机械通气治疗支气管哮喘的生理学基础与策略

机械通气治疗支气管哮喘的生理学基础与策略

《中华结核和呼吸杂志》2014 年7 月第37 卷第7 期P549-551

重症支气管哮喘（简称哮喘）可分为两种基本情况：(l) 突然发作或加重，治疗不及时，可于短时间内迅速死亡，以速发炎症反应为主，病理改变为严重气道痉挛；(2) 哮喘进行性加重，以迟发性炎症反应为主，表现为气道黏膜的水肿、肥厚。近年来，随着哮喘合理规范治疗的普及，尽管其发病率呈逐年上升趋势，但病死率明显下降。

急性重症哮喘发作是导致哮喘患者死亡的主要原因，患者发作时具备以下特点：辅助呼吸肌活动、明显三凹征、奇脉（吸气时收缩压较呼气时降低>25 mmHg，1 mmHg=0.133 kPa）、心率>110 次/min、呼吸频率>25 次/min，语言断续或不能说话，FEV1 占预计值%<50%，动脉血氧饱和度<91%。

此类患者中约4% 会发展为呼吸衰竭，需要机械通气支持。如何合理正确的使用机械通气，减少并发症，改善哮喘患者预后，成为呼吸与危重症医学医生所必备的素养。

一、哮喘急性发作时病理生理特点

哮喘急性发作时支气管平滑肌痉挛，支气管管壁炎症细胞浸润和气道黏液分泌显著增多，导致气道阻塞。危重哮喘的气道阻塞等相应病理变化更为严重，并随病情进展而愈益严重，引起一系列病理生理变化。

1．呼吸力学改变：急性重症哮喘患者最主要特点是肺过度充气(pulmonary hyperinflation，PHI)，临床表现为功能残气量(functional residual capacity，FRC) 增加，严重时可达正常的两倍，导致FRC 多接近P-V 曲线的高位拐点(upper inflection point，UIP)，甚至FRC 超过UIP。

造成肺过度充气的主要原因是呼气气流的极度受限，其原因可分为两类：(1) 呼气气流的驱动力减弱：这主要是由于肺组织的弹性回缩力降低及呼气期间吸气肌持续收缩导致胸廓存在较大的外向弹力。(2) 气道阻力的增加：这主要与发作时气道严重狭窄和呼气时声门变窄有关。

这些改变使呼吸系统的时间常数（气道阻力和肺泡顺应性的乘积）显著增加，呼气时间明显延长，以致在下一次吸气之前，肺组织尚未达到静态平衡，即未能回复到正常的功能残气位，结果导致呼气末肺泡内压力为正值，这种现象称为内源性PEEP(intrinsic positive end-expiratory pressure, PEEPi)。

PEEPi 的水平和PHI 的程度主要与潮气量，呼吸系统的时间常数和呼气时间有关。急性重症哮喘患者的气道狭窄在肺内存在严重分布不均现象，这主要表现为解剖上（黏液痰栓、炎症水肿和气道痉挛所致气道狭窄）和功能上（由于呼气时胸内压的增加导致远端气道的陷闭）不均匀。

危重哮喘往往具有较高水平的PEEPi。根据气道狭窄情况，可将哮喘患者的肺组织大致分为4 类：(1)没有气道阻塞和PHI 发生的区域；(2)气道在整个呼吸周期中始终阻塞的区域；(3)气道阻塞只发生在呼气过程，从而导致PHI 和PEEPi 的发生；(4)气道在整个呼吸周期中一直处于部分阻塞的区域，其所产生的PHI 和PEEPi 没有(3) 严重。

由于上述4 类肺组织存在时间常数上的差异，导致正压通气时大部分潮气量分布于(l) 类肺组织中，而此类肺组织在哮喘患者中所占比例很小，大潮气量会导致这部分肺组织过度充气，加重通气／血流比例失调。

2．通气／血流失衡和气体交换障碍：尽管哮喘发作时存在显著的通气不均，且外周气道内有黏液阻塞，但由于阻塞气道远端的肺泡可接受旁路通气，同时低氧会引起低通气区域的肺血管收缩，故肺部极少出现大片无通气有灌注区，并无真正意义上的肺内分流出现。

此时，患者的低氧血症可通过吸氧得到纠正。仅当大面积气道阻塞时，才会导致通气／血流比例严重失调（通常<0.1），此时肺内分流才参与加重低氧血症。

3．气道高反应性：整个气道，包括咽喉部的敏感性显著增高，外来刺激（如气管插管和机械通气等）容易导致严重的喉痉挛和气道痉挛，可在短时间内发生严重的低通气量，并导致致死性低氧血症和严重的呼吸性酸中毒；也容易产生瞬间的高跨肺压和高切变力，导致气压伤。

4．循环功能相对稳定：过度充气可导致肺循环阻力的显著增加、胸腔负压的下降以及心脏的活动受限，而代偿性呼吸加深则显著增加胸腔负压和肺间质负压，从而维持体循环和肺循环的相对稳定。

二、机械通气的应用策略

机械通气的主要目标是避免过高的气道内压和最大限度地减少PHI，改善血气状态。原则上采用定压通气(pressure target ventilation，PTV) 和允许性高碳酸血症(permissive hypercapnia, PHC)。

1．机械通气治疗的时机及方式选择：(1)无创正压通气：危重症哮喘患者早期可以尝试无创正压通气(noninvasive positive pressure ventilation，NIPPV) 治疗。迄今为止，NIPPV 在重症哮喘中的应用仍存在争议。通过双水平正压通气(BiPAP) 给予气溶胶型支气管舒张剂能够改善FEV，和呼气流量峰值，说明正压通气能将支气管舒张剂送至更外周的气道。正压通气还能预防支气管痉挛，减少呼吸做功，预防呼吸肌疲劳。

同时，外源性PEEP(extrinsic positive-end-expiratory pressure，PEEPe) 的介入有助于纠正通气／血流比例失调，改善气血交换。在三项前瞻性研究中（共纳入91 例患者）发现，早期使用NIPPV 能够改善患者FEV1和血气状态，降低住院率。虽然NIPPV 对重症哮喘患者有效，但亦可能会延误气管插管时机。因此，识别哪类患者能从NIPPV 中获益很重要。临床上常选取轻到中度呼吸窘迫的患者。

在无明显禁忌证情况下，满足下列任一条即可考虑无创通气：①呼吸频率>25 次

/min；②心率>110 次/min；③辅助呼吸肌运动；④低氧血症，氧合指数> 200 mmHg；

⑤高碳酸血症，PaCo2<60 mmHg；⑥在至少连续两次雾化吸入沙丁胺醇2.5 mg 及异丙托溴铵0.25 mg 的情况下，FEV1占预计值%<50%。禁忌证可参考表1。哮喘患者的无创正压通气常采用压力支持通气+ 呼气末气道正压。

起始参数设定一般为吸气压8-12 cmH20(l cmH2o=0.098 kPa)，呼气压4 cmH2o，可根据实际情况调整。由于危重哮喘急性发作时常存在一定的PEEPi 和呼吸肌疲劳情况，部分患者很难触发呼吸机，因此会直接影响到人机同步和无创通气的辅助效果。

(2) 有创通气：气管插管指征：虽经积极治疗，但仍出现以下情况之一者应考虑及早行气管插管：1）心跳骤停；2) 呼吸减慢或停止；3）进行性衰竭；4）意识障碍；5）沉默胸；