跨肺压监测在急性呼吸窘迫综合征患者机械通气中的应用进展与问题

张 烨， 严娟娟， 程 利， 孙丽芳， 刘玉兰， 胡哲夫， 刘树超， 魏 捷， 周晨亮

急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是指各种非心源性的肺内外因素致急性呼吸功能衰竭综合征，临床主要表现为低氧血症、弥漫性肺实质病变，病死率高达30%～40%。近年来机械通气被证实是急性低氧性呼吸衰竭患者最重要的治疗手段之一，能降低ARDS患者的病死率。但患者在机械通气时，不恰当的呼气末正压(positive end expiratory pressure， PEEP)会导致肺泡过度膨胀或反复开放塌陷产生剪切伤，从而病情进一步加重，故目前研究主要聚焦在呼吸系统个体化治疗上。过去30多年里，人们通过研究ARDS患者在机械通气时发生呼吸机相关性肺损伤(ventilator associated lung injury, VILI)机制，制定出了通过调节呼吸机参数设置来实现个体化肺保护策略，如气道压监测导向呼吸机参数设置、跨肺压监测导向呼吸机参数设置等。最近的研究表明，理论上使用跨肺压监测指导ARDS机械通气患者的呼吸机管理是相对合理且明智的，可以改善患者氧合，并减少VILI。然而，在确定跨肺压监测的临床价值之前，不仅需要了解它的一些局限性(需要解决几个假设条件和若干潜在的问题，如监测的局部食道压能否反映整个胸膜腔压力的变化)，而且还需要了解不同方法下跨肺压监测导向的呼吸机参数设置，以期更好地实现个体化呼吸机参数设置，针对不同病种、不同患者达到最大程度的肺保护策略。本综述探讨跨肺压监测指导ARDS患者机械通气中呼吸机参数设置的一些优缺点与思考，为临床应用提供参考。

1 VILI机制和以往的肺保护策略

ARDS患者的机械通气可能导致VILI，从而使发病率和病死率增加。VILI可能是因肺承受了过度的压力和容积发展而来，在伸展(过度膨张)的过程中激发炎性反应导致了肺实质的损伤[1]。另外在呼气时气道压力和容积过小，可能导致肺泡在每次呼吸时发生反复的扩张和萎陷运动，或在充气肺泡和非充气肺泡之间的边缘处都会形成过大的剪切力，这些也是发生VILI的重要机制[2-3]。

由于机械通气对许多ARDS患者的生存至关重要，过去25年来，大量的努力都是为了致力于减少VILI。以往很多肺保护策略都是利用气道压(airway pressure， Paw)来控制潜在的VILI。例如，美国国家卫生研究院(NIH)ARDS Network的低潮气量策略就是利用控制吸气平台压来调整潮气量，由于仅使用气道压来控制VILI有明显的局限性，如仅按理想体重来计算潮气量，忽视了患者个体之间疾病变异程度的差异；重症ARDS患者肺顺应性显著下降，塌陷肺泡较多，6 mL/kg的潮气量可能仍然是“大”潮气量使之过度膨胀等等[4]。

2 气道压并不可靠

肺泡跨壁压力(Ptm，L)才代表了真正作用于肺实质的压力，数值上等于肺泡内压(alveolar pressure， Palv)减去胸膜腔压力(pleural pressure， Ppl)的差，即Ptm，L=Palv-Ppl。在大多数的静态条件下，Ptm和跨肺压(PL)是相同的，因为在没有气流的情况下Palv和Paw应该处于平衡状态，即Ptm，L=PL=Paw-Ppl。从早期应用有创机械通气对危重患者进行呼吸支持以来，临床医生都是基于气道压力来指导调整呼吸机参数[5]。然而，仅以气道压为基础的测量在不同病情的患者群体中可能不能被普遍使用。事实上，医生只关注到了肺在机械作用下的被动运动，而基于气道压来解释的呼吸力学经常会受到几个病理生理变化的影响，如呼吸模式的差异、胸壁特征的改变(常继发于液体超负荷)、肺容积的改变、腹内压力增加(如毛细血管渗漏或液体超负荷)、肺水肿和肺泡萎陷的程度，肺疾病的分布和不均一性及自主呼吸的存在和程度[6-7]。也正因如此，现在已经证明所有这些因素使呼吸力学变得复杂多变[8]。

虽然根据气道压的测量来设置呼吸机参数对大多数危重患者来说确实是足够的，然而气道压只是肺部压力的过度简化替代品，因为呼吸系统是由两个连续的弹性结构组成的，即胸壁和肺脏。在机械通气期间，气道压本应使肺和胸壁同步扩张，但实际上它们是不容易被预测的[9]，尤其是胸壁的坚硬度在呼吸系统力学中不应被忽视。当胸壁存在异常时，一个预设的潮气量，对于一个更硬的胸壁可以产生较高的胸膜腔压力，这也就意味着为使胸壁扩张需要更高的压力。此时气道压虽显著增加，其中较大一部分的压力却是被用来移动胸壁，其跨肺压并未显著增高，此时的肺可能仍具有可复张的空间。另一方面，正如当患者存在强烈的自主呼吸时，会造成胸膜腔压力的急剧下降，这使扩张胸壁变得非常容易，即便是很低的气道压都可能使跨肺压显著增大导致肺过度扩张，从而对肺产生很大的影响甚至损害。因此，即使采用了低潮气量和限制平台压策略，这种基于气道压的肺保护方法在评估肺应力和应变时被证明是不够充分的，这些限制手段可能并不适用于所有患者，其效果和安全性都要根据每个患者的胸壁特征而定[10-11]。在这方面，Chiumello等[10]研究表明，不管是在一组肺损伤严重程度不同的患者中，还是在对照组中，包括内科和外科原因在内的不同呼吸衰竭患者进行机械通气时，肺和胸壁弹性阻力(elastic resistance of chest wall， Ecw)的比率可能低至0.2和高至0.8，这就很好解释为什么使用气道压来推导肺的牵张系数(SI)时会产生误差。总之，基于气道压监测的呼吸机传统管理方法限制了ARDS患者机械通气的个性化治疗。机械通气的呼吸机参数个性化设置可能是为病情更复杂的患者提供有效和安全通气的唯一途径，故要做到这一点，了解所有相关因素对呼吸系统力学的总体影响就变得至关重要。

正因如此，近年来许多学者开始对跨肺压的评估产生了新的兴趣，这一变量广泛地被推荐应用于指导ARDS患者机械通气并使其适应个性化需求。这种简单的床旁工具可以帮助临床医生改善肺力学和气体交换，同时避免危重患者更复杂的肺损伤[12]。

3 通过监测跨肺压来防止VILI

使用跨肺压监测指导ARDS患者机械通气用来减少VILI是一种很具吸引力且符合生理学原理的方法，因为跨肺压既能防止吸气阶段产生高潮气量和高压力，又能减少呼气阶段的低潮气量和低压力造成的肺损伤。肺泡过度扩张引起的损伤与吸气相跨肺压峰值直接相关，反复性的肺泡萎陷和再开放造成的肺损伤则与呼气相过低的跨肺压有关。故获得吸气末和呼气末的跨肺压要比单纯获取气道压更能个性化设定机械通气时的呼吸机参数，最大程度地减少VILI。在调控机械通气呼吸机参数方面，多数临床医生已经采用的传统方法是执行预计体重的6 mL/kg的小潮气量策略和强调控制平台压<30 cm H2O。但是，这些措施可能不足以减少一些患者的肺泡过度扩张，因为跨肺压和肺部所承受的实际压力极可能会大大超过这些预设的安全限度[5]。

此外，对于如何选择最佳PEEP方面，仍然没有达成共识。尽管动物模型研究表明较高水平的PEEP是有益的[13-14]，但这个结论在最近的三个随机临床试验中并没有得到证实[15-16]。而且值得注意的是，这三个随机临床试验应用了一个共同的策略，那就是在所有患者中都随机使用了较高水平的PEEP，这种高水平PEEP并不是根据他们个体化的肺和胸壁力学特征来调整呼吸机参数的。如果能获知跨肺压，那么潮气量和PEEP就可以做到个性化滴定，以防止肺泡过度扩张、促进肺复张和减少正压通气对循环的抑制作用。在这种思路下，当获得同样的气道压，如果患者的胸壁弹性减低，存在高胸膜压力和低跨肺压的情况，那么患者就可以接受更高水平的PEEP；而当患者的胸壁弹性正常或自主呼吸强烈时，如果存在低的甚至负的胸膜压力和高跨肺压，患者则最好采用较低的潮气量或PEEP[17]。因此，理论上使用跨肺压监测指导ARDS机械通气患者的呼吸机管理是合理且明智的。然而，在确定跨肺压监测的临床价值之前，还必须了解它的一些局限性，如监测的局部食道压能否准确反映整个胸膜腔压力的变化。

4 胸腔内压测量的误判因素

根据食管测压法估计胸膜压有几个常见的误差来源，临床上应用的食管测压管形状类似于胃管，末端测压孔周围带有封闭充气的薄壁气囊，测量时气囊位于食管中下三分之一段。一方面，通过食管球囊测量到的压力值既可能受到来自充气球囊和食管的弹性反弹影响，也可受到来自食管肌肉张力和周围组织结构传递过来的压力影响。另一方面，由于重力的作用，直立和仰卧的体位都存在不同的胸膜压力垂直梯度。食管压与这一重力平面中间位置的胸膜压关系最为密切，但不同受测者的食管压与胸膜压之间的关系并不一致[18]。早期的研究也显示，当受测者从直立姿势转变为仰卧姿势时，食管压和胸膜压会发生显著的改变，这极可能是由于横膈膜向头侧运动和纵隔内容物的重力挤压所致[18-20]。

Washko等[21]评估了10个健康人体的身体位置变化(直立至仰卧)造成的影响，发现食管压(esophageal pressure， Pes)在仰卧姿势上持续增加。他们建议在由Paw-Pes计算得来的跨肺压中加入一个3.0 cm H2O的校正常数，以修正由于横膈在仰卧位时的上移和纵隔内容物重力对食管压造成的影响。但是，这个校正常数在正常个体间有很大的变异(95%置信区间-1～+7 cm H2O)。在合并肺炎、胸腔积液、心绞痛和腹胀的患者中，变异性可能更大，这就给根据食道压估算出的跨肺压带来了更多的误差[22]。

Gattinoni等[23]提出了一种弹力驱动的胸膜腔压力的计算方法，这种方法忽略了食管压的绝对值，因此无需使用校正常数，只需直接测量胸膜腔压力。该方法先以食管压从吸气末(Pes， insp)到呼气末(Pes， exp)的变化来计算胸壁顺应性(Ecw)，即Ecw=(Pes， insp-Pes， exp)/VT(潮气量)，再由平台压(plateau pressure， Pplat)减去PEEP除以潮气量计算出呼吸系统的顺应性(Ers)，即Ers=(Pplat-PEEP)/VT。最后计算出胸膜腔压力 Ppl=Paw×(Ecw/Ers)，最后这一步的依据是认为气道压是将部分压力传递到胸膜腔以扩张胸壁。该方法假设纵隔对整个呼吸周期的影响是恒定不变的，所以就不再需要校正常数了。然而，这种基于弹性阻力的推导方法存在一个重要的既定假设，那就是当气道压力为0时胸膜腔压力也应该为0。但实际情况显然不是这样的。当气道压力等于0时，胸膜腔压力往往高于或低于0，因此用弹力驱动法计算出来的胸膜腔压力将分别被低估或高估[24]。还应注意的是，通过这种方法测量的是存在PEEP下的呼气相食管压而不是大气压，它同时假定在机械通气期间，随着PEEP的变化，食管压和气道压的变化应呈线性关系。最近的一项研究也证实了这一假设，就是通过将一组患者与呼吸机暂时断开，使他们能够呼到空气，进而来测量气道压为零时的食管压；而另一组患者不与呼吸机断开来测量存在PEEP时的食管压。最后证实基于弹力驱动法测算的跨肺压有高的可信度。该研究的结果表明，弹力驱动法测算的跨肺压可以用来作为机械通气的吸气末应力的替代指标[25]。

关于使用食道压对肺表层各区域的胸膜压进行评估是否存在通用性的问题，还必须用两种计算方法中的一种作进一步的假设。因此，Terzi等[26]在猪模型中证明，食管压可以准确地估计中肺区的胸膜腔压力。然而，食管压会高估肺非重力依赖性区域的胸膜腔压力和低估肺重力依赖性区域的胸膜腔压力。除了重力梯度造成的胸膜压变化外，还可能存在因实变肺的抗实质形变造成的局部胸膜腔压力变化。这种现象在左下叶不张的仰卧患者中较为常见，因为食管导管正好位于最靠近左下叶的位置，可探测到左下叶局部的胸膜腔压力显著增加[27-28]。由于这些原因，食管压可能是胸膜压在某些特定区域的准确替代物，但它可能并不能很好地代表其他区域的胸膜腔压力。因此在这种方式下，在某些区域使用跨肺压来设置PEEP或潮气量，虽然可以防止肺萎陷或促进食管导管区域的肺复张，但它又可能促进肺的其他区域发生肺萎陷或过度扩张损伤。换而言之，就是使用该方法后VILI出现的位置可能发生改变，但不一定减少。

5 跨肺压指导下的机械通气

尽管有这些争议，一些研究已经在临床上使用跨肺压来调整肺损伤患者机械通气的呼吸机参数。在一小批患有严重H1N1相关疾病考虑行ECMO的患者中，临床医生使用弹性法增加PEEP，直到吸气末跨肺压为25 cm H2O[29]。大约有一半的患者动脉氧合得到了很大的改善，进而可以使用常规的通气方式来支持呼吸，而不需要使用ECMO支持治疗。与“肺复张流程”很相似，这一策略的重点是通过监测肺部吸气末压来促进肺的扩张，同时限制过度扩张的伤害[30]。然而，还不清楚的是，它是否能避免呼气末阶段潜在的VILI，因为呼气末的跨肺压并没有被评估。

就呼气末跨肺压的问题，Talmor等[31]指出，患者呼气末直接测量的跨肺压通常是负值，这表明气道的陷闭或阻塞已经阻断了肺泡压与气道压之间实现平衡的可能性。因此，他们建议应通过调整PEEP，将呼气末跨肺压维持在正值，使气道在呼气末依然保持开放，防止肺泡萎陷，从而降低VILI的风险。因此，随后他们使用直接计算方法(PL=Paw-Pes)来指导61例ARDS患者的PEEP，患者被随机分为控制组和试验组，控制组采用NIH ARDS Network PEEP/FiO2表来设置PEEP；试验组则采用将呼气末跨肺压控制在0～10 cm H2O，吸气末跨肺压控制在<25 cm H2O。这项研究在中期分析中就显示患者主要的动脉氧合指标得到了实质性的改善，因此这项研究就被提前终止。在试验组中使用的较高水平PEEP(12～18 cm H2O)会导致氧合的改善，这并不奇怪，但呼吸系统的顺应性方面也有显著提高，表明在跨肺压管理的试验组中肺得到了较大的复张。试验的目的不是比较两者的病死率，但是在跨肺压指导的患者中有降低28天病死率的趋势。同一研究小组目前正在对中到重度ARDS患者进行一次较大的随机试验，将跨肺压指导的PEEP滴定法与传统的高PEEP策略在未使用呼吸机天数和病死率方面进行比较[32]。如果进一步的临床试验结果没有证实使用跨肺压引导的机械通气会在生存率方面有显著改善，其对ARDS患者的普遍适用性就仍将继续存在保留意见。在食管导管被用来估计胸膜腔压力时，即便是在计算跨肺压和设置最佳PEEP的方法方面，也存在着大量的争议。如上所述，一种方法是直接计算跨肺压来调整PEEP，以维持呼气末跨肺压>0 cm H2O，另一种方法是利用弹性法将吸气末跨肺压设置在25 cm H2O；当这两种策略被应用到同一个患者身上时，它们会产生非常不同的PEEP值，这一点也不奇怪[33]。

此外，三分之一的患者使用这两种方法分别进行PEEP滴定，结果会朝相反的方向变化，使用这些方法滴定PEEP并不总是具有有效性。大多数临床医生都期望有一种最佳的PEEP滴定方法能平衡ARDS的严重低氧血症和肺复张之间的关系。例如，它将为更有肺复张潜力的患者提供更高水平的PEEP，往往那些患者存在更严重的ARDS。它也会为程度不严重的ARDS患者提供较低水平的PEEP，他们接受高压力只可能遭受过度扩张的伤害。然而，在最近一项针对51例ARDS患者的研究中提到，无论患者的严重程度如何，由于设定的呼气末跨肺压为正值时，其滴定的PEEP对于所有患者来说都是相似的，且与CT扫描测量的肺可复张性无关[34]。一项研究表明，尽量减少机械通气期间的跨肺压的变化(跨肺驱动压，trans pulmonary driving pressure， △PL)可能是一种更合适的策略，以平衡肺泡的过度扩张和肺泡萎陷[35]。在动物模型中，与高跨肺驱动压模型比较，这种保持较低跨肺驱动压的呼吸机策略还可最大限度地降低肺炎症标志物、Ⅰ型上皮细胞损伤和肺机械应激。然而，最近Marini等[36]在一个大型双侧肺损伤动物模型中证明，气道驱动压(airway driving pressure， DP)与跨肺驱动压相似。在腹部压力发生变化时，这种关系依然存在。但在正常的或单侧损伤的肺部中，这种关系就不那么可靠了。

6 避免VILI的其他方法

在ARDS患者中使用跨肺压最有吸引力的方面仍然是它能个性化设置呼吸机参数，以满足每个患者的呼吸力学需要和尽量降低肺损伤的风险。不幸的是，食管测压法充满了潜在的不准确性和需要校正因子。然而，也有一些替代方案可允许在不需要测量食管压的情况下单独用来指导PEEP的滴定。例如，一项对11例ARDS患者的小型研究[37]发现，维持跨肺压为正值的PEEP与达到最大呼吸系统顺应性的PEEP没有显著差异。另一项研究[38]表明，在防止因肺过度扩张而造成损伤方面，应力指数的计算优于平台压或跨肺压。应力指数是机械通气期间反映气道压力-时间关系的一个指标，它反映了肺泡扩张和萎陷之间的平衡。在类似的情况下，当潮气量恒定时，气道驱动压反映了呼吸系统总的顺应性，也代表着在同样机制下产生VILI潜在的可能性。根据Tawfik等[39]最近的研究，气道驱动压似乎是一种产生VILI的关键因素和强有力的病死率预测因子。然而，如果想用气道驱动压取代现有的一些较为成熟的调整呼吸机设置的方法，只有进一步做一些使用气道驱动压指导机械通气呼吸机管理的前瞻性研究。

人们根据呼吸生理原理，对每个ARDS机械通气患者进行个性化设置呼吸机参数以改善VILI的兴趣越来越浓厚。因为通过使用跨肺压来达到那种精准的医学治疗目标是很有吸引力的，食管测压技术是一种目前看来估计跨肺压较为合理的方法。一些利用跨肺压导向调节呼吸机参数设置的研究显示它有改善动脉氧合和减少病死率的令人鼓舞的结果。并且，近年来其他研究也表明，与呼吸系统顺应性、应力指数、PEEP氧合表或气道压等方法相比，监测跨肺压具备更少的侵入性手段、技术误差和前提条件就可以达到最佳PEEP或潮气量。因此，这值得我们今后做更多的研究来确定最佳的策略滴定PEEP和潮气量。