危重症患者呼吸支持策略：肺-膈肌保护性通气
机械通气是危重症患者的重要呼吸支持手段，但可能因为机械通气过程中的参数设置不当、人机不同步和镇静镇痛程度等问题造成医源性肺、膈肌损伤。自18世纪人们首次认识到呼吸机相关性肺损伤(ventilator-induced lung injury，VILI)后，如何制定、完善和应用最适合患者的肺保护性通气策略曾经一度成为研究热点[1]。直到20世纪80年代机械通气相关的膈肌功能障碍被首次发现并提出，如何避免呼吸机相关性膈肌功能障碍和制定膈肌保护性通气策略成为新的研究方向[2]。2019年欧洲重症监护医学会提出的肺-膈肌保护性通气策略将肺和膈肌保护性通气的原理相结合，在机械通气过程中同时关注肺和膈肌的功能状态[3]。
一、VILI和膈肌功能障碍发生原因
(一)VILI
VILI本质上是由于过高的机械能造成。在机械通气过程中，机械能由呼吸机传递并作用于肺，用于支持或替代患者进行自主呼吸。过高的机械能不仅会导致肺出现机械性应力和应变损伤(气压伤和容积伤)，并且会进一步转化为生物信号，激活并引发全身炎症反应，从而加重肺损伤，甚至引发远端器官功能障碍[4]。对于保留了自主呼吸的机械通气患者，机械能由呼吸机和呼吸肌共同参与产生，因此临床医师很难通过监测气道压力等参数发现患者真正的驱动压和机械能大小。尤其当患者因各种原因出现过强的自主呼吸时，患者肺应力和应变的分布呈现出不均一改变，导致具有不同机械能的肺区域之间出现进一步肺损伤[5,6]。
(二)机械通气相关性膈肌功能障碍
长期机械通气可能导致膈肌失用性萎缩。研究表明，机械通气12 h膈肌收缩力出现下降，并且会随着机械通气时间的延长逐渐加重[7]。机械通气12 h膈肌收缩力下降18%，18 h下降48%[8]，18～69 h无自主呼吸的完全控制通气会导致膈肌慢收缩纤维和快收缩纤维的横截面积分别下降57%和53%[9]。保留一定自主呼吸的机械通气可以一定程度上减轻膈肌肌肉萎缩，防止线粒体功能障碍。但自主吸气努力过强的机械通气患者容易出现膈肌疲劳和损伤，最终导致膈肌功能障碍。另外，不恰当的呼吸机参数设置、过高的呼气末正压(PEEP)会导致膈肌下移，初始长度处于过度拉伸状态，受力过大，长期将造成膈肌肌肉损伤，进一步诱发炎症反应[10,11]。
二、肺保护性通气策略
(一)实施原则
由于ARDS患者自身肺部的病理生理学特点，肺部同时存在肺泡过度膨胀、肺实变和肺不张，呈现出肺不均一性改变，在机械通气时更容易发生VILI。肺保护性通气策略以避免VILI潜在危险因素、降低机械能、最小化肺损伤为目标，通过采取小潮气量通气、降低平台压和驱动压、个体化PEEP滴定等方法，减少患者VILI的发生率，降低死亡率[4,12]。
(二)实施方法和监测目标
1．小潮气量通气
使用小潮气量通气能有效降低患者容积伤、气压伤等的发生风险，但需要注意应根据患者的理想体重(ideal body weight，IBW)设置初始潮气量(应为6～8 ml/kg)。IBW通常根据患者的性别分别进行计算：男性IBW＝50＋0.91×[身高(cm)－152.4]，女性IBW＝45.5＋0.91×[身高(cm)－152.4][13]。
2．降低平台压和驱动压
为减少机械通气时对肺组织的进一步损伤，肺保护性通气策略除规定潮气量范围以外，还需要限制平台压(<30 cmH2O)和驱动压(≤15 cmH2O)，并且允许患者存在一定的高碳酸血症和酸中毒(pH>7.25)[14]。
3．个体化PEEP滴定
PEEP是一种主要作用为打开并维持塌陷肺区域的机械通气参数，能减少塌陷肺区域剪切伤和生物伤的发生风险，改善肺水肿，提高氧合。但过高的PEEP也会增加肺循环阻力，增加右心室后负荷，降低心排量，因此个体化PEEP滴定非常重要。目前有多种方法可进行PEEP滴定。早期常通过PEEP/吸入氧浓度(fraction of inspiration O2，FiO2)滴定表进行PEEP滴定(表1)[15]。在使用PEEP/FiO2滴定表时，应首先以维持PaO2在55～80 mmHg或经皮动脉血氧饱和度在88%～95%为目标设置FiO2，再根据FiO2值选择表格中对应的PEEP值进行设定。可以先尝试低PEEP/FiO2组，再根据患者实际情况尝试高PEEP/FiO2组[如经评估肺组织具有较高可复张性(通过CT、肺部超声、电阻抗成像等评估)患者，中重度ARDS患者，病态性肥胖患者]。随着对ARDS的进一步研究，超声法、跨肺压法、电阻抗成像法等其他可视化、个体化的PEEP滴定方法也逐渐得到发展并在临床上使用，本文在此不再赘述。
4．俯卧位通气
俯卧位通气的作用是通过改变患者的体位改善患者的肺通气血流分布，打开塌陷肺区域，帮助实现肺更均一化通气，避免VILI，改善氧合。对于中重度ARDS患者(PaO2/FiO2≤150 mmHg)可考虑俯卧位通气，一般至少维持16 h。当患者在仰卧位体位下，PaO2/FiO2>150 mmHg且可以维持6 h以上，即可以终止俯卧位通气[16]。
(三)局限性
1．通气不足
肺保护性通气策略中小潮气量通气策略可减轻或避免VILI，但过低的潮气量可能导致CO2清除能力降低，引起PaCO2过高。应严密监测患者的血气分析结果，维持pH在7.30～7.45。如果pH<7.25，可以尝试采取增加呼吸频率、提高PEEP水平、开放塌陷肺泡等方法以降低PaCO2。
2．自主呼吸努力过强或不足
部分患者可能因无法耐受小潮气量通气，进而出现躁动、无法达到预期氧合目标等情况，因此在使用肺保护性通气策略时容易出现患者自主呼吸过强、躁动引发的继发性VILI。为减轻患者躁动而过度镇静可能会造成患者通气不足、膈肌废用性萎缩等问题。
3．心脏负荷增加和血流动力学不稳定
肺保护性通气策略中过高的PEEP水平会增加肺循环阻力，增加右心室后负荷，降低心排量，出现血容量不足等问题[16]。允许性高碳酸血症可能因患者PaCO2升高而刺激肺动脉收缩，进一步增加肺循环阻力[17]。
三、膈肌保护性通气策略
(一)实施原则和实施方法
膈肌保护性机械通气是一种以保护机械通气患者膈肌功能状态为核心的通气策略，旨在为患者提供足够的呼吸支持前提下，适当恢复自主呼吸，最大限度减轻或避免膈肌负荷和损伤，减少人机不同步，促进患者恢复呼吸功能，缩短机械通气时间[10]。持续机械通气24～48 h后即开始出现膈肌萎缩[8,9]，而过强的自主呼吸容易造成膈肌过负荷，引起膈肌损伤[18,19]，因此早期适当恢复自主呼吸可以预防机械通气患者出现膈肌废用性萎缩和膈肌损伤。具体实施方法如下。
1．动态监测膈肌功能状态
机械通气期间保持恰当的膈肌负荷，避免机械通气辅助过度或辅助不足[20]。临床中可以通过跨膈压(transdiaphragmatic pressure，Pdi)、膈肌电活动(diaphragm electrical activity，EAdi)和膈肌超声等方法进行监测。
2．动态监测和保持人机同步
呼吸支持水平不足、PEEP滴定水平不当等原因均会引起人机不同步，导致患者出现膈肌过度用力，离心和向心负荷过重，造成膈肌损伤。监测和保持人机同步是实施膈肌保护性通气策略的有效手段[21]。通过观察呼吸机波形、食道压(esophageal pressure，Pes)波动、患者临床表现、辅助呼吸肌用力现象等，动态监测患者是否出现人机对抗。
3．尝试选择辅助通气模式
即使使用短时间的控制通气模式也会导致膈肌纤维萎缩[20]。可以根据患者情况尝试选择辅助通气模式，如压力支持通气、神经调节辅助通气、成比例辅助通气和气道压力释放通气等允许患者自主呼吸的通气模式[22]。
4．神经肌肉电刺激
对于无自主呼吸的危重症患者，神经肌肉电刺激可用于诱导患者膈肌收缩，改善重力依赖区肺通气，预防和治疗ICU获得性肌无力。长期机械通气不仅会造成患者膈肌废用性萎缩，同时也会造成呼气肌萎缩，导致气道廓清能力下降[23,24]。通过对患者进行呼气肌经皮电刺激能有效改善患者拔管成功率[25]。
(二)监测方法
膈肌保护性通气策略需要监测患者的呼吸驱动情况和膈肌功能状态，监测方法众多，表2直观地展示了膈肌保护性机械通气策略的监测方法和监测目标。
1．Pes
Pes可以间接反映胸膜腔内压，利用Pes变化(ΔPes)监测患者的吸气努力程度，区分肺与胸壁在呼吸过程中应力的贡献。此外，Pes可以进一步监测跨肺压变化，量化患者自主呼吸努力和真正作用于肺的应力变化，在避免肺损伤的前提下恢复部分膈肌功能。Pes以维持在5～10 cmH2O为目标。
2．呼气闭合压(expiratory occlusion pressure，ΔPocc)
通过监测呼气末阻断时气道压力变化ΔPocc可以避免出现呼吸肌过度用力和肺动态压力差异过大的现象，也可以用于间接估计患者的呼吸肌压(pressure generated by the respiratory muscles，Pmus)变化(Pmus＝3/4×ΔPocc)，尽量保证患者的ΔPocc在8～20 cmH2O波动，Pmus在5～10 cmH2O波动[26]。
3．100 ms气道闭塞压力
100 ms气道闭塞压力定义为短暂(吸气开始后100 ms)气道闭塞期间产生的气道负压，可用于对患者的中枢呼吸驱动情况进行评估，监测患者呼吸驱动不足或过度。100 ms气道闭塞压力正常波动在2.0～4.0 cmH2O，≥6.0 cmH2O提示患者吸气驱动过高，<2.0 cmH2O提示吸气驱动不足。该方法操作相对简便，侵入性小，但无法动态实时监测[27]。
4．Pdi
Pdi由Pes和胃内压间接测得，计算公式为Pdi＝胃内压－Pes，正常波动在3～12 cmH2O。Pdi可用于直接评估膈肌肌力大小，并进行动态观察。
5．EAdi
利用具有监测膈肌电信号的专用导管可实时在患者胃-食管交界处监测患者EAdi。EAdi可用于评估患者的吸气努力程度，识别人机不同步现象[28]。
6．膈肌超声
膈肌超声可以通过膈肌移动距离、膈肌增厚分数(diaphragmatic thickening fraction，DTF)和超声剪切波弹性成像等指标评估膈肌纤维化程度、是否存在呼吸驱动过强和膈肌功能障碍等问题。机械通气患者DTF变化超过10%与膈肌功能障碍有关，而维持DTF在15%～30%时患者呼吸驱动水平最佳，机械通气时间最短[29]。膈肌超声操作简便，但无法实时动态观察[30,31]。
(三)局限性
1．临床复杂性
患者的肺功能情况、基础疾病、生命体征状态、年龄等情况都可能影响策略的实施，膈肌保护性通气策略在临床中实施需要进行个性化的评估和调整，具有一定的困难。
2．评估方法困难
患者呼吸驱动和膈肌功能的评估较为困难，并且部分评估方法标准尚未统一。目前膈肌功能的评估方法多样，如膈肌超声、Pdi、ΔPocc等，但都存在一定的局限性。
3．患者配合
由于膈肌保护性通气策略需要患者具有适当的自主呼吸，即要求一定的主动吸气能力。对于一些无法合作或者意识状态不清的患者，膈肌保护性通气策略可能难以实施。
4．并发症
恢复患者部分自主呼吸需要进行密切的监测，过程中容易出现自主呼吸驱动过强引起的VILI，引发肺部感染、肺水肿、气胸等潜在并发症。
四、肺-膈肌保护性通气策略
(一)实施原则
肺-膈肌保护性通气策略融合了上述两种保护性通气策略理念，以肺和膈肌为保护目标，通过监测患者呼吸驱动和人机同步性进行个体化通气，缩短患者的机械通气时长，提高存活率，改善预后和生存质量。但对于部分危重症患者，如中重度ARDS患者，由于缺氧、死腔容积增加、炎症刺激等因素，恢复患者自主呼吸以保护膈肌功能可能会出现呼吸驱动过强的问题，增加VILI的发生率。因此，密切监测患者呼吸努力，在"肺保护"的基础上恢复患者的部分自主呼吸，以预防膈肌废用性萎缩是肺-膈肌保护性通气策略的实施要点。
(二)监测方法
对于有自主呼吸的患者，作用在肺上的力是由呼吸机和患者自身吸气努力共同决定的，通过呼吸机监测的气道压力会低估患者的真实应力变化。因此，需要通过监测患者的Pes、EAdi、气道压力等方法对患者的呼吸驱动程度进行评估，监测方法结合了肺保护性通气策略和膈肌保护性通气策略，在此不再赘述。
(三)监测目标范围
肺-膈肌保护性通气策略应以保证患者具有适当的自主呼吸为目标，结合患者疾病和病情发展进行个体化参数设置。但目前对于可接受的自主吸气努力水平仍不明确，表3中列出了现有的监测方法和对应的可能保证安全自主呼吸的监测目标[3,22,32]。
(四)参数设置原则
(五)特殊患者实施肺-膈肌保护性通气策略的补充治疗
对于部分呼吸驱动过强、需要进行深度镇静镇痛的重症患者，可以尝试以下几点进行针对性干预治疗。(1)俯卧位通气治疗应用于改善ARDS患者氧合已有数十年，可促进胸膜腔内压更均匀分布，降低不同肺区域的组织应力梯度差，改善通气血流比值，提高氧合，降低VILI发生率[37,38]。并且随着新型冠状病毒感染的流行，清醒俯卧位逐渐被广泛应用，在改善氧合的同时促进患者进行安全的自主呼吸、肺-膈肌保护性呼吸[39,40,41]。(2)体外CO2清除可改善ARDS患者的高碳酸血症，缓解患者过强的呼吸驱动，降低驱动压和机械能[42,43]。Mauri等[44]研究表明，高支持水平的体外CO2清除能有效降低重度ARDS患者的100 ms气道闭塞压力和跨肺压。通过监测EAdi发现接受静脉-静脉体外膜氧合的ARDS患者，自主吸气努力过强的表现随着PaCO2的降低而有所缓解[45]，利用静脉-静脉体外膜氧合能更好地维持患者PaCO2在正常范围内波动，促进患者进行安全的自主呼吸[32]。(3)神经肌肉阻滞剂可减轻对呼吸机滴定或镇静无反应的过度呼吸努力，但不完全消除膈肌活动，长期维持部分神经肌肉阻滞的可行性尚不清楚。
五、展望
机械通气过程中不仅需要关注可能发生的VILI，越来越多的证据表明长时间的深度镇静和机械通气、呼吸驱动过强还会造成ICU患者膈肌废用性萎缩和损伤，出现膈肌功能障碍，影响患者预后。以肺和膈肌为目标的保护性通气策略能最大限度地保护患者肺和膈肌功能，改善患者预后。但这种通气策略需要临床医师密切监测患者的呼吸驱动和人机同步性，结合患者病情和呼吸需求进行个性化管理。同时，对机械通气患者的心功能，尤其是右心功能的保护也应当得到重视，缓解PEEP水平和支持压力水平过高对肺循环和右心功能的影响。未来需要更多的临床研究明确肺-膈肌保护性通气策略的可行性、安全性和监测目标，以及对右心功能的监测指标。
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