现代机械通气的奠基性文献：打开肺并保持肺打开
译者序：本文是现代机械通气的奠基性文献，1992年由Prof. B.Lachmann发表于 Intensive Care Med (1992) 18: 319-321。至今，重症医学欧洲学会每年都会颁发以Professsor Burkhard Lachmann奖，奖励在医学基础研究方面贡献突出的学者，以纪念Prof. B. Lachmann在重症医学领域的特殊贡献。
自从首次应用于临床以来，人工通气（机械通气）技术已经被证明是重症医学中一种拯救生命的方法。但是仍然有一个话题总是充满讨论和争议，即机械通气扰乱了正常的呼吸和心血管功能。
业已有事实证明，机械通气，特别是大潮气量和高吸气峰压力的机械通气，会导致肺顺应性降低和肺血气交换功能异常。甚至更重要的是人们认识到机械通气本身可能导致肺不张，肺水肿，肺炎和纤维化（参见参考文献[1-4]综述）；即成人的呼吸窘迫综合症（ARDS）可能部分的归因于我们施予的治疗 – 而不是因为原发疾病的进展所致。
至今尚未有文献能够恰当的解释这种由机械通气所引发变化的病理生理学机制。上述所述的诸多因素中的主要原因似乎是未能在呼气末期避免肺萎陷，同时又结合了高吸气峰压的通气模式。
关于此Sjöstrand团队通过肺表面活性物质洗脱得到了ARDS的动物模型，对其应用了五种通气模式，在给定的呼吸频率的情况下，通过调节容量或者压力保证呼气末时的肺泡压在大约16cmH2O，PaCO2维持恒定（4 kPa）。从他们的研究中可以发现三个重要的结论：
1.在控制通气模式通气时，须要使用55cmH2O峰压（=肺打开压力）并结合呼气末大约16cmH2O的肺泡内压，最终结果是大约要有约40cmH2O的压力增幅（55-16=39）并持续进行5-10分钟，才能打开部分萎陷的肺。
2.打开肺（PaO2>50kPa）以后，在那些产生内源性PEEP的呼吸模式中，仅使用16到23cmH2O的压力增幅即可达到有效的通气效果（PaO2和PaCO2维持稳定）。
3.在容量控制模式下，外部PEEP为8cmH2O时，压力增幅大约需要为能够产生内源性PEEP呼吸模式所需压力增幅的两倍，才能达到恰当的通气效果，即使如此肺也不能完全打开（PaO2只有大约40kPa）
使用尽量小的压力增幅对肺进行通气是非常重要的？
二十多年前，Mead et al.即说明“在跨肺压为30cmH2O时，打开一片被完全膨胀的肺组织所包围的肺不张区域所需要的压力大约为140cmH2O”[5]。这种巨大的压力可能同时也是造成肺结构性损伤的主因（特别对细支气管上皮，肺泡上皮和毛细血管内皮而言），并且可能不仅是肺透明膜的形成的基础，而且还导致了肺实质破裂介质的释放 – 从而触发ARDS的病理生理机制[6]。
在对ARDS的患者进行通气过程中，患者永远存在肺不张的区域，压力增幅保持在30cmH2O或者更高是常有的事。我们必须理解，并不是30cmH2O的压力增幅本身导致了肺损伤，而是超过140cmH2O的压力所产生的剪切力造成了肺损伤，同时也应对压力伤负责。
Sjöstrand团队并没有展示形态学数据，但是从其他对ARDS肺进行机械通气的不同模式相关的实验中（参见相关回顾）已经非常清楚的说明了，使用呼气末期无法避免肺泡萎陷的通气模式 - 这样就会产生剪切力，进行通气的肺出现了更多严重的形态学损伤（以及更低的动脉PaO2），比在整个呼吸循环周期内始终保持整个肺打开的通气模式要严重的多。
因此必须要得出这样的结论，即为了避免在打开和关闭肺通气单元的过程中产生的高剪切力而导致的肺损伤。必须要使用，且仅使用尽可能最小的压力增幅，以及对应的呼吸模式。
为什么打开肺并保持肺打开是非常重要的？
如同Sjöstrand团队的结果中现实的那样，如果在打开肺以后（通过给予吸气峰压55cmH2O，配合呼气末肺泡压力16cmH2O，并持续约10分钟），在所有的三种产生内源性PEEP的通气模式中仅仅只需要约20cmH2O（范围为16-23cmH2O）的压力增幅即可在严重ARDS的动物身上达到合适的气体交换（这不禁要提出一个问题，即是否还应当将病人从呼吸机上脱离开并进行日常支气管清洗护理，从而使肺部萎陷？）。这是Sjöstrand团队的最重要的发现之一，确认了从早前实验和临床数据中得出的结论，即如果选择了正确的呼吸模式，是可以避免产生危险的高剪切力的[1]。
拉普朗斯定律（LaPlace law，当P=维持稳定的球体/肺泡所需的压力；=气液表面张力；r=球体/肺泡的半径）能够提供解释，解释为什么肺表面活性物质洗脱后的类ARDS肺可以使用仅仅20 cmH2O的压力增幅（仅是打开肺所需压力的一半）进行有效的通气。
从拉普朗斯定律可见，肺泡的关键打开压力的大小和肺泡本身的大小呈反比关系的，这和日常渐进式吸气过程中膨胀肺空间需要持续性的增加压力，最终产生高吸气峰压力的现象相符。产生肺内容量所需的压力大小与肺泡的初始半径相关。换句话说，在相对较大的肺泡中获得给定的容量增加所需的压力，相比于那些萎陷的或者较肺泡内既有容量较低的肺泡相比要低得多。从拉普朗斯定律可以得到的另一个结论是，在高FRC水平下维持肺泡打开状态所需的压力也更小。因此，当肺完全打开并达到健康肺的FRC水平时，维持呼气末肺容量所需的PEEP值也就是最小的。
另一个保持肺打开的原因是基于另一个事实，即在一定的情况下，机械通气会对肺内表面活性物质系统产生影响。在正常的健康肺中，呼气末时肺表面活性物质分子被压缩排列在较小的肺泡内表面面积上（这导致低表面张力或者说高表面压力）并由此确保肺泡不会萎陷。如果肺泡内表面面积变得小于肺表面活性物质分子所能覆盖的最小面积，那么肺表面活性物质分子就会被挤出肺泡内表面，挤出到气道中，从而该肺泡就失去了这部分挤出到气道中的肺表面活性物质。这样在随后的吸气膨胀过程中，肺泡内表面由得到了曾处于低相（正常情况下处于肺表面活性物质层下方，靠近肺泡内表皮的物质层，通常是作为肺表面活性物质发挥其作用的基层，以及肺表面活性物质代谢的中间产物聚集地）的肺表面活性物质作为补充。在下一次呼气中，如上所述的机制再次发挥作用，又有一部分的肺表面活性物质分子被挤出肺泡进入气道；这样持续的循环[7]。在较大潮气量和/或较快呼吸频率时，肺表面活性物质被挤出进入气道的速度就较快，如Faridy等所述[8]。
这个机制解释了机械通气是如何通过节律性的挤压（呼气）和舒张（吸气）肺表面液层引发肺表面活性物质丢失的，特别是当挤压（呼气）程度远远低于肺表面活性物质层处于静态条件下时（或者说，当肺泡萎陷发生时即为极端的低于肺表面活性物质所需的正常内表面积），而正常的肺表面活性物质层处于静态条件即为肺容量恰好等于或者恰高于FRC水平时[9]。因此为了避免机械通气导致肺表面活性物质丢失，我们应当保持尽可能大部分的肺处于通气状态，不得出现过度膨胀或萎陷。
通过合适的通气模式保持肺打开不仅能够避免高剪切力导致的肺损伤，也可避免肺泡内积水（即避免肺泡性水肿）[10]。总的来说，只要肺间质内的负压大于肺泡内表面气-液表面的表面张力所产生的压力梯度，就不会出现肺泡性水肿。因为压力梯度是和肺泡内表面曲率半径呈反比关系（拉普朗斯定律），所以在每个情况下，每一对肺间质吸收力和平均表面张力之间，表面张力及其对应的肺泡半径都有一个关键值点，低于这个歌关键值点就会出现肺泡性水肿。换句话说，收到扰乱的肺表面活性物质系统所导致的肺泡萎陷，产生的小直径肺泡，促进了肺泡性水肿的发生。
为什么压力控制通气下的内源性PEEP优于容量控制通气下的外部PEEP？
在ARDS患者肺内，肺损伤在肺内的分布是不均匀的。如果在容量控制模式下给予ARDS患者一个外部（静态）PEEP，并保持呼吸频率为10-15次/分钟，将会观察到下列变化发生：
1.所设置的PEEP仅能够平衡已经损伤的那部分肺的，不断增加的回缩力，这样，只有这部分损伤的肺能够在呼气过程中保持不萎陷，这样血气交换能够在整个的呼吸循环中持续进行，促进血气水平改善。
2.然而，所设置的PEEP不足够保持全部的肺张开。高度损伤的肺区域只会在吸气相结束时得到通气；由于这部分肺的在吸气末期肺泡内压很高，血流灌注将会较低，那么这部分肺区域对血气交换的贡献就是有限的。
3.另一方面，也可能存在一些健康的肺区域，对于这些区域来说，所设置的PEEP已经导致毛细血管承压，从而产生通气/灌注不匹配。这种情况在吸气相中更显著，导致这部分健康肺的严重过度膨胀。
这些可能是容量控制的PEEP通气在临床日常使用可能出现的情况。必须指出的是，如果不考虑高峰值压力导致肺损伤，几乎所有的硬肺都可以使用大的外部PEEP保持打开状态 – 这在Sjöstrand的文章中也有体现。
相反的，压力控制通气中，如果把吸气峰值压力设置在恰好可以平衡整个肺回缩力的值，那么将永远不会发生危险的肺泡过度膨胀。如果在呼吸频率不变时提高吸呼比，或者在吸呼比不变时提高呼吸频率（或者两者同时进行）从而制造出很短的呼气时间，不够将肺内压力恢复到正常大气压水平，那么就产生了内源性PEEP。如果选择呼气相的时间长度甚至不够最硬的那部分肺完全排空（萎陷），那么肺就会一直保持打开，从而可以使用比容量控制通气的PEEP通气小得多压力增幅进行通气。
必须强调的是，永远不要使用容量控制通气以期获得内源性PEEP，原因是容量控制通气会不断的提高肺内容量而最终导致容量伤。换句话说，容量控制通气模式下的内源性PEEP应当被认为是一种专业性错误。
这个研究的另一个有趣的发现，即如果压力控制通气模式下设置的峰压恰好能够平衡肺的回缩力，并且辅以恰当的体液管理，压力控制通气模式不会导致额外的心脏和循环系统的负面影响，相比于容量控制的PEEP通气而言。
总之，Sjöstrand团队所呈现的结果为选择合适的通气模式提供了理论基础，合适的通气模式是在通气循环过程中保持最小的压力变动，并且保持肺容量等于或者恰高于FRC的水平 – 这一措施可以显著避免肺表面活性物质的丧失。如果遵循这一概念，其实也不是什么新概念[1]，并且这一概念一旦被证明为任何通气支持形式的正道，那么通气模式的不同将不会再成为日常使用者的困扰，因为毕竟只有一种理性概念才能维持肺的完整性：打开全部的肺并且维持它完全打开的状态，并同时保持对心脏和循环系统的最少影响。
好记性不如点个赞！收藏起来以防忘记哦！
小师妹和俺建立了资料分享群，邀您互相交流，微信gabstudy
点击阅读原文，进入书籍宝库，用完记得收藏哦，下次更方便。