機械通氣是一種生命支持系統(tǒng)，用于確保血液氣體交換，并在肺部疾病急性期或手術(shù)后協(xié)助呼吸肌對肺部進行通氣。正壓機械通氣與正常生理呼吸有很大不同。這可能導(dǎo)致對肺和外周器官的一些負面生理后果。首先，血流動力學(xué)變化會影響心血管功能、腦灌注壓（CPP）和腎靜脈引流。第二，機械通氣（壓縮應(yīng)力）對肺泡-毛細血管膜和細胞外基質(zhì)的負面影響可能引起局部和全身炎癥，促進肺和外周器官損傷。第三，胸腔高壓可能進一步損害肺和外周器官在受控和輔助通氣期間發(fā)揮作用。應(yīng)根據(jù)個體臨床需求對每個患者進行優(yōu)化和個體化機械通氣。必須適當(dāng)調(diào)整多個參數(shù)，以盡量減少呼吸機引起的肺損傷（VILI），包括：吸氣壓力（呼吸系統(tǒng)吸氣平臺壓）；動態(tài)應(yīng)變（潮氣量與呼氣末肺容積或吸氣容量之間的比率）；靜態(tài)應(yīng)變（由呼氣末正壓 [PEEP] 確定的呼氣末肺容積）；驅(qū)動壓（呼吸系統(tǒng)吸氣平臺壓和 PEEP 之間的差值）；和機械功率（作為呼吸頻率函數(shù)的機械能）。最近，已提出患者自身造成的肺損傷 (P-SILI) 作為促進 VILI 的潛在機制。在本章中，我們將討論機械通氣的生理和病理生理后果以及如何個體化機械通氣參數(shù)。

機械通氣的生理后果與胸腔內(nèi)壓力的增加有關(guān)，這必然會影響到心臟、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、腎臟和肝臟。此外，在呼吸系統(tǒng)監(jiān)測中，導(dǎo)致腹腔內(nèi)高壓力的臨床情況值得特別注意，因為腹腔是胸壁的一個組成部分。

在正常的自主通氣中，人類能夠在特定的幅度和時間范圍內(nèi)改變呼吸模式，并隨著新陳代謝的波動而增加或減少通氣速率。另一方面，機械呼吸機使用操作者選擇的潮氣量（VT）、呼氣末正壓（PEEP）、呼吸頻率（RR）和吸氣道流量（V'）對呼吸系統(tǒng)加壓。應(yīng)用這些機械呼吸變量可導(dǎo)致肺組織的損傷，這在臨床上并不明顯，而且與負面的預(yù)后有關(guān)。

我們將討論機械通氣對心血管系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、腎臟和肝臟的生理和病理生理影響，并分析腹內(nèi)高壓 (IAH) 如何改變機械通氣對這些器官系統(tǒng)的影響。我們還將檢查要設(shè)置的通氣變量和要監(jiān)測的參數(shù)，突出在受控和輔助機械通氣期間與通氣引起的肺損傷 (VILI) 相關(guān)的機制，并將這些機制轉(zhuǎn)化為臨床實踐。

機械通氣的后果

正壓通氣和心血管系統(tǒng)

心臟和肺在胸腔內(nèi)靠近，肺充當(dāng)左右心腔之間的管道，這決定了這些器官的相互依存關(guān)系。自主和機械通氣會引起胸膜內(nèi)或胸內(nèi)壓和肺容量的變化，這些變化可以通過心房充盈或前負荷的變化獨立影響心血管功能；心室排空或后負荷；心率;和心肌收縮力。自主吸氣會產(chǎn)生胸膜負壓并降低胸腔內(nèi)壓。相反，正壓通氣會增加胸腔內(nèi)壓和右房壓，無論是否添加 PEEP。每次被動機械呼吸時，胸內(nèi)壓都會增加，這反過來會改變舒張末期容積和左右心室的順應(yīng)性。在正壓吸氣時，腔靜脈血流和右心室尺寸減少，經(jīng)腹腔壓力梯度增加。結(jié)果，膈肌向右移動，增加左心室容積并趨于增加每搏輸出量。隨著肺容積增加，右心室后負荷也增加，主要是由于肺泡血管受壓。

肺和胸壁容積的影響

肺血管阻力在功能殘氣量時最低，在更高或更低的肺容量時增加。為了最大限度地減少控制機械通氣期間肺血管阻力的增加，必須通過液體容量輸注來復(fù)張肺毛細血管，這可能會進一步損害肺功能。在輔助通氣過程中，根據(jù)呼吸肌的支持和激活水平，肺毛細血管在吸氣時復(fù)張而在呼氣時停止復(fù)張，從而最大限度地減少液體管理的需要。在不同類型的機械通氣期間，肺毛細血管的復(fù)張和減少是肺泡毛細血管和細胞外基質(zhì)肺損傷的一個考慮不足的機制（? 圖 1）。

液體反應(yīng)性評估

了解這些心肺相互作用的基本原理對于評估重癥患者的液體反應(yīng)性至關(guān)重要。并非所有對液體挑戰(zhàn)有反應(yīng)的患者都需要額外的液體；該信息應(yīng)從實驗室和臨床數(shù)據(jù)中獲得。為了使脈搏壓力變化（PPV）和收縮容積變化（SVV）成為液體反應(yīng)性的準確預(yù)測指標，患者必須被鎮(zhèn)靜和麻痹，在VT 8 mL/kg、心律規(guī)律、呼吸系統(tǒng)順應(yīng)性為30 mL/cmH2O的控制下進行機械通氣。PPV和SVV都被定義為其最大值減去最小值與平均值的比率。PPV和SVV都定義為它們的最大值減去最小值與平均值的比值。一些研究表明 SVV 大于 10% 或 PPV 大于 13 至 15% 可預(yù)測液體反應(yīng)性，事實上，兩者都優(yōu)于靜態(tài)指標，例如中心靜脈壓。

然而，并不總是需要達到每搏輸出量曲線的上部，因為這可能會導(dǎo)致液體超負荷。為了保持靜止時的血流動力學(xué)穩(wěn)定性，可以監(jiān)測一些代謝參數(shù)，例如乳酸、 動靜脈CO2分壓差 和外周花斑。但是，這些參數(shù)不能單獨使用，可以與動態(tài)血流動力學(xué)指標結(jié)合使用。

正壓通氣和中樞神經(jīng)系統(tǒng)

腦血流量

腦血流量 (CBF) 取決于腦循環(huán)的動脈側(cè)和靜脈側(cè)之間的壓差，并且與腦血管阻力成反比。由于靜脈側(cè)壓力難以測量，因此顱內(nèi)壓（ICP）用于估計腦灌注壓（CPP）。CPP等于平均動脈壓和ICP的差值。成人正常 ICP 值 <10 mm Hg，CPP 60 mm Hg 被普遍認為是腦灌注充足的最低閾值。由于 CBF 與局部腦代謝密切相關(guān)，因此高度依賴于 CO2 水平和 PaCO2 的變化 . 已觀察到增加 CO2 張力可在體外使腦動脈松弛。在體內(nèi)，PaCO2或pH值的局部血管周圍變化可以改變血管直徑，表明血管壁的元素負責(zé)影響血管直徑的變化?？赡苌婕皟?nèi)皮/平滑肌細胞和血管外細胞（血管周圍神經(jīng)細胞、神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)）。PaCO2 在 20 到 60 mm Hg 的范圍內(nèi)每變化一個 mm Hg，CBF 變化 3%。因此，低通氣導(dǎo)致高碳酸血癥導(dǎo)致血管舒張和 CBF 升高，而過度通氣導(dǎo)致血管收縮和 CBF 降低。在最近的一項研究中，Robba 等人表明，在 COVID-19 患者中，吸入一氧化氮和俯臥位可以改善全身和腦氧合；復(fù)肺復(fù)張動作（RMs）并沒有改善全身氧合，但惡化了腦氧合（rSO2）；呼吸透析/體外二氧化碳去除降低了全身和腦氧合，并且在整個人群中，SpO2 和 rSO2 之間以及 rSO2 和 PaO2 之間存在顯著相關(guān)性。

呼氣末正壓

根據(jù)最近的一項指南，對于無急性呼吸窘迫綜合征 (ARDS) 的急性腦損傷且無臨床顯著 ICP 升高的機械通氣患者，應(yīng)使用與無腦損傷患者相同水平的 PEEP。此外，對于 ICP 顯著升高但因 PEEP 升高而 ICP 沒有升高的患者，應(yīng)使用與無急性腦損傷患者相同水平的 PEEP。最近的一項觀察性研究評估了兩種水平的 PEEP（5 和 15 cmH2O）對呼吸力學(xué)、定量肺計算機斷層掃描 (qCT) 發(fā)現(xiàn)以及與腦損傷患者 ICP 變化的關(guān)系的影響。他們發(fā)現(xiàn)，PEEP 從 5 增加到 15 cmH2O 會導(dǎo)致更高的氧合、PaCO2 和 ICP 值，肺泡復(fù)張占肺總重量的 2.5%。有趣的是，隨著 PEEP 的 ICP 增加與 PaCO2 升高、肺泡復(fù)張不良、Crs 降低和 MAP 降低相關(guān)。本研究表明，PEEP 增強對急性腦損傷患者的潛在益處應(yīng)考慮血流動力學(xué)狀態(tài)，包括 ICP 值、呼吸力學(xué)和肺形態(tài)。

炎癥反應(yīng)

全身炎癥反應(yīng)似乎在急性腦損傷后肺衰竭的發(fā)展中很重要。腦損傷后會發(fā)生顱內(nèi)炎癥反應(yīng)，促炎細胞因子——白細胞介素 (IL)-1、IL-6、IL-8 和腫瘤壞死因子 (TNF)——在受傷的腦組織中局部產(chǎn)生。這種情況，復(fù)合通過大量的交感神經(jīng)反應(yīng)，創(chuàng)造了一種炎癥環(huán)境，增加了肺部對進一步傷害事件的易感性。保護性通氣的所有組成部分（低潮氣量、中高 PEEP 和允許性高碳酸血癥的 RM）都可能與急性腦損傷的潛在病程相互作用。一項多中心、前瞻性、觀察性研究表明，與非神經(jīng)系統(tǒng)相比，神經(jīng)系統(tǒng)患者通氣時的 VT 相似（約 9 ± 5 mL/kg），但呼吸頻率 (RR) 和 PEEP 水平較低。此外，腦卒中患者死亡率較高，尤其是出血性腦卒中，可能與神經(jīng)功能障礙有關(guān)。

正壓通氣和腎臟

與沒有 AKI 的患者相比，患有急性腎損傷 (AKI) 的患者發(fā)生需要機械通氣的呼吸衰竭的幾率要高出兩倍，并且那些既往沒有 AKI 的患者需要機械通氣與發(fā)生 AKI 的風(fēng)險顯著增加相關(guān)。事實上，需要機械通氣是這些患者死亡率的獨立預(yù)測因素。在一項研究中，需要機械通氣是與 AK 患者 89% 死亡率相關(guān)的主要因素。

血流動力學(xué)

如前所述，正壓通氣會增加 ITP，從而降低腎血流量、腎小球濾過率、鈉排泄和尿量。預(yù)計 ITP 的增加會對 RV 和右心房產(chǎn)生充血作用，這可能導(dǎo)致腎 擁塞。反過來，這會通過形成腎間質(zhì)水腫導(dǎo)致囊內(nèi)壓力增加。腹內(nèi)壓 (IAP) 會進一步損害腎臟血流動力學(xué)。高水平的 IAP 可能是由正壓通氣、呼吸系統(tǒng)的量級引起的 彈性和由于大量輸液導(dǎo)致的預(yù)先存在的腹壓。IAP 升高會損害微血管血流，由于靜脈引流減少而導(dǎo)致腎水腫。除了 ITP升高 外，高水平的 IAP 可能是腎水腫的另一個病因。

炎癥反應(yīng)

炎癥改變可能是炎癥介質(zhì)響應(yīng)作用于肺部的不同通氣策略而釋放的全身效應(yīng)的結(jié)果。在實驗性氣管內(nèi)鹽酸滴注的小鼠模型中，與保護性 VT (6 mL/kg) 相比，高 VT (17 mL/kg) 增加了肺和腎中的 IL-6 和 VEGFR2 水平。其他作者觀察到 不僅炎癥增加，損傷性通氣后肺和腎細胞凋亡也增加。幾種介質(zhì)可以發(fā)揮導(dǎo)致腎損傷的潛在作用。其中，有兩種需要特別仔細研究：可溶性 Fas 配體 (sFasL)，一種凋亡介質(zhì)，和 IL1-β，一種促炎細胞因子。FasL-Fas 系統(tǒng)可誘導(dǎo)與蛋白尿和系膜細胞丟失相關(guān)的腎小球凋亡。此外，IL1-β 可能通過作用于血小板激活因子并引發(fā)炎癥反應(yīng)來促進細胞凋亡過程。

通氣參數(shù)和腎功能衰竭

一項系統(tǒng)評價和薈萃分析表明，有創(chuàng)機械通氣會增加 AKI 的幾率。VT 和 PEEP 對發(fā)生 AKI 的風(fēng)險均無任何影響。然而，這項薈萃分析未能包括兩項重要的臨床試驗。ARDS 網(wǎng)絡(luò)試驗表明，低 VT（6 mL/kg）通氣的患者與高 VT 通氣的患者相比，無腎衰竭天數(shù)更多（12 mL/kg；20±11 對 18±11 天，p = 0.005）。EXPRESS 研究表明，在低或高 PEEP 通氣的患者與無腎衰竭天數(shù)之間沒有差異。簡而言之，肺損傷與 AKI 之間的關(guān)系仍然知之甚少，值得關(guān)注。

正壓通氣和肝臟

急性肝功能衰竭中氣體交換的惡化可能是由于胸水、肺不張、ARDS 以及由于 IAP 升高而導(dǎo)致的呼吸系統(tǒng)順應(yīng)性降低。此外，肺內(nèi)分流和肝肺綜合征也有牽連。

一項大型研究評估了 6 年內(nèi)入住專門肝臟 ICU 的患者，發(fā)現(xiàn)肝硬化患者在 ICU 進行機械通氣與 1 年內(nèi) ICU 高死亡率之間存在關(guān)聯(lián)（89%）。此外，作者觀察到，在 ICU 逗留期間機械通氣持續(xù)時間 > 9 天是 ICU 出院后一年內(nèi)死亡的危險因素。在肝硬化患者中可以觀察到類似的情況。

實驗研究試圖了解特定通氣策略對肝功能的影響。Kredel 等人檢查了 VT 為 6 mL/kg 且 PEEP 調(diào)整至高于壓力-容積曲線下拐點 3 cmH2O 或高頻振蕩通氣（≥ 12 Hz）的壓力控制通氣對肝臟的影響 平均氣道壓力高于下拐點 3 cmH2O 并結(jié)合動靜脈體外肺輔助。壓力控制通氣組的天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶增加了約三倍，而接受高頻振蕩通氣和動靜脈體外肺輔助的患者則增加了五倍。

正壓通氣和腹內(nèi)高壓

正常 IAP 約為 5 至 7 mm Hg。IAH 定義為 IAP 持續(xù)或反復(fù)病理性升高≥ 12 mm Hg，而腹腔間隔綜合征定義為持續(xù) IAP > 20 mm Hg（有或沒有平均值之間的差異）與新器官功能障礙或衰竭相關(guān)的動脈壓和 IAP，即 60 mm Hg 或更高的腹腔灌注壓。IAH 可進一步分級如下：I 級，IAP 12 至 15 mm Hg；II 級，IAP 16 至 20 毫米汞柱；III 級，IAP 21 至 25 毫米汞柱；IV 級，IAP >25 mm Hg。IAH和腹腔室綜合征的危險因素是公認的，如腹部手術(shù)、重大創(chuàng)傷、胃輕癱、胃擴張、腸梗阻、急性胰腺炎、損傷控制剖腹手術(shù)、大量液體復(fù)蘇或液體正平衡以及機械通氣。一旦發(fā)生，IAH 可促進膈肌向頭側(cè)移位，肺容量減少，胸膜壓升高，導(dǎo)致肺不張和肺功能受損。

抵消 IAP 升高對肺的影響的一種方法是應(yīng)用 PEEP。然而，已經(jīng)表明，高達 15 cmH2O (11 mm Hg) 的 PEEP 水平不能防止由 IAH (18 mm Hg) 引起的功能殘氣量下降，并且實際上與作為心臟輸出減少的結(jié)果的氧氣輸送減少有關(guān)。在隨后的研究中，在具有健康肺部的豬IAH模型中，調(diào)整PEEP水平以匹配IAP。呼氣末肺容量得以保持，但沒有觀察到動脈血氧張力的改善，而且，事實上，心輸出量下降。然而，在急性肺損傷中，由于胸壁彈性的降低，IAP-匹配的PEEP被發(fā)現(xiàn)可以減少分流和死腔分數(shù)以及呼吸系統(tǒng)彈性。通過比較IAH模型中不同的肺損傷病因，Santos等人表明，直接肺損傷中較高的PEEP水平（10 cmH2O）增加了肺彈性，而間接肺損傷中的中等PEEP水平（7 cmH2O）增加了炎癥標志物的表達。這一證據(jù)表明，在健康的肺部條件下，IAP-匹配PEEP可能不能被容忍。在肺部損傷的情況下，IAP-匹配PEEP的方法可能是有效的，但需要密切監(jiān)測心輸出量。另一方面，PEEP不應(yīng)該超過IAH水平，因為它與血流動力學(xué)的降低有關(guān)，因為胸壁的順應(yīng)性降低，主要是由于腹腔隔室（?圖2）。建議IAH期間PEEP的上限為15 cmH2O.在PEEP增加期間，平臺壓也會隨之增加，這也需要注意，因為PEEP、IAP和個體力學(xué)之間存在相互作用，導(dǎo)致高平臺壓水平。因此，目標Pplat可以按以下方式計算。

換言之，如果患者的 IAP 為 21 cmH2O，則調(diào)整后的目標 Pplat 等于目標 Pplat + 4 cmH2O；這意味著如果目標（安全上限）Pplat 為 30 cmH2O，則調(diào)整后的目標 Pplat 為 34 cmH2O。在機械通氣期間，重要的是要將來自呼吸系統(tǒng)的信息與來自肺部的信息分開。呼吸系統(tǒng)的變化可以通過測量氣道驅(qū)動壓來監(jiān)測，它表示 VT 除以呼吸系統(tǒng)順應(yīng)性。然而，該指數(shù)可能會在胸壁順應(yīng)性改變的情況下受到影響，不應(yīng)簡單地推廣到肺部。跨肺驅(qū)動壓將代表更好的選擇，因為它消除了胸壁隔室。這是 Cortes Puentes 等人的一項研究的主題，他們在實驗環(huán)境中監(jiān)測氣道驅(qū)動壓和跨肺驅(qū)動壓，通過將 IAP 增加到 15 mm Hg（IAH 級），可以可逆地改變胸壁順應(yīng)性。通過提高IAP使胸壁變硬，固定VT和PEEP組合的計算氣道驅(qū)動壓力比經(jīng)肺驅(qū)動壓力增加得更多。這一點很重要，因為在危重病人和手術(shù)病人中，氣道驅(qū)動壓有推薦的安全值；然而，氣道驅(qū)動壓力的增加不僅是由肺部異常引起的，也可以是由IAH的存在引起的。因此，IAH 應(yīng)進行監(jiān)測以區(qū)分氣道驅(qū)動壓的變化。

來自食道壓監(jiān)測的啟示

隨著IAP的增加，預(yù)計會有壓力從腹腔轉(zhuǎn)移到胸膜腔。在IAP增加的情況下，通常有一半的壓力會轉(zhuǎn)移到胸壁，至少在依賴性肺區(qū)是這樣。人們無法在床邊直接測量胸膜壓力（Ppl），但可以在食道下端測量食道壓力?？紤]到10cmH2O代表總的壓力垂直梯度，食管導(dǎo)管放置在仰臥位胸骨下三分之二處，預(yù)計傳感器上方三分之二處的壓力為5cmH2O，下方三分之一處為5cmH2O，因為依賴區(qū)的密度更高。要從食管壓力（Pes）中估計出Ppl，需要做一些假設(shè) ，如下所示。

估計胸骨附近的Ppl（非依賴性）=Pes -5 cmH2O

估計椎體附近的Ppl（依賴性）=Pes + 5 cmH2O

Ppl 估計值應(yīng)根據(jù)氣道壓力 (Paw) 進行校正，使得 Ppl=Paw – Pes：

Ppl = Paw – (Pes – 5 cmH2O) 在非依賴區(qū)域 =Paw – Pes + 5 cmH2O

Ppl = Paw – (Pes+5 cmH2O) 在依賴區(qū)域= Paw –Pes – 5 cmH2O

應(yīng)作出以下假設(shè)：

1. Paw – Pes 絕對差（未校正）在呼氣末或吸氣末是肺中部的 Ptp。

2. Ppl (△Ppl) 的變化等于△Pes，因此肺和胸壁彈性的測量可能是準確的。

3. 在呼氣末（相關(guān)區(qū)域），絕對 Ptp 計算為 PEEP - Pes -5 cmH2O。

4. 在吸氣結(jié)束時（非依賴區(qū)域），絕對Ptp 計算為 Pplat -Pes + 5 cmH2O。

5. 在吸氣末（非依賴區(qū)域），絕對 Ptp 可以計算為× Pplat EL/Etot；EL= △PL/△V；Etot =△Prs/△V；

其中 EL 是肺彈性，Etot 是總彈性。

機械通氣期間要設(shè)置的通氣變量和要監(jiān)測的參數(shù)

機械呼吸機使用由臨床醫(yī)生調(diào)整的 VT、PEEP、RR 和吸氣氣道流量對呼吸系統(tǒng)加壓。應(yīng)用這些機械呼吸變量會導(dǎo)致肺組織損傷，這種損傷在臨床上并不明顯，并且與不良預(yù)后相關(guān)。重要的是，呼吸系統(tǒng)平臺壓 (Pplat,RS)、驅(qū)動壓 (DP,RS) 以及最近的機械功已被證明與 VILI 相關(guān)。如果調(diào)整不當(dāng)，這些機械呼吸參數(shù)已被證明會加劇與 VILI 相關(guān)的主要機制：容積傷（不適當(dāng)?shù)?VT 導(dǎo)致肺泡過度擴張）或肺不張（由于低 PEEP 水平而循環(huán)關(guān)閉和打開小氣道和肺泡）。這兩種形式的肺組織機械損傷可引發(fā)生物傷，其特征是以前位于肺泡空間的炎癥介質(zhì)的去隔室化及其易位到相鄰血流，這可能導(dǎo)致遠端器官損傷。

機械通氣期間要設(shè)置的變量

潮氣量 (VT) 大小

最近，一項對比較不同 VT 的大型隨機研究匯總數(shù)據(jù)的薈萃分析表明，在肺損傷發(fā)生之前的手術(shù)期間應(yīng)優(yōu)先使用低 VT（定義為 <10 mL/kg）。預(yù)先應(yīng)用低VT可以減少術(shù)后呼吸支持的需要（有創(chuàng)和無創(chuàng)）。該薈萃分析中的一項研究表明，理想體重 6 至 8 mL/kg 的 VT 與 10 至 12 mL/kg 的 VT 相比可減少肺部和肺外并發(fā)癥。然而，低 VT 通氣患者的 PEEP 水平也在 6 至 8 cmH2O 之間，并伴有周期性 RM，而高 VT 通氣患者組則沒有 PEEP。

IC上VT的應(yīng)變和標準化

應(yīng)變根據(jù)呼氣末肺容積 (EELV) 定義為 VT。VT 的另一個標準化是根據(jù)吸氣量（功能殘氣量、潮氣量和吸氣儲備量的總和）。與對 EELV 的標準化相比，吸氣量的校正更容易在床邊進行，并且更準確。吸氣量可以測量為 0 cmH2O 時的 PEEP 或最小 PEEP 5 cmH2O 與 30 cmH2O 吸氣壓力之間的容積差。在非復(fù)張患者者的情況下，PEEP 的應(yīng)用主要通過肺泡過度擴張來增加 EELV；否則，對于復(fù)張患者，PEEP 的應(yīng)用會增加 EELV，既增加先前充氣肺區(qū)域的體積，又重新打開塌陷的肺泡。因此，應(yīng)變可能相似，但對肺結(jié)構(gòu)的影響完全不同，對非復(fù)張者的傷害更大。相反，VT 對吸氣量的標準化會自動計算由于 PEEP 引起的肺實質(zhì)變形。無論如何，吸氣時 VT 的標準化可能大致等同于 EELV（在復(fù)張者或非復(fù)張者中），因為吸氣量與 ARDS 中的 EELV 相關(guān)（?圖 3）。

應(yīng)變率和肺損傷

肺的行為是一個粘彈性系統(tǒng)。例如，當(dāng)它們被變形并保持恒定時，肺部會釋放出張力，即所謂的 '應(yīng)力松弛'。由于它們的機械性質(zhì)，可以想象，不同的實質(zhì)變形可能會發(fā)生，這取決于VT或應(yīng)變在一段時期內(nèi)的變化速度。通過比較低（1.8/s）和高（4.6/s）的應(yīng)變率，在相似的整體應(yīng)變下，Protti等人表明，高應(yīng)變率可能會增加肺水腫的風(fēng)險，可能是因為它們增強了肺部粘彈性行為。在具有不同區(qū)域通氣的異質(zhì)肺泡單元中，潮汐能可以集中在一小塊肺組織上，通過連續(xù)的循環(huán)擴散肺損傷。在臨床環(huán)境中，VT 的變化通常是突然應(yīng)用的。細胞外基質(zhì)需要一個自適應(yīng)的“應(yīng)力松弛”時間來減輕與大 VT 相關(guān)的破壞性應(yīng)變。這些內(nèi)部調(diào)整發(fā)生在短期（在一個呼吸周期內(nèi)）和延長的時間范圍內(nèi)，具體取決于肺損傷的程度。Felix 等人 表明，逐漸增加應(yīng)變（更短的適應(yīng)時間）而不是突然（沒有適應(yīng)時間）減輕肺損傷，可能是通過上皮細胞和細胞外基質(zhì)的搶先適應(yīng)。然而，與較短的適應(yīng)時間相比，潮汐應(yīng)變的逐漸增加（較長的適應(yīng)時間）導(dǎo)致更多的機械能累積傳遞并且不能防止肺損傷，這表明較長的適應(yīng)時間策略在更早的時間引發(fā)了傷害性應(yīng)變。

手術(shù)中的PEEP

為了評估當(dāng)與高 VT 相結(jié)合時沒有 PEEP 是否會惡化預(yù)后，進行了一項分離這兩個機械通氣參數(shù)的研究。PROVHILO 試驗旨在檢驗以下假設(shè)：在一般情況下，高 PEEP 水平 (12 cmH2O) 加 RM 的通氣策略與低 PEEP 水平 (2 cmH2O) 結(jié)合相同 VT（7.1 mL/kg 預(yù)計體重）的通氣策略相比較。開腹手術(shù)的麻醉可以防止術(shù)后肺部并發(fā)癥。由于研究的兩個組中的 VT 具有可比性，因此如果有積極影響，則只能歸因于手術(shù)期間應(yīng)用的 PEEP。作者表明，兩組術(shù)后前 5 天的術(shù)后肺部并發(fā)癥發(fā)生率具有可比性。雖然 PROVHILO 試驗中的假設(shè)沒有得到支持，但作者確實回答了幾個相關(guān)問題：（1）動態(tài)呼吸系統(tǒng)順應(yīng)性隨著 PEEP = 12 cmH2O 得到改善，這表明有效的肺復(fù)張而沒有相關(guān)的過度膨脹；(2) 低 VT 合并 PEEP=2 cmH2O 與較差的臨床結(jié)果無關(guān)；(3) 與高 PEEP 組加 RM 相比，在低 PEEP 組中觀察到較少的血流動力學(xué)損害。因此，根據(jù)患者的潛在狀況，呼吸機策略可能會導(dǎo)致不同的結(jié)果。

ARDS中的PEEP

與手術(shù)期間不同，重癥患者（尤其是 ARDS 患者）的最佳 PEEP 設(shè)置仍不清楚。三項大型隨機對照試驗研究了 ARDS 患者較高與較低的 PEEP。盡管用于調(diào)整 PEEP 水平的方法在研究之間有所不同，并且在比較的組之間觀察到一些不平衡，但沒有觀察到生存率的有益改善。然而，分配到較高 PEEP 策略的患者需要較少的搶救治療，出現(xiàn)更多無呼吸機和無器官衰竭的天數(shù)，并改善了呼吸系統(tǒng)的順應(yīng)性。匯總所有這些數(shù)據(jù)并分析最嚴重的 ARDS 患者（PaO2/FiO2 ＜ 200），隨機分配到較高的 PEEP 策略與較低的死亡率相關(guān)（34.1 對 39.1%），調(diào)整后的相對風(fēng)險為 0.90（95% CI，0.81 –1.00；p = 0.049）。另一方面，在分配到較高 PEEP 策略（PaO2/FiO2 介于 201 和 300 之間）的輕度 ARDS 患者中，死亡率有較高的趨勢，調(diào)整后的相對風(fēng)險為 1.37（95% CI，0.98-1.92；p =0.07)。盡管尚未達成共識，但這些分析表明，在嚴重 ARDS 患者中使用更高的 PEEP 策略是有益的。

PEEP 對 ARDS 患者肺復(fù)張的影響可能不同。在一項對 19 名患有嚴重 ARDS（PaO2/FiO2 ≤150）的患者進行的研究中，9 人表現(xiàn)出明顯的肺泡復(fù)張，而其余 10 名患者的肺泡容積減少，但氧合沒有改善。在計算機斷層掃描研究中觀察到類似的行為，其中 ARDS 患者的肺泡復(fù)張程度不同。這種對肺復(fù)張的可變影響可以解釋在這三項比較 ARDS 患者較低和較高 PEEP 策略的大型試驗中發(fā)現(xiàn)的負面結(jié)果。

在最近對 RCT 的系統(tǒng)評價和薈萃分析中，作者將包含較高 PEEP 和/或 RM 的通氣策略與具有較低 PEEP 水平且無 RM 的傳統(tǒng)策略（單獨或聯(lián)合使用）進行了比較。在應(yīng)用納入和排除標準后，10 項研究被納入薈萃分析。在使用保護性低 VT 進行機械通氣的未經(jīng)選擇的 ARDS 患者中，與使用旨在實現(xiàn)最低可接受氧合目標的 PEEP 水平的策略相比，使用較高的 PEEP 和/或 RM 并未降低死亡率或氣壓傷發(fā)生率。實現(xiàn)最低可接受氧合的 PEEP 水平范圍從第 1 天的 10.1 cmH2O 到第 7 天的 8.6 cmH2O。由于適度的 PEEP 應(yīng)用，預(yù)計一定程度的可控制肺不張。在這一方面，Goligher 等人表明，與 PEEP 增加相關(guān)的早期氧合增加與住院死亡率降低有關(guān)，特別是在基線低氧血癥更嚴重的患者中。

呼吸頻率

除了潮氣量和 PEEP 外，設(shè)置 RR 以維持適當(dāng)?shù)姆昼娡饬坎M足患者的代謝需求。在一項具有里程碑意義的研究中，表明低 VT 可降低急性呼吸衰竭的死亡率，作者沒有討論 RR，即大約 30 次呼吸/分鐘，以促進 CO2 清除。在 RR 設(shè)置為 30 次呼吸/分鐘時，呼吸周期持續(xù) 2 秒。如果吸氣：呼氣比 (I:E) 調(diào)整為 1:1，則吸氣和呼氣時間均為 1 秒。如果將 I:E 調(diào)整為 1:2，則吸氣和呼氣分別為 0.66 秒和 1.33 秒。因此，要么縮短呼氣時間，這可能導(dǎo)致內(nèi)源性 PEEP，要么縮短吸氣時間（或高應(yīng)變率），這可能會影響通氣。為了測試高 RR 是否可以在不損害心血管功能的情況下改善 CO2 清除率，Vieillard-Baron 等人比較了傳統(tǒng)策略（低速率，15 次呼吸/分鐘）與高速率策略（30 次呼吸/分鐘）。有趣的是，作者努力控制兩組的吸氣流量（50 L/min）。他們表明，將 RR 增加到 ICU 中常用的范圍不僅在改善 CO2 清除方面效率低下，而且還會產(chǎn)生內(nèi)源性 PEEP。此外，增加的 RR 與顯著的血流動力學(xué)后果相關(guān)，包括靜脈回流受損和腹腔靜脈擴大。

在 ARDS 網(wǎng)絡(luò)試驗中， 低 VT 組（6 mL/kg 預(yù)測體重）的平均 RR 在第 1 天和第 7 天分別為 29 bpm 和 30 bpm，而高 VT 組在第 1 天和第7 天分別為 16 bpm 和 20 bpm（12 mL/kg 預(yù)測體重）。第 1 天，低 VT 組的機械功為 30.6 J/min，高 VT 組為 33.1 J/min。由于 VT 降低至保護范圍，預(yù)計 RR 的增加可將每分鐘通氣量維持在安全水平以避免酸中毒。在機械功方面，低 VT 組和高 VT 組之間沒有觀察到重大差異。兩者都在有害范圍內(nèi)。然而，ARDS 網(wǎng)絡(luò)試驗顯示死亡率大幅下降，這可能與 PBW VT 和平臺壓的安全水平有關(guān)。

吸氣和呼氣氣道流量

根據(jù)所采用的通風(fēng)模式，流量標量呈現(xiàn)出可預(yù)測、可重復(fù)的形狀或可變形狀。在通氣的容量控制模式中，流量波形通常是方形的或具有下降斜坡構(gòu)象。獨立于流量模式，流量本身是肺中壓力的重要決定因素，因為它增強了動能的傳遞。這種能量與施加到呼吸支氣管內(nèi)細胞的剪切應(yīng)力密切相關(guān)。一些報告將吸氣流量曲線與氣體交換、呼吸功和心血管功能相關(guān)聯(lián)。在這些研究中，從宏觀環(huán)境的角度來看，加速的流量波形與血流動力學(xué)受損和氣壓傷發(fā)生率較高有關(guān)。另一方面，減速的流量波形與正壓通氣中更好的肺力學(xué)和氣體交換有關(guān)。

不僅吸氣氣道流量與主要的病理生理后果相關(guān)，而且呼氣流量也是急性肺損傷進展時肺力學(xué)變化的重要指標。呼氣是一個被動過程，它利用充氣過程中儲存的彈性能量來驅(qū)動呼氣氣流。如果吸氣后存儲的勢能低，并且不足以在下一次吸氣開始前使系統(tǒng)恢復(fù)到松弛平衡，則在呼氣期間繼續(xù)流動，并且在呼氣末肺泡壓力保持正值，超過臨床醫(yī)生選擇的 PEEP 值。這就是所謂的自動 PEEP 或內(nèi)源性PEEP (PEEPi)，在幾個呼吸周期后會導(dǎo)致過度充氣。

機械通氣期間要監(jiān)測的通氣參數(shù)

呼吸系統(tǒng)平臺壓 (Pplat)

Pplat通過延長吸氣時間以使肺壓在該體積下平衡來測量。Pplat 的大小取決于呼吸系統(tǒng)、肺和胸壁順應(yīng)性以及 VT，并代表肺的彈性反沖壓力。盡管高 Pplat可能提示存在肺泡過度擴張的風(fēng)險，但用于指導(dǎo)機械通氣調(diào)整的閾值仍有待討論。在ARDSNet研究中，除了低VT通氣外，Pplat也受到控制。在低VT組中，作者使用的Pplat,RS低于或等于30cmH2O。然而，取決于患者的呼吸系統(tǒng)力學(xué)，將 Pplat,RS 保持在 30 cmH2O 以下可能并非對所有 ARDS 患者都有保護作用。已經(jīng)表明，即使在低 VT (6 mL/kg) 和 Pplat <30 cmH2O 的情況下，一些患者也會出現(xiàn)潮汐式過度充氣。因此，作者建議Pplat,RS上限應(yīng)降低至28 cmH2O。此外，入院后24小時Pplat>25 cmH2O是死亡的獨立危險因素。Villar 等人使用篩查工具來識別死亡風(fēng)險更高的個體患者。他們將 Pplat 分為三個范圍（<27 cmH2O；27–30 cmH2O；>30 cmH2O）。死亡率隨著 Pplat的增加而增加，證實了以前的研究。

呼吸系統(tǒng)驅(qū)動壓 (△P)

在有明顯肺不張的大手術(shù)后或患有 ARDS 的患者中，可用于通氣的面積會減少。這反映在床邊，低呼吸系統(tǒng)順應(yīng)性。通常，VT 被歸一化為預(yù)測的體重以衡量肺的大小。然而，并非所有肺組織都可用于通氣。因此，DP,RS 表示由呼吸系統(tǒng)順應(yīng)性標準化的 VT。該指數(shù)可以指示肺的功能大小，并且可以更好地預(yù)測有和沒有肺損傷的患者的結(jié)果。最近的研究報告說，△P 是可能導(dǎo)致 VILI 的呼吸機設(shè)置的一個很好的標志，并且可以統(tǒng)一導(dǎo)致受 ARDS 影響的肺部組織損傷的力量。一項分析低 VT ARDSnet 研究數(shù)據(jù)的回顧性研究發(fā)現(xiàn)，DP,RS >15 cmH2O 與 ARDS 患者較高的死亡率相關(guān)。相比之下，VT、Pplat 和 PEEP 與死亡率增加沒有獨立相關(guān)性。根據(jù)肺部病變程度的不同，增加 PEEP 對 △P 的影響也不同。如果增加 PEEP 導(dǎo)致肺組織復(fù)張，則預(yù)計 △P 會降低。另一方面，如果增加 PEEP 不復(fù)張肺組織，肺可能會過度拉伸，△P 將保持不變或增加。在對包括 17 項隨機對照試驗中的 2,250 名患者在內(nèi)的個體患者數(shù)據(jù)的薈萃分析中，Neto 等人表明，PEEP 水平的變化導(dǎo)致 △P 增加與術(shù)后肺部并發(fā)癥有關(guān)。

能量的概念

前面討論的呼吸機變量在一個呼吸周期中產(chǎn)生施加到呼吸系統(tǒng)的能量。施加到呼吸系統(tǒng)的能量是根據(jù)氣道壓力-容積曲線計算的，考慮到它與總肺活量區(qū)域呈線性關(guān)系。為了計算傳遞給肺部的實際能量，必須減去以下能量：(1) 移動胸壁所需的能量；(2) 吸氣時克服氣管導(dǎo)管和氣管支氣管樹所需的能量；(3)嘴部回收的能量。

機械功

在給定的 RR 下施加到肺部的能量稱為機械功率，它有效地表示為每分鐘的能量。

基于經(jīng)典運動方程生成的機械功率方程的最簡化版本如下：

• 具有吸氣保持功能的容量控制通氣 (VCV)：

• 無吸氣保持的 VCV：

• 壓力控制通氣：

不同的參數(shù)對機械功率的貢獻可能不同，例如 VT/△P、吸氣流量、PEEP 和 RR。在 ARDS 網(wǎng)絡(luò)試驗期間，當(dāng)招募患者時（1996-1999 年），沒有討論機械功率，并且這種 RR 增加對危重病患者呼吸系統(tǒng)的潛在損害的貢獻是未知的。最近一項針對 4,549 名 ARDS 患者的研究表明，RR 是死亡率的獨立預(yù)測因子。平均 RR 為 25.7±7.4 次呼吸/分鐘，這是在日常重癥監(jiān)護實踐中觀察到的常見值。作者表明，△P 對死亡率的影響是 RR 的四倍，但 RR 仍與死亡率獨立相關(guān)。他們建議，根據(jù)床邊的理論和實踐問題，采用 4× △P + 1 RR（4 △P RR）的概念來量化通氣策略變化對 VILI 的影響。另一方面，有人認為4 △P RR的簡單性并不優(yōu)于通過簡化方程在床邊計算機械功率。簡而言之，應(yīng)該考慮 RR 來估計肺損傷。

在一項開創(chuàng)性的臨床前研究中，作者通過在保持 VT 和跨肺壓恒定的同時改變 RR 來改變施加到呼吸系統(tǒng)的機械功率，以確定 VILI 的功率閾值。他們表明，在健康的仔豬中，只有當(dāng)傳遞的經(jīng)肺機械功超過 12.1 J/min 時，才會出現(xiàn)廣泛的水腫。由于受傷的肺需要較高的機械功才能在相同的 VT 下進行通氣，因此肺塌陷會導(dǎo)致可通氣的肺面積減少，這需要更大的壓力和流量。這反過來又增加了傳遞的機械功而不改變 VT。這種惡性循環(huán)可能解釋了隨著機械動力影響的放大肺損傷的增加。

呼吸機引起的肺損傷

呼吸機引起的肺損傷 (VILI) 通常歸因于過度 VT（容積傷）或氣道壓力（氣壓傷）的應(yīng)用。容積傷和氣壓傷 主要由非生理性肺變形或應(yīng)變（VT 與功能殘氣量之間的比率）和壓力（跨肺壓）引起，無論是全局性的還是局部性的。在大型動物模型中，僅當(dāng)達到或超過 1.5 和 2 之間的全局應(yīng)變比時，才會在健康肺部形成水腫。

輔助機械通氣與 VILI 相關(guān)嗎？

如前所述，自主呼吸不同于受控機械通氣。然而，在壓力支持通氣期間，VILI 可能由于幾個因素而發(fā)生：自主呼吸努力增加，因此，跨肺驅(qū)動壓和張應(yīng)力（?圖 4）；患者-呼吸機不同步擺動和不均勻的跨肺伸展；和 肺泡水腫，因為胸膜負壓可傳遞至肺泡，增加毛細血管灌注。在輕度 ARDS 模型中，Pinto 等人表明，在相似的動態(tài)跨肺驅(qū)動壓下，無論是否調(diào)整吸氣時間，與壓力支持通氣相比，壓力控制通氣導(dǎo)致彌漫性肺泡損傷評分和空域異質(zhì)性增加，肺組織中 Ecadherin 表達降低，增加IL-6 等的表達。此外，當(dāng)使用保護性 VT 和靜態(tài)跨肺驅(qū)動壓時，壓力支持通氣和壓力控制通氣之間沒有觀察到重大差異。肺損傷與靜態(tài)跨肺驅(qū)動壓水平成正比。

在將這一討論擴展到COVID-19患者時，患者自殘性肺損傷（P-SILI）的概念已變得特別重要。這些患者表現(xiàn)為呼吸困難和低氧血癥，可能需要無創(chuàng)或有創(chuàng)呼吸支持。由于ICU床位有限，相對較多的病人在許多天內(nèi)接受無創(chuàng)呼吸支持治療，這可能導(dǎo)致P-SILI。有人提出COVID-19中PSILI的四個潛在機制：（1）肺部應(yīng)力/應(yīng)變增加，（2）通氣分布不均勻，（3）肺部灌注的變化，以及（4）無創(chuàng)正壓通氣時病人與呼吸機不同步。

轉(zhuǎn)化為臨床實踐

潮氣量、PEEP、RR、氣流、驅(qū)動壓、平臺壓、肺動脈壓力、能量和機械能。壓力、肺動脈壓力、能量和機械動力 是公認的VILI的決定因素，因此 損害臨床結(jié)果。它們不僅可能影響肺部（細胞外基質(zhì)、上皮細胞和內(nèi)皮細胞損傷），而且還影響血流動力學(xué)和遠端器官。除了控制這些參數(shù)外 除了控制這些參數(shù)，還應(yīng)該對肺部生理學(xué)和生物標志物，以減輕VILI。建議采用個體化的機械通氣，并需要投入人員和資源，包括實驗和臨床試驗。

結(jié)論

機械通氣是圍手術(shù)期必不可少的支持性治療，可幫助減少ARDS患者的死亡率。有證據(jù)表明，正壓通氣不僅對肺部，而且對遠端器官都會產(chǎn)生負面的生理影響。這些影響可能是由血流動力學(xué)波動和/或通過不同機制釋放的炎癥介質(zhì)促成的。臨床醫(yī)生提供的一些呼吸機變量是可以控制的（潮氣量、PEEP水平、RR、吸氣和呼氣氣道流量），而其他變量則代表了具有預(yù)后價值的通氣后果（高原壓力和驅(qū)動壓力）。機械功率與病人結(jié)局的關(guān)系需要闡明。必須更好地闡明VILI對肺泡-毛細血管膜的精確機制，包括細胞外基質(zhì)，并澄清VILI如何影響遠端器官，以制定新的治療策略。