ARDS患者自主呼吸努力评估方法的研究进展

作者：陈栋玉，潘纯，杨毅

单位：东南大学附属中大医院重症医学科

本文来源：中华重症医学电子杂志2023年第9卷第1期

【摘要】 自主呼吸的保留对于不同严重程度的急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者具有不同的意义，呼吸努力的监测是实施安全可靠的自主呼吸的关键。本文就自主呼吸的利与弊展开讨论，并对以通气反应指标、气道压力变化、胸腔内压变化、膈肌功能为导向的自主呼吸努力监测方法做一综述，建议临床医师在管理ARDS患者时，常规对自主呼吸努力进行监测，并在需要时采取干预措施，以免加重肺损伤。

急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）是临床常见的危重症。尽管ARDS诊断治疗理念、呼吸支持策略不断更新，但病死率仍然高达35%~60%。自主呼吸的保留对于不同严重程度的ARDS来说具有不同的意义，安全可靠的自主呼吸对于临床医师是一个复杂的挑战，为此呼吸努力的监测是关键。本文就ARDS患者自主呼吸努力的评估方法以及其在临床实践中的应用展开综述。

一、自主呼吸努力的定义

尽管自主呼吸努力这一术语感觉很直观，但并没有明确的定义。本综述将呼吸努力定义为：呼吸肌为驱动呼吸而进行的任何消耗能量的活动，包括呼吸肌肉的幅度和频率。

二、ARDS自主呼吸的利与弊

在过去10年中，多项重要研究强调，在机械通气过程中保留ARDS患者的自主呼吸是一把双刃剑。保留自主呼吸能够改善靠近膈肌区域肺泡的通气，改善通气血流比例失调，进而改善氧合；保持膈肌活动，预防呼吸机诱导的膈肌功能障碍；同时降低镇静需求，防止肌肉萎缩，减少ICU获得性肌无力的发生等。

然而，早在30年前Mascheroni等进行的一项经典实验中已经强调了剧烈自主呼吸努力的危害。过强的自主呼吸会对肺和膈肌造成损伤：①过强的自主呼吸可通过全肺应力超负荷，局部肺组织应力超负荷（pendelluft现象）以及人机不同步（包括呼吸叠加、双触发、方向触发）等机制，造成自戕性肺损伤（patient self-inflicted lung injury，P-SILI），进而引起肺内炎症加重、氧合功能恶化，增加病死率；②膈肌对过度的呼吸负荷很敏感，强烈的膈肌向心收缩会引起肌张力升高，导致肌肉炎症、蛋白水解、肌原纤维损伤和肌膜排列紊乱，最终导致膈肌无力。安全可靠的自主呼吸对于临床医师是一个复杂的挑战，因为需要致力于最小容积和最小跨肺压以避免P-SILI，同时保持适当水平的呼吸努力以避免膈肌萎缩。

三、自主呼吸努力的评估方法以及应用

在临床实践中，医师可依靠体格检查来评估患者的自主呼吸努力。例如：辅助呼吸肌参与呼吸是呼吸负荷增加的标志，持续的胸腹矛盾运动是膈肌即将发生疲劳的标志，呼吸机波形中出现潮气量（tidal volume，Vt）过大、双吸气等异常波形往往也提示患者存在较强的自主呼吸努力，但这些指标无法量化。

（一）通气反应指标导向的自主呼吸努力监测

1. Vt、呼吸频率（RR）、浅快呼吸指数（RSBI）（即RR与Vt的比值）

Vt、RR、RSBI可以作为自主呼吸努力的评价方法。Carteaux等报道了62例无创机械通气（noninvasive mechanical ventilation，NIV）的急性低氧性呼吸衰竭患者，发现Vt＞9.5 ml/kg与NIV失败独立相关。这些观察结果在一项针对FLORALI试验的事后分析中得到了证实，在相同压力支持条件下，与不需要插管的患者比较，需要插管的患者RR快，更有可能产生更大的Vt；RR≥30次/min以及强烈的自主呼吸引起Vt＞9 ml/kg是预测气管插管的独立危险因素，这可能是患者过强的自主呼吸以及过高的吸气压的结果。

RR本身是一个相当不敏感的参数，RR 根据呼吸力学状态，在个体之间存在差异，并可被与呼吸努力无关的多个因素影响，如阿片类药物的使用以及呼吸机支持条件等。此外，较高的RSBI可能表明自主呼吸努力较强，而通气的需求却未得到满足。Berg等证实RSBI＞105 次/L与NIV失败和病死率显著增加有关（OR=3.70，95%CI：1.14~11.99，P=0.03）。因此，NIV过程中，需要联合监测RR、Vt及RSBI，以对患者自主呼吸努力进行评估。

2. 流速指数

流速指数是一种新颖、无创、连续、定量的方法，用于评估压力支持通气（pressure support ventilation，PSV）期间患者的吸气努力。Albani等选择24例PSV的患者，旨在评估通过数字指标量化的吸气流速的形状与吸气努力是否相关。研究者建立了描述吸气流速曲线衰减模式的数学关系，记录3 个压力支持水平（最大、最小和基线）时的食管压（Pes）、气道压、流速和容量波形。使用线性混合效应模型评估流速指数与吸气努力测量的金标准，即吸气肌压力（respiratory muscle pressure，Pmus）和压力-时间乘积（pressure-time-product，PTP）之间的相关性，并针对Vt、RR 以及RSBI进行了调整

在所有测试模型中，流速指数预测与基于Pes方法一致，且与患者吸气努力独立相关。流速指数能够指导临床评估患者自主呼吸努力，并为设置压力支持水平、监测患者与呼吸机的相互作用提供潜在有用的信息。但是，流速指数并不是由吸气流速触发前的患者吸气努力产生，对于存在严重动态肺过度膨胀的患者需谨慎使用。此外，该研究并没有给出判断吸气努力高或低的截断值，仍待进一步研究评估。

（二）气道压力变化导向的自主呼吸努力监测

呼气和吸气阻断时可以产生气道压力的变化，是评估辅助机械通气中自主呼吸努力的一种简单、安全、无创和合理可靠的操作方法。

1. 驱动压（ΔP）

ΔP是驱动整个呼吸系统扩张的直接动力，能反映肺应力和肺应变，正逐渐成为限制吸气相肺膨胀的靶向指标。在呼吸力学运动方程中，其公式表示为Vt与呼吸系统顺应性（Crs）的比值（ΔP=Vt/Crs）。在完全控制机械通气中，等于吸气末阻断测量平台压力（Pplat）与呼气末正压（postive end expiratory pressure，PEEP）之间的差值（ΔP=Pplat－PEEP）。Amato等研究表明，对于ARDS患者，Pplat（≤30 cmH2O，1 cmH2O=0.098 kPa）和Vt（≤7 ml/kg）处于保护性范围内，ΔP增加7 cmH2O与病死率增加有关（相对风险为1.41）；ΔP≥15 cmH2O与病死率增加相关。随后另一项研究表明，与ΔP≤15 cmH2O相比，ΔP≥15 cmH2O与较高的肺应力相关。

虽然以上都不是前瞻性研究，但是大样本的病例足以证明，ΔP是ARDS机械通气患者预后的标志。这些研究还表明，传统的气道压限值（≤30 cmH2O）不足以避免肺损伤，限制或减少ΔP是更有意义的话题。

目前估计的ΔP安全范围是14~18 cmH2O。但还需要注意一些问题：①由于压力是在完全控制通气条件下获得的，这种测量可能低估了肺内气体摆动造成的区域性肺损伤的风险；②ΔP与整个呼吸系统的性能相关，而不只是肺，胸壁的特征，包括腹部，都会影响驱动压的测量。

那么对于保留自主呼吸的患者，如何计算ΔP？Bellani等提出在PSV模式下可以通过“吸气保持”功能来测量Pplat，测量的准确与否仅与测量时患者肌肉是否处于放松状态有关，而与采用何种通气模式无关。而这种“放松状态”可以通过使用肌松药或者采用吸气保持的功能实现。当然，在测量过程中，由于患者保留了自主呼吸，可能会因为紧张、吸气保持时间过长等因素出现再次吸气，进而出现一个逐渐升高的气道压力波形，此时得到的数据并不可信。但前期的研究显示，约90%的测量结果是可靠的，且与PSV患者的病死率相关。因此建议即使是在PSV模式下，估测的ΔP可能有助于识别出呼吸努力过强或驱动压过高的ARDS机械通气患者。此外，成比例通气模式（proportional assist ventilation，PAV+）可以持续测量Crs，进而估算ΔP。有研究显示，对符合辅助通气标准的患者仍有8%的病例出现持续的高ΔP，而高ΔP与高Vt无关，几乎只在Crs＜30 ml/cmH2O时发生，但需要考虑胸壁顺应性以及是否存在内源性PEEP等问题。

2. 气道阻断压

在呼气阻断状态下，气道压力的波动与胸膜压力的波动高度相关。因此，呼气阻断期间呼吸肌做功产生的气道压力波动，简称气道阻断压（ΔPocc），可用于评估由患者自主呼吸努力而引起的胸膜压力波动的存在和程度。Bertoni等的研究为临床提供了一个简便、准确的估算方法。即在患者机械通气过程中予以呼气阻断，测量ΔPocc，若其＜0，按公式Pmus=-3/4×ΔPocc；动态跨肺驱动压（ΔPL，dyn）=（Ppeak-PEEP）-2/3×ΔPocc进行推算。Pmus＞15 cmH2O或ΔPL，dyn＞20 cmH2O说明自主吸气努力太强。

该方法也有一定局限性：①测量的ΔPL，dyn代表了一种“动态”测量，可能高估了机械通气期间施加于肺的实际机械应力；②阻断期间无呼吸努力并不能排除反向触发的影响；③动态过度充气和内源性PEEP可能导致ΔPocc被低估，特别是内源性PEEP在阻断时并未消除的情况下。

（三）胸腔内压变化导向的自主呼吸努力监测

在ARDS患者中，Pes是目前临床常用的胸膜腔测压方法，这项技术也是评估自主呼吸努力和呼吸功的重要手段。

1. 跨肺压（transpulmonary pressure，PL）

PL的定义是气道开口与胸膜腔表面的压力差值，即PL=（Pplat-Pes-i）-（PEEP-Pes-e），能更精确地测量肺应力和肺损伤风险。在辅助机械通气（患者和呼吸机都扩张肺）过程中，PL很容易达到有害的高值。可接受的PL上限尚未确定，肺损伤患者中20 cmH2O的“预防性”吸气峰值是限制损伤风险的合理目标。值得注意的是，存在局部通气不均匀性和摆动呼吸的情况下，PL的测量值将低估依赖肺区的肺应力。虽然在吸气末阻塞期间获得的准静态平台PL反映了被动通气期间的肺应力，但由于pendelluft现象，PL的动态摆动可能更能反映自主呼吸期间的损伤风险。

此外，各种各样的证据表明，肺应力的动态比整体肺应力更为重要。当然，PL用于指示肺应力也有缺点，和测量简单的驱动压相比，Pes需要特定的设备和培训，这会阻碍其临床应用。Pes受很多因素的影响，例如体位、纵隔压力、食管平滑肌顺应性和反应性、患者做功等。

2. Pmus

Pmus与吸气肌产生的整体力相对应，可以对呼吸驱动决定的吸气努力进行可靠的量化。Pmus是根据Pes与克服胸壁弹性阻力（Pcw）之间的差值计算得出的，即Pmus=Pcw－Pes。辅助机械通气期间Pmus的最佳水平尚不确定。最近的数据表明，与健康受试者在休息时呼吸的Pmus值相似可能是安全的，并且可以防止膈肌萎缩（5~10 cmH2O）；当Pmus＞10 cmH2O时可能提示吸气努力偏强。评估呼吸努力的金标准的PTP与吸气肌能量消耗密切相关，50~100 cmH2O/（s·min）之间的PTP值反映了适当的耗氧量和可接受的呼吸努力，＞200 cmH2O/（s·min）提示患者自主呼吸努力过强。

（四）膈肌功能导向的自主呼吸努力监测

1. 膈肌肌电图

近年来神经电活动辅助通气（neuroelectrical activity ventilatory assist，NAVA）的应用使膈肌功能的床旁监测成为可能。NAVA模式可以在自主呼吸试验时准确方便地监测膈肌电活动（EAdi）。EAdi是呼吸中枢传递到膈肌上的神经冲动所诱发膈肌肌纤维动作电位的总和，可定量地反映呼吸中枢对膈肌的驱动。通过在吸气阻断情况下监测EAdi与气道压力（Paw）变化值之间的关系（ΔPaw/EAdi），可以评估单位呼吸中枢驱动产生的气道压力变化，称为神经机械效能（neuro-mechanical efficiency，NME），可反映膈肌收缩效能。如果在机械通气过程中监测EAdi与Vt的关系（以Vt/Edi表示），即可评估单位呼吸中枢驱动产生的Vt，称为神经通气效能（neuroventilatory efficiency，NVE），是膈肌功能和呼吸负荷的综合反映。

EAdi、NVE及NME可反映呼吸驱动、呼吸负荷以及呼吸肌力量之间的平衡关系。Liu等研究证实自主呼吸试验30 min时EAdi和NME、NVE对撤机失败具有较高的预测价值，撤机失败患者呼吸中枢驱动和呼吸负荷显著增高，存在膈肌功能减退。膈肌肌电图的局限性在于：①EAdi并不能评估辅助呼吸肌肉的收缩；②测定技术要求高、有创伤性，且尚无统一的标准值、易受镇静药物的影响，从而限制了其临床应用。

2. 膈肌超声

自主呼吸努力也能通过膈肌超声无创地估计。吸气期间的膈肌厚度可以通过厚度分数（TFdi）量化，即TFdi=（最大吸气末膈肌厚度－平静呼气末膈肌厚度）/平静呼气末膈肌厚度，反映膈肌收缩活动期间的缩短。膈肌收缩活动减少与膈肌厚度下降、呼吸驱动压增加以及通气控制模式相关。Vivier等的研究发现，虽然TFdi与每次呼吸的跨膈压-时间乘积（transdiaphragmatic pressure-time product，PTPdi）有显著相关性，但是同一TFdi对应的PTPdi值的范围很广［0~8 cmH2O/（s·次呼吸）］。

Goligher等评估了术后患者TFdi与Pdi的关系，结果显示产生同样的跨膈压时，不同患者的TFdi差异显著，而且吸气容量与吸气压力间也不相关。因此，膈肌超声的指标来评估呼吸努力尚未得到充分验证。

尽管如此，膈肌超声提供了膈肌形态学和功能的数据，是床边简单易行的一种手段，无创且成本相对较低，仍是评估自主呼吸努力的一项有前景的技术。

四、小结

ARDS患者自主呼吸努力的潜在危险及其预防至关重要，过强的自主呼吸努力不仅与ARDS的严重程度相关，而且若处理不当，还可能导致肺和膈肌损伤。临床医师在管理ARDS患者时，应该常规对自主呼吸努力进行监测。有各种各样的技术来监测自主呼吸努力，从非常简单的（如Vt、RSBI、ΔP、ΔPocc）到更复杂和耗时的（如PL、Pmus、NME、NVE）。在整个机械通气过程中（从插管到脱机阶段），大多数患者应使用简单的技术，那些风险较高和更难管理的患者（如肥胖、腹内压增高、胸部损伤等）可能需要使用更精确的措施。

参考文献略