最佳PEEP的测定方法

 

天才的构思，凡人的解读----关于Stress index的思考

 

对于ARDS患者的机械通气治疗，目前已经形成了共识：肺保护性通气策略，尽可能减少呼吸机相关肺损伤的发生。肺保护性通气策略，核心是小潮气量、低平台压和合适的PEEP水平。对于小潮气量和低平台压，基本已经达成一致的看法，但合适的PEEP水平如何来确定，却始终是一个难以解决的问题，前段时间在drqin的相关专题帖中也曾有过讨论，高分辨率CT、P-V曲线分析、动态顺应性监测等都可以提供一些有价值的线索。方法很多，各有千秋，其中有一种个人感觉虽然不一定是最正确的，但却是最具想象力和创造性，最能让人拍案叫绝的天才设想，它，就是Stress index。

 

Stress index，国内有把它翻译成为“肺牵张指数”，个人理解它的含义可以简单的表述为反映机械通气过程中肺顺应性变化的指标，进而言之也是反映ARDS病人肺泡塌陷和复张程度的指标。提出Stress index概念的最大意义，在于试图采用直观的单一的指标来反映通气过程中肺泡复张的程度，并由此指导选择合理的机械通气策略。

 

看着很枯燥，不是我的风格。其实Stress index就是一个工具，傻瓜化的工具，通过一个数字，就可以告诉我们对于眼前的这个ARDS病人，我们呼吸机的参数设置是否正确，特别是PEEP的设置是否合理。听着是不是很神奇？老实说，真的，很神奇，而能想出这种天才创意的牛人，更神奇。

 

个人感觉Stress index这个概念很独特，很值得学习研究，但相关的讨论很少，所以提出一些自己肤浅的认识，供大家讨论，也希望更多有相关经验的同道不吝赐教，分享自己的经验。 

 

 

一、英雄也须问出处---Stress index的定义

 

万变不离其宗，再怎么神奇，它的理论基础还是我们非常熟悉的内容。Stress index，其本质就是对压力-时间曲线的一种“另类”的解读方式。只是，当我们大多数人还在纠缠于LIP、UIP等等概念的时候，有的牛人，以其独到的眼光，独辟蹊径，从另外一个角度给我们揭示了问题的本质。

 

压力-时间曲线可能是我们平时看得最多的呼吸波形之一了，几乎所有现代的ICU呼吸机都配备有压力-时间曲线显示，从压力-时间曲线上我们可以得到很多呼吸力学相关的信息。在容量控制通气的吸气相，随着时间的推移，气道压力逐渐增加，而压力增加的速率是与肺顺应性有关的，当然，肺顺应性的改变，也会实时影响到压力增加的速率和压力曲线的形态。那么压力相对时间的变化遵循怎样一个规律呢？可以用下面这个公式表示：

 

Pao = a*tb+c

 

其中Pao为气道开口压力，也就是我们在呼吸机上监测到的气道压力；a是吸气曲线的斜率，常数；t为时间；c为吸气开始时的气道压力，也就是PEEP；这个b就是神奇的Stress index，反映了肺顺应性的改变。

 

当然，这个公式的成立，是有先决条件的。首先必须在患者完全镇静肌松的条件下，才能够得到精确的结果，这和大多数呼吸力学指标测定的原则是相同的；其次，必须是在持续低流速送气的情况下，这也和我们精确测定肺顺应性的原则一致；第三，假设在整个吸气相内气道阻力保持不变，这在完全镇静肌松、持续低流速送气的过程中也是可以达到的。满足了这三个条件，我们的Stress index就有了发挥能力的舞台。 

 

二、不识庐山真面目，只缘身在此山中----Stress index的临床意义探讨

 

关键的部分来了，这个Stress index究竟有什么临床意义呢？中学的几何课没学好，那些曲线直线啥的基本都已经还给老师了，只好硬着头皮解释一下，如有错漏还请各位指正。先回到这个公式上来，公式中的a和c在通气过程中都是事先设定好的常数，那么其实真正的变量只有三个：气道压力P，时间t和Stress index b，那么当b为不同数值的时候，P和t之间的关系也会相应变化，这里有三种情况。当b=1时，公式成为P与t之间的线性关系，相应的图形即为一条有一定斜率（a）的直线；当b<1时，公式成为P与t之间的反比曲线，相应的图形变成向上凸起的曲线；当b<1时，公式成为P与t之间的正比曲线，相应的图形变为向下凹陷的曲线，具体可见下图，从左到右分别为b<1、b=1和b>1的情况。

此主题相关图片如下：48070396.jpg

对于ARDS患者而言，由于其独特的肺部病理改变，肺泡的塌陷、复张和过度膨胀成为机械通气治疗中的难题。其实我们一直在强调最佳PEEP，从肺泡的角度看，什么是最佳PEEP呢？很简单，就是能够在呼气末保持所有肺泡均处在开放状态的PEEP。由此推论，如果我们设置了一个最佳的PEEP水平，呼气末所有肺泡均处在开放状态，那么在吸气相就不会再出现肺泡复张的现象，当然，也能够避免肺泡的过度膨胀。此时，肺顺应性在整个吸气相就是保持不变的。当我们设置的PEEP水平不足，呼气末有肺泡塌陷，那么在吸气相正压的驱动下就会有一部分肺泡复张，由此使得肺顺应性增加；如果我们设置的PEEP水平过高，导致吸气相肺泡处于过度膨胀状态，则反映在肺顺应性下降。

 

基于这个判断，Stress index或者说b值的意义就很明显了：当b=1时，肺顺应性保持不变，既不存在肺泡复张也不存在过度膨胀，提示PEEP水平合适；当b<1，提示肺顺应性增加，存在肺泡复张，需要提高PEEP水平；当b>1，提示肺顺应性降低，存在肺泡过度膨胀，需要降低PEEP水平。

 

这样一来，原本复杂的问题就简单化了，只需要监测这个Stress index的值，通过调节PEEP水平的设置，使得b值尽可能接近1，就能够达到最好的肺保护效果，是不是很神奇？至少我在刚接触这个概念的时候是觉得不可思议的。

 

三、梦想照进现实----Stress index实用性的探讨。

 

我一直认为，再好的技术，如果缺乏可操作性，那也只是空中楼阁看上去很美，那这个看上去确实很美的Stress index的实用性究竟如何呢？

 

先看看精确测定Stress index所需要的条件

 

1. 完全的镇静肌松：个人感觉这应该不是问题，毕竟大多数的ARDS患者在其疾病的急性期可能都需要不同程度的镇静肌松来改善人机协调，降低呼吸功的消耗，如果再考虑到RM等的需要，充分的镇静肌松更是必不可少，因此这点很容易满足。

 

2. 持续低流量的送气：应该更加容易实现。容量控制通气，吸气流速在整个吸气相保持不变，而几乎所有的现代ICU大型呼吸机均有足够的性能保证提供稳定的低流速供气（从上面的图中可以看到吸气流速保持在4ml/s左右，这对任何一台工作正常的高档呼吸机来讲都不应该是什么难题）

 

3. 整个气道阻力在吸气相保持不变：这是一个假设，而实际上我感觉如果有充分的镇静肌松作保障，吸气流速足够稳定低速的话，一般情况下气道阻力的变化是可以忽略不计的。

 

由此可见，在大多数情况下，我们都有足够的能力创造出一个适合的条件来精确测定Stress index，进而为呼吸机设置提供有价值的参考信息。 

再来看一个Stress index监测的实例，国内的邱海波教授在这方面作了很多工作，在他指导的一项动物实验中，分别利用油酸注射、生理盐水灌洗和盐酸吸入建立犬ARDS模型，充分镇静肌松后，以6ml/kg潮气量分别给予容量控制通气，保持吸气流速恒定的情况下，应用呼吸功能监护仪近端监测流速和压力，电脑软件根据方程计算得出b值，调节PEEP使得b值接近1。然后对每组的犬模型进行肺复张操作，操作完成后调节PEEP，使得三组模型分别对应b<1、b=1、b>1，进行分析比较。

 

从这个动物实验的设计来看，我们完全可以利用现有的设备，准确地得到Stress index值，并进行相应的PEEP调节，以指导呼吸机参数的设置。而且，据我所知，目前已经有呼吸机在着手进行Stress index相关软件的研发，希望能够将Stress index的监测整合到呼吸机常规监测参数中去，也许在不久的将来，我们就可以用更简单直观的方法获取Stress index值，更方便的评价机械通气的实施。 

四、真金自然不怕火炼----Stress index的循证医学依据

 

从机制原理上看，Stress index似乎是一个非常不错的解决方案，不用看抽象的P-V曲线，不用反复抽血做CT，只要看个数字就解决问题了，还有比这更爽的事情吗？且慢爽，现在是讲究循证医学的时代，什么事情都必须要有证据，没有足够有说服力的试验数据，再好的构想也只是水中月画中饼而已。幸运的是，目前已经有很多国内外的大牛在进行这方面的研究，也初步得出了一些阳性的结果，给Stress index在临床上真正的进入实用阶段提供了可期待的前景。

 

在Stress index的研究方面，国外主要是Salvatore Grasso、Marco Ranieri、Arthur Slutsky、Pierpaolo Terragni等专家，国内我看到比较多的是邱海波教授。研究领域基本还在动物试验阶段，方法也差不多：选择实验动物，制造ARDS模型，机械通气，调节PEEP使得b值=1，然后进行肺复张操作，复张以后再次调节Vt、PEEP等参数，将实验动物分为b<1、b=1、b>1三组，分别比较三种Stress index值下肺泡复张、过度膨胀、呼吸动力学等参数的差异。最终得出的结果也比较相似，b值或者说Stress index可以作为临床机械通气设置的参考指标，在b=1时，机械通气的潮气量基本在原来正常的肺泡区内产生，无明显的tidal recruitment和tidal hyperinflation，可以最大程度上减轻由于tidal recruitment和tidal hyperinflation所造成的呼吸机相关肺损伤；b<1时，提示存在tidal recruitment；b>1时，提示存在tidal hyperinflation，都是容易引起呼吸机相关肺损伤的有害设置，建议通过调节PEEP、Vt等参数，尽可能将b值接近于1，以达到最好的通气效果，保护ARDS患者脆弱的肺部

回顾一下2004年发表在Critical care medicine上的一篇文章，作者就是前面说到的Salvatore Grasso等等一干猛人，实验动物是8头猪，运用前面提到的软件进行Stress index的测定，整个试验过程如下图所示

经过RM以及之后的参数调整，三个不同Stress index组别被建立起来。在这项研究中，个人感觉最值得称道的是研究者引入了高分辨率CT的影像学检查，使得我们能够非常直观的看到在不同的Stress index值下肺部的实际情况。

 

不同b值下ARDS模型肺部的CT影像

 

从这些CT影像上可以看到，在建立ARDS模型以后，为保持b=1，Vt为6ml/kg，PEEP 5cmH2O，相应的平台压22 cm H2O（第一幅图）；当进行了肺复张操作以后，由于大量原先处于塌陷状态的肺泡重新开放，而这些肺泡处于一种非常不稳定的状态，必须给予相应的PEEP水平才能保证其维持开放状态，因此可以看到，为了维持b=1，PEEP的水品明显升高，达17 cm H2O，而我们之前采用P-V曲线分析LIP的方法，得到的LIP水平一般也在16--20cm H2O左右，两者非常接近（第二幅图所示）。此时的CT影像可以看到，无论在吸气末还是呼气末，都能够保持有最多的肺泡处于开放状态，同时又能避免过度膨胀。但在这里我也有一个疑问，为保持b=1，平台压此时高达32 cmH2O，与ARDSnet所强调的低平台压目标似乎不符，在Stress index和平台压等目标值存在矛盾的时候，应该如何取舍呢？期待高人指点。

 

以上是b=1的理想状态下，当b值偏离1时，反复肺泡复张和过度膨胀就会出现。偏离程度越大，这种倾向就越明显，就如同第三、第四幅图（tidal recruitment）和第五、第六幅图（tidal hyperinflation）。此时不仅CT影像出现明显的异常，Vt和平台压也进入到不可接受的范围内。 

在所有的动物模型中，Stress index值和tidal recruitment、tidal hyperinflation呈现明显的相关性（RR分别为.917和.911，p<0.0001），更进一步证实了Stress index的实用价值 

在这个试验中还有其他一系列数据结果，比如不同充气状态肺区的比较，肺内分流情况以及死腔等等，b=1时的设置均显示了统计学意义上的优势。这一试验也第一次明确了不同的Stress index值可以提示tidal recruitment和tidal hyperinflation的存在，并且以b=1作为参考设置机械通气参数，可以最大程度上避免呼吸机相关肺损伤在ARDS病人身上的出现。

 

关于Stress index的研究文章很多，不过我个人还是最推崇2004年Critical care medicine上的这篇Airway pressure-time curve profile (stress index) detects tidal recruitment/hyperinflation in experimental acute lung injury，无论从试验设计、数据采集还是分析方法都是最详细、最全面的，考虑了一下，为了保护诸位专家的知识产权，还是暂且将一些图片隐去，大家可以检索一下这篇文章，强烈推荐的好文！

 

还有很多专家也提供了相关的研究结果。Nakanen等比较了Stress index组与ARDSnet建议的保护性通气策略组，发现Stress index组能够明显减少VILI的产生；Neve等在20位小儿ARDS病人的研究中，提示Stress index能够准确判断肺泡过度膨胀的存在，并且与静态P-V曲线分析结果有良好的相关性；Gama de Abreu等在兔ARDS模型的研究中证实了Stress index能够作为优化机械通气策略选择的参考指标；国内的邱海波教授指导的犬ARDS模型研究也提示Stress index作为肺复张后PEEP选择参考的价值。

 

在2002年Maspalomas国际危重症会议上，Stress index主要的研究参与者Marco Ranieri在workshop上演示了Stress index在机械通气中的实践应用，使用的分析软件就是前面帖子里提到的那款，在40多分钟的时间里，Ranieri教授解释了Stress index的基本概念，演示了如何在机械通气过程中精确测定Stress index值，并阐述了Stress index的临床意义，非常精彩！ 

 

五、不一定就是通往成功的门，但至少打开了一扇窗----Stress index的价值

 

关于ARDS的保护性肺通气策略，园子里也已经有了很多讨论，有说P-V曲线的，有说氧合指标的，有说动态顺应性的，热闹非常。但这种讨论往往到了最后都会变得有些无奈甚至无聊，因为目前为止还没有任何证据可以判定究竟哪种方法是最好的指导工具，讨论来讨论去还是落得个“公说公有理，婆说婆有理”的尴尬结局。现在看来，个人感觉Stress index也仍然没能摆脱这样的困局。

 

究其本质，Stress index仍然是基于对顺应性或者说P-V曲线分析的产物，两位“前辈”存在的问题它也同样存在。虽然已经有一些相关文献提示了Stress index的临床优势，但要谈到取代其他传统方式，达到一枝独秀的程度恐怕还为时过早，我自己也有很多疑问没有得到解答。比如当Stress index达标和我们常规强调的小潮气量低平台压的目标相冲突时该如何取舍？与满足最低氧合要求相冲突时又该怎样处理？肺泡的复张和过度膨胀的影响因素众多，不是单纯一个PEEP能够决定的，Stress index又如何解决这些复杂的问题？目前的研究多数是联合应用肺复张操作以后的比较，那对于那些不能进行肺复张操作的ARDS，Stress index的应用价值如何？

 

怎样去正确地认识Stress index的价值是一个问题，不可否认，这确实是一个天才的构想，而我目前能做的，只能是站在凡人的角度尽可能得去了解它，解读它。至今还能非常清晰地记得当时第一次看到这个概念时的惊喜和叹服，虽然它可能还存在这样那样的问题，也许它并不一定就是通往解决ARDS机械通气问题的那扇大门，但至少它为我们打开了一扇窗，让我们看到了正确的方向。