强烈的自主呼吸会导致P-SILI吗？

1 背景

人们越来越注意到在严重肺损伤的情况下，持续剧烈的自主呼吸可能是有害的。有创机械通气过程中大潮气量与不良结局之间的相关性，已得到充分证实。在潮气量不变的情况，跨肺压（肺泡壁所承受的压力）的波动，在自主呼吸模式、控制呼吸模式或部分支持呼吸模式下，都是相似的。因此，与控制呼吸模式相比，自主呼吸或辅助呼吸模式下，大潮气量对肺的损害也都是一样的。新发急性低氧血症性呼吸衰竭（AHRF）的患者，可能具有强烈的自主呼吸驱动，导致大潮气量的产生。强烈的呼吸努力可能会加剧已经受损的肺部发生进一步损伤，这被称为患者自身造成的肺部损伤，也称为患者自发肺损伤（Patient self-inflicted lung injury，P-SILI）。

2P-SILI的发生机制

Mascheroni团队在一项开创性研究中，通过往成年绵羊枕大池内注射水杨酸钠，来评估代谢性酸中毒引起的过度换气对绵羊的影响。他们从中观察到了绵羊的PaO2水平和肺顺应性均出现下降，以及在胸片上看到两肺浸润影。这些变化在对照组的动物中没有发生，而对照组的动物接受了镇静剂和肌松剂治疗、处于完全呼吸机控制通气状态。强烈的自主呼吸会增加肺的形变，与控制机械通气期间进行大潮气量通气具有相似的损伤风险，可能导致P-SILI发生。糖尿病酮症酸中毒引起过度通气后，也可观察到复发性或迟发性肺水肿。

施加到肺泡壁上的力是跨肺压，代表着肺泡所承受的应力大小。

     肺承受的应力=跨肺压

     跨肺压=肺泡压 – 胸腔内压

应力作用于肺，使肺发生的形态改变就是形变，它是潮气量与呼气末肺容积的比值。

     肺的形变 = 潮气量（Vt）/ 呼气末肺容积

2.1 胸腔内压的不均匀分布

潮气量需要在跨肺压力梯度的驱动才才能进行交付。在机械通气时的肺泡压上升，以及自主呼吸中的胸腔内压下降，二者均可产生跨肺压力梯度。跨肺压代表着肺部承受的应力，它取决于所交付的潮气量大小，不管是自主呼吸还是机械控制通气。自主呼吸过程中产生的胸腔负压均匀地分布在整个正常的肺部。然而，当肺部受损伤时，在自主呼吸过程中，胸腔的负压选择性地分布到肺的重力依赖区，重力依赖区紧邻着膈肌。这会导致跨肺压波动加大、重力依赖区域局部过度扩张和肺应力增加。此外，气体可能会从肺的非重力依赖区域被动流动到重依赖区域，称为“气体摆动”现象（图1）。气体摆动导致重力依赖区在吸气相过度扩张，在呼气相塌陷，随着呼吸运动出现周期性的扩张与塌陷，从而导致肺损伤进一步恶化。随着肌松剂给药后自主呼吸消失，在自主呼吸期间出现的胸腔内压和跨肺压的不均匀分布也随之消失。

图1. 气体摆动现象。当存在肺损伤时，作于在肺部重力依赖区的胸腔负压更大。跨肺压波动增大导致重力依赖区的肺泡出现过度膨胀。气体在肺内从非重力依赖区流向重力依赖区（图中红色曲线箭头）。

2.2 肺毛细血管内跨壁压力的增加

在完全机械控制通气期间，肺泡压在呼吸周期的大部分时间内均保持高于PEEP水平。然而，在辅助通气模式下，自主呼吸过程中，肺泡压通常会降至低于PEEP水平。胸腔内负压增大，导致血管的跨壁压（跨肺血管壁的压力梯度）增加。在肺损伤时，肺毛细血管通透性是增加的，跨壁压的增加则会导致肺水肿的恶化。当气道阻力增加时，可能会加剧这种影响，因为在自主吸气过程中，阻力增加后会使肺泡内负压增大。

3 人-机不同步

3.1 双触发

当呼吸机上设定的吸气时间短于患者自主呼吸的吸气时间时，患者自主呼吸的吸气努力会持续到机器辅助呼吸的呼气相内。这会导致第二次辅助通气的触发，这种现象称为“双触发”（图2），呼吸机将会给肺内交付两次设定的潮气量，并产生呼吸叠加。反复交付大潮气量可能导致持续的肺损伤。

图2.压力控制通气模式下的压力-时间曲线，可见存在双触发。在呼吸机辅助呼吸过程中，患者的自主呼吸努力一直持续到呼吸机控制的呼气相，导致了两次吸气，呼气时间缩短。因此，患者的一次吸气动作引起两次呼吸，使潮气量叠加增大，可能会引起P-SILI。

3.2 反向触发

在反向触发现象中，患者是完全呼吸机控制通气，在机控吸气相之后紧跟着另一次呼吸，这次呼吸是膈肌反射性收缩触发引起的。“反向触发”发生在完全机控通气患者的吸气相内，并持续到呼气相。在深镇静和镇静效果开始减弱时可能会出现反向触发现象。反向触发也可能导致呼吸叠加、增加跨肺压和潮气量，并可能通过气体摆动效应引发重力依赖区出现肺损伤。

4 P-SILI的证据

因自主呼吸过强未加以控制而导致的肺损伤加重，是很难去证实的，尤其是在未插管的患者当中，要注意到一些与生理指标监测相关的困难。此外，肺损伤加重可能是原发病所致。有间接的临床证据表明P-SILI的发生与肺损伤加重有关。有一些报告称，强烈的自主呼吸导致了缺氧加重、肺水肿和气压伤。已有研究证明，应用肌松剂消除强烈的自主呼吸可以改善临床结局，包括生存率的提高。现有的临床资料表明，损伤诱发的强烈自主呼吸努力通常都难以控制，可能需要使用肌松剂来处理。

5 呼吸驱动的监测，以及P-SILI的预防

5.1 临床监测

临床监测是否存在强烈的呼吸驱动是确定P-SILI风险的关键。在容量控制辅助通气时，自主呼吸的存在可使气道压力波形高度下降，凹陷向上。在压力波形上，很容易辨认自主呼吸努力的强度（图3）。呼吸叠加在气道压力和流量波形上也是可辨认的。此外，还应监测是否存在双触发或反向触发。在压力支持通气过程中，呼吸窘迫的临床体征，可能是损伤性自主呼吸努力的唯一特征。

图3. 容量控制通气模式下的压力-时间曲线，波形中显示出患者强烈的自主吸气努力。吸气努力逐渐增加，曲线下陷像“裂缝”样在加深（箭头）。

5.2 自主呼吸努力的客观指标

在一些呼吸机上可以直接监测到吸气相的食道压下降。食道压还可用于监测跨肺驱动压。用食道电极和专用呼吸机可监测膈肌的电活动(EAdi)。其它可用于评估自主呼吸努力强度的方法还有：监测吸气相前100毫秒的气道闭塞压（P0.1），以及超声测量膈肌的增厚分数。

6 如何预防P-SILI？

6.1 无创通气（NIV）和高流量鼻导管氧疗（HFNO）

应用PEEP可以减少气体摆动现象，减轻肺部重力依赖区的不张伤。实验观察表明，刺激膈神经后，随着PEEP水平的增加，呼气末肺容积也相应增加，胸腔压力的改变减小。自主呼吸努力越强，胸腔内压变化就越大，肺损伤的风险就越高。呼气末肺容积的增加可通过改变膈肌的曲度而减少肌肉的损伤。此外，适当的PEEP水平可改善气体交换，降低呼吸驱动。Patel团队在一项RCT中把头罩界面NIV与传统面罩界面NIV进行了比较。头罩界面的使用，使得呼吸驱减弱伴随着呼吸频率下降，减少了气管插管的需求，获得更长的非机械通气天数，以及生存率的改善。与面罩NIV相比，头罩界面NIV的使用改善了患者结局，这主要得益于PEEP水平的稳定。

HFNO可以清除解剖死腔中的二氧化碳，从而减少了通气努力的需求。然而，它却不能监测潮气量，这是HFNO应用的一个问题。在一项前瞻性观察研究中，应用ROX指数（用SpO2/FiO2 比值，除以呼吸频率来计算）可以确定接受HFNO治疗的患者是否存在治疗失败的风险。开始HFNO治疗后2小时ROX小于2.85，6小时为3.47，12小时小于3.85，这都预示着HFNO治疗失败。

6.2 把早期有创机械通气作为肺保护策略的一部分

识别可能从早期有创机械通气中获益的患者至关重要，因为这是预防因呼吸驱动增强导致P-SILI潜在伤害策略的一部分。应用肌松剂消除自主呼吸努力，可降低ARDS的促炎症状态。在ACURASYS研究中，对早期ARDS患者在机械通气的最初48小时内使用顺阿曲库胺进行连续肌松的疗效进行评估。与对照组相比，连续肌松剂治疗组的校正90天死亡率（主要结局）显著降低。这些研究强化了在重度ARDS患者中，采用完全控制的机械通气策略可改善预后的可能性。

ROSE试验证明，合理使用PEEP可以改善P-SILI的影响。与ACURASYS试验不同，在ROSE试验中，治疗组的患者入组后接受连续注射顺阿曲库胺48小时，与接受常规治疗的对照组相比，两组患者的90天死亡率无显著差异。这可能是因为在ROSE试验中，对照组使用了相对较高的PEEP，这可能起到了预防P-SILI的作用。

在过去的20年里，机械通气的策略得到了完善，重点放在了肺保护策略上，包括使用小潮气量，并且越来越注重于优化跨肺压和驱动压（驱动压=平台压-PEEP）。在这种情况下，一个重要的问题出现了，在急性低氧性呼吸衰竭患者中，与早期插管并使用控制通气的肺保护策略相比，持续使用NIV或其他辅助通气模式是否会带来伤害？重要的是，关于有创通气的适宜时机这一关键问题仍需要进一步研究，因为有证据表明在急性低氧性呼吸衰竭患者中NIV治疗失败的预后很差。

要点

强烈的呼吸驱动和强烈的自主呼吸可加重肺损伤。

在已受损伤的肺中，自主呼吸产生的胸腔负压主要分布于肺的重力依赖区，这些部位对损伤有更大的倾向性。

剧烈的胸腔负压可导致肺血管系统的跨壁压增加，继而导致毛细血管渗漏和肺水肿加重。

与机械交付的呼吸不同步，可能导致双重触发或反向触发，加重肺损伤。

必须仔细监测自主呼吸驱动的强度，以识别出存在发生P-SILI风险的患者。临床评估结合食道压力监测，有助于识别可能诱发肺损伤的自主呼吸努力。

NIV和HFNO治疗可削弱呼吸驱动，降低P-SILI的风险。

优化PEEP，可增加呼气末肺容积，抑制气体摆动对肺部重力依赖区的不良影响，从面减少损伤。

及时插管、正确地使用镇静剂和肌松剂是预防P-SILI的重要策略。