呼吸机相关性肺损伤

NEJM：呼吸机相关性肺损伤

2013-12-02 18:52

机械通气的目的在于为机体提供足够气体交换的同时使呼吸肌获得休息。1952年丹麦哥本哈根的脊髓灰质炎大流行期间的实例证实，通气支持是必不可少的，正是由于机械通气的应用，使得瘫痪型脊髓灰质炎患者的死亡率由80%降至约40%。

尽管该治疗方法优点显著，但许多患者在采用机械通气后，即使动脉血气结果正常，依然不能免于死亡。这种死亡是由多因素造成的，包括机械通气的并发症，如气压伤（各种气体泄漏）、氧中毒、血流动力学改变。在脊髓灰质炎大流行期间，研究者发现机械通气能够引起肺的结构性损伤。

1967年，呼吸机肺一词出现，用于描述接受机械通气的患者尸检中发现的肺弥漫性肺泡渗出和透明膜形成的病理改变。近期，机械通气可使已受损的肺脏损伤加重并可对正常肺脏造成损伤这一现象又重新引起了大家的关注。这种损伤以炎症细胞浸润，透明膜形成，血管通透性增加和肺水肿为其病理特征。

这些由机械通气引起的肺部改变被称为呼吸机相关性肺损伤。1744年，John Fothergill探讨了一例由煤烟暴露所致“貌似死亡”的患者在采用口对口复苏法后抢救成功的案例。Fothergill发现，口对口复苏法的应用优于风箱，因为“一个人正常肺脏所能承受的压力正好等于另一人用力呼气产生的压力。而风箱产生的压力常常是不稳定的。” Fothergill显然很明白由风箱（如呼吸机）产生的机械力会引起肺损伤。

然而，直到本世纪初，一项证实减少急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者呼吸机相关性肺损伤的肺通气策略能够降低患者死亡率的研究出现，才使成人呼吸机相关性肺损伤的临床意义得以明确。鉴于呼吸机相关性肺损伤的临床意义，本文将对该损伤的发生机制，生物和生理学改变，预防及降低其危害的临床策略进行综述。

病理生理学特征

肺内压力

人的一生需要进行约5000000次呼吸。每次呼吸时肺膨胀所需的压力等于克服气道阻力、惯性阻力（以及肺部的弹性阻力所需的压力总和。当气体流速为0（例如：吸气终末）时，维持肺部膨胀的力量为跨肺压（肺泡压减胸内压）（见图1）。因此肺容量和跨肺压二者是密不可分的。

图1 ：胸内压和肺顺应性

图A：肺功能正常的患者自主呼吸状态下吸气终末肺泡压（Palv）为0，胸内压为负压（-8cm水柱），产生+8cm 水柱的跨肺压（Ptp）（Palv-Ppl）。图B：患者全麻状态下采用相同潮气量进行正压通气时，肺脏延展状态与图A 类似，肺泡压9cm水柱，胸膜压1cm水柱，产生跨肺压为+8cm水柱。图C：对于严重肥胖，大量腹水或胸膜渗出且胸廓固定的患者，呼吸机提供的压力大部分用于胸壁的扩张而非肺部。因此产生很高的平台压，但胸内压也相应增高，因此不会出现跨肺压增高和肺过度膨胀。图D：音乐家在吹奏喇叭时能产生150cm水柱的气道压力。但由于呼吸肌使胸膜产生正压，因此跨肺压仍在正常范围。图E：有明显呼吸困难的患者接受由呼吸机主动收缩触发的辅助通气（例如：无创通气或压力支持通气）。此时胸内压的负值可增大，即使在气道压力只有10cm水柱的情况下，也可导致很高的跨肺压。

局部肺组织过度膨胀是引起呼吸机相关性肺损伤的关键因素。由于目前尚缺乏广泛认可的、用于测量局部的肺过度膨胀，以及在通气过程中限制肺膨胀所需的压力的临床手段作为限制肺过度膨胀的替代策略。目前虽有合理的治疗方法，但从生理学角度来看各种测压方法的实用性和不足更为重要。

肺泡压在临床上较易检测，在气体流速为0时，肺泡压等于气道压力；对接受机械通气的无法自主呼吸的患者而言，在吸气终末气流停止时所测量到的气道压力被称为平台压。不幸的是，胸内压——计算跨肺压所需的另一变量则更加复杂。胸内压存在重力梯度，临床上只能通过测量食管内压进行估算。这种测量方法操作繁琐，并且只能得到估算的结果。因此平台压成为了临床上最常用于提示肺过度膨胀的指标。

然而，对平台压的诠释仍存在细微的差别。若患者无自主呼吸，平台压就表示扩张肺及胸廓的压力。对于胸廓固定的患者（如有胸腔积液或大量腹水的患者），呼吸机产生的压力大部分用于胸

廓的扩张而非肺部的膨胀。因此，在这种情况下，高的气道压力—平台压—并不能代表肺膨胀所

需的额外的压力（如升高的跨肺压，图1 C）。

以此类推，当音乐家演奏喇叭时，气道压力可高达150cm水柱，但却很少造成气胸，因为胸内压

也同时升高，并不引起肺过度膨胀（图1D）。相反，在无创通气时，如果患者有明显的呼吸窘迫，则会使胸内负压增大，尽管气道压力很低，跨肺压（因而肺扩张）仍变得相当地高。（图1 E）

生理损伤因素

以下部分将提及造成呼吸机相关性肺损伤的的主要生理因素。其他的因素（如呼吸性酸中毒，呼

吸频率，肺血管压，体温）已经在试验中被证实与呼吸机相关性肺损伤相关。但是这些因素可能

仅为二级效应，本文将不会对这些因素进行深入的讨论。

高肺容量通气

呼吸机相关性肺损伤的出现是由于在肺容积（绝对值）增高时进行通气，进而导致肺泡破裂，气

体泄漏和各种气压伤（如，气胸，纵膈气肿，和皮下气肿）（图2）气压伤这一名词并不恰当，因为引起气体泄漏的关键因素是局部肺组织的过度膨胀，而非增高的气道压力本身。（图1 D）

由肺过度膨胀而引起的更细微的损伤可表现为肺水肿。在一项经典试验中，Webb和Tierney采用

了最高的气道压力和零呼气末正压（PEEP）对大鼠进行通气（从而造成肺过度膨胀）后，试验动

物出现了低氧血症，尸检时发现存在血管周围和肺泡水肿。在采用最高气道压力和10cm水柱的PEEP进行通气的动物中未发现水肿，表明过度膨胀和低呼气末肺容积之间的相互作用与肺损伤有关。但相互作用的具体机制尚不清楚。

图2：低肺容量通气和高肺容量通气均可造成肺的结构性损伤如上皮-间质转化、支气管上皮脱落、肺水肿等生理和生物学改变，并对全身产生影响。

Dreyfuss等人发现采用高潮气量进行机械通气的动物会出现肺水肿，然而采用相同的气道压力，

同时用绷带缠绕胸腹部以降低潮气量进行机械通气的动物则不出现肺水肿。因此他们的试验证实

容量（如，肺扩张）而非气道压力，是导致损伤的最重要的因素，这一发现使得他们将二者合成

为一新的名词“容量伤。”

呼吸机相关性肺损伤这一名词尽管已经得到广泛的认可，但也可能是不恰当的。导致损伤的首要

因素是肺过度膨胀，这一改变可由其他因素所致而非呼吸机的应用因引起。

例如，Mascheroni等人向存在自主呼吸的绵羊的小脑延髓池中注入水杨酸钠，使得分钟通气量显

著增高,每次呼吸时肺泡均过度膨胀。随后，实验动物出现低氧血症，伴随肺弹性丧失和严重的形

态学改变，这与机械通气中肺损伤的改变一致。在注射了水杨酸钠后采用不造成肺过度扩张的控

制性机械通气的实验动物中则不出现这种改变。

∙低肺容量通气

在低肺容量（绝对值）时进行机械通气也会造成损伤，造成这种损伤的机制是多样的，包括气道

和肺单位反复开闭，表面活性物质功能改变，和局部缺氧。这类损伤被称为“肺萎陷伤”，其特征为

气道上皮脱落，透明膜形成和肺水肿。肺萎陷伤对肺的影响更加严重，这与均一性机械通气有关。Mead等人进行的某项经典试验表明施加在肺实质边缘有通气和膨胀不全之间部位的牵拉力可以达

到肺其他部位牵拉力的4-5倍。

∙生物损伤因素

前文中提及的生理损伤因素会直接（损伤各种细胞）或间接（激活上皮细胞，内皮细胞，或炎症

细胞的细胞信号通路）造成各种细胞内介质的释放。某些介质能直接损伤肺组织；某些的介质会

使肺逐渐形成肺纤维化。其他的介质则作为归巢分子使得细胞（如中性粒细胞）向肺部聚集，向

肺部聚集的细胞所释放出的分子可对肺部造成更大的伤害。（见图2）。

这个过程被称为生物伤。从含气空腔进入循环系统的炎症介质，细菌或脂多糖可进入肺，从而造

成肺泡-毛细血管通透性增加，这种改变存在于ARDS中，可由容量伤或上皮细胞微撕裂造成。这

种移位可以引起多器官功能障碍和死亡。（见图2）

临床治疗

对呼吸机相关性肺损伤重要性的认同使得应用机械通气的观念较以往发生了很大的改变，机械通

气以往的目标为降低呼吸功的同时维持气体交换，现在的目标增加为减轻呼吸机相关性肺损伤的

同时提供维持生命所需的气体交换。

在临床实践中，这意味着在调整呼吸机参数时将面临艰难的取舍。例如，是采用小潮气量，容许

有风险（如呼吸性酸中毒所致的颅内压增高）存在的动脉CO2分压（PaCO2）增高，还是采用能使PaCO2降至正常，但却会造成肺损伤的的大潮气量来进行机械通气呢？在以前，往往会选择大

潮气量，而现今的理念却更倾向于选择小潮气量，进而使肺免受损伤。

通气策略

用于最大程度避免肺损伤的通气策略多种多样：小潮气量用于限制肺过度膨胀，高PEEPs用于防

止低肺容量引起的肺损伤（肺萎陷伤），和持续采用约35cm水柱的气道压力的复张手法（用于复张塌陷的肺单位）。增高的压力能使肺的局部塌陷膨胀，减少通气的不均一性。下文将会对采用

这些方法进行干预的研究进行简要的回顾。