慢性呼吸衰竭无创正压通气的滴定 / 开普饭

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总结

无创通气(NIV)广泛用于急性和慢性呼吸衰竭。如果动脉血气张力没有改善，可以增加支持水平。然而，可能存在一个极限，超过这个极限，增加通气支持只会导致更大的接口泄漏，而不会改善通气。这项研究的目的是确定是否有这样的限制。

在24例通气稳定患者（10例慢性阻塞性肺疾病(COPD)，14例胸壁畸形，CWD）的日间研究中，吸气压力高达20 cmH2O，设置潮气量高达10 mL /kg与面罩泄漏＜5 l/min相关。虽然随着支持水平的升高，漏气增加，但分钟通气量仍有增加。两组平均(2 sd)耐受压力均为24 cmH2O(8-40)，设定潮气量在CWD组12.7 mL / kg(5.0-20.4)，COPD中9.6 mL /kg(3.9-14.8)。在两种形式的通气支持下，所有水平的呼吸努力指标均显著降低。

关于NIV的治疗目的是减少呼吸肌做功，还是逆转夜间通气不足，目前存在争议。我们得出的结论是，如果主要目的是改善动脉血气张力且未实现，则尽管存在额外的接口泄漏，但使用更大的压力或容量可获得更高水平的通气。如果目标是完全消除肌肉努力，通过将吸气压力水平增加到20(CWD)或25(COPD)cmH2O以上几乎没有什么好处。

介绍

慢性阻塞性肺疾病(COPD)、胸壁畸形(CWD)和神经肌肉疾病所致慢性呼吸衰竭的无创通气(NIV)在减轻症状、避免住院、改善睡眠结构、血氧饱和度和睡眠时经皮二氧化碳方面有效，以及白天动脉血气张力。使用的呼吸机模式和设置各不相同，通常最初由患者舒适度决定，然后根据觉醒期间气体张力的测量值进行调整，并在睡眠期间确认。若动脉血气张力无改善可提高通气支持水平。但是，在呼吸功能严重受损的患者中，可能存在一个限度，高于该限度时，增加输送的容量或压力不会导致通气改善。这类似于试图将1升挤入半升容器中；压力或体积增加超过一定水平可能仅导致更多界面的泄漏，而不会增加通气。有趣的是，临床医生在实践中存在地区差异，一些采用最大呼吸肌休息方法，而其他采用“部分辅助”方法。接口泄漏在NIV期间很常见，与患者呼吸机不同步、无效努力、持续性高碳酸血症和频繁的睡眠觉醒相关。在台架实验研究中，压力目标呼吸机在面对泄漏时的性能优于容量切换流量触发，而容量切换呼吸机在充气时面对高阻抗时应该能够输送更高的潮气量，但可能会导致更多的泄漏。在最近的Cochrane评论中，Annane等人呼吁进行研究，以比较不同类型和模式的通气。

本研究的主要目的是检验零假设：“将通气支持水平增加到一定水平以上将导致更多接口泄漏，而分钟通气量无临床显著增加或食管波形压力时间乘积减少”。次要目的是比较压力和容量目标通气的分钟通气量、泄漏和食管波形的压力时间乘积。

材料和方法

主题

本研究方案获得了利兹教学医院当地研究伦理委员会的批准。获得了患者的书面知情同意。所有患者均处于稳定的慢性呼吸衰竭（PaCO2 46.5 kPa，pH值正常），在过去6周内无急性加重。患者使用NIV（CWD组）或既往符合急性使用的NIV（COPD组）。均为非吸烟者。研究时无患者接受长期氧疗。

研究设计

所有测量均在白天患者半卧位清醒时进行。在整个实验过程中，患者保持在相同的位置。开始实验前，服用任何吸入药物后允许至少间隔2h。

方法

使用MicroLab便携式肺量计(Micromedical,Gillingham,UK)测量静态肺容量。使用自动分析仪(IL-1604,Instrumentation Laboratory,USA)分析桡动脉血气张力。使用放置在鼻罩和呼吸机回路呼气阀之间的加热呼吸速度描记器（型号3700，Hans Rudolph，Kansas City，MO，USA）测量流量。每次实验运行前校准呼吸速度描记器。使用连接到鼻罩一个端口的压力传感器(MPX 5100,Motorola,Denver,CO,USA)测量面罩压力。使用与进一步压力传感器连接的乳胶球囊导管(Ackrad Laboratories,Cranford,NJ,USA)测量食管压力(Poes)。使用标准技术穿过导管。一旦稳定，要求患者闭口通过鼻罩呼吸，以获得基线自主呼气潮气量(VTe)、呼吸频率(fR)和食管波形的压力-时间乘积(PTPoes)，如下所述

无创通气

在开始呼吸机实验之前，患者短期使用他们通常的家庭呼吸机（CWD患者）或他们之前急性使用的机器（COPD患者），以确保最佳的面罩贴合和最小的泄漏，并以其通常（或之前）的设置建立吸入潮气量(VTi)和吸气时间(tI)。这是使用压力靶向通气进行的，这是该科室的常规操作。患者使用了之前使用过的单独鼻罩。在整个实验方案中使用相同的面罩。

方案开始后，不允许患者改变适合度，并鼓励患者尽可能保持静止，闭口，以尽量减少面罩泄漏的波动。确定无吸气触发努力的备用率，并用于后续实验（即患者接受受控通气）。如果患者进行了额外的吸气努力，则在没有自动循环的情况下（通常为-0.1 cmH2O），将吸气触发器设置为最敏感。我们选择了受控通气方法，因为我们单位以前的观察已经证明，这些患者依赖于相对较高的备用率来维持足够的每分钟通气和气体交换。两种通气模式（压力或容量）均使用相同的呼吸机(PV403,Breas,Mo¨lnlycke,Sweden)。选择该呼吸机是因为其提供了两种通气模式，并且设置可以轻松和精确地改变。患者知道呼吸机设置正在改变，但对哪种模式和给予何种程度的支持却一无所知。

容量通气

以0.1 s的增量调整吸气时间，以找到患者的首选设置。重复该过程3次或直至患者在 +-0.1 s内选择一致。设定TI后，在患者耐受性设定的限度范围内，以100 mL的增量调整VTi。患者在每种环境下保持至少3 min，或直至VTe稳定。再次重复该过程3次，按升序或降序随机进行。

压力通气

吸气压力支持(IPAP)的起始水平是患者之前使用的水平。平台(上升时间)根据舒适度进行调整，趋于尽可能最短的上升时间。根据患者舒适度再次改变呼气触发，通常为40%（即吸气流量必须降至峰值流量的40%，才能循环至呼气）。然后在10和40 cmH2O之间以5的增量改变IPAP，受到患者耐受性的限制。如前所述，患者在每种环境下保持至少3 min，或直至VTe稳定。

在每次实验运行的最后60 s内记录流量和压力。计算VTi和VTe、呼吸频率(fR)和呼气分钟通气量(VE)。分钟漏气计算为VTi和 VTe之差乘以呼吸频率。通过计算Poes积分和吸气时间测量食管压力的压力-时间乘积(PTPoes)。吸气定义为Poes描记开始（相对）负摆动。通过恢复Poes至吸气前水平确定吸气结束。胃球囊未通过，因此无法获得呼气肌肉活动的估计值或固有呼气末正压的计算值。PTPoes/VTe被用作呼吸肌活动的指标，因为它与吸气肌的摄氧量相关。因为它与吸气肌的摄氧量相关。吸气努力未导致呼吸机支持呼吸被记录为无效努力。

在确定了设定压力或潮气量与产生的分钟通气量之间的关系后，直接比较了压力和容量通气的泄漏和PTPoes。使用回归分析，达到12、14、16和18 L/min分钟通气量所需的必要设定压力或潮气量根据汇总数据计算。然后估计相应的泄漏和PTPoes/VE。

统计学分析

结果描述为平均值 + 平均值的标准误差。分别对COPD和CWD患者进行分析。主要终点为呼气分钟通气量(VE)和分钟漏气量；次要终点为PTPoes/VE。设定潮气量以ml/kg表示，以便进行比较。使用单因素方差分析(ANOVA)评估每个患者组和通气模式的设置之间是否存在任何显著差异。

结果

招募了24例患者（14例CWD，10例COPD）（表1）。两组均有严重的肺功能受损伴日间高碳酸血症（尽管CWD组接受了家庭NIV）。出于实验目的，所有患者均耐受从常用呼吸机到PV 403的转换。在压力和容量范围的极端情况下（例如：CWD组大于40 cmH2O或20 mL/kg，COPD组为16 mL/kg），患者感觉设置不适，并且在这种情况发生时，压力或容量恢复到较低水平。然而，患者确实忍受了大范围的压力和容量。

两个患者组耐受的平均压力(2 SD)为24 cmH2O(8-40)。CWD的平均耐受设定值Vti 12.7 mL/kg(5.0-20.4)，COPD的平均耐受Vti 9.6 mL/kg(3.9-14.8)。随后仅对患者认为可接受的设置进行了分析。设置参数（压力或容量）与分钟通气量、分钟漏气量和PTPoes/VE之间的关系如图1所示。

通气和泄漏

在患者耐受性的限制范围内，通过增加设定压力或容量均可改善分钟通气量（图1）。低水平的压力(~10 cmH2O)或容量(~6m l/k g)支持提供与自主通气相似的分钟通气。然而，即使在这些较低水平的支持下，与无辅助通气相比，食管波形的压力时间乘积也显著降低，两种通气模式的PTPoesin均降低(P < 0.01)。压力在20-25 cmH2O以上，潮气量在6 mL/kg以上，未导致PTPoes进一步降低（图1）。

随着支持的增加，面罩泄漏增加。在压力通气期间，设定压力超过20 cmH2O与泄漏增加相关。置信区间表明，在较高压力下，泄漏在患者基础上的变异性很大。尽管泄漏增加，但每分钟通气量持续升高。在容积通气时也有类似的模式，CWD患者的漏气量超过10ml/kg，COPD患者的漏气量超过8ml/kg，都有增加。与其他研究相比，无效的努力很少。这些情况往往发生在压力或容积的极端情况下，特别是与高水平的泄漏有关。没有出现自动循环的情况。

压力通气和容积通气的比较

通过使用图1中的数据，可以确定达到12、14、16和18 l/min分钟通气量所需的设定压力和潮气量。使用这些数字，对达到这些分钟通气量的压力和容量目标通气的分钟泄漏量和PTPoes进行了估计。由于COPD患者数据的异质性，这仅在CWD组中可能发生。在12-18 l/min的每分钟通气量下，压力和容量目标通气在面罩漏气和PTPoes方面等效。

讨论

本研究未证实零假设“将通气支持水平增加到一定水平以上仅会导致更多接口泄漏，而分钟通气量无临床显著增加或食管波形压力时间乘积无临床显著减少”。随着压力或容量通气水平的增加，尽管面罩漏气增加，但分钟通气水平可达到更高水平。在低水平支持下，PTPoes显著降低，但一旦IPAP大于20 cmH2O或设置VT超过6 mL/kg，进一步的减少就很小了。这些发现在CWD和COPD的患者中都是如此。

目前尚无明确定义的NIV期间通气支持的主要目的。通常的目的是改善气体交换或减轻呼吸肌负荷。Kimura等人建议通气应旨在保持Poes接近于零。该小组认为，高水平的压力支持不会对呼吸肌造成足够的负荷，从而导致呼吸肌的衰弱和萎缩。动物实验的证据表明，连续有创通气确实会导致膈肌耐力和强度降低。虽然接受完全有创通气的患者可能发生呼吸机诱导的膈肌功能障碍，但接受间歇性NIV的患者并非如此。Nava等人在COPD间歇NIV治疗4周后证明膈肌强度有所改善。这些患者在自主呼吸期间会有呼吸肌对抗负荷增加的时期，这在防止呼吸肌萎缩方面应该比部分辅助更有效。可以说，这是一种理想的训练制度；在控制通气期间，Carrey等人和Elliott等人都证实了食管正压波动和通气改善。在改善肺不张和胸壁顺应性方面，积极的呼吸可能有好处，特别是在慢性肺疾病患者中。在NIV期间尽可能减少吸气肌的工作可能是可取的，尽管不是肯定的。在较高水平的呼吸机支持下，“呼吸机Ti”可能比“神经Ti”更持久，这可能是反对寻求更高水平呼吸机支持的一个因素。然而，延长吸气时间将导致更有效的通气，允许在长时间常数的肺单位中有更多的时间进行气体交换。存在肺过度充气更严重的潜在风险，特别是在COPD患者中。然而，在本研究的控制通气期间，NIV期间的备用呼吸率低于这些患者的自主呼吸率(15.4 vs. 19.4/min)，允许比自主呼吸更长的肺排空时间。Fauroux等人在接受NIV的囊性纤维化儿童中，以较高的备用频率证实了呼吸努力的减少。

关于增加通气支持超过一定水平只是增加漏气而不增加通气的建议，在一系列研究正常人的论文中，Parreira等人已经显示了双水平压力通气和声门孔径之间的相互作用，可能限制每分钟通气量。同一组认识到，在这些实验期间，诱导了显著的低碳酸血症，他们认为这消除了低氧血症驱动，并导致被动声门狭窄，这是通气驱动减少的结果，而不是直接的物理狭窄。我们使用患者而不是正常人的数据并不支持这一点，因为在所有患者中，随着压力支持水平的增加，与无辅助通气相比，每分钟通气量持续升高。一些声门闭合可以解释面罩泄漏增加的原因。在NIV期间，在较高的压力下观察到声门上区膨胀。然而，重要的是，尽管在较高压力或容量下泄漏增加，我们观察到分钟通气量仍有值得的增加。

我们的数据与在稳定期COPD患者中使用PSV的其他研究一致，显示随着压力支持的增加，VE、气体交换持续改善，Pdi或膈肌EMG减少。在COPD急性加重中也发现了相似的结果，在较高水平的压力支持下获得了益处。尽管如此，在高支持水平下（例如：IPAP为40 cmH2O），仍有少量但显著水平的患者努力。这代表患者“加入”通气，在吸气阶段进行工作，但不一定触发呼吸机。与其他研究相比，本研究中没有显著无效的努力。这并不奇怪，因为大多数通气呼吸得到控制。

这项研究的局限性

漏气在NIV期间很常见，尤其是在睡眠期间，并随睡眠阶段而变化。测量是在白天进行的，处于清醒的坐位或半卧位，因此可能与夜间睡眠时发生的情况不相关，此时NIV通常但并非总是应用。此外，患者在夜间更有可能通过口腔漏气。虽然患者在白天可以忍受短时间相对较高的充气压力或潮气量，但这些可能对睡眠质量产生有害影响。这将适合于一个夜间研究，比较 "高 "与 "低 "通气策略，同时也进行多导睡眠监测。

在每种设置下测量动脉血气张力以确定这些变化是否不仅影响分钟通气量，还影响实际气体交换，将是有用的。进行重复血气测量或插入动脉插管是不道德的。由于通过更大的潮气量和呼吸率降低实现了每分钟通气量的改善，因此可以合理推断肺泡通气以及PaCO2将得到改善。在实验期间测量脉搏血氧饱和度，但对变化不敏感。同样，在最初的试点研究中使用了经皮 CO2 测量，但发现不一致，并且在每个呼吸机设置使用的时间范围内反应太慢。

在本方案中，患者仅限于一种呼吸机Breas PV403。将该数据外推至所有形式的无创呼吸机时必须谨慎。其他机器在吸气和呼气之间切换的方式以及触发灵敏度不同。切换和触发的微小变化会对泄漏、呼吸功和舒适度产生显著影响。Prinianakis等人研究表明，更快的加压速率导致呼吸功更大减少，但更多的泄漏和患者不适。然而，我们选择了较高的后备频率，以便控制大多数呼吸，这一事实将吸气触发性能差异的影响降至最低。使用的呼吸机不提供任何形式的呼气正压支持(EPAP)。内源性呼气末正压的存在是显著的，特别是在COPD急性加重的患者中。由于本研究中的COPD患者处于稳定状态，且通气得到控制，因此无任何EPAP不太可能显著影响结果。事实上，如果提供EPAP，在辅助呼吸期间食管压力时间乘积的减少将更大。

我们观察了呼吸机设置对慢性稳定状态患者的影响，结果不一定外推至急性环境。此外，在已适应NIV的个体中进行，这些个体可能比NIV初治患者更能耐受更高水平的支持或面罩泄漏。研究的COPD组恰好是肥胖的（平均体重102 kg），这些患者也有可能患有一定程度的肥胖通气不足。该研究是在白天患者清醒时进行的，因此这不太可能是一个混淆问题。

最近的工作已经确定了面罩设计的重要性，特别是贴合性对触发和泄漏的影响。我们没有在所有患者中使用相同的面罩，而是个体患者习惯使用的面罩，并且发现在泄漏和舒适度方面对他们最好。使用一些较新的面罩设计可能会观察到较少的面罩泄漏；如果是这种情况，在较高水平的支持下，通气量增加可能更大。

在每种情况下都包括对患者舒适度的评估是很有用的。有人认为，这是不现实的，因为在很短的时间内使用的设置范围很广。虽然个人最初可能会觉得相对“高”的支持水平不舒服，但如果在一段时间内通过逐渐增加支持水平达到相同水平(如常规临床实践)，那么将获得非常不同的舒适感受。临床观察肯定地表明，当开始NIV时，一些患者可能只能耐受低水平的支持，但随着他们的适应，水平可以逐渐增加。本研究中观察到的这组患者并非初次使用NIV，因此与首次经历无创呼吸机的人相比，他们更有可能容忍更高水平的支持。在NIV期间，患者的舒适度、耐受性和随之而来的依从性是至关重要的。在使用不同无创呼吸机的个人之间和个人内部，报告的舒适度存在很大差异。

结论

需要进一步的研究来确定NIV的正确目标，特别是是否应该完全消除呼吸肌活动，其理论上有废用性萎缩的风险，部分降低到正常范围，或者控制换气不足和夜间气体张力的改善。如果充分控制动脉血气张力是主要目的，而中等水平的通气支持不能实现这一点，则可以通过使用较高水平实现更大的每分钟通气量。在压力通气（越来越多的首选模式）期间，高达20 cmH2O的压力几乎不会导致泄漏。压力增加到该水平以上与一些但不是所有患者的较大漏气相关，并确实导致每分钟通气量增加。在所有压力或容量支持水平下，PTPoes均显著降低，但如果这是治疗的主要目标，则通过将IPAP增加至20(CWD)至25(COPD)cmH2O以上几乎没有益处。这项研究表明，如果NIV失败，不应该因为担心界面过度泄漏而避免更高水平的呼吸支持。