慢性阻塞性肺病/严重哮喘的通气支持基础

 阻塞性呼吸系统疾病包括慢性阻塞性肺疾病(COPD)和哮喘(AA)。在肺气肿性COPD患者中，由于肺实质破坏导致肺弹性回缩力下降，导致呼气时小气道塌陷和呼气气流阻力增加[1]。以呼吸系统症状急性恶化为特征的间歇性急性加重是阻塞性呼吸系统疾病临床病程的一部分，在严重的情况下可能需要有创机械通气。无创呼吸机

▲ 简化模型来解释在肺泡和气道病变容易塌陷的部分肺区域发生的呼气流量限制的发病机制。从肺顶端到基底部有一个胸膜内压(Ppl)梯度。注意小气道关闭是不均匀的，往往发生在肺体积较小的地方。

病理生理学

COPD急性加重(AE-COPD)的特征是分泌物增加、炎症增加和一定程度的支气管痉挛。急性哮喘(或哮喘发作,AA)的主要特征是严重的支气管痉挛导致非常高的气道阻力，一定程度的炎症和气道中存在粘液[2]。虽然AE-COPD和AA加重的病理生理不同，但存在两个主要特征：气道阻力增加和气流受限。因此，AE-COPD和AA期间的通气支持管理非常相似。

气流受限导致空气在呼气结束时滞留在肺泡中。呼气末肺容积高于功能残气量，肺泡压高于大气压(或高于外设的呼气末正压)，这种现象被称为动态过度充气或动态气阻，呼气末高于大气压的压力(或设定呼气末正压)被称为内源性呼气末正压(PEEPi)或auto-PEEP[3]。在临床实践中，典型呼吸窘迫的呼吸驱动、潮气量和呼吸频率增加(因此呼气时间缩短)会加剧动态过度充气。

AE-COPD和AA的病理生理机制如图所示：

▲ 慢性阻塞性肺病加重和哮喘发作中呼吸衰竭的生理病理学

AE-COPD和AA患者在自主呼吸和控制通气时均有动态过度充气的风险。动态过度充气有严重的不良影响，包括气压损伤的风险增加(因为肺泡内压力增加)，血流动力学改变(因为胸内压力增加和静脉回流持续减少)[4]。当过度充气发生时，通气改变导致高碳酸血症和低氧血症，V/Q比失衡和顺应性降低。膈肌的收缩功能也会因为膈肌增厚而降低。此外，在辅助呼吸过程中，动态过度充气会增加呼吸功(WOB)，并导致患者与呼吸机同步性差(延迟触发、无效努力和呼气循环延迟)。

下图总结动态过度充气的主要不良影响：

▲ 动态过度充气的主要不良影响。EELV=呼气末容积，VA/Q=通气灌注比，WOB=呼吸功，RR=呼吸窘迫，VT=潮气量；灰色部分为辅助呼吸。

一般呼吸支持策略

有创机械通气与AE-COPD和AA的高死亡率相关[5]。与标准氧疗相比，无创通气(NIV)作为一线呼吸支持可降低AE-COPD的插管率和死亡率[6,7]。因此，在没有禁忌症或立即插管指征的情况下，NIV被推荐作为AE-COPD的一线通气支持。值得注意的是，由于NIV失败而插管的AE-COPD患者与未进行过NIV试验的插管患者相比，死亡率没有增加[9,10]。AA的一线治疗方法是使用大剂量吸入性支气管扩张剂（β2衍生物）。NIV在AA中的作用仍然存在争议，并且在近期的指南[8]中不推荐使用。在严重AA患者中，插管后可出现严重低血压(由于肺过度充气和低血容量)，插管后哮喘患者的死亡率仍然很高。因此，在AA中，插管应仅 限于有立即危及生命的患者（呼吸停止、呼吸急促、疲惫和/或严重恶化的高碳酸血症或严重呼吸窘迫的患者，尽管有充分的药物治疗或意识水平改变）。

在过去的几十年里，NIV在AE-COPD中的使用增加和吸入性支气管扩张剂对AA的积极治疗显著降低插管率[12]。然而，在严重的情况下，仍然需要插管，以允许足够的气体交换。对插管阻塞性患者进行通气时的目标是在呼吸周期结束时尽可能限制肺内的空气量，其目的不是使气体交换正常化（特别是不使高碳酸血症正常化），因为这将加剧动态过度通气。因此，允许性高碳酸血症与哮喘状态的严重阻塞性患者预后的改善有关[13]。

阻塞性患者的有创控制通气：

目标、监测动态气体潴留及设置策略

在急性加重期，插管阻塞性患者需要控制通气。为了限制动态过度充气，允许性高碳酸血症(和呼吸性酸中毒)通常是可以耐受的。pH值在7.25-7.30之间被认为是安 全的，而更低的pH值已被证明在较长时间内是可以耐受的[13,14]。

动态过度充气可以通过呼气末闭塞(关闭吸气和呼气阀)来量化。在没有完全气道关闭和处于平衡状态时，呼吸机回路中测量的压力等于气道和肺泡压。在闭塞期间测量的呼气末压称为总呼气末正压（PEEPtot）。当存在动态空气潴留时，PEEPtot高于设置的PEEP。PEEPtot和PEEPi与呼气结束时肺部潴留的高于功能残气量的空气量相关。因此限制动态过度通气意味着保持PEEPtot和PEEPi尽可能低。如果不进行呼气末闭塞，可以通过观察呼吸机屏幕上的流速-时间曲线来判断动态空气潴留(非量化)。当流速-时间曲线在呼气末时没有回到基线时，动态空气潴留很可能发生。另一个重要的监测参数是平台压(Pplat)，通过吸气末闭塞测量。Pplat等于吸气结束时的肺泡压，与呼吸系统的顺应性、PEEPtot相关。控制通气的目的是保持Pplat低于28或大30cmH2O，甚至更低。

▲ 在健康受试者(A)中，呼气流量在呼气末止于基线，排除动态过度充气。慢性阻塞性肺病患者(B组)呼气流量在呼气末不止于基线，提示动态过度充气和内在呼气末正压(PEEPi)。

对于插管患者，使用压力或容量调节模式对阻塞性患者进行通气并没有显示对预后有影响[15]。容量辅助控制具有优势，首先潮气量和分钟通气量不受阻塞程度变化的影响，不受支气管痉挛严重程度变化的影响。其次如果使用恒定的吸气流速，容量辅助控制可以相对容易地监测呼吸系统力学，包括气道阻力。与所使用的通气模式类型(压力或容量调节)无关，必 须尽量减少分钟通气，并且必须有足够的呼气时间，以限制动态过度充气[16]。可通过提供相对较低的潮气量（预测体重的6-8mL/kg）和较低的呼吸频率来获得（如12次呼吸/分钟）[17,18]，目的是在阻塞特别严重时，提供大10L/min或甚至更少的分钟通气，这种策略被称为控制性低通气，会导致允许性高碳酸血症。

▲ 在病人管理的不同阶段的治疗选择。NIV=无创通气，PEEP=呼气末正压，NAVA=神经调节呼吸机辅助;PA=V比例辅助通气

将呼吸频率降低至低于12次/分钟，即使有助于限制动态过度充气，但在低通气时，只有轻微的附加效果[19,20]。只有在严重的情况下，当Pplat仍高于30cmH2O，且通气时间已经很低，并且已经发生动态过度充气相关并发症(例如气压创伤)时，才应考虑使用低于12次/分钟的呼吸频率。

提供足够的呼气时间，除了设定较低的呼吸频率外，重要的是降低吸气与呼气比(I:E)设定，例如1:4，而不是1:2的生理值。对于给定且稳定的分钟通气，增加呼气时间对动态过度通气[16]的影响相对有限，降低呼吸频率更有效。抑 制吸气暂停是增加呼气时间的另一种选择，但影响Pplat的准静态测量，只有在严重的阻塞情况下才应考虑在容量辅助控制通气期间抑制吸气暂停。

▲ 慢性阻塞性肺病呼气流量限制患者的流量-时间曲线显示呼气时间延长的结果。

下表(上半部分)总结在疾病急性期采用控制模式对阻塞性患者进行通气时设置呼吸机的一般原则。如果预测体重的潮气量为6-8ml/kg，呼吸频率为12次呼吸/分钟，平台压低于28cmH2O，PEEPtot足够低，则可以考虑缓慢而逐步地增加呼吸频率来改善血气。对于每个增量步骤，必须监视Pplat和PEEPtot，如增加，呼吸频率应再次降低。

▲ 在控制通气和辅助通气下对阻塞性患者进行呼吸机设置的一般原则

关于阻塞性患者在控制通气期间的外源性PEEP (PEEPe)设置的数据很少，仍是有争议的话题。从根本上说，在控制通气过程中使用PEEPe可以降低阻塞性患者的呼气驱动压力，从而降低呼气流量，但这主要发生在PEEPe高于或接近PEEPi时。存在呼气流量限制的情况下，只要PEEPe低于PEEPi的80%，动态过度充气不会因使用PEEPe[21]而增加。此外，适量的PEEPe有助于防止有创通气时的肺不张并改善氧合。

当我们考虑在阻塞性有创通气患者[22]中使用中等水平的PEEPe时，患者可出现三种不同表型：(1)使用中度PEEP的患者耐受性良好，在达到PEEPe阈值之前，PEEPtot和Pplat不会增加；(2)PEEPe升高导致PEEPtot和Pplat升高的患者；(3)适量的PEEPe与PEEPtot和Pplat降低的有关。在控制通气期间阻塞性疾病对中等水平PEEPe的反应，每个患者都应该进行谨慎的PEEPe试验。

▲ 各种PEEPtot和PEEPi对应用PEEP的反应。在ZEEP(左)和PEEP设置在5cmH2O(右)时的流量时间和压力时间曲线分别显示在A(无EFLT)和B(有EFLT)中。A，在没有EFLT的情况下，施加5cmH2O的PEEP(压力-时间曲线底部的阴影区域)导致PEEPtot增加5cmH2O，而PEEPi (7.5cmH2O)没有变化，峰压和平台压力增加相同的量。B，存在EFLT，当施加5cmH2O的PEEP(阴影区域)时，PEEPtot仅增加很小(2cmH2O， <施加PEEP的50%)。PEEPi由7.3cmH2O降至4.3cmH2O。出现这种现象的患者被称为PEEP吸收者。ZEEP和PEEP为5cmH2O时的吸气压力峰值仅增加2cmH2O。EFLT=呼气气流受限。

在控制通气期间设置阻塞性患者PEEPe的一种实用方法是从0cmH2O开始PEEPe，并在监测PEEPtot和Pplat的同时逐步增加PEEPe，一旦PEEPtot和Pplat增加，PEEPe滴定应停止，PEEPe应减少到上一设定值。尽管存在风险，但PEEPe滴定的原因是在耐受范围内使用PEEPe，以防止肺不张。然而，这一策略主要对慢性阻塞性肺病患者有效。在哮喘患者中，即使使用少量PEEPe，动态过度充气加剧的风险较高，因此在这种情况下应高度谨慎。尽管如此，在哮喘患者[19]中，如果严格监测PEEPtot和Pplat，也可以考虑低水平的PEEPe（<5cmH2O）。

阻塞性患者的辅助有创通气及脱机策略

延长机械通气时间与预后不良相关[23]。因此，尽早转向辅助通气，并尽早启动机械通气脱机过程是很重要的。压力支持是常用选择，但应特别注意潮气量，其目标是大可达到预测体重的8mL/kg。压力支持应相应调整，并避免过度辅助[24]。存在残余气流阻塞的情况下，特别注意在压力支持期间呼气触发设置。由于气流的阻碍，默认的切换关闭标准25-30%的峰值吸气流量达到较晚，这减少可用于呼气的时间，导致延迟切换，并加剧动态过度充气。将切换标准提高到45-50%可以帮助克服此问题。

当出现PEEPi时，患者必须在触发呼吸机[26]之前产生显著的吸气努力来克服PEEPi。在存在高PEEPi和/或存在膈肌无力时，当吸气力度不足以克服PEEPi和触发呼吸机[27]时，就会出现无效的努力。减少触发呼吸机所需的努力强度的解决方案是设置一个PEEPe，这可抵消PEEPi，促进触发，并改善患者-呼吸机的同步性（PEEPe应保持在PEEPi的80%以下）。在辅助通气过程中，临床无法轻易获取PEEPi，PEEPe应该逐步调整，目的是抑制或至少尽量减少无效的努力。另一种有助于阻塞性患者设置PEEPe的临床工具是观察辅助呼吸肌的使用，不平衡的PEEPi与辅助呼吸肌更明显的收缩有关。在压力支持通气期间，吸气触发须设置为较敏感的值，而不会产生自动触发。上表（下部分）总结使用压力支持的阻塞性患者通气时设置呼吸机的一般原则。

▲ 流量、气道压力和食管压力信号显示内源性呼气末正压(PEEPi)，定义为触发呼吸机(第 一次努力)前所需的压力下降。当吸气努力未能克服由PEEPi引起的负荷，因此未能触发呼吸机呼吸(第 二次努力)时，会发生无效触发。第 二次呼吸时，PEEPi大于患者产生的食管压力下降。

对于所有通气患者，应每天筛查是否准备好脱机，并在符合准备好脱机标准时进行自主呼吸试验(SBT)[28]。如果SBT成功且无拔管禁忌症，患者应尽快拔管。在COPD患者中，拔管后预防性NIV已被证明可有效降低再插管率[29]。也有研究表明，对于SBT失败的COPD患者，拔管后序贯无创通气也可成功脱机拔管。