呼吸机相关性肺损伤（一）

2017

鸡

年

大

吉

HAPPY  NEW  YEAR

 姚雯      曾晶晶      译

关键词

呼吸机相关肺损伤， 急性肺损伤 ，急性呼吸窘迫综合征 ，机械通气 ，呼吸力学

关键点

  通过预防呼吸机相关肺性损伤（VILI）可减少高危患者多器官衰竭的发生，提高他们的生存率。

  临床上VILI的发生主要是由于容积伤、气压伤、不张伤、生物伤和剪切伤。而越来越多的人认识到局部呼吸力学的改变在VILI发病中的作用。

  VILI容易在合并有生理打击（例如脓毒症、外伤、大手术）的患者中发生，这些生理打击使得患者的免疫系统对机械的肺损伤产生一种瀑布式的应答。

  必须在肺损伤的风险与预防措施产生的无关副作用之间对VILI的预防策略进行权衡，VILI的预防策略针对高危患者亚群可能最有效。

前言

与大多数医疗干预和药物干预一样，我们必须对机械通气在一定的治疗窗内进行调整，在提供必须生命支持的同时减少其带来的无关毒性作用。最早在十八世纪中叶就有医生对机械通气可能导致损伤进行了描述。由于“一个人的肺可以承受另外一个人的肺对其所施加的压力而不受损伤，而我们无法一直对呼吸机所施加的压力进行测定”，John Fothergill认为口对口的复苏方式优于机械通气。在其250多年以后，呼吸机相关肺损伤(VILI)被确切证实会使急性呼吸窘迫能综合征（ARDS）患者死亡率升高。

经典的VILI发生机制有四种：气压伤、容积伤、不张伤和生物伤（表1）。最近人们认识到不同的局部呼吸力学特征、应力的频率以及肺毛细血管在应力下被破坏可能会促进VILI的发生发展，这激发了很多人展开新一轮对个体化肺保护通气的研究。

呼吸机相关性肺损伤的经典发生机制

气压伤和容积伤

2000年，具有里程碑意义的ARDS网络临床试验确切表明，限制患者的潮气量（6ml/kg与12ml/kg 预测体重[PBW]相比）与气道平台压（≤30cmH2O与≤50cmH2O相比）可改善ARDS患者的生存。该研究及之前一项小规模的试验研究将数十年来被临床前研究所推荐的理念应用到了临床实践中：即在危重病患者中应用大容量和高压力的机械通气支持可能会导致一些本可预防的损伤的发生甚至患者的死亡。

肺容积和跨肺压

过去30年内的大多数时间里，人们认为气压伤（高充气压力导致的肺损伤）和容积伤（肺泡过度扩张导致的肺损伤）是不同的概念，尽管这两者相关。Dreyfuss及其同事进行了一项经典的研究，他们使用下列三种通气策略中的一种对小鼠进行机械通气：（1）高气道压和高潮气量，（2）高气道压和低潮气量，（3）低气道压和高潮气量。通过在小鼠胸腹交界处使用橡皮筋进行束缚，降低胸壁的顺应性，从而实现高气道压与低潮气量的通气。相反，低气道压与高潮气量的通气则通过铁肺（负压呼吸机）实现。与接受高气道压、低潮气量通气策略的进行呼吸支持的小鼠相比，接受高潮气量通气的两组小鼠其肺损伤明显更严重。在其他动物模型中也成功再现并得到了类似的研究结果，导致人们认为“容积伤比气压伤更重要”这一误导性的结论。

的确就如这些研究所证实的那样，高气道压本身不会导致VILI。然而，使肺进行扩张的相关压力并不仅仅是气道压，而是跨肺压（气道压减去胸膜腔内压），其为肺内与肺外的压力差（图1）。无论气道内是正压（机械通气时）还是负压（正常自主呼吸时），我们需要一定的跨肺压以达到某一特定的肺容量。

因此，肺容量与跨肺压本身是相关联的。Dreyfuss及其同事的研究中，使用胸腹约束带阻止了高气道压和低潮气量组小鼠胸壁的扩张，因此使得其肺容量和跨肺压均较低。相反，在低气道压、高潮气量组小鼠中，铁肺所带来的负压通气导致肺容量和跨肺压均较高。

对接受机械通气的患者如果没有考虑到跨肺压的影响，可能会导致对VILI的风险产生错误的估计。一种极端的情况是，病态肥胖患者中的气道高压某种程度上反映的可能是较高的胸膜腔内压（即：跨肺压低），而并不一定存在肺泡的过度膨胀。而另一种极端情况则是在合并有ARDS的缺氧危重症患者中，自主吸气肌强有力的收缩可产生较低的气道压但是胸膜腔压与跨肺压的波动则较为剧烈，并因此产生较高的潮气量，使得患者易于发生气压伤/容积伤。

维持肺泡在一定紧张性状态与肺容积和压力发生周期性的改变

根据达到目标肺容积及肺内压力的不同方式，肺似乎对高容量与高跨肺压产生不同的应答。在体外将I型肺泡细胞和II型肺泡细胞置于双向的拉伸器中，研究表明与用相同的峰值应力将肺泡维持在某一紧张性状态相比，周期性的应变（例如：反复的周期性变形）会导致更多的细胞死亡。而对于某一特定的峰值应力，减少呈周期性变化的应变可减少细胞死亡。

有人在VILI的动物模型体内也观察到了类似的结果。伴随着较大周期性应变的高潮气量，可导致肺损伤。然而，当通过高呼气末正压（PEEP）及低潮气量（即高呼气末肺容积和低周期性应变）获得相同的峰值应变时，其肺损伤程度较轻。现有的人体研究数据也表明，在特定呼气末压力与呼气末肺容积的机械通气过程中，患者发生VILI的风险与PEEP（维持肺泡在某一紧张性变形状态，损伤更小）及潮气量（肺泡周期性地变形，损伤更大）在整个通气过程中的相对贡献有关。将这些研究结果转化应用于临床实践得到的结论是，如果吸气压力超过了上限，降低潮气量可能带来额外的肺保护作用，而不是降低PEEP。

容积伤和气压伤的细胞学效应

肺泡经典的随着通气扩张的气球样结构，可能并不能完全反映肺泡的微观力学特征。正常呼吸时肺泡壁似乎也是未闭合的，以减少弹性牵拉及细胞的应变，除非肺容积已接近肺总量。而若发生变形相关的细胞应变，会诱导脂质快速运输到细胞膜，以增加细胞的表面积，从而防止细胞膜的破裂以及在细胞在应力下被破坏时对其进行修复。当损伤超过了这些细胞保护机制的极限时，多余的通气会直接转化为细胞的应变，从而导致细胞从基底膜脱落、上皮细胞及内皮细胞之间的细胞连接被破坏、毛细血管内产生气泡以及肺泡和肺间质水肿，而这些均是临床上与肺损伤相关的显微结构改变。

不张伤

ARDS患者中，肺泡表面活性物质功能障碍及水肿肺的重量会导致局部肺不张。这些膨胀不全但却能够复张的肺单位在通气过程中反复开闭，可能导致肺损伤，这种损伤成为不张伤。对于膨胀不全的肺泡，在复张过程中，气流与萎陷气道的交界处会产生较高的剪切应力，从而导致机械性的损伤（图2）。而对于渗出明显的肺泡，肺泡内气液交界处气泡的形成和破坏会产生额外的局部界面应力，其会破坏细胞膜与细胞骨架结构之间的黏附，从而导致肺损伤。

临床上使用小潮气量通气可减少不张伤，其主要通过维持较低的气道驱动压以及降低超过萎陷肺泡临界开放压的机率。此外，尽管机械通气中的最佳PEEP调节策略仍有争议，将PEEP设置在高于可能陷闭肺单位的临界闭合压，可促使肺持续的复张，以及进一步预防不张伤的发生。

生物伤

机械性的肺损伤会引发广泛的生物应答，包括促炎及促损伤细胞因子瀑布式的活化，其被称为生物伤。这一瀑布式的活化可促进肺损伤，即使在没有明显机械性损伤的肺区。也许更重要的是，该促炎应答返佣同样也可促进肺外脏器的损伤，使得机体易于发生多器官功能衰竭，从而增加患者的死亡风险。

据估计每个成年人的肺上皮细胞表面积大约为65到84平方米（700到900平方英尺），接近一个半网球场的大小。因此，肺内在细胞水平低强度的生物学应答的共同作用可能会诱发细胞大量释放促进细胞损伤的介质。与这一信号放大过程所混杂在一起的是，每分钟通过肺循环的血液量大约为成人的全部血容量。因此，由肺所产生的促炎和促损伤的介质一旦进入血液循环，很容易被传输分布到全身之前未受累的器官。这不仅仅是一个理论构想，人群中ARDS的临床试验已经证实了肺保护性通气可减轻全身炎症反应、减少肺外脏器衰竭（例如心衰、肾衰、肝衰）的发生，这有助于解释通过肺保护性通气相关的生存获益。

（下半部分待续    编辑  凉风涩）

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