂H e n d e r s o n等[29]的研究却认为,仰卧位时,通气和血流都主要分布在重力依赖区(背侧),转为俯卧位后通气和血流也主要分布在重力依赖区(腹侧),但通气和血流的变化梯度不如仰卧位时明显,俯卧位后通气血流比值也更加匹配㊂还有许多研究表明,与仰卧位时相比,患者在俯卧位后其肺内分流及生理无效腔(p h y s i o l o g i c a ld e a ds p a c e,V D/V T)有所下降[2,8,13,20],这与通气血流的分布更加均匀,通气血流比值更加匹配有关㊂但转为俯卧位后P a C O2可升高㊁降低或不变[5,8,18],这可能与A R D S的严重程度不一有关㊂对于重度A R D S患者来说,由于呼吸系统顺应性的增加,俯卧位应更有利于肺泡的扩张(特别是背侧),使通气增加,P a C O2下降㊂所以该指标结果的差异可能是由于实验误差,入选患者的基础肺病变差异等造成的㊂
5肺的应力和应变的变化
在宏观水平,肺应变定义为呼吸过程中肺容积的改变量与参照肺容积的比值(әV/V0),应变多以容积的增加与功能残气量(f u n c t i o n a l r e s i d u a l c a p a c i t y,F R C)的比值来计算,即应变=әV/F R C[30]㊂而肺应力定义为肺组织结构在牵张力作用下产生的对抗牵张作用单位面积肺组织内力的大小[31],这种牵张作用力与跨肺压[气道压与胸腔内压之差]相等即应力=跨肺压=气道压-胸腔内压㊂仰卧位时,重力依赖区域的应力与应变之比最低,而非重力依赖区域的应力与应变之比最高㊂当转为俯卧位时,各个区域的应力与应变比更均匀[30]㊂仰卧位时背侧肺区域的肺泡塌陷,而腹侧肺区域的肺泡过度膨胀,导致应力集中[32]㊂在理想状态下完全同质的肺组织,当力作用于肺纤维网络时,肺的应力和应变在肺的任何区域都是相等的,也就是每一束纤维承受相同的负荷,并发生相同的形变㊂相反,如果纤维网络存在不均质性病变如肺不张㊁肺实变时,作用力将在肺实质内不均匀分布,与肺塌陷和肺实变区域相连的纤维组织将额外承受原本实变或塌陷区应承受的负荷,因此造成局部区域应力的增加[32]㊂而当转为俯卧位时,由于背侧区域肺泡的重新复张以及腹侧区域肺泡过度膨胀的减轻,有利于减轻或消除应力集中㊂M e n t z e l o p o u l o s等[26]的研究表明,俯卧位有利于增加F R C,减少跨肺压,从而减少肺的应力和应变㊂如前所述,俯卧位有利于降低跨肺压[5],或使跨肺压的分布更加均匀[23], F R C也增加[8,24]㊂总之,俯卧位有利于减轻肺的应力和应变并使应力和应变分布更加均匀,有利于预防V I L I的发生㊂此外,严重的血流动力学障碍为俯卧位通气的相对禁忌证㊂研究表明,俯卧位后由于胸㊁腹部扩张受限㊁腹腔内压升高等原因,使静脉回流及心排血量减少[16],特别是对基础腹腔内压较高的患者来说更是如此㊂但也有研究表明,俯卧位后由于腹腔内压的增加,静脉回心血量也会增加,而肺血管阻力下降,且对于有前负荷储备的患者可以提高心指数[17]㊂上述研究结果不同的原因可能是由于基础腹腔内压的差异以及腹部悬空的程度不同㊂对于腹腔内压正常的患者,俯卧位通气对腹腔内压影响不大或使其轻度升高,有利于静脉回流,心输出量增加㊂但对于基础腹腔内压较高的患者来说,俯卧位后腹内压进一步升高可能使下腔静脉塌陷,血液回流减少[17],此时适当的悬空腹部也许能减缓腹内压的升高,减轻由于其对下腔静脉压迫作用造成的血流动力学影响㊂
6结论与展望
综上所述,P P V作为重度A R D S的有效治疗手段之一,已得到广泛的认可㊂P P V时有益的呼吸动力学变化对于改善患者氧合状态㊁减轻V I L I等都是有好处的,但以往多年的研究并未表明P P V可提高患者生存率㊂而最近有研究证明P P V可以提高患者生存率的原因可能与其样本量足够大㊁研究对象为重度A R D S患者及P P V早期使用(在肺损伤的改变尚能逆转的时候进行干预)并持续较长时间(16h以上)等有关㊂对于P P V的临床应用,目前仍有许多问题需要阐明,如P P V治疗的受益对象㊁P P V的早期应用及持续时间㊁P P V时如何悬空患者腹部㊁悬空的程度及针对个体化患者的设定等㊂
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p r e v e n t i o n[J].E u rR e s p i r JS u p p l,2003,47:15s-25s.
(收稿日期:2014-07-02
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㊃简讯㊃中国抗癌协会肿瘤介入专业委员会呼吸内镜分会
顾问:杨仁杰北京大学肿瘤医院
王广发北京大学第一医院
李强上海长海医院
李时悦广州呼吸疾病研究所
金发光第四军医大学唐都医院
王国本美国霍普金斯大学
主任委员:王洪武煤炭总医院
副主任委员:陈良安解放军总医院
赖国祥南京军区福州总医院
张杰北京天坛医院
曾奕明福建医科大学附属第二医院学术委员(按姓氏字母排序):
白冲上海长海医院
蔡志刚河北医科大学第二附属医院
陈成水温州医学院
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李王平第四军医大学唐都医院
李润浦河北保定第二中心医院
林殿杰山东省立医院
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孙加源上海交通大学附属胸科医院
田庆解放军总医院
王昌惠同济大学附属第十人民医院
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王萍北京306医院
王孟昭北京协和医院
王晓平山东胸科医院
王臻北京朝阳医院
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赵军北京大学肿瘤医院
张新上海复旦大学附属中山医院
章巍北京大学第一医院
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㊃597㊃
国际呼吸杂志2015年5月第35卷第10期I n t JR e s p i r,M a y2015,V o l.35,N o.10。