如何设置呼吸机呼气末正压？
如何设置呼吸机呼气末正压？
精彩内容
关键词:急性呼吸窘迫综合征(ARDS);呼气末正压(PEEP);机械通气
VILI的机制
机械通气引起VILI的原因是对肺实质过度施力。在早期临床实践中认识到，高气道压力和潮气量可能导致肉眼损伤如气胸或肺大泡。随后的实验模型研究表明，高吸气压和容积可导致肺泡过度膨胀，从而导致炎症、间质和肺泡水肿，出而和透明膜。此外，损伤性通气引起的肺部炎症可引起其他器官的细胞损伤，提示VL可能导致多器官衰竭(“biotrauma”)。低呼气末肺容积通气也可发生VILI(图1)，低肺容量时，不稳定的肺单位可能随吸气而打开，随呼气而闭合。这会损害表面活性物质的功能，并在小气道和肺泡的开放和关闭时引起应力。位于充气肺泡和不张肺泡边缘的肺单位膨胀差异较大(“不均匀性”)，可显著放大肺压力。一些小气道在低肺容量时可能充满液体或泡沫，优先向通气的肺泡潮式通气，导致局部过度扩张。此外，小气道中的液体桥在吸气和呼气时可能会在压力下破裂。在这种循环断裂和重建过程中所产生的高表面张力可损伤受累气道的上皮细胞。在低肺容量肺塌陷也减少了可用于潮式通气的肺容积，这增加了通气“婴儿肺”的压力和应变。后一种机制的重要性得到了实验和临床观察的支持，表明肺损伤主要发生在通气肺区。
图1，呼吸机相关肺损伤的机制。左面板显示呼气末肺区域。右图显示吸气末 Non-atelectaticlung 相同的肺区域。(A)未闭肺泡过度膨胀或拉伸至损伤体积。(B)在不张的和充气的肺泡之间的边缘，过度的应力会损伤一些组织。(C)小细支气管和肺泡可能因机械力的反复打开和关闭而受伤。
PEEP的好处
Ashbaugh和他的同事最初假设，PEEP通过对抗表面活性物质功能不足导致的肺泡塌陷来改善低氧血症。随后的研究证实，PEEP改善动脉低氧血症主要是通过复张塌陷的肺，从而减少肺内分流。大量实验模型研究表明PEEP可以通过保持一些肺泡开放来减轻VILI，否则，这些肺泡会在呼气末不张或被水淹(肺复张)。这样可以防止肺循环打开和关闭可能造成的损伤。增加参与潮式通气的肺泡数量，减少潮式呼吸的应力和应变，表现为改善的肺顺应性。更均一的肺通气可以减少通气和塌陷肺组织交界的应力和损伤。
PEEP的危害
虽然低水平的PEEP可以提高心排血量，但高于一定的压力阈值水平，PEEP可能会降低心排血量。PEEP可增加胸腔压，提高右心房压，降低静脉回流的压力梯度。静脉回流减少会降低左右心室前负荷，导致心排血量减少。即使使用低潮气量，PEEP也可能通过使肺泡间隔血管狭窄或闭塞而增加肺血管阻力，因为肺泡间隔血管被肺泡压力包围。肺血管阻力增加会提高右心室后负荷，这可能会进一步减少心排血量。PEEP可以增加肺泡死腔，因为肺泡内压力超过肺毛细血管压力。PEEP对血流动力学的影响通常在临床中表现得很明显，而它对肺实质的不良影响可能更隐蔽。PEEP也可能通过增加肺应力和应变而导致VILI。PEEP可能导致明显的肺泡复张，明显的肺泡过度扩张，或同时复张和过度膨胀。如果增加的PEEP不能充分复张塌陷的肺泡参与潮式通气，则动态和吸气末肺应力都会增加。由此产生的肺泡过度扩张可能传播肺部炎症和损伤，类似于高潮气量的影响。PEEP对复张、过度扩张和血液动力学的净影响取决于PEEP水平和相关潮气量的大小。因此，肺可复张性是PEEP对受损肺影响的关键决定因素。
评估PEEP对肺复张的影响
肺复张的重要性
由于这些机制上的考虑，PEEP的利与弊之比取决于通过提高PEEP可以恢复的肺量，而这在ARDS患者中差异很大。无论是高复张性肺还是低复张性肺，PEEP的增加会增加吸气末总肺应力。然而，在复张能力较强的患者中，PEEP相关呼气末肺容积(EELV)的增加主要来自于闭合肺单元的打开。这样可以减少肺循环关闭和开放。由于增加了可供潮气量分布的充气体积，它还减少了充气肺单位的动态应变。相反，在复张能力较低的患者中，PEEP会导致已经充气的肺组织额外膨胀，这可能导致过度扩张，而不会伴随动态应变的减少。因此，对一个人的复张潜力进行评估可以使PEEP滴度个性化，从而提高获益的机会，而不是损害。为了支持这一假设，对两项高PEEP策略与低 PEEP策略的试验进行的二次分析发现，增加PEEP后的氧合反应是一种肺复张的标记(尽管不完美)，预测了较低的死亡率。氧合改善程度高的患者与氧合改善程度低或没有改善的患者相比，死亡的可能性较低。这一发现提供了初步的临床订据，表明当肺可复张时，较高的PEFP水平是有益的，肺复张假说最终需要在一项随机试验中进行前瞻性确认，该试验需比较肺可复张和肺无复张患者分别在高PEEP与低PEEP的影响。然而，这样的试验需要一种实用可行的方法来评估肺在临床的可复张性。
肺复张性监测技术
未复张肺的体积与肺内分流有关，因此，随着PEEP的增加，动脉氧合的改善往往反映肺复张。但是，动脉氧合也受到其他PEEP相关因素的影响(即心排血量)，因此相关性并不完美。一项关于ARDS患者肺复张的开创性研究发现了一系列生理变量(PaO2/FIO2<150，PEEP5cmH2当PEEP增加到15cmH20时，死腔减少，呼吸系统顺应性增加(CRs))，预示潜在可复张肺的比例更高。
CT扫描可以定义不同像素密度的肺区域，像素密度可以被解释为通气良好，通气不佳和无通气的组织区域，通过比较不同PEEP水平下的CT图像，可以估算出相对于基线肺容量，在较高的PEEP时复张的肺组织数量。这种方法可能是临床研究中评估肺复张的一种科学严谨的方法，但在日常护理中使用可能过于繁琐、昂贵和危险。
二使主氛稀释或禽冲洗技术来测量不同PEEP水平时EV的变化，电低PEEP到高PEEP的增加首先是从低PEP时测量的PEEP和C。测量值来评估，如果通过氨稀释或氟气冲洗测量的FELV变化超过了预测的V变化，推测差元来自于复张。使用电阻抗断层扫描，可以以类似的方式评估肺可复张性，它可以实时显示PEEP调整时肺通气分布的变化。在PEEP增加后，比较实际和预测的肺阻抗增加，可以估计复张肺容量。
第三种评估可复张性的方法，也可以在床边进行，需要在潮式通气时在不同的PEEP水平下构建气首压力-容积成线。在给定的PEEP水平上建立压力-容积曲线后，气道打开至大气压，延长呼气时间至FRC。测量不同PEEP水平下的到FRC的呼气量曲线，可以在相同的轴上绘制曲线，原点在FRC和气道压力为零交叉点。当PEEP从较低水平上升到较高水平时，所发生的复张量被假定为在给定气道压力下两曲线的容积之差(图2)。
通过压力-容积曲线和氛气稀释度对可复张的估计相互之间有很强的相关性，但两者与C扫描对可复张性的估证相关性都很差。这可能是由于CT测量了先前闭合的肺单位的开放，而基于呼吸力学的技术测量了进入新复张的脑单位和先前打开的肺单位的气量。此外，使用EELV测量的方法，如CT或气体稀释，允许将复张肺容量作为基线肺容量的百分比来计算。多重压力-容积曲线法则不允许这一参考，这限制了对复张肺容积的解释。
临床设置PEEP的方法平衡高PEEP相关高Flo2带来的风险
早期临床实践的指导依据是，在大多数ARDS患者中，通过应用PEEP水平5-12cmH2O和FI02水平<07可以达到动脉氧合目标。这种方法试图平衡由高PEEP引起的肺泡过度扩张和循环抑制带来在危害，并考虑到氧中毒，但临床医生试图通过许多不同的方法来突破这种平衡。一些人喜欢在将PEEP提高到5cmH20以上之前将F102提高到较高水平，而另一些人则在将F1O2提高到0.50以上之前将PEEP提高到较高水平。美国国立卫生研究院ARDS网试验中 PEEP、FI02分别按PEEP、FI02组合表调整(表1)。该表是1995年制定的，代表了临床医生的一种折中方法，当时很少考虑PEEP对VILI的潜在保护作用。鉴于对这一重要问题的日益重视，ARDS网随后设计了另一个PEEP/FIO2表，使用的PEEP水平比使用原表平均高出6cmH20(表1)。加拿大重症监护临床中心试验组也发展出类似的较高PEEP/FIO2。在两个随机的临床试验中比较低和高PEEP/FIO2表，在高PEEP组中平均动脉氧合增加，这表明高PEEP组有更多的肺复张。然而，PEEP升高相关氧合反应增加因人而异。
PEEP/FIO2表的优点在于它们易于在常规临床实践中实施。但由于一些严重低氧血症患者在高PEEP情况下氧合改善甚微或无改善，其并不总是适合临床情况。从表中可以看出，这些患者要达到可接受的动脉氧合，必须先提高PEEP，然后才能使用更高的FIO2。PEEP/FIO2表能很好地提高PEEP平均值，适用于所有患者群体，但不一定保证每个患者的最佳PEEP
打开肺部同时避免过度牵拉
在另一项随机临床试验中，高PEEP研究组增加PEEP，直到吸气平台压接近28-30cmH2。这种方法旨在平衡更大的复张可能带来的有益影响和更高的PEEP对吸气末肺应力和循环功能的潜在有害影响。将较高的PEEP策略与使用5-9cmH20水平的“最小膨胀”策略进行比较。与其他高PEEP的大型试验相似，这项研究没有显示死亡率的显著差量，尽管高PEEP策略与更大的无呼以机和器官赛竭天数相关，同样，这种策略可能并不总是能达到最佳的PEEP例如，轻度ARDS患者的可复张肺相对较少，基线平台压可能较低，PEEP水平可能相对较高;而有潜在复张能力的肺不张相关的严重低氧血症患者的基线平台压可能较高，但接受的PEEP水平相对较低。
优化顺应性
Suter和同事最初提出设置PEEP以最大限度地提高氧供(心输出量乘以动脉血氧含量)。在15例急性呼吸衰竭患者中最大氧输送发生在PEEP相关最高静态Crs时。随后的研究也表明，CRs指导下的PEEP滴定与器官功能和氧合的改善有关。然而，这些小型随机试验不足以评估各组之间的死亡率差异。此外，潮式充气导致的肺单位循环开放和闭合可能导致与PEEP相关的呼气末复张无关的顺应性增加，这可能会影响调整PEEP的效果评估。
驱动压
驱动压是指吸气相平台压和PEEP之间的差值。该压力差是VT和CRs的数学函数(驱动压=VT/Crs)。因为C与参与通气的肺大小直接相关(即复张肺单位的数量)，驱动压反映了潮气量与充气肺容积的关系。这可以更好地反映机械通气过程中的动态肺应力和应变。由于PEEP通过复张肺单位来最小化动态应力和应变，因此驱动压是PEEP滴定的一个有吸引力的生理指标。最近的一项纳入3000名肺保护性通气策略临床试验患者的荟萃分析显示，驱动压是死亡率的一个强有力的预测因子，驱动压越大，死亡率就越高，测量不同PEFP水平下的驱动压是评估通气过程中肺过度膨胀和开放-闭合的一种实用方法。在潮气量不变的情况下，如果PEEP升高，驱动压降低，则c。降低，提示较高的PEEP引起肺复张。相反，如果PEEP升高，驱动压升高，Crs就会降低，说明PEEP升高会引起充气肺过度膨胀。因此，调整PEEP以尽量减少驱动压可以个性化的减少VILI。然而，在恒定的潮气量下，滴定PEEP以最小化驱动压相当于滴定PEEP以最大化Crs。因此，这一策略可能同样受到潮式顺应性增加的限制，而潮式顺应性并不低于肺复张。为了获得有效的驱动压估计，患者必须在吸气末停顿时肌松。然而，不需要专门的设备来记录和分析气道压力，所有的现代呼吸机都很容易测量这些数据。必须进行前瞻性试验来确定滴定PEEP来降低驱动压可以改善重要的临床结果，如死亡率。
P-V曲线滴定法
Amato和他的同事构建了ARDS患者的呼吸系统压力-容积曲线，并将PEEP设置在曲线中段的下端，即顺应性高的线性部分，也就是所谓的“拐点”，以预防ARDS低气道压力下肺泡开口和塌陷引起的VILI。在P-V曲线高位拐点以上气道压力与肺容积的大幅增加有关。因此，这个点被认为是大量肺泡复张的压力点(图3)。使用这种方法设置PEEP的肺保护通气组的死亡率显著降低，而常规通气组的PEEP约为6-8cmHO。然而，在肺保护组中，这种高PEEP策略与较低的潮气量相结合，随后的干预结果显示，排除PEEP影响后，仍能降低死亡率。因此，尚不确定使用高PEEP是否对该试验结果的改善有显著贡献。
使用压力-容积曲线来设定PEEP有重要的局限性。需要神经肌肉阻滞或重度镇静以避免呼吸肌肉活动的影响。压力容积曲线的吸气支与呼气支不同，潮式呼吸可能发生在这两条曲线之间的某个地方，这取决于PEEP的水平。在一些患者中，无法发现较低的拐点。此外，虽然大量的复张发生在曲线的较低部分，但中等和更高的曲线部分仍有复张产生。鉴于这些局限性，静态压力-容积曲线目前尚未用于临床实践。
应力指数
当吸气流量恒定时(方波)，气道压力时间曲线的形状反映了吸气时c.的变化。应力指数是描述吸气时压力-时间曲线斜率变化速率的系数。如果吸气时压力-时间关系的斜率增加(压力指数>1)，呼吸系统变得不那么顺应，可能是由于肺部过度膨胀。吸气时压力-时间曲线斜率的下降表明系统变得更加顺应(压力指数<1)，这可能是由于呼气末不张的肺泡重新复张所致。PEEP可以调整到压力指数等于1的水平，表明吸气时压力-时间关系的斜率变化最小。这表明在吸气过程中既没有过度膨胀也没有反复复张，这意味着在这两种伤害力量之间取得某种平衡。在格拉索和他的同事比较了15例以肺叶实变为主而非弥漫性磨玻璃影的患者使用ARDS Network低PEEP/FIO2表，并根据应力指数调整PEEP。根据应力指标调整时，每例患者的PEEP均较低。基于应力指数的低水平PEEP反映了肺实变患者的过度扩张，从而反映了PEEP相关肺复张的低可能性。较低的PEEP与较高的Crs较低的血浆中炎症介质浓度、较低的PaCO2以及动脉氧合无显着变化相关。但是这种方法需要专门的监测设备来记录和分析压力-时间曲线，这限制了目前在临床实践中的应用。
评估跨肺压
许多肺保护策略，包括美国国立卫生研究院的ARDS网络低潮气量方案，监测气道压力以避免VL。然而，气道压力并不总是真实肺应力的可靠反映。增加胸壁弹性(如水肿、脊柱后凸或腹部高压)或改变呼吸系统压力-容积曲线向右移动(如肥胖)的情况会提高气道压力，但没有增加肺应力(图4)。因此，由于担心气道平台压过高，临床医生可能会低估实现充分肺复张所需的PEEP。此外，在呼气时，如果胸膜压升高，即使有中等水平的PEEP，一些肺区，尤其是依赖区也可能塌陷。跨肺压(PL)是从气道到胸膜腔的压力梯度。它独立于胸壁，更准确地反映肺实质的受力情况。例如，如果吸气末PL仍在可耐受范围内，则可以考虑超过常规平台压限制。监测呼气末PL也有助于确定防止肺泡循环开放-塌陷所需的PEEP水平。
使用PL指导呼吸机管理的主要挑战是找到一个准确和实用的方法来估计胸腔压。食道压力测量是获得这种估计的最可行的方法。为了测量食道压力，在食道的下三分之一处放置一个充满空气或液体的导管。食道压被认为代表直立健康个体的平均胸内压。然而，在仰卧、机械通气的ARDS患者中，由于纵膈内容物背侧移位和膈肌头侧移位，食道压会有不同程度的升高。关于用食管压计算PL的最佳方法存在争议。一些研究者建议使用食道压的绝对值“直接测量”有或没有校正因子来计算纵隔和腹部内容物的重量。其他研究人员利用食道压的潮式变化来划分肺和胸壁的弹性阻力，然后可以导出PL(弹性阻力导出)。毫无疑问，从推荐的估算PL得到的PEEP水平有很大差异。最后，我们不清楚在左下肺叶附近测量的食管压力的单个值，即使它准确地反映了该附近的胸膜压力，可以用来代表肺各方面的平均胸膜压力。
PL测量已被用于滴定ARDS患者的PEEP，方法多种多样。在一项针对H1N1流感相关的ARDS伴有严重低氧血症患者的小型研究中，PEEP升高至可耐受的呼气末弹性阻力导出的PL最大值，以防止肺过度扩张。采用这种方法，大约一半的患者动脉氧合得到充分改善，无需体外膜氧合，这些患者均未死。Talmor和他的同事滴定PEEP以保持呼气末PL(直接测量)正值，以保持气道在到呼气末开放，并防正潮式复张-塌陷。在一项将该策略与ARDS网络低
PEEP/FIO2表进行比较的随机试验中，PL引导组的患者动脉氧合有显著改善。该试验没有比较两组之间的死亡率，但在PL引导组有降低死亡率的趋势。
影像学指导PEEP设定
ARDS呼气时肺萎陷的一个重要原因是增加的肺重量对重力依赖区的压迫。CT扫描允许在不同垂直水平对肺重量的压力进行区域分析。CT导出的PEEP是对肺重力依赖区施加的压力和克服胸壁弹性阻力的总和。因此，CT指导的 PEEP可以估计保持肺开放所需的压力，理论上应该与可复张肺的数量有关。然而，在一项小型研究中，CT扫描获得的PEEP与肺复张能力无关，而且在轻度、中度和重度ARDS中也PEEP设定水平相似。基于这些结果以及对危重患者进行CT扫描的繁重任务，CT介导的PEEP设定不太可能有助于在临床中为个别患者定制PEEP。肺超声已被提议作为一种实用的床旁成像替代CT扫描来评估肺复张对PEEP的反应。超声再通气评分的改善与压力-容积曲线法测量的肺复张显著相关，与动脉氧合增加显著相关。然而，超声不能评估肺泡过度充气。如前所述，电阻抗断层扫描是一种用于滴定PEEP的成像技术。该技术可同时监测肺血流分布、通气灌注匹配，并可检测气胸。虽然它带来了希望，但尚未被广泛传播。
比较不同的PEEP设定策略
迄今为止，确定PEEP的三个最大的临床试验是比较一致高PEEP策略和低PEEP策略。两组之间的死亡率没有显著差异，研究组之间死广率没有显著差异的一个可能原因是，没有试图确定哪些患者会通过PEEP的增加来改善肺复张。高PEEP对可复张性高患者的有益影响可能被对可复张性低的患者的有害影响所抵消，导致总体结果为零随后的一项个体患者数据茶萃分析支持了这一理论，该分析发现，PEEP可改善中度或重度ARDS患者的生存(PaO2/FIO2 ≤200mmHg)，其可能有更多的可复张肺。该研究也提示对于轻度ARDS患者，增加PEEP可能会增加患者的死亡率。
Chiumello和他的同事们测试了四种不同的床旁PEEP滴定方法，以确定哪种方法能最好地提供与肺功能和ARDS严重程度成比例的PEEP水平。PEEP滴定策略包括受平台压限制的开放肺方法，应力指数，PL，以及使用高PEEP/FiO2表格法。PEEP/FIO2表格法是唯一一种持续对重度ARDS患者提供高PEEP，同时产生较高的可复张性而对轻度ARDS患者提供较低PEEP和较低的可复张性。对3项高PEEP临床试验数据中的2项进行二次分析表明，如果PaO2/FI02比值随PEEP升高而升高，其死亡率较低。这种氧合的改善可能代表了对PEEP有反应的肺复张对于临床管理或未来临床试验，评估高PEEP时的氧合反应，可能识别出哪些患者更容易从高PEEP策略中获益。
在最近的一项研究中，在PEEP设定时逐步调低PEEP以使Cs最大化。与根据ARDS网络低PEEP表格法设定PEEP相比这种方法显著改善动脉氧合和降低驱动压，但死亡率无显著降低。比较C顺应性、氧合策略和PL的研究也表明在调低PEEP试验中，将PEEP滴定至最大C有生理益处。其他的比较研究表明，通过多种床旁方法，例如以食道压、应力指数或死腔为目标，可以改善氧合或肺应力。然而，目前还没有试验比较重要的临床结果，如死亡率或无呼吸机天数，表明这些方法有好处。
结论
自ARDS最初描述以来，PEEP一直是ARDS通气治疗的主要手段。然而，PEEP滴定的最佳方法尚未确定。合理的解释是，制定统一的PEEP不会对临床有意义的结果产生任何改善。从这个角度来看，使用PEEP/FIO2表或任意选择的PEEP水平来维持可接受的氧合水平可能是完全足够的。然而，在我们看来，除了支持动脉氧合，PEEP也应以降低VILI为目标。在个人实践中，基于目前的知识，最初的PEEP设置是使用高或低PEEP/FIO2表。对于中度至重度ARDS患者，进一步分别滴定PEEP，以优化顺应性，最小化驱动压。PL测量并不是用来指导PEEP的常规方法，尽管有一位作者有时使用这种测量来证实高的PEEP水平不会导致过量的吸气末肺应力(平台PL>20厘米水柱)。来的研究需要更好地了解PEEP滴定改善患者预后的不同生理替代终点(氧合、肺应力、PL等)。发展临床中可行和有效的方法，来量化肺复张能力和过度充气是一个高度优先项。未来的试验必须重点选择从PEEP中获益可能性最高的患者，同时排除那些有伤害风险的患者。管理PEEP为个性化机械通气的发展提供了重要契机。
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