脓毒症中的机械通气
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摘要
急性呼吸窘迫综合征（ARDS）大约70％是脓毒症所导致。此外，脓毒症还增加机械通气诱导的肺损伤的易感性。因此，研发一种对于急性感染的患者，即可以实现足够的氧合而不伤害肺的通气策略，是治疗的高度追求，而且能代表患者临床症状是否改善的重要标志。不当的通气设置不仅会危害肺，也会导致由于脓毒症所致的多脏器功能衰竭的级联反应。尽管脓毒症作为肺损伤的主要的原因，但大多数研究ARDS中的机械通气策略没有具体地评估脓毒症相关的ARDS患者。大多数关于脓毒症患者机械通气的建议来自包括多个临床诊断的ARDS试验。在所有危重症患者中，虽然在机械通气管理方面有了重要的改进，但脓毒症相关的肺损伤仍有影响床边管理的特殊性。在重新复习脓毒症和机械通气诱导的肺损伤之间的相互作用后，本文将重新评估肺保护通气策略的主要证据，强调脓毒症相关的急性肺损伤的特殊性。
关键字：ARDS，肺损伤，脓毒症，脓毒症的机械通气
前言
机械通气是重症治疗的技术之一，也是重症患者使用的最常见的生命支持措施之一（1）。重症监护病房的发展与机械通气支持的发展密切相关。通过机械通气提供足够的呼吸支持已经从正常的呼吸生理学和气体交换，肺细胞的组织学和生物分子评价的理解，发展为机械通气的可靠性及实用性，需要明确的机械通气支持策略最大的益处。虽然制定这样的策略肯定是一个挑战。重要的观察研究和随机对照试验为这些策略的应用提供了基础。
脓毒症也表现出很大的临床挑战（2）。脓毒症是重症监护病房入院的主要原因，脓毒症也有很高的发病率和死亡率（3）。脓毒症导致器官衰竭经常需要支持而且恢复缓慢，对脓毒症发病后几个月的生活质量有深远的影响（3）。肺与任何其他器官一样，可能受到脓毒症的影响（4）; 因此，合适的脓毒症治疗应考虑最小化肺损伤的通气支持治疗（2）。
脓毒症诱导的肺损伤的临床相关性是非常明显的。事实上，在大多数随机对照试验和观察性研究中，脓毒症（包括肺炎）是急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的最常见发病原因（5,6）。超过50％的严重脓毒症或脓毒性休克的患者将发展为ARDS（4）。在2002年发表的机械通气患者的流行病学研究中，脓毒症占所有急性呼吸衰竭原因的8.8％（1）。脓毒症相关的肺损伤是一种与高死亡率相关的可怕并发症（7）。当ARDS意外发生时，死亡率特别高（6）。
本综述中，我们将重新评估机械通气在脓毒症患者的作用，包括对脓毒症和机械通气诱导肺损伤（VILI）之间的相互作用做简短评论，并介绍当前脓毒症患者肺保护通气的证据。使用的主要搜索术语是：“脓毒症”，“机械通气”和“急性肺损伤”，使用AND作为布尔运算符，参考文献根据作者对该主题相关性的判断进行选择。
脓毒症与机械通气诱导肺损伤之间的相互关系
损伤性机械通气和死亡率相关早已为人所知（8）。在15年前（9）就提出了肺过度扩张通气策略与可能诱发全身性炎症反应和随后的器官功能障碍（生物创伤）的关联。由于器官交互作用，肺局部产生的炎症介质也可以通过器官相互作用影响其他器官。器官相互作用指虽然在解剖学上互为远离，但可由内分泌，体液或神经系统因素介导的任何相互作用。在危重病人中，器官交互作用与器官功能障碍密切相关（10）。因此，两个相互关联的途径导致机械通气患者肺损伤：直接机械损伤和全身炎症的间接影响。图1总结了脓毒症，多器官功能衰竭和肺之间的相互作用。
图1.脓毒症中器官功能障碍的相互关系。虚线箭头表示脓毒症的主要器官交互作用，包括液体过负荷和急性肾损伤与呼吸衰竭之间的相互作用。粗箭头表示事件的顺序（例如，神经系统疾病可能由于无法保持气道通畅性，导致呼吸衰竭）。多器官功能障碍的级联反应不仅由脓毒症引起，而且还通过床旁干预如液体复苏和适当的机械通气引起。因此，两个相互关联的途径导致机械通气患者肺损伤：直接机械损伤和全身炎症的间接影响。
机械通气诱导的肺损伤
正压机械通气通过增加气道压力来增加肺的跨壁压力来向肺提供潮气量。肺应力与肺应变都有肺损伤相关。应变可以定义为体积的变化超过静止体积，其可以写为（等式1）：
Strain = Vt/FRC。
其中Vt是潮气量，FRC是功能参气量。应力是出现结构外压力或是跨结构压力时，结构内部产生的单位面积上的反作用力。肺应力指的是施加到肺气道压力的压力变化。应力是应变和肺弹性的乘积，如公式（2）弹性定义为压力随体积变化而变化（方程式3）：
stress=stain×lung Elastance 2；
lung elastance= △p/△v(3).
因此，肺弹性越高，对于给定的潮气量，肺应力将越高。更高的应力值与肺组织的细胞外基质的损伤相关（9）。
肺应变可分为静态和动态应变（11）。静态应变是呼吸环路中增加呼吸末正压（PEEP）而产生，因此表示FRC的增加。另一方面，动态应变代表潮气量与功能残气量的比值。因此，动态应变代表肺组织在每次呼吸中发生的拉伸变化。虽然两种形式应变都涉及呼吸机相关肺损伤的发生，显然较高的动态应变值比静态应变值损伤更大。区域肺应变似乎是诱导型炎症和进一步的肺损伤的重要原因（13）。
由于应力和应变的增加，肺炎背后的清楚的生物学机制仍是未知的。为了触发局部反应，由于应力的作用，细胞结构的变化必须转换为生化反应（9）。可能涉及几个推定的机制，包括细胞骨架敏感通道的拉伸和构象变化。一旦转换，信号将通常导致局部粘附分子的产生的增加（例如ICAM-1），组织生长因子β和一氧化氮合酶（9），Martı'nez-Claro等人研究表明增加过氧亚硝酸盐形成也可以在肺部炎症中起作用。局部炎症反应将进一步损伤肺组织。
脓毒症相关肺损伤
无论其来源如何，脓毒症够通过几种独立于机械通气的机制诱导肺部炎症，包括炎症细胞因子，肺泡细胞凋亡（由Fas / Fas-L介导），胶原和纤连蛋白沉积的产生，以及过氧亚硝酸盐的产生（ 15，16）。肺部炎症的特征取决于致病因子。例如，与金黄色葡萄球菌感染相比，由铜绿假单胞菌引起的肺损伤可能与IL-1和IL-13增高以及一氧化氮合酶降低相关（17）。
败血症相关肺损伤的介质表达可能在疾病的进展期间波动。例如，在肺脓毒症的绵羊模型中，肺脂质过氧硝酸盐在损伤后4小时达到峰值，而细胞因子产生（IL-6）在8小时后达到峰值。另一方面，在整个肺损伤进展的过程中，中性粒细胞活化是增加的（18）。
脓毒症与机械性肺损伤的易感性
以往研究表明，有害的通气策略可能对全身系统功能有深刻的影响和减少生存率（19,20）。已经发生全身性炎症增加肺对通气机损伤的易感（13,19）。Nin et al. (19)，研究提示，在细菌性脓毒症的大鼠模型中，显示接受高潮气量的脓毒症大鼠比相同潮气量的正常大鼠具有更多的肺和系统功能障碍。有趣的是，地塞米松似乎能减轻炎症和全身功能障碍。在另一个Wellmanet 等人在羊的实验研究中显示，与单独使用高肺应变的通气相比，添加脂多糖到包括高肺应变（潮气量接近18mL / kg）的通气策略显着增加了肺部炎症。重要的是，添加PEEP和减少潮气量与减少肺部炎症有关（13）。最后，Su et al.（20）研究显示，与较低潮气量通气的动物相比，用较高潮气量（12mL / kg）通气的脓毒症绵羊具有较低的存活时间和较高的肺组织湿/干比。
肺保护通气的临床证据
截至2015年9月，PubMed有1,700份包括“肺保护性通气”作为关键词的文献。其中，超过160种是人类的临床试验。令人惊讶的是，缺乏专注于脓毒症相关的急性肺损伤的数据。目前的拯救脓毒症的指南倡导支持低潮气量通气（即6 mL / kg）和PEEP使用，但大多数证据来自Lato Sensu ARDS研究（2）。然而，如上所述，所有实验和临床证据指向脓毒性肺对VILI有较高易感性，并且肺保护通气策略很可能对脓毒症患者是有益的（21）。在这一点上，将脓毒症患者随机分配到不考虑任何肺保护通气干预治疗组是不道德的。
肺保护通气的原理是基于上述VILLI的原因。通过减少潮气量，减少动态肺应变。滴定的使用PEEP也有助于减少应变，因为它增加了残余的肺容量。PEEP还减少气道管壁塌陷（肺不张）。肺不张进一步加重了肺损伤。通过限制平台压力，达到肺应力的阈值。如果需要保持低拉伸策略，应该耐受高碳酸血症（4）。身体位置（俯卧位）的变化也可以改善氧合和结果。目前脓毒症患者肺保护通气策略是基于几个关于ARDS的随机对照试验（RCT）的结果。
低潮气量
六项重要的的RCT研究评估低潮气量在ARDS中的作用（22-27）,其中一个特别针对患有顽固性ARDS患者的研究。大多数还评估了不同方法设置PEEP和平台压力(Pplateau)的作用, 从而评估通气策略的作用，而不仅仅是潮气量。这些研究的总结在表1中提供。脓毒症和肺炎是ARDS的最常见原因，占所有病因的一半以上。表1中描述的RCT的固定效应模型汇总，结果显示在图2中。结果主要由ARDSNet试验（17）确定，ARDSNet试验是目前最大的研究（因此在固定效应模型中具有更高的权威），并证实了ARDS中低潮气量通气的保护作用（合并相对危险度为0.83;95％可信区间（CI）0.72-0.95）。因此，当前ARDS建议的方法是潮气量接近6 mL / kg和限制平台压低于30 cmH2O（即使以高碳酸血症为代价）为治疗目标。
低潮气量通气的副作用之一是高碳酸血症（4,22）。目前的共识指出pH高于7.20时，高碳酸血症能接受。重要的是，高碳酸血症可能与脓毒症肺炎症减少有关（28），但其免疫抑制作用可能减少细菌清除，并在长期肺损伤中具有有害作用（29）。高碳酸血症在ARDS中的确切作用尚未确定。应当强调的是，在临床试验的背景之外，没有任何理由在脓毒症相关的肺损伤中诱导高碳酸血症。
通气策略的时间和动态管理也在ARDS的治疗中起重要作用。在一项前瞻性研究中，Needham显示在初始潮气量增加1ml/ kg与ARDS患者的高死亡率相关（调整风险比1.23; 95％CI 1.06-1.44; P = 0.008）（19）。此外，初始潮气量越高，死亡率越高。
PEEP
目前的共识是，一定程度的PEEP应该应用于ARDS患者（2）。然而在ARDS中定义PEEP的精确方法尚未确定。最常见的方法之一是根据达到充分氧合所需的吸入氧气分数（所谓的PEEP表）设置预定义的PEEP值。另一种方法是将PEEP设置在最大可能值，直到Pplateau达到30cmH 2 O（30），以及使用呼吸力学和或胸部影像学技术的仔细滴定（22,31）。使用较高的PEEP值可能与ARDS中的较低死亡率相关（32）; 因此，一个实用的方法是根据ALVEOLI试验（33）中所示的PEEP表的高值设置PEEP。一个例外是存在右心室衰竭，这在ARDS患者中是常见的，并且是不良预后的重要标志。在这种情况下，PEEP值的增加可能会由于右心室后负荷增加而恶化血液动力学（34）。建议在ARDS患者中评估右心室功能（例如通过使用超声心动图）。
俯卧位
俯卧位有许多与ARDS管理相关的有趣的生理学益处。它在呼吸系统中发挥许多有趣的生理功能，导致右心室的负荷临时卸载（35）。有趣的是，俯卧位的氧合益处与血流的再分布有关，改善通气/血流比，而不是增加肺通气（36）。俯卧位还能够减少VILI（通过改善应力/应变分布）和调节ARDS中的生物创伤（37）。
毫无意外，在选定具有严重ARDS的患者中使用俯卧位提供了生存优势。在大型RCT中，Gue'rin等 （38）将466例PaO2 / FiO2比值低于150（且FiO2至少为60％）的ARDS患者随机分配至至少16小时俯卧位或标准治疗，发现28天死亡率的危险率为0.39（95％ CI 0.25-0.63）。虽然这项研究为使用俯卧位提供了有力的证据，但应该强调死亡率低于预期，从而限制研究能力。在最近的荟萃分析中，当应用俯卧位超过12小时，死亡率的相对危险度为0.90（95％CI 0.82-0.98; P = 0.02），（相对危险度为0.75; 95 ％CI 0.65-0.87; P <0.001）（39）。
无肺损伤的脓毒症肺保护性通气
在急性肺损伤的情况下使用肺保护通气策略没有明确的共识。最近的荟萃分析表明低潮气量的通气可能与临床获益相关，但大多数研究集中在手术患者（40,41）。在非ARDS患者中使用低潮气量可减少进展为肺损伤（42）。这是符合脓毒症患者对VILI高度易感的概念。因此，强烈建议在肺脓毒症患者开始机械通气后不久启动肺保护通气策略（21）。
潮气量与驱动压力控制
Amato et al.（43），对来自ARDS的大型随机对照实验分组数据使用复杂的中介分析，表明驱动压力（即施加到肺的膨胀压力，定义为平台压力减PEEP）是与死亡率相关的重要因素，而不是潮气量。在他们的分析中，高于15mm Hg的驱动压力值与增加的死亡率相关，与潮气量无关。然而，不清楚基于驱动压力的肺保护通气策略是否优于当前的管理潮气量目标的方法。这个问题应该在未来的研究中进行评估。
肺复张和肺部开放
肺复张可以定义为通过系统性增加气道压力打开闭合肺泡。因为关闭压力低于开口压力，一旦打开，肺泡将保持在较低气道压力情况下打开。这将导致残余肺容量的增加，因此理论上可以降低动态肺应变。然而，关于如何和何时应该进行肺复张，尚无共识。最近的一项系统综述表明，肺复张与降低死亡率相关，但是证据不足（44）。因此，肺复张是ARDS中低氧血症的有意义的二线治疗。
几个试验性研究评估了肺复张和递减PEEP滴定（称为“肺开放方法”）的通气策略在ARDS中的作用（45,46）。肺开放方法与改善氧合和呼吸力学相关（45）。Kacmarek 等人在最近对200患者的研究中报道，开放肺方法与ARDS患者的驱动压力降低相关，但研究没有研究检测硬性指标（如死亡率）。
体外二氧化碳去除的超保护肺通气
目前不推荐在ARDS中广泛使用体外膜氧合（48），已经假设体外CO 2去除联合应用小潮气量通气策略（即，非常低的潮气量-3mL / kg）可以与改善临床结果。在一个小型RCT中，这样做减少了呼吸机支持天数，但是样本量太小，不能得出关于任何强大结论结果（49）。因此，尽管有生理背景，体外CO2去除联合超低潮气量肺保护性通气策略仍应被认为是实验性治疗。
结论
脓毒症是肺损伤的常见原因，并增加对VILI的肺易感性。虽然脓毒症诱导的肺损伤的管理的特殊性在很大程度上是未知的，对于需要机械通气的所有脓毒症患者，无论是否存在ARDS，都应谨慎使用保护性策略（完）。
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校对编辑：jansoean，杰瑞
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