很少有人关注连接肺泡的气道网络造成的损伤，或严重气流阻塞患者有创通气引起的问题。正压机械通气可引起非水肿性气压伤，造成气道损伤，促进肺重塑。患者和呼吸机之间的相互作用主要通过动态肺过度充气介导，包括对血流动力学、呼吸肌功能、呼吸工作负荷和患者-呼吸机同步性的功能后果。意识到这种相关性不仅有助于避免阻塞性疾病关键阶段期间和之后的并发症，还为改善患者舒适度和安全性打开了窗口。本综述的目的是调查在“阻塞性”背景下发生的结构损伤和功能障碍的范围。近年来，对呼吸机相关问题的讨论大多集中在潮气量(VT)和压力对原有肺损伤患者肺泡的潜在损害上，这一过程被称为呼吸机诱导肺损伤(VILI)。关于最重要的因素的争论仍在继续，但普遍认为高通胀压力是危险的，特别是在不均匀分布的肺部病理、广泛的肺泡塌陷和潮汐开放和关闭的情况下。相比之下，对连接肺泡的气道网络造成的损害，或者对有严重气流障碍的患者有创通气所造成的问题，关注相对较少。本综述的目的是调查在“梗阻”环境下发生的结构损伤和功能损伤的范围。ARDS的弥漫性损伤通常被认为是由吸入或血源性毒剂介导的整个肺同步开始的过程。但炎性肺损伤也可能开始于局灶性，并通过气道网络按顺序传播，从远端向近端向口部进行。这样的传播可以解释为什么大叶性肺炎在插管后经常“开花”成广泛性ARDS，即使在心脏正常的患者中也是如此（图1)。如果是这样的话，修改通气模式和体位，旨在对损伤过程进行地理上的遏制，有助于防止其泛化并限制疾病的严重程度。小的VT和PEEP倾向于限制源自外周的生物液体的近端排出，而大的VT和有力的呼气努力增加了呼气的峰值流量，往往形成呼气流量的偏向，鼓励它们向口中迁移。实验结果表明，大潮汐呼吸是由较高容量的呼气反冲力驱动的，是一种无效的咳嗽，没有将分泌物从气道排出。以长吸气/呼气比为特征的高频通气模式产生了呼气流量的偏差，这与粘液向气道口转移有关。叩击通气清除分泌物的疗效依赖于有利于呼气的不对称流量曲线。Volpe等人在2室试验肺系统中使用常规频率，证明了平行的发现。不同的顺应性鼓励粘液模拟物通过共用的隆突切割器从一个通气试验肺室转移到另一个通气试验肺室。一项精心设计的实验研究表明，不良通气模式有可能在体内迅速向口内转移稀薄的蛋白质液体，其中放射性标记的白蛋白快速、均匀地分散在包含注射肺叶的整个肺中，以及在低PEEP开始大VT后不久传播到对侧肺。相反，当使用较高的PEEP和较小的潮气偏移时，示踪剂保留在注射的肺内，没有可检测到的对侧扩散。适当的重力复位是治疗性体位引流和胸部物理治疗的核心原则。反之，为了避免不必要的引流，要采取预防措施，防止充满液体的大空腔（如脓肿）将其内容物排入未受影响的区域。类似的重力调动液体的原则可能在较小的范围内适用。如果是这样的话，在病程的早期，当肺部液体稀薄且流动性强时，最初病灶的依赖性定位可以减轻损伤的传播。在周边地区，常规潮汐呼吸时气体速度非常慢，由于咳嗽和粘膜作用受阻，需要利用重力优势将分泌物带到更中心的位置，在那里更快的流动有可能使它们移动。在最近的一项重要贡献中，Schortgen及其同事研究了体位和通气模式对接种了细菌的大鼠右肺细菌传播的影响。两小时的机械通气足以在肝脏、脾脏和对侧肺部播种，但程度不同，取决于PEEP和体位的选择。与自然呼吸相比，低PEEP、高VT和受感染右肺的非依赖性定位促进了左肺的污染。生理学推理，再加上实验证据，支持经气道转移可移动、有害生物体液的潜在重要位置。意识到有助于遏制的通气和体位改变实践可能有助于避免初始局灶性疾病的传播。在使用正压通气进行生命支持的前30年中，在不同的患者人群中经常遇到不同形式的放射学明显的气压伤。严重后果接踵而至，与呼吸机引起的漏气相关的死亡发生率明显不可接受。随着理解的发展，潜在的原因似乎与高充气压力有关，这是由于护理人员坚持维持CO2和pH的正常值。一个发人深省的事实是，例如，在接受机械通气的哮喘患者中，一旦采用允许性高碳酸血症，气胸发生率和死亡率就会下降，整整 5 年之后才推广用于 ARDS 的类似策略。在关于VILI最重要的机械原因（平台压升高或PEEP不足以使肺接近完全复张）的经常激烈的讨论中，阻塞性疾病患者可能为解决该问题提供了被忽视的线索。高平台压常见于失代偿性哮喘和COPD，但显性肺水肿很少出现，可能是因为总PEEP升高是平台压升高的主要原因，而这类患者的驱动压力（平台压和总PEEP之间的差异）通常保持适度。因此，虽然疾病病理学和力学明显不同，但目前急性气流阻塞和肺保护性ARDS的通气方法似乎导致模式非常相似。两者均涉及限制性平台压和较高的总PEEP（一个PEEP是无意的，另一个是故意的）。两种策略均可避免实质水肿和炎症。这不一定是其他形式的肺结构损伤，统称为气压伤。气压伤的机制。定量计算机断层扫描生成的新数据表明，当vt和PEEP超过充气功能残气量的两倍时，肺泡过度拉伸倾向于表现出来。由此产生的过度拉伸使基质破裂，可能破坏肺的纤维骨骼。当异质性肺内存在力放大（应力集中）或互连组织的完整性减弱时，尤其可能发生破裂。不可耐受的力可能引起局部吸气末应变，使脆弱的危及肺泡破裂（图2)。尽管气道循环峰压经常被引用为呼吸机相关气压伤的最重要风险因素，但显然它不是唯一的风险因素（表1）。图2.相对固定的小气道和周围扩张的肺泡交界处组织张力放大可能对脆弱的结构施加破坏力。动态和静态（平台）气道峰压似乎对多变量风险的贡献最大。可通过改善肺顺应性、降低VT或 PEEP、降低气流阻力或减慢吸气峰流量来降低气道动态峰压。气道峰压或PEEP与气压伤的相关性并不紧密。坏死性实质过程、肺病理不均匀、年龄小、气道分泌物过多和机械通气时间是主要诱因。表面小泡可突然消失，而实质破裂似乎需要脆弱肺泡的持续过度扩张。因此，整个呼吸周期内平均肺泡压可能是一个重要的影响因素。作为峰值和平均肺泡压的主要决定因素，每分钟通气量需求和高水平PEEP促成了该风险。如果在肺复张是其主要作用的范围内应用 PEEP，它本身对气压伤的风险几乎没有贡献。此外，PEEP还可能有助于甚至气道压力的分布，并减少当具有异质性力学性能的装置并列时发生的应力聚焦。此外，PEEP还有助于均匀气道压力的分布，并减少具有不同力学性能的单元并列时发生的应力集中。机械异质性在机械通气的应力和应变中起核心作用。尽管气流阻塞的通气疾病——COPD加重和急性失代偿性哮喘——通常被视为均一性和弥漫性，但它们并非如此。在这里，机械异质性较少由肺压缩重量、血流分布和胸膜压差（如ARDS）的变化引起，更多由气道分泌物、气道炎症、支气管收缩、胸壁特征和气体陷闭的区域差异导致的时间常数异质性引起。首先考虑，似乎吸气末静压（与胸部顺应性共同作用以确定整体肺容量和平均肺泡拉伸的压力）与气胸的相关性比与呼吸机循环峰值压力（峰值动态压力）的相关性更为密切。平台压与气胸的关系确实比峰值动压更强。 然而，气道阻力在非同质化肺部的支气管通道中差异很大，因此，在中央气道内增加动态压力可能会促使区域性膨胀，并在有开放通路的通道中导致肺泡破裂，从而削弱肺泡。而且，快速吸气流动倾向于驱动分泌物离开气道开口，甚至损伤气道上皮。按理说，提高峰值流量以延长呼气时间并不是无风险的。改善气道阻力或肺顺应性，降低vt和PEEP是降低峰值动压的较好方法。呼吸机循环压力峰值似乎没有一个明显的阈值，低于该阈值肺泡破裂不会发生。然而，一般而言，在呼吸机循环压力峰值 > 40 cm H2O时，气胸的可能性更大。峰值潮气量压力 > 35 cm H2O气胸更有可能达到或超过胸壁正常患者的肺泡容积，相当于总肺活量。相反，当胸壁僵硬时，高平台压可能耐受性更好。分泌物积聚、血凝块或异物可增加机械不均匀性的程度或产生球阀现象，从而增加气压创伤的风险(表2)。影像学上明显的气压伤——间质性肺气肿、纵隔气肿、气腹、皮下气肿、囊肿形成和气胸——是通气支持的高度恐惧的医源性后果之一。脏层胸膜的直接破裂无疑可由正压膨胀的结果发生，但使机械通气复杂化的气压伤也可由更迂回的路径发生。虚弱的肺泡组织破裂特别可能影响“非隔断性”或“边缘”肺泡，其基底与相对不动的结构（血管、细支气管或纤维中隔）相邻。在高压通气期间、堵塞小气道严重咳嗽期间（球形阀）或声门闭合时发生的胸部钝性损伤期间，肺泡压力的升高不成比例地大于间质压力，在边缘肺泡和相邻的血管周围结缔组织之间产生非生理性压差。一旦发生破裂，肺泡外气体沿着阻力最小的路径沿着压力梯度，沿着血管周围鞘向肺门迁移。气体继续向中心移动，形成纵隔气肿，在常规胶片上可能明显，也可能不明显。在没有预先存在的纵隔病理的情况下，肺泡外气体通过松散的筋膜平面剥离，通常减压到颈部软组织（皮下气肿）或更罕见的腹膜后（气腹）。当软组织气体通过中断或变弱的纵隔胸膜进入胸膜腔时，少数此类病例（可能20-30%）发生气胸。间质性肺气肿、纵隔气肿和皮下气肿通常对血流动力学影响不大，很少显著影响无气流阻塞成人的气体交换。如果外渗气体不能完全减压进入软组织槽，则可能发生危及生命的气道压迫。由于它们的存在预示着肺泡破裂和气胸演变的可能性，这些体征对于在通气患者中检测非常重要。气胸对通气患者的后果是严重的、众所周知的，此处将不进行综述。当通向纵隔的正常支气管血管通道被与疾病相关的结构扭曲所阻断时，间质气体局部积聚或向远端移行产生胸膜下气囊肿，压迫实质血管，产生死腔，增加通气需要量，并对通气-灌注匹配造成重大问题。尽管可能很重要，但在这种暴力和调节不良的实质重塑过程中，分泌物堵塞和“球阀”的确切作用尚不明确。然而，很明显的是，囊肿的突然发展是一个不祥的发现，通常在短时间后预示着张力性气胸。图 3. 无支撑的小气道或末端气道膨胀被非扩张的实质“堵塞”。直接支气管肺损伤。直到最近，通气引起的支气管内损伤的发生被认为在成人患者中很少发生。然而，对长期中等高压通气患者的尸检研究证明，在高气道压下，无软骨支持的小气道可受到相当大的损伤，尤其是当中心气道压被保持未开放的肺单位充分用力时（图3)。当面对高气道压时使用不足的PEEP时，这种机制被认为有助于新生儿支气管肺发育不良，也许是高频通气未能抵御它。在开放和闭合过程中反复施加沿终末细支气管上皮表面发展的高剪切力被认为会激发炎症（图4)。图4. 在潮汐式充气过程中，上皮的剪切力会反复扭曲末端气道的衬里细胞，从而可能发出炎症的信号。微囊性气压伤。气道扭曲易导致囊性实质损伤、气体交换障碍和分泌物清除障碍。微囊出现在高充气压力通气的ARDS患者的整个肺内，并且往往在充气和非充气单元之间的高风险“交界”界面最普遍的依赖区域盛行。然而，在持续暴露于炎症肺的高“重塑”（结构改变）力下的开放性非依赖性区域，已显示出更大、合并性和肺气肿样的变形。肉眼可见的囊性气压伤，曾经很常见，幸运的是，由于现代使用较低的气道压力，现在很少发生。但对于患有坏死性肺炎、气道狭窄和分泌物潴留的年轻患者，不谨慎通气仍然是一种风险。肺泡破裂和局灶性气体潴留是其发病的关键。正如拉普拉斯定律（P=2T/R），随着其半径(R)的增加，维持球形结构壁中固定张力(T)所需的压力(P)下降。因此，一旦开始，该过程是自我强化的，因此气道正压通气产生的囊肿可能在几天内生长到大尺寸。随着这种类型的实质性囊肿的演变，它们压迫正常肺组织，使肺变硬，进一步增加有效通气所需的气道压力。此外，血流从囊肿扩张区域转移，形成死腔，增加通气需求，从而增加平均肺泡压。有效的分泌物管理、感染治疗以及最重要的是降低气道压力是有效管理的基础。全身气体栓塞。对于用高潮气量压力通气并以相对较低的左心室充盈压（“楔压”）维持的ARDS患者，某些肺区的峰值和平均肺泡压可能超过肺静脉压。如果肺泡破裂打开进入血管系统的交通通路，这种从气腔到肺静脉的压差在极少数情况下可能驱动空气进入体循环。微气泡可引起血管痉挛、神经刺激、癫痫发作和损伤或心肌梗死。通常，梗死位于下方，因为浮力空气渗入右冠状动脉，仰卧位向前和向上。区域性约束性网状结构（斑驳的网状血管形态）是一种罕见的标志性皮肤发现。呼吸机和气流阻塞患者之间可能发生许多不良相互作用。这些不良事件的根本原因主要与依赖有效气道卫生的患者气道插管的必要性以及呼吸机支持期间发生的动态肺过度充气有关。正如对每个人一样，插管会干扰咳嗽和分泌物清除的天然效率。对产生大量气道分泌物的患者的潜在后果尤其严重。在这种情况下，充分水化、支气管扩张、短程皮质类固醇的炎症抑制以及感染的预防和治疗具有明确的重要性，仅在偶然情况下提及。动态肺过度充气的后果和管理才是更经常被忽视的，或者是不专业的管理。呼气通常是一个被动过程，使用充气期间储存的弹性能量驱动呼气气流。如果充气期间所存储的能量不足以在下一次吸气开始前使系统恢复松弛平衡，则呼气期间气流持续，呼气末时肺泡压力仍为正值，超过临床医生选择的PEEP值。呼气末肺泡内的这种意外的正膨胀压力（auto-PEEP，也称为内源性PEEP[PEEPi]）既增加了呼气气流的驱动压力，又增加了回缩，从而有助于克服气流阻力。过度充气的需要是由较长的呼气时间常数（数学上是呼气阻力和顺应性的乘积）、通气需求增加和呼气时间不足产生的。尽管过度充气对于呼出VT至关重要，但也会产生不良的生理后果。由于过度充气相关的呼气末肺泡压力促进放气，因此在开始吸气前必须首先平衡。因此，PEEPi增加了运动方程的其他组成部分，以提高平均充气压力和呼吸的吸气功。空气滞留过程至少以其他2种方式促成呼吸功的增加。过度充气使呼吸系统向上运动至压力-容积关系中顺应性最低的部分，导致每升通气的弹性功增加。在这些较高容量下，肺接近其弹性极限，因为膨胀的胸腔的回缩张力本质上是呼气而不是吸气。过度充气还倾向于将更多灌注良好（“3区”）的肺转化为灌注不良的组织，从而增加通气死腔和每分钟通气需求。当潮气通气期间气道发生动态塌陷，且呼吸需求较高时，除过度充气、CO2潴留或两者兼而有之，几乎别无选择。在选定的每分钟通气水平下，维持较低的肺容量可能耗费太多能量或在身体上不可能。为此，许多严重梗阻的患者卧位时肺容量不下降或不能下降。大多数在采取水平姿势时严重气流阻塞的患者都会出现呼吸困难。病变肺内常同时存在不同的机械环境（图5)。气体陷闭的分布因地区而异，取决于气道的局部力学性能。因此，在呼气周期结束时一些区域保持通畅，一些区域在放气周期中封闭的时间要早得多（见图5)。仰卧位加剧了依赖气道闭合和气道分泌物重力汇集的自然趋势。依赖性气道闭合倾向于发生在呼气末之前，在超过可测量PEEPi的肺泡压力下滞留气体。在容量控制通气期间，平台压追踪过度充气比直接测量PEEPi更可靠。由于这种“早期”气道关闭，测量的auto-PEEP可能显著低估哮喘患者的动态肺过度充气和气压伤风险。图5 局部内源性PEEP值的频谱（左）及其对增加8 cm H2O PEEP的反应（右）。添加的PEEP甚至可以帮助不同的呼气末压力，从而改善通气分布以及呼吸开始的难易程度。当呼气末气道闭塞时，通常可以看到存在局部早期闭合的线索。在所有气道开放的情况下，在气道阻塞2-3秒内达到明确稳定的PEEPi值。在存在早期闭合的情况下，当准闭塞小气道减压进入总气道时，auto-PEEP值显示非典型缓慢升高至其最终值。然而，当广泛依赖的气道闭合发生时，事实并非如此，因为截留在这些区域的气体逐渐减压进入中央气道，升高的PEEPi具有特征性的压力波特征，在闭塞后持续缓慢上升数秒（图6)。因此，通过提高PEEP可以消除区域陷闭及其缓慢上升的波形特征并不奇怪。图6 均匀和非均匀分布的auto-PEEP的特征性闭塞后气道压力特征。分区气道关闭的一个含义是坐位、仰卧位和侧卧位可能与不同程度的呼吸困难、气体潴留、气流受限和PEEP反应性相关。避免体位性容量损失和气体陷闭的必要性有助于解释严重阻塞患者经历的端坐呼吸，尽管没有心力衰竭。内源性PEEP上的PEEP。当且仅当潮气呼吸气流受限时，对气流阻塞患者的回路谨慎应用PEEP可能会降低呼吸功。在这种情况下，小于下游增加的临界关闭压力的PEEP只会取代几乎成比例的自动PEEP，而不会导致进一步的过度充气。这减轻了吸气压力的重要组成部分，否则需要吸气以抵抗内源性PEEP（触发努力）的呼气偏差，并且可以改善与呼吸机的节奏同步。增加了每分钟的通气需求。通气-灌注不匹配在严重气流阻塞患者中广泛存在，降低了二氧化碳消除的效率。在哮喘急性加重或广泛肺气肿和强烈化学驱动呼吸的患者中，静息每分钟通气量需求超过12 L/min（正常值的两倍）并不少见。在阻塞性肺病患者中观察到通气肌肉的耗氧量大幅增加。在急性加重期间，通气消耗的氧气和与高度警觉、激越或焦虑相关的代谢需求可能是完全支持呼吸期间观察到的全身耗氧量增加一倍。通气-灌注匹配受损、通气不足和扩散障碍的普遍组合导致动脉氧去饱和，这通常对适度补充吸入氧气反应良好，除非小气道被广泛堵塞。机械效率降低。在COPD急性加重或失代偿性哮喘患者中，通气任务中消耗的氧气与实际进行的机械功量不成比例。过度充气通气系统的肌肉排列效率低下，缩短的吸气末纤维的力-长度关系次优，通气组各种肌肉之间正常有效的协调常被破坏。因此，呼吸的能量成本对于呼吸努力实际产生的压力和机械功大大增加。发生惊恐反应，绝望的患者增加每分钟通气量和需氧量，滞留气体导致更高的工作负荷和能力降低。通气的目的应是建立并保持温和的呼吸努力。药理学麻痹，虽然有时需要减少O2消耗和CO2产生，但可以使用小vt允许耐受高碳酸血症，但不能持续超过绝对必要的时间。有明确的证据表明，当呼吸努力完全沉默时，萎缩的过程早于18小时开始。血流动力学受损。在一些患者中，尤其是在通气支持期间保持被动的患者，空气滞留和动态肺过度充气所呈现的问题在本质上是心血管和肺部一样多的问题。相对较高比例的肺泡正压传递到胸膜腔，阻碍静脉回流，并混淆了对中心静脉压的血流动力学压力测量的解释。肺扩张还会增加肺血管阻力，加剧了肺心病患者低心输出量和低血压的倾向。被动充气时收缩压和脉压的显著呼吸变化表明心脏负荷对身体不利，并强烈暗示动态过度充气的可能性。自主呼吸的患者显著降低了吸气胸膜压，防止了一旦停止这种努力就会出现的静脉回流下降。压力目标模式和Auto-PEEP。以压力控制、气道压力释放通气和压力支持为例的压力靶向通气模式越来越流行。由于内源性PEEP的发展减少了气道开放和驱动吸气的肺泡之间的压差，内源性PEEP和vt的大小随气道力学和呼吸模式和每分钟通气量的变化而变化。对于应用气道压力的固定值，气流阻塞患者的吸气性VT将比正常人或限制性疾病患者对频率和吸气时间分数（吸气/呼气比值的表达）更敏感。如果患者是被动的或吸气肌肉力量保持恒定，输送的VT随着auto-PEEP的建立而下降。这种内源性PEEP/驱动压力相互作用可能导致触发呼吸节律的不一致性和广泛变异性（甚至混乱）。对舒适度和睡眠效率的影响可能很重要，但目前缺乏关于这些问题的临床数据。尽管新的和旧的气体陷闭和压力目标模式之间的相互作用既有趣又众多，但这本身就是一个主题，超出了本综述的重点。Auto-PEEP总是病理性的吗？简单的答案是否定的。当每分钟通气量较高且患者被动时，即使肺部力学正常或根本上是限制性的，也会产生具有动态高通气的内源性PEEP。在ARDS的“婴儿肺”中，在auto-PEEP期间，肺和胸壁的状态之间存在脱节。测量的功能残气量几乎总是降低（即使局部容量过大），而胸壁尺寸正常或减小——没有扩张。即使肺的机械功能正常，如果胸壁异常僵硬，内源性PEEP也可能不会导致功能残气量升高。因此，auto-PEEP并不总是病理性的，甚至不一定与动态肺过度充气挂钩。事实上，内源性PEEP和应用PEEP之间的生理联系鼓励了在ARDS等非阻塞性疾病中利用自动PEEP维持开放气道。反比通气和气道压力释放通气尝试维持PEEPi的基线水平，通过施加短暂的呼气期产生。氧合可能受益于延长的机器充气阶段产生的较高平均气道压，而不会引起呼气末肺萎陷。在完全均匀的肺中，PEEP和PEEPi可以互换。然而，在患病的肺中，异质性时间常数确保了不同部位的auto-PEEP会有所不同，在最不需要的部位产生了更高的值——顺应性最高的单位。因为应用PEEP是均匀分布的，可调节的，并且随着通气量和体位的变化而变化，所以在这种应用中，一般来说，它比内源性PEEP更受欢迎。潮气量限制患者在内源性PEEP的基础上增加PEEP将有助于减少相关的触发努力和呼吸功，并有助于均匀分配整个异质性肺的通气。正压机械通气可引起非VILI气压伤，造成气道损伤，促进肺重塑。患者和呼吸机之间的相互作用主要通过动态肺过度充气介导，包括血流动力学、呼吸肌功能、呼吸工作负荷和患者-呼吸机同步性的功能后果。意识到这种相关性不仅有助于避免阻塞性疾病关键阶段期间和之后的并发症，还为改善患者舒适度和安全性打开了窗口。
内容来源：RESPIRATORY CARE · JUNE 2013 VOL 58 NO 6
