儿童呼吸机相关性肺损伤及肺保护性通气策略研究进展

临床儿科杂志第33卷第8期2015年8月JClinPediatrVol.33No.8Aug.2015·743·儿童呼吸机相关性肺损伤及肺保护性通气策略研究进展汲　玮　黄　悦综述上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心(上海　200127)摘要：　呼吸机相关性肺损伤是机械通气的一种严重并发症，目前有不少研究探讨了成人肺保护性通气策略对呼吸机相关性肺损伤的预防和治疗作用，但对儿童的研究较为缺乏。文章综述儿童呼吸机相关性肺损伤病理生理机制及肺保护性通气策略的临床应用及研究进展。关键词：　呼吸机相关性肺损伤；　机械通气；　儿童Progressonventilator-inducedlunginjuryandlungprotectiveventilationstrategiesinpediatricpatients　Reviewer:JIWei,HUANGYue(DepartmentofAnesthesiology,ShanghaiChildren’sMedicalCenterAffiliatealtoShanghaiJiaotongUni-versitySchoolofMedicine,Shanghai200127,China)Abstract:　Ventilator-inducedlunginjuryisaseriouscomplicationofmechanicalventilation.Atpresentalotofresearcheshaveexploredlungprotectiveventilationstrategiestopreventandtreatventilatorassociatedlunginjuryinadult.Butresearchesonchildrenarerelativelyrare.Thisarticlereviewedthepathophysiologicalmechanismsofpediatricventilator-inducedlunginju-ryandtheclinicalapplicationoflungprotectiveventilationstrategiesinchildren.Keywords:　ventilator-inducedlunginjury;　mechanicalventilation;　childdoi：10.3969j.issn.1000-3606.2015.08.015随着呼吸机相关肺损伤(ventilator-inducedlunginjury，VILI)研究的不断深入，肺保护性通气策略越来越受到关注，但对其应用的探讨通常是针对成人，对儿童的研究较少。由于儿童、成人之间呼吸系统生理特征的差异，很难直接将成人的临床实践直接应用到儿童。临床工作中如何对儿童设置最佳通气模式，保证氧合的同时优化患儿转归，值得关注。本文对儿童呼吸机相关性肺损伤病理生理机制及肺保护性通气策略的临床应用作一介绍。1　呼吸机相关性肺损伤机械通气对维持患者的生命至关重要，但不恰当地应用机械通气会产生一系列的并发症，导致不均一性肺实质的损伤，即VILI[1]。VILI增加患儿病死率，特别是合并急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征(acutelunginjuryacuterespiratorydistresssyndrome，ALI/ARDS)的患儿[2]。导致VILI的主要因素包括，气压伤、容量伤、剪切力伤、生物伤、高浓度氧吸入和潜在的肺疾患等。1.1　气压伤机械通气为正压通气，可导致肺泡过度膨胀，造成肺上皮与内皮间屏障的严重破坏，由此空气进入肺实质，形成间质气体泄漏，引起气胸、皮下气肿、纵隔积气、心包积气及气腹等一系列并发症。具体包括如下机制：首先，由于压力过高引起通气部位毛细血管内皮细胞及基底膜的破坏，导致毛细血管通透性增加，液体及蛋白质渗出导致高渗性肺水肿；其次，由于肺顺应性降低，过度膨胀的肺泡区域易发生通气血流比例失调，气体交换障碍；另外，肺机械性应激因子的增加，可激活体液性和细胞性免疫反应，促炎递质激活及中性粒细胞聚集，随后纤维蛋白沉积进一步限制肺顺应性[3]。1.2　容量伤机械通气时，气体根据肺顺应性大小进行分布，萎陷的肺泡区域发生肺不张，而顺应性正常的肺区域则过度膨胀，产生肺损伤。肺不张，可使氧合水平及肺顺应性降低，肺血管阻力增加[4]；而肺泡过度膨胀，则可导致肺泡膜损伤，毛细血管渗漏，巨噬细胞和中性粒细胞浸润，及炎症反应激活等。以往实践中为提高氧合水平，通常给予ALI/ARDS患儿大潮气量(tidalvolume，VT)机械通气，在已有肺损伤的情况下，大VT通气将炎症使反应加剧，加重肺损伤。研究发现VT20ml/kg不仅诱发炎症反应，也降低了对肺生长发育具有关键作用的肺基因及蛋白·文献综述·临床儿科杂志第33卷第8期2015年8月JClinPediatrVol.33No.8Aug.2015·744·的表达，如血管内皮生长因子A或血小板衍生生长因子A[5]。1.3　剪切力伤血液或气体在细胞表面移动时产生机械牵拉，这种与质膜平行的力所导致的细胞切面的形变，称为剪切力。剪切力伤通常产生自吸气末到呼气末肺容量的显著改变，由于肺泡周期性的张开和陷闭所产生。剪切力伤可造成肺实质的损伤，增大肺泡毛细血管通透性，导致肺水肿，并诱发肺泡上皮细胞和血管内皮细胞产生炎症反应。剪切力所导致的肺泡损伤及纤维化改变，进一步降低了肺顺应性[6]。当吸气末跨肺压增高及呼气末功能残气量不足时，剪切力伤的作用更为明显。ARDS患者由于肺表面活性剂不足及肺损伤的不均一分布，剪切力伤所产生的不良影响更为显著。1.4　生物伤除了肺实质和气道上皮的改变，肺损伤也与促炎反应的发生有关。机械牵拉导致血管内皮细胞脱落，为炎症细胞所活化后与基底膜黏附进入肺内，激发炎症反应所产生的肺损伤称为肺生物伤。肿瘤坏死因子(TNF)α、内介素(IL)-1、IL-6、金属蛋白酶类等炎症递质的释放，可加重肺损伤甚至诱发多器官功能障碍综合征[7]。1.5　高氧血症长时间吸入高浓度氧气可导致患儿发生肺纤维化改变，肺顺应性降低，血管通透性增加，加重肺水肿。另外，吸入高浓度氧气后置换肺泡内氮气，氧气被肺循环血液吸收后易产生吸收性肺不张。近年来研究发现吸入高浓度氧气不仅对肺实质产生损害，还可加重炎症反应。高氧血症激活线粒体细胞凋亡途径，导致中性粒细胞聚集，促进炎症反应。对于肺损伤的患儿，85%~90%的氧饱和度已足够，吸入氧浓度超过最低需要量即可增大VILI的发生率[8]。临床上需把血清乳酸水平作为器官灌注的评价指标，而非单纯依赖血氧饱和度或动脉血氧分压来判断。2　肺保护性通气策略ALI/ARDS可危及患儿生命，严重的肺部炎症、肺泡水肿和低氧血症会导致呼吸衰竭。肺保护性通气策略对ARDS/ALI患儿具有较为明显的治疗作用，显著降低ARDS/ALI患儿病死率(由20%降至8%)[9]。一项meta分析发现，健康肺患儿应用肺保护性通气策略，VILI发生率及病死率亦较常规通气有所降低[10]。肺保护性通气策略的主要原则包括复张非通气肺单位、预防肺单位反复塌陷和避免肺过度膨胀，同时提供充分的氧合和通气。最常用的策略是小潮气量配合应用适度呼气末正压通气(positiveendexpiratorypressure，PEEP)，近年来提出允许性高碳酸血症，辅助不同通气模式实现肺复张策略达到肺保护性通气[11]。2.1　小潮气量自1992年Hichling首倡小VT通气观点[12]，此后大量实验室及临床数据表明使用低VT通气可改善患者术后转归。研究发现，6~8ml/kg的VT，可降低婴儿支气管肺发育不良的发生率，消除机械通气对肺顺应性的远期不良影响[13]。目前ARDS/ALI患者机械通气治疗指南建议VT为6ml/kg，儿童一般用8.0~8.3ml/kg的VT较为适宜。单独应用低VT增加患者出现进行性肺不张的风险，因此需结合PEEP的应用[14]。2.2　PEEPPEEP是肺保护性通气策略不可分割的一部分，可使ARDS的患者塌陷的肺泡复张并且在呼气末保持开放，避免由于肺泡反复塌陷膨胀所产生的剪切力伤。儿童远端气道直径较小，与体质量年龄呈一定比例。机械通气中通过应用PEEP，小气道和肺泡得以张开，明显提高呼气末容积。临床上最佳PEEP的选择目前尚存在争论，一般情况下还是按照FiO2≤60%条件下，PaO2≥60mmHg患儿能耐受的最低PEEP为最佳PEEP。PEEP过高对降低肺损伤并无优势，且具有不利影响，如气压伤的风险增加，并减少静脉回流等。对ARDS患儿，PEEP一般设置为在P-V曲线中高于低位拐点2cmH2O的位置。动物实验表明，这种设置可使肺损伤和炎症反应最小化。通常肺正常的患儿可以选择8~12cmH2O，低顺应性肺患儿选择12~15cmH2O的PEEP[15]。2.3　允许性高碳酸血症使用肺保护性通气策略时，二氧化碳(CO2)在合理范围内上升(45~55mmHg)，称为允许性高碳酸血症。代偿机制完整时，升高CO2不引起全身性的伤害，此时体内pH值正常或接近正常。高碳酸血症对肺具有保护作用，可能是由于减轻了自由基及内毒素释放所产生的肺组织损伤。另外，由于血红蛋白氧解离曲线向右偏移，细胞氧合得以改善。高碳酸血症同时保持适宜的PEEP是非常重要的，以保证CO2升高是应用小潮气量的直接结果，而不是由于渐进性的功能性肺单位的缺失而产生[16]。2.4　肺复张策略及辅助治疗措施为保证患儿的氧合，须将萎陷的肺泡再度开放并维持其开放的状态，于是提出肺复张策略临床儿科杂志第33卷第8期2015年8月JClinPediatrVol.33No.8Aug.2015·745·(recruitmentmaneuver，RM)，RM是肺保护性通气策略的必要补充。除应用PEEP外，还有以下几种策略。2.4.1　高频振荡通气(highfrequencyoscillatoryventilation,HFOV)　在可供选择的通气策略中，HFOV研究最为广泛。20世纪末，高频振荡通气开始用于儿童，有助于最大限度地降低呼吸机导致的肺损伤[17]。虽然对HFOV的机制尚未完全肯定，但多数学者认为其可增加肺内气体弥散、气流摆动和对流作用。低于死腔量的潮气量气体在气道内流动呈纵向对流和放射状弥散，这种作用方式不受气道局部组织顺应性及气道阻力的影响，因此在改善通气/血流比例失调方面优于常频通气。对以弥散障碍为主的疾病，如ARDS患者疗效更为显著。高达2400次/min的呼吸频率，保证了在极小的潮气量情况下，亦可达到接近正常的CO2清除率，通过维持高呼气末压力避免了肺泡周期性的陷闭。2.4.2　气道压力释放通气(airwaypressurereleaseven-tilation，APRV)　APRV模式通过短暂快速呼气达到较低的气道压力水平，使部分肺容量得到释放，吸气时恢复较高压力基线。极短的压力释放时间使气体无法彻底呼出，从而维持一定的功能残气量，避免肺泡萎陷，使肺易于复张。APRV的高压吸气时间和低压呼气时间分别设置为3.4s和1.3s，是一种适度的反比通气，吸气时间延长促进肺内气流的再分布，呼气时间缩短可保留呼气末肺容积，减轻肺泡反复开放闭合导致的剪切力伤[18]。2.4.3　双水平正压通气(biphasicpositiveairwaypres-sure，BiPAP)　BiPAP模式使患儿在两个不同压力水平上进行自主呼吸，吸气时设置较高的吸气压，可帮助患儿克服气道阻力，增加肺泡通气量，降低吸气肌负荷，从而减少患儿呼吸肌做功和耗氧量，有利于呼吸肌休息。呼气时自动转换至较低的呼气压，可防止细支气管的气道陷闭，增大功能残气量，防止肺泡萎陷，改善通气/血流比例。APRV和BiPAP两种通气模式都支持患儿自主呼吸，可减少镇静药物和肌松剂的使用，并减少机械通气时间和ICU停留的时间。APRV和BIPAP最主要的区别在于吸气时间的设置，APRV通常设置为反比通气，而BIPAP没有这个特点[19]。2.