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  我们回顾ARDS患者肺血管功能障碍的病理生理学,探讨机械通气的有益和有害影响,基于最近一系列大样本研究来描述急性肺心病的发病率和意义,提出一种既保护肺又保护右心室的新的方法,虽然这种方法尚未被严格验证。我们的结论之一是评估右心室可以帮助重症医师评估通气策略导致的肺复张与肺过度扩张之间的平衡。

  在最近40年里,随着ARDS病理生理学知识的增加,ARDS机械通气策略被定期修订。最初主要关注目标是“肺开放”和优化动脉血氧饱和度,这种策略现在也考虑到对肺血管的损伤以及由此所致的对右室及血流动力学的影响。现在已有可在床边应用的血流动力学设备,比如超声心动图,允许重症医师根据右室的耐受性来调整呼吸机设置。这里,我们回顾ARDS患者肺血管功能障碍的病理生理学,探讨机械通气的有益和有害影响,基于最近一系列大样本研究来描述急性肺心病的发病率和意义,提出一种既保护肺又保护右心室的新的方法,虽然这种方法尚未被严格验证。我们的结论之一是评估右心室可以帮助重症医师评估通气策略导致的肺复张与肺过度扩张之间的平衡。俯卧位对肺同时也对血流动力学(右心室)的有益影响就是一个很好的实例。读者应该注意,本文中的大部分信息反映了作者的观点。尽管这些观点是以临床观察、临床研究和众所周知的病理生理学为基础,但尚没有医学证据支持这个临床理论。也许其他方法也能获益,某种情况下,我们的文章可被看做帮助重症医师改善ARDS管理的另一种尝试。

  缩写词:ACP急性肺源性心脏病; HFOV=高频振荡通气; LV=左心室;PAC=肺动脉导管;PEEP=呼气末正压;RV=右心室。

  1975年Suter 等人进行的研究定义了ARDS的最佳通气策略是以达到最佳氧输送为目标。尤其是,作者报道了最佳呼气末正压(PEEP)是改善呼吸系统顺应性、死腔以及氧输送三者的最佳节点。PEEP从0增加到7 cm H2O,肺顺应性增加伴随氧输送和死腔下降,而PEEP从7 cm H2O 增加到13 cm H2O ,肺顺应性下降同时氧输送下降、死腔增加。此时,考虑到存在呼吸机设置的影响,这种情况强烈提示了肺和血流动力学的相关性。不幸地是,自这个研究之后的许多年,大多数关于呼吸机设置的指南主要专注于肺,以“肺开放”和优化动脉血氧饱和度为目标,例如在不同的随机对照研究中推荐应用PEEP/FiO2比值,而忘记了血流动力学。因此,可能会出现一个考虑肺血管损伤的新研究领域,因为肺血管损伤将影响右室功能并最终产生血流动力学影响。这主要是由于床旁新工具的发展,允许重症医师应用众所周知的ARDS肺动脉高压的病理生理学,精确、无创的评估适应呼吸机设置之后的右室(RV) 基线功能。

  在这篇文章中我们简要地回顾了ARDS肺血管功能障碍的病理生理学,“肺开放”策略产生的影响,急性肺心病(ACP)的发病率和诊断,以及ACP对血流动力学和预后的影响。 最后,我们针对机械通气患者提出一个“右室保护方法”。

  半个多世纪之前就已经明确,ARDS病理生理机制的多样化在很大程度上是ARDS严重程度不同的原因。虽然没有报道缺氧的严重程度本身可以作为预后的可靠预测指标,但大多数缺氧患者有较高的死亡率。据Zapo和Snider报道,ARDS不仅影响肺泡而且影响肺循环,在他们具有里程碑意义的研究中显示,ARDS能够显著提高平均肺动脉压,应用PEEP后该作用更显著。在某种程度上,这是炎症、血管收缩、水肿、血栓和血管重构导致肺循环结构变化的结果,也就是说,正常的无肌型肺动脉发生肌化。但有时候也是由于不合适的正压通气导致肺泡扩张压与肺毛细血管血流之间的不良竞争。Zapol 等人也通过报道肺血管阻力和心输出量之间出乎意料的反比关系来暗示这种影响。 Jardin 等指出PEEP在10 cm H2O时,左室(LV)舒张末期压力和肺动脉闭塞压之间的关系无法保持,后者可以使前者经常的被高估。临床研究证实了这种不合适的正压通气的有害影响。在早期的随机对照研究中,高频振荡通气(HFOV)增加了病死率。在HFOV组,更多的患者需要升压药,并且用药时间更长。 Guervilly 等在另一个应用经食道超声心动图的观察性研究中,显示HFOV显著增加了右室功能障碍和右心衰竭。尽管HFOV与传统模式大不相同,可以被理解为肺开放方法的一种模式,其目的是保持肺开放。因此,如前所述,在整个呼吸周期中维持一个高的平均气道压可能会导致肺循环的受损。综上所述,这些研究表明一些通气策略可以改变肺循环、右室功能,最终可以改变预后。这主要是由肺部压力即跨肺压(肺泡内压-胸内压)介导的,,就像35年前在狗中以及最近更多在人类中的研究显示的那样。

  如今,在该领域肺血管功能障碍的研究更多,也研究的很透彻。在一项研究中,Bull等报道通过肺动脉导管监测的475例ARDS患者中,这种功能障碍的发生率在73%。这种功能障碍通过升高的跨肺压梯度(肺动脉舒张压-肺毛细血管楔压)来界定(图1),这种功能障碍在70%的病例中发生,并且与死亡率的增加呈独立相关性,表示两者之间显著相关。因为在正常情况下右心室充当“被动管道”,肺血管功能障碍,导致肺动脉压力突然增加,可能导致ACP。在接受保护性机械通气的大量ARDS患者中,证明ACP与死亡率独立相关。起初,肺心病被形容成临床上存在的固有本质,说明密切的心肺相互作用。后来,肺心病作为一种急性现象被报道,特别是在肺栓塞时。自二十世纪80年代以来,我们知道它在ARDS时也可能出现。

  图1:ARDS机械通气患者高跨肺压(标记处)(A),与正常压力梯度(B)的比较。PA=肺动脉压;PCWP=肺毛细血管楔压。

  过去,主要应用PAC提示存在ACP,当中心静脉压力高于肺动脉闭塞压时,这样一个反向压力梯度也与死亡率的增加有关。随着重症超声心动图的发展,现在超声心动图作为诊断ACP的“金标准”。尽管认为经食道超声的方法更有效,但经食道和经胸两种方法都可以使用。在有临床证据的支持下,ACP定义为:右室扩张合并收缩末期室间隔矛盾运动。(图2)因此,ACP同时存在右室收缩及舒张过负荷。然而,在二十世纪90年代,据报道ACP的发病率非常高,应用高潮气量的机械通气和高肺应力的患者中发病率大约60%,在许多肺保护性通气(即限制肺应力)患者的研究中发病率为20%-25%(表1)。在现代保护性通气领域,三个因素与ACP的发生存在很强的相关性:平台压(代表肺部压力,尤其是在有正常的胸壁顺应性的患者中),驱动压(实际上由潮气量导致的肺应力),和PaCO2。

  ACP可以引起或促进循环衰竭。在患有ARDS的81位患者中,我们发现13位有中度ACP(右室舒张末面积/左室舒张末面积在0.6-1)。在这一组患者中心脏指数更低(3.1L/min/m2 vs 2.8 L/min/m2)。我们也发现6位患者有“严重的”ACP(右室舒张末面积左室舒张末面积),心脏指数下降至2 L/min/m2。Boissier等在226位患者中发现了相似的结果。ACP与更高的心率、更低的收缩压和平均动脉压以及更高的休克发生率有关。在另一项200例ARDS患者中,64%的ACP患者需要输注去甲肾上腺素,没有ACP的患者只有49%需要输注去甲肾上腺素。

  在很长一段时间内,重症医师认为ACP只是严重程度的一种标志,对预后没有直接影响。这主要是因为我们的标志性研究没有观察到患ACP和未患ACP患者的死亡率有任何区别。但是,正如这项研究的解释一样,在ACP患者中,我们通过降低平台压和更显著的降低PaCO2以及更频繁地应用俯卧位来系统的调整呼吸机设置。在后文右室保护方法部分的讨论中,可以解释为什么死亡率没有区别。 Lhritier 等研究也报道了在死亡率方面没有差别,但是ACP患者需要吸入更多的一氧化氮,特别是比其他患者需要更久的俯卧位。相反地,在Boissier等的研究中,ACP与死亡率独立相关,在Osman等应用PAC的纯观察性研究中得出同样的结论。如前所述,这与ACP对血流动力学有显著的影响相一致。尽管没有明确的证据,但这些结果表明ACP可以改变预后,因此应该调整呼吸机设置来限制肺血管功能障碍和保护右心室。

  表1应用保护性机械通气的ARDS患者中ACP的发生率,在研究中应用心脏超声评价右室功能

  图2:ARDS机械通气患者经胸超声心动图的急性肺心病。A:心尖四腔心切面示右室大于左室提示右室扩张。B:胸骨旁短轴切面示室间隔运动(箭头处,D字征)。LA=左心房;LV=左心室;RA=右心房;RV=右心室。

  尽管没有被随机对照研究验证过,但在最近,一个右室保护方法被正式的作为机械通气策略的方法,这是一种循序渐进的方法,即把肺循环和右心室作为临床决策的中心。简单地说,这种方法首先基于严格地限制平台压在27 cm H2O 以下,驱动压在17cm H2O以下;第二,限制PaCO2在60 mmHg以下;第三,根据右室功能设定PEEP;最后,在极其严重ACP患者中应用俯卧位。平台压只是肺内压和跨肺压的替代值。在有正常的胸壁顺应性和胸腔内压不太高的患者中,平台压与二者是密切相关的,但是在其他情况下这并不适用,比如尤其在肥胖患者中。肥胖患者的平台压可能明显高于跨肺压和肺内压。

  这种通气方法可以概括为“对肺有益就是对右室有益”,反之亦然。由于作为金标准的CT扫描经常不可用,因此右室功能可以被看作是在肺复张和肺过度膨胀之间建立平衡的基石(图3A)。据报道,在一个肺不张的试验模型中,毁损的肺可以导致右室过负荷,然而,右室功能在肺再充气后得到很大改善。我们报道了在一些严重的ARDS患者中应用增加PEEP的通气策略,当尚未引起显著的肺复张(可能已充分考虑到过度膨胀)时已导致右室每搏量的显著下降,然而,显著的肺复张发生时右室功能得到保护。这也许能帮助我们论证50年前曾报道的,人类肺血管阻力和肺内压或跨肺压之间的关系。因此,基于这种关系,右室评估可以被理解为,是在给定的患者中了解机械通气策略地位的一种方式,目标是保持肺血管阻力和肺内压的关系在图3所示的平台部分。

  最后,值得说几句关于俯卧位的应用,因为数据强烈支持这一方法,并且很好的论证了我们的理解。由于俯卧位能在不增高PEEP的情况下增加PaO2,且通过肺的复张降低了PaCO2 和平台压,期望应用俯卧位能保护肺循环和减轻右室负荷(图4)。这正是我们几年前在42例严重ARDS患者中应用超声心动图所证实的,其中一半患者存在ACP。在第一次持续18小时的俯卧位之后,我们报道了完全标准化的右室功能,它使早期ACP患者心率下降和心输出量增加。在一个18例患者的研究中,结合超声心动图和PAC证实了我们的结果。 Gurin 等在一个大型的随机对照研究中证实,干预组(接受俯卧位的患者)与控制组相比病死率大幅下降。有趣的是,干预组PEEP9 cm H2O且比控制组更低,平台压低于25 cm H2O,PaCO2约50 mm Hg。因此,可以说俯卧位是一种完美的右室保护方法,并且非常积极的结果在一定程度上证实了这点。

  图3:右室功能在评估肺过度膨胀与肺复张平衡中的重要性,以及其对肺血管阻力的影响。A:图解表示右室功能评估在(机械通气策略导致的)肺过度膨胀与肺复张平衡中的重要性,B:Niden 描述的肺血管阻力与肺应力的U型关系。机械通气策略的目的是使患者位于曲线的平台部分。阴影区代表了目标压力容积发挥作用的区域。CO=心排量;TPP=跨肺压(肺泡压-胸内压)。其他缩写见图2说明。

  图4:在无右室过负荷的患者俯卧位获益的主要机制。HME=湿热交换器;O2= 氧气; PEEP= 呼气末正压;RR= 呼吸频率;Vt=潮气量。

  然而,许多问题尚有争议。首先,像先前讨论的一样,是否ACP对预后有影响尚有争议并需要进一步明确。关于右心衰是致死因素还是并发症,目前尚不清楚。然而,不管右室衰竭与死亡之间的关系是怎样的,但对受损的肺是没有好处,相比评估右室功能来说,避免这些的更好方法是什么? 另一个相关的问题是,我们是否要区分右室功能障碍和右室衰竭,如果需要,如何区分。比如,没有室间隔矛盾运动的孤立的右室扩张,其意义仍然不明确。它是提示某事将要发生的警告信号吗?最后,最有趣的问题是,是否我们基于临床研究和病理生理学的建议是真正有效的。对于这个问题,很显然,对于那些已经发表的随机对照研究,我们仍缺乏一个随机对照研究,特别是关于PEEP的设定。

  右心室现在成为ARDS患者调整通气策略的关键因素,特别感谢最近几年重症超声的发展,它允许了重症医师在床旁容易的评估右室功能。Peter Suter之后的40年,我们建议的右室保护方法代表了ARDS患者机械通气观念的彻底转变。这种方法保持了右心室和肺的联系,并且通过“对肺有益就是对右室有益”这句格言完美地阐述了这种方法。

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