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2023呼吸机导致的肺损伤和肺保护性通气机械通气是呼吸衰竭患者必不可少的支持性疗法：它可以改善气体交换，减少呼吸功，并确保无法通气的患者通气。然而，高气道压力会引发呼吸系统的各种反应，在某些情况下可能是有害的，并导致肺部损伤的发生或恶化,称为呼吸机导致的肺损伤（VILI）。早在现代机械通气器被发明之前，就有人建议正压通气是有害的。早在1744年，英国医生约翰福瑟吉尔就猜测，采用口对口复苏可能比使用风箱来恢复显然已死亡的人更少受伤。他关注的是使用风箱或其他人的气道所产生的通气气体后肺所承受的机械负荷，前者产生的气体体积可能更大。避免VILI是危重病人的一个主要目标，并与生存率的提高有关。在这一章中，我们将回顾机械通气可能导致肺损伤的机制，它们的床边评估和临床实践中支持所谓保护性通气策略的证据。大多数细胞是机械敏感的，因为它们对机械刺激有感觉和反应。这在提交给连续或周期性力量的组织中尤其相关，如呼吸系统。细胞机械感应器种类繁多，包括质膜上的拉伸激活离子通道（即Piezo和TRPV家族）、细胞骨架或核包膜本身。这些传感器的激活引发了细胞的重新编程，并诱发了基因表达的变化。在生理条件下，通气驱动会根据一些反馈机制（如血气或气道伸展）来调节通气的频率、幅度和模式，从而决定自我施加在呼吸系统上的机械负荷的大小。在呼吸道上皮细胞中，潮汐拉伸激活了细胞的增殖/迁移和表面活性剂的分泌。这些机械依赖性途径的过度或持续激活可能导致致病反应。其中，炎症、细胞生存的调节和细胞外基质重塑在VILI中起着核心作用（图15.1）。FibroblastIype 1 pneumocytApoptosisRemoval ot irurd clsVOrgan dysunctkxVRe4easeo< neutrophils* contentPro-apopto(ic mW3oTNFu. Fas bgmd图15.1呼吸机诱导的肺损伤中涉及的对机械拉伸的生物反应。所有这些机制都有促进修复（PROS）和致病作用（CONS）z如图所示机械拉伸本身可能诱发肺泡上皮细胞释放促炎症分子。产生的趋化因子梯度从循环中复张中性粒细胞。被激活的中性粒细胞在肺泡空间和间质内释放它们的颗粒（含有蛋白酶、活性氧和炎症介质），造成组织的破坏。上皮屏障完整性的丧失促进了这些介质从肺泡向循环的转移，反之亦然。值得注意的是，一些释放的分子，如白细胞介素-邛或-6,也作为生长因子,有助于组织修复。机械刺激通过各种细胞内机制调节细胞生存。拉伸本身可能刺激细胞分裂和分化,从而促进上皮细胞的修复。然而，机械受体的过度激活可引发细胞周期停滞和/或细胞凋亡。尽管细胞凋亡构成了一种清除受损细胞的机制，而不引起明显的炎症，但对高拉伸的反应中细胞的大量损失会导致组织功能障碍。最后，机械拉伸导致基质重塑途径的激活，包括基质的合成、加工和降解。一些炎症介质，如TGF,激活胶原蛋白的合成和沉积。拉伸促进蛋白酶（弹性蛋白酶、基质金属蛋白酶）的释放，这些蛋白酶来自肺泡或复张的炎症细胞，不仅可以裂解细胞外基质的成分，还可以裂解其他分子，如细胞因子和趋化因子。在急性期，蛋白酶负责肺泡的破坏，因此，抑制蛋白酶可以防止VILIo然而，有越来越多的证据表明，它们对后期胶原蛋白和细胞因子处理的修复作用。所有这些致病机制必须被视为旨在保护呼吸系统完整性的生理反应的极端。这种对拉伸反应的双重性质（如图15.1所示）可能解释了大多数针对VILI的疗法在临床上的失败，因为大多数疗法在短期内可能会损害肺功能，但对有效的组织修复/再生是必需的。为了有效，干预措施不仅要针对相关途径，而且要有特定的时机，避免干扰内在的组织修复机制。机械感觉是一种局部现象。这意味着只有区域性的拉伸或压力，而不是整体的肺容量被感觉到。在健康的肺部，空气是均匀分布的。虽然基底区和非依赖区由于其较高的区域顺应性而获得较大的气体量，但气体在邻近的肺泡和肺尖中是均匀分布的。由于这些原因，正常通气的、非损伤的肺可能对VlLl有抵抗力。在一个均匀的肺实质中，只有潮气量（VT）高到足以引起区域性的过度膨胀并增加跨肺压，甚至在沿整个肺部分布后，才可能引起损害。功能残气量（FRC）的测量已被提议作为可用于通气的组织量的标志，因此，只有当VT/FRC的比率（呼吸系统的应变）增加到一定的阈值（约1.5）时才会出现VILIo确保呼吸系统内力量均匀分布的稳定机制的有效性解释了对VT远高于6mlkg（大多数健康哺乳动物的正常VT）的耐受性，而不会对正常肺部的患者造成伤害。VILI的临床意义是随着吸入气体和/或膨胀力的异质性分布而出现的。有几个因素使以前受伤的肺容易发生VlLI:1.鉴于全身性炎症和损伤性通气的协同作用，暴露在促炎症环境中的肺部更容易受到VILI的影响。然而，这种机制在没有肺损伤的病人中的相关性还不太清楚。2.由于组织Jll页应性的区域差异，激发的气体分布不均匀，可能导致区域性肺泡过度伸展。当大量的肺泡不能用于通气时（由于肺泡塌陷、占位或区域顺应性很低），VT的大部分将被转移到通气区（“婴儿肺”）o这就是建议根据通气肺的数量来使用VT的理由。使用不适当的大容积的后果是区域性的过度膨胀。在急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者中，由于没有促进塌陷的重力，非依赖性区域和顶端区域通常是通气的，因此暴露在过度拉伸中。3.空气-组织界面的共存导致力量沿组织结构的各向异性分布，放大了力量的大小。在通气和不通气的肺泡之间的隔膜中，区域压力增加，其系数由肺泡体积之间的比率定义为2/3的幕（因此，在通气不良的地区，30cmH2O的气道压力可能被局部放大到120CmH20）04.异常的空气分布和负责保持呼气末容积的机制的失败（即表面活性物质耗竭，不稳定的胸壁）可能会促进肺泡大小沿呼吸周期的巨大变化（称为肺泡不稳定）和呼气末塌陷。这些巨大的通气变化增加了肺泡/气道细胞的机械负荷.所有这些机制都汇集在对肺泡细胞的异常增加的拉伸和压力中，引发了先前描述的生化反应，使肺部损伤持续存在。从临床角度看，所有这些机制都被归纳为，可能是混合的，称为气压伤、容积伤、萎陷伤和生物伤。表15.1定义了这些概念及其对临床管理的影响，这些将在下面的章节中讨论。Table15.1呼吸机相关性肺损伤的经典机制术语定义气压伤由跨肺压力升高引起的损害，从大面积漏气到肺泡损伤容枳伤肺泡过度膨胀造成的损害段陷伤由于重复的通气/坍塌循环或肺泡结构大变形而引起的潮汐变化损伤。生物伤呼吸机引起的肺损伤引发的炎症介质和其他分子向血液循环的释放VILI与其他形式的肺损伤并存，使得在临床上识别和监测前者成为一项困难的任务。由于VILl会引起肺部的刻板反应，所以几乎不可能将通气造成的损伤量与以前受伤的肺部的潜在疾病区分开。由于这些原因zVILI的概念已经转化为患者的概念,即呼吸机相关肺损伤(VALI)0作为一种由过度机械负荷引起的现象，人们对使用呼吸力学来监测VILI/VALI有很大兴趣。平台压代表吸气末的压力，鉴于其易于测量，被广泛使用。有人建议，PPIat应保持在28-30cmH2O以下。然而，在胸壁力学受损或自发呼吸的患者中，平台压可能会产生误导。在这些情况下，食道压监测可以估计胸膜压力，并计算出跨肺压，即施加在肺实质上的真正膨胀压力。建议吸气末跨肺压低于20-25cmH2O,呼气末跨肺压高于0,以避免过度膨胀和呼气未塌陷。驱动压(平台压减去PEEP)反映了在给定PEEP下应用VT与呼吸系统Jl质应性之间的关系，由于其与VILI背后的循环现象的关系,已经成为伤害性通气的Y更好的标志。15cmH2O的驱动压阈值与ARDS的更好结果有关。呼吸系统或肺的顺应性可能随不同的呼吸环境而变化。然而,在极端情况下（如因VT或PEEP水平很高而导致顺应性大量下降，表明过度膨胀），几种现象（包括潮气复张、肺泡过度膨胀或呼气末肺容积增加）同时存在，对VILI的机制有相反的影响。对VILI机制的影响使Jl质应性成为持续损伤的不可靠的标志。同样的推理也可以应用于静压-容积曲线。肺应变（定义为VT与FRC之比）或使用VT与呼气末肺容积之比的代用指标已在动物模型和病理生理学研究中得到测试。尽管这些测量方法可以通过将其数值调整为通气肺量来帮助确定安全的VT,但还没有提供合理的临床证据。所有这些基于呼吸力学的测量都呈现出全局值。然而，正如前面所讨论的，VlLl是一种因区域异质性而增强的局部现象,因此,即使存在正常的呼吸力学的“平均”测量值，也可能发生。成像技术可以提供识别暴露于不同类型机械损伤的区域所需的信息。计算机断层扫描已被广泛用于描述肺部对机械通气的反应。使用动态的、定量的CT技术，可以根据其放射学密度来确定通气和过度膨胀的周期性变化。这些结果与ARDS患者的循环细胞因子和无呼吸机天数相关。然而，这些测量结果很难被纳入重症患者的常规治疗中。在床边进行的电阻抗断层扫描可以解决其中的一些缺点。区域顺应性，定义为通气量变化与压力变化的比值，可用于识别过度膨服作为通气量低的区域融通气量的周期性变化。最后，必须考虑使用生物标志物对VILI进行生物监测的可能性。一些分子被提议作为肺损伤的生物标志物，包括免疫介质（sRAGEJL-6）,呼吸系统的蛋白质（表面活性剂蛋白，KL-6）,生长因子，或外周血中量化的基因和/或microRNA的复杂组合。然而，这些分子都没有被确定为VILI或其任何潜在机制的特异性（即肺泡伸展或周期性塌陷）。总之，由于缺乏黄金标准，在床边量化VILI是一项艰巨的任务，特别是对于以前有肺损伤的病人。将呼吸力学和影像学技术与临床情况和演变相结合，可能有助于临床医生将呼吸机调整到更具保护性的设置。避免VlLl是目前重症监护的一个主要目标。限制正压通气对肺组织造成的机械负荷是避免进一步损伤的最佳方法。保护性通气的概念包括旨在实现避免VILl这一目标的策略，即使以气体交换恶化或需要体外气体交换等侵入性操作为代价。不同的通气设置对肺实质有多种影响,尤其是在通气分布不均的情况下。大多数研究集中在呼气末正国PEEP）和VT上，但其他设置如呼吸频率或峰值流量也可能是相关的。呼气末正压通过对以前通气区的充气和对非通气区或塌陷区的复张增加呼气末肺容量。因此，它对VlLl机制的影响可能是不同的，从增加可用于通气的组织量（从而减少应变并有利于均匀通气）到先前通气的肺泡过度膨胀。调整VT是预防VILI的基石。健康的肺,在VILI机制被抑制的情况下，可以容忍适度的VT而没有明显的损伤。然而，在肺部损伤的实验模型中，随着VT从12到3mlkg的下降，VlLI持续下降。大量的共识是，在肺损伤患者中应避免大的VT（任意定义为超过8mlkg或导致平台压或驱动压增加分别超过28和15CmH2。）,并建议将预测（而不是实际）体重（用身高估计）的6mlkg的VT作为ARDS患者的治疗标准。然而，VT的个体滴定仍有争议。有人建议在顺应性高的ARDS病例中使用较大的VT的安全性，但没有在试验中进行测试。更重要的是，目前可用的体外气体交换设备允许二氧化碳的冲洗和随后VT的减少。超低的VT可以防止吸气末过度膨胀和通气的周期性变化，但也会由于吸气末复张的丧失而导致肺塌陷。总之，尽管指南建议ARDS患者的数值在6mlkg左右，但VT的微调仍是一个未解决的问题，反映了目前VILI监测的局限性。其他通气设置可被调整以减弱VILIo在一定的吸气压力下，较低的呼吸频率可以减少呼吸系统的机械负荷和损伤。高吸气流量也与肺部损伤有关，可能与小气道损伤有关。显然，VT.呼吸频率和吸气流量是密切相关的，不能独立设置。这种相互依存关系的最佳解决方案尚不清楚，但实验研究表明，在诱导VILI方面，VT的相关性高于其他参数.在机械通气期间保持自主呼吸也可能影响VIU的发展。吸气肌的收缩会在依赖区产生较高的局部跨肺压，而这些区域在损伤期间仍然通气不良。因此，自主呼吸可能有助于复张塌陷区，使通气更均匀，有助于减少VILI。然而，呼吸肌可以形成非常高的跨肺压（有时没有提高甚至降低平台压和驱动压）,病人-呼吸机不同步可以导致非常高的VT（即呼吸堆叠）。自主呼吸（无论有无机械通气）引发的肺部损伤风险被称为“病人自残性肺损伤”（P-SILI）。尽管P-SILI的相关性存在争议，但有人建议至少在急性肺损伤的早期阶段，应监测吸气努力，并避免过度的肺跨肺压或不同步。总的来说，肺保护性通气策略应包括避免吸气末过度膨胀的VT和避免先前通气区呼气末损失的PEEP水平，呼吸频率和吸气流量的调整应确保气体交换和病人舒适。在床边对这些参数的调整必须依靠呼吸力学和成像技术，但要记住这些监测技术的局限性（图15.2）。Uo-Le E s>6UElp。一OA。图15.2潮气量和PEEP的影响。一对肺泡代表呼气末和吸气末的情况。在受伤的肺部，通气设置对静态肺容量和通气周期性变化的影响取决于以前的通气和受伤的性质。所谓的可复张的肺可能对PEEP表现出更好的反应，从而有利于静态容积的增加和通气的周期性变化的减少。一个完全不同的策略应该是通过针对参与肺部损伤的生物机械传导机制及其下游途径来预防VILIo在实验模型中，大量的药物和生物策略减少了损伤性通气后的肺部损伤。然而，这些药物都没有成功转化为临床实践。相对于实验模型而言，患者的复杂性和大多数由拉伸引发的细胞反应的双重性（包括平衡性和致病性）,使确定有效的药物治疗VILI变得复杂。从预言家Fothergill的担忧到收集足够的临床证据来支持保护性通气策略，花了两个多世纪的时间。将VT从预测体重的10或12mlkg降低到6mlkg是迄今为止唯一能够降低ARDS患者死亡率的通气策略。尽管Amato和ARDSnet研究者的开创性研究标志着重症监护管理的一个里程碑，但几年后，进一步的分析表明，生存获益与驱动压的降低有关，而不是低VT本身。然而，使用驱动压力设置VT的潜在好处还有待证明，尽管在ARDS患者中似乎是可行的。气道压力的可靠性问题远没有得到解决，同时也引起了人们的关注，因为胸壁弹性的改变可能会使同一VT的跨肺压不同。关于使用该参数调整ARDS患者通气量的好处，临床证据很少。使用食道压来调整PEEP可以改善氧合和呼吸顺应性,但在以病人为中心的结果中未能显示出好处。在采用低VT策略后，死亡率有所下降，继续减少机械负荷的自然趋势导致了所谓的超保护性通气策略的应用。在临床上，这些策略已被证明在体外支持的情况下是安全和可行的。虽然一些研究表明肺部炎症有所减少，但在死亡率方面没有显示出任何好处。这种缺乏生存益处的情况排除了对超低VT通气应用的任何建议，但不排除在选定的高危人群中可能会有潜在的益处。在没有预先存在的肺部疾病的患者中，VALI的临床证据很少。在健康的肺部，即使在手术过程中短时间的通气也会导致功能残气量的减少。尽管一定水平的PEEP可能会减少肺部负荷，并使通气设置接近于更多的保护性参数，但据报道,在没有ARDS的患者中，基于低PEEP的策略与较高的PEEP水平相比并不劣效。同样,无ARDS患者的VT也与不同的结果有关。一项临床试验比较了该人群中的低度和中度VTz结果显示两种策略的临床结果没有差异。综合来看，临床数据显示，VT的影响大于其他任何!呼吸参数，足以提高未经选择的ARDS患者的生存率。相反，其他通气设置未能显示出临床效益，这表明它们对VILI的影响很小或被副作用所抵消。在这种情况下，目前的挑战是识别特定的、丰富的人群，这些人群可以从这些额外设置的微调或VT的进一步优化中受益。VILI可以被视为肺部对暴露于异常机械力的反应。VILI中的生物反应再现了肺部对损伤的标准化反应（包括炎症、细胞凋亡和基质重塑）。目前，改善VILI的唯一方法是使用保护性通气策略,包括低VT（可能还有低驱动压力）和适度的PEEP水平。由于缺乏VILI监测的黄金标准，临床医生在床边调整通气是一项困难的任务。临床试验表明，导致低驱动压的低VT会降低ARDS患者的死亡率,而它们在以前没有肺损伤的患者中的作用是有争议的。为了改善通气患者的预后，有必要采用监测技术来检测正在发生的机械性肺损伤，对通气设置进行个体化调整，并采用针对VlLl分子机制的新型药理学方法。