静脉体外膜肺氧合（VV-ECMO）期间机械通气的设置和监测

VV-ECMO期间机械通气的设置和监测

介绍

       在ARDS患者中，机械通气可通过多种机制引起呼吸机诱发的肺损伤，包括容积伤、气压伤、不张伤、膈肌损伤和生物伤。在最严重的急性呼吸窘迫综合征中，婴儿肺越小，尽管机械通气量和压力有限，但不安全通气的可能性就越大。为了进一步限制机械呼吸机传递到肺部的能量，“超肺保护”通气可减少潮气量（≤ 4 ml/kg）、呼吸频率（< 20/分钟）、气道（平台压< 25 cmH2O 和驱动压 ≤ 15 cmH2O）压力已被提出。然而，这种策略可能导致严重的呼吸性酸中毒，在未使用体外生命支持 （ECLS） 设备进行体外气体交换时。静脉体外膜肺氧合（VV-ECMO）是ECLS的一种形式，可提供完整的体外血液氧合和二氧化碳去除，可以替代肺功能。VV-ECMO可显著降低潮气量、呼吸频率、平台压和驱动压。在随机对照试验和meta分析中，该评价与生存获益相关。然而，ECMO的最佳机械通气设置仍存在争议。在本叙述性综述中，我们总结了接受VV-ECMO治疗重度ARDS的患者机械通气管理和监测的现有知识、基本原理和证据。我们还将讨论该领域的研究议程。

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历史视角

ECMO里程碑式试验中的通气策略

       关于ECLS期间最佳机械通气设置的数据非常少（表1）。因此，目前的建议是基于专家意见和极少数里程碑式的试验结果。ECLS期间肺部休息的概念是由Gattinoni等人在一个非对照系列中首次提出的，在该系列中，ARDS患者的吸气压力峰值限制在35-45cmH2O以下，呼吸频率低（<5/min），呼气末正压（PEEP）设置为15-25cmH2O。在CESAR试验中，患者被随机分配到所在中心接受常规治疗（90名患者）或被转到ECMO中心考虑ECMO（90名患者），在ECMO下采用 "肺部休息 "策略（压力控制模式，吸气压力峰值限制在20-25cmH2O，PEEP 10-15cmH2O，呼吸频率10/min，吸氧分数[FiO2]0.3）。虽然ECMO组在6个月内的死亡率或严重残疾率较低，但该研究因几个方法上的限制而受到批评。具体来说，只有75%的转诊病人接受了ECMO，而且只有70%的对照组采用了保护性机械通气。在EOLIA试验中，严重ARDS患者被随机分配到立即接受VV-ECMO或常规保护性机械通气。ECMO组采用辅助控制模式（减少潮气量以获得平台压≤24 cmH2O，PEEP≥10 cmH2O，呼吸频率10至30次/分钟，FiO2 0.3）或气道压力释放通气（APRV；平台压≤24 cmH2O，PEEP≥10 cmH2O，吸气与呼气时间之比为1：2，FiO2 0.3）提供超保护性通气。在随机化后的几个小时内，ECMO患者的潮气量（6.0±1.3 vs. 3.5±1.0 ml/kg）、平台压（30±6 vs. 24±3 cmH2O）、驱动压（18±7 vs. 13±2 cmH2O）、呼吸频率（30±5 vs. 23±2 breaths/min）显著下降，而PEEP（12±4 vs. 11±3 cmH2O）保持不变。ECMO组的死亡率较低（35% vs. 46%），尽管这一差异没有达到统计学意义（P = 0.07）。

ECMO经验丰富的中心的当前实践

       2013年在283个体外生命支持组织（ELSO）注册的中心的141名医务主任和ECMO项目协调员中进行的一项国际横断面调查显示，只有27%的中心对接受VV-ECMO的患者有明确的机械通气方案。这些中心中的大多数（77%）报告 "肺休息 "是机械通气的主要目标，而9%的中心报告 "肺复张 "是其通气策略。76%的受访者将潮气量定为6ml /kg 或更少，但只有34%的受访者将潮气量定为4ml/kg以下。77%的患者的PEEP≤10 cmH2O。最近，LIFEGARDS（体外膜氧合治疗急性呼吸窘迫综合症患者的管理）是第一个专门设计的前瞻性研究，描述ECMO治疗的ARDS患者的呼吸管理。LIFEGARDS包括一个国际多中心队列，其中350名患者在10个国家的23个中高容量ECMO重症监护病房（ICU）接受ECMO支持。该研究证实，ECMO启动后普遍采用了超保护性通气，潮气量（6.4±2.0 vs. 3.7±2.0 ml/kg）、平台压（32±7 vs. 24±7 cmH2O）、驱动压（20±7 vs. 14±4 cmH2O）明显下降。14±4 cmH2O），呼吸频率（26±8 vs. 14±6次/分钟）和机械能（26.1±12.7 vs. 6.6±4.8 J/分钟），而大多数患者的PEEP（12±4 vs. 11±3 cmH2O）都保持在10 cmH2O以上。然而，在多变量分析中没有发现ECMO头2天的呼吸机设置与生存率之间有任何关联。

在ECMO期间目标超肺保护性机械通气

潮气量

        减少潮气量是限制机械呼吸机对肺部施加的压力和应变以及由此产生的VILI的基石。使用酸诱导肺损伤的大鼠模型，在相同的PEEP水平（10cmH2O）下，潮气量从12至6至3ml/kg减少，减少了肺水肿和肺损伤，增加了对肺泡上皮的保护。事实上，由于体外二氧化碳清除（ECCO2R）装置对二氧化碳清除不足，无法控制呼吸性酸中毒，导致潮气量减少有限（6.3至4.5ml/kg），这可能是REST试验未能改善ARDS患者预后的原因。相比之下，在EOLIA试验的ECMO组和LIFEGARDS队列的患者中，ECMO使潮气量减少得更多（<4ml/kg斤）。体外生命支持组织(ELSO)的指南中建议将潮气量控制在4ml/kg以下。

平台压

       平台压很容易在床边测量，在ARMA试验发表后受到了极大的关注。REVA网络对H1N1流感相关ARDS的研究报告称，开始VV-ECMO后，幸存者的平均平台压明显低于非幸存者（25±3 vs. 29±5 cmH2O; p < 0.01）。在该研究中，在VV-ECMO的第一天，较高的平台压（>25 cmH2O）与死亡率明显相关（几率[OR]=1.33，95%置信区间[CI]1.14至1.59，p <0.01）。在最近的VV-ECMO系列中，平台压<25 cmH2O是目标，也是ELSO推荐的。

驱动压

       驱动压是气道平台压减去PEEP。它也可以表示为潮气量与呼吸系统顺应性的比值（ΔP=VT/CRS），表明在ARDS患者中观察到的肺的功能大小下降（即婴儿肺）。对以前的RCT和后续研究的事后分析表明，驱动压是ARDS患者死亡的有力预测因素，驱动压>14 cmH2O与较高的死亡风险有关。一项针对接受ECMO的成年ARDS患者的观察性研究的个体患者数据荟萃分析报告称，驱动压是唯一与院内死亡率有独立关系的通气参数。在这种情况下，VV-ECMO的驱动压<14 cmH2O似乎是可取的，目前在ECMO量大的中心应用。

呼吸频率

      肺部塌陷和扩张的频率，即呼吸频率，有助于VILI的发生。在ARDS的猪模型中，Grasso等人评估了降低呼吸频率与ECCO2R相结合的好处。在固定的潮气量下（6ml/kg），较低的呼吸频率与生物伤的减少有关，而肺部通气得到了保留。LUNG SAFE研究的二级分析也证实，较高的呼吸频率与院内死亡率的增加独立相关。最近，Costa等人在一个4549名ARDS患者的回顾性数据库中证明，只有驱动压和呼吸频率与死亡率有明显关系。在该研究中，驱动压对死亡率的影响是呼吸频率的四倍。虽然ELSO建议呼吸频率为4-15次/分钟，但在EOLIA（23±2）和LIFEGARDS研究（14±6）中，ECMO的呼吸频率更高。然而，在超肺保护性通气过程中，可能需要最小的呼吸频率（4/min）来维持肺容量和避免去复张。

机械能

        机械能率代表呼吸机向呼吸系统输送的能量。它是肺动脉压力、潮气量和呼吸频率的一个函数，当>17J/min时，它被证明与ARDS患者的死亡率独立相关。通过在ECMO期间应用超肺保护性通气，机械能可以大大降低。事实上，在EOLIA试验中，与对照组相比，ECMO的机械能明显降低（10J/min vs. 28J/min），这种效果是由潮气量和呼吸频率分别减少43%和23%所促成的。同样，在LIFEGARDS队列研究中，开始ECMO后，平均机械能从26J/min降至6.6J/min。虽然机械能的概念有一些局限性，但它可以量化所有可修改的机械通气设置（潮气量、呼吸频率、驱动压、PEEP、吸气与呼气比、吸气流量）对VILI的贡献。尽管它的计算结果可能有助于指导目前的实践（图1），但ECMO患者的机械能应减少到什么程度仍未确定。

图1 ，体外膜肺氧合术前常规保护性通气与体外膜肺氧合术期间超肺保护性机械通气的比较。ACV辅助控制通气, BIPAP-APRV双水平气道正压-气道释压通气, RR呼吸频率, PEEP呼气末正压, PBW理想体重, Vt潮气量, FiO2氧气吸入分数, Pplat平台压, ΔP驱动压, Phigh高压, Plow低压, Ti吸气时间, Te呼气时间

应用窒息通气？

       最近，一项针对10名接受VV-ECMO治疗的ARDS患者的随机交叉生理研究表明，将潮气量降至4 ml/kg以下可能不足以防止机械通气向炎症和不均匀的肺部输送过度应变（定义为潮气量/呼气末肺容量）。在这项研究中，尽管低呼吸系统顺应性患者的平均潮气量为2.4 ml/kg，但生物伤和VILI的巨大风险仍然存在。具体而言，在机械通气期间，吸气压力的变化与血浆生物标志物（晚期糖基化终产物可溶性受体[S-RAGE]、白细胞介素[IL]-6、肿瘤坏死因子[TNF]-α）的浓度之间存在线性关系。在持续气道正压通气（CPAP）模式（10 cmH2O）下，在没有潮汐通气的情况下，生物伤最低。同样，Graf等人在一项前瞻性单中心生理学研究中，对24名接受VV-ECMO治疗的严重ARDS患者的肺保护性通气和窒息通气进行了比较。尽管驱动压较低（11.9±5.8 cmH2O），但超肺保护性通气与压力、应变和机械能的增加有关。在一个由VV-ECMO支持的ARDS大型动物模型中，与传统的通气策略相比，近似窒息通气（驱动压10cmH2O，PEEP 10cmH2O，呼吸频率5/min）也与肺部损伤和纤维增生的减少有关。尽管（接近）窒息通气可能是减少ECMO期间VILI的最终策略，但现在还需要更多的数据和以患者为中心的结果的研究，才能广泛采用。还应评估近窒息通气的局限性。没有肺循环可能会产生短期和长期的生理后果，可能需要更深的镇静，有时需要持续的神经肌肉阻断来控制呼吸驱动和随后的病人自伤肺损伤（P-SILI）。该技术还需要在VV-ECMO回路中增加血流量以达到充分的氧合，这可能与溶血等并发症有关。

保留自主通气和膈肌功能以尽量减少P-SILI？

        通过允许自主的呼吸运动来保存膈肌功能可能有助于机械通气的撤机，因为在机械通气时，短时间（18至69小时）的膈肌不活动与人类的跨膈肌压力下降55%以及慢速和快速抽动的膈肌纤维的明显萎缩有关。另一方面，在高呼吸驱动和低肺顺应性的患者中，自主呼吸可能与强烈的呼吸努力和跨肺压升高有关，并引起P-SILI 。虽然从控制性通气转为辅助性自发通气有一些好处（肌肉功能保存、减少镇静、血流动力学改善），但对于接受ECMO的最严重的ARDS患者来说，在保持（部分）膈肌活动的同时尽量减少P-SILI是一个挑战。在这种情况下，结合控制平台压力和驱动压，同时允许非同步自主呼吸的APRV模式可能是有价值的。

如何设置ECMO的最佳PEEP？

         与任何干预措施一样，超肺保护性通气策略也不是没有风险的。事实上，由此产生的平均气道压力的下降可能会导致肺部去复张、不张伤和生物伤。在严重受伤的肺部，肺塌陷和过度张力也可能同时发生。有趣的是，在一项ECMO专家的国际调查中，77%的患者PEEP≤10 cmH2O，ELSO指南建议ECMO支持期间PEEP的水平适中（10 cmH2O）。然而，ARDS患者的最佳PEEP可能因人而异，并取决于多个因素（肺泡可吸收性、胸膜压力、体重和血流动力学），在疾病过程中也可能迅速演变。因此，为特定的病人和特定的时间点选择适当的PEEP是具有挑战性的，"一刀切 "的策略可能不会有任何临床效益。最近描述了几种方法来指导临床医生在ECMO的超保护性通气过程中对PEEP水平的个体化选择（图2）。

图2，静脉静脉体外膜氧合（VV-ECMO）上设置呼气末正压的工具。RCT 随机对照试验, CT 计算机断层扫描

电阻抗断层扫描指导的策略

      电阻抗断层扫描(EIT)在床边对肺部进行单独的、无创的、无辐射的成像，并对肺部进行全局和区域的动态分析。这项技术以图形方式显示肺部通气的区域分布，并提供有关通气的实时信息，包括通气分布的异质性、区域潮气量和呼吸系统顺应性的重力分布。它能识别肺部的阻抗变化，并能区分通气和不通气的肺泡单元。因此，PEEP的滴定可以在EIT的指导下进行，以确定使肺塌陷和过度膨胀最小化的最佳设置。Franchineau等人在一系列15名ECMO患者中显示了患者EIT得出的 "最佳折衷 "PEEP的广泛多样性，7名、6名和2名患者的PEEP值分别为15、10和5cmH2O，而PEEP 20和PEEP 0从未被选中。通过EIT评估机械通气的每个肺内和两个肺之间的气道打开和关闭的分布。Biotrauma AiCLOSE研究（ClinicalTrials.gov标识符：NCT05196074）。

      应该提到EIT的几个局限性。首先，该技术只能提供特定肺区的横断面评价，可能与整个肺部不同，而且只能捕捉到腹侧到背侧的区域通气分布。其次，它需要特定的设备，目前仍未广泛使用，而且数据的获取也很耗时。最后，在定义最佳PEEP水平的EIT目标参数上，仍然缺乏共识。这种EIT指导下的通气策略对进一步减少ECMO期间VILI的益处值得进一步研究。

跨肺压引导的策略

        平台压是对肺部产生压力的压力梯度的代名词，即跨肺压。由于胸膜压力与食道压力相关，食道压力计可用于计算呼气末的跨肺压力。这种以压力为导向的优化PEEP的策略可以限制不张伤，并将肺部过度扩张的风险降到最低。它已被用于确定ECMO的候选者（即尽管有最佳PEEP，但仍有难治性低氧血症）或优化ECMO的PEEP。在后一项研究中，使用VV-ECMO的患者被随机分配到跨肺压引导的通气（n = 52）或肺部休息策略（n = 52）。与肺部休息组相比，跨肺压引导组有更高的成功撤机率，60天的死亡率明显较低（33% vs. 54%，p = 0.03），ECMO持续时间也更短（p = 0.004）。然而，在ARDS患者中，跨肺压引导的策略仍有争议，EPVent-2试验的结果也不支持这种策略。

其它方法

      肺部超声可用于指导ARDS患者机械通气的设置和评估床边肺部复张。在一系列接受常规机械通气的ARDS患者中，肺部超声评分的变化与PEEP引起的呼气末肺容积的增加相关，在一系列接受ECMO的18名患者中，肺部超声评分的变化也与计算机断层扫描（CT）数据显著相关。

       复张-充气（R/I）比率是最近开发的一个工具，用于评估肺部复张的潜力。它被计算为应用高PEEP后被复张的肺的顺应性与在较低PEEP下测量的呼吸系统的顺应性之间的比率。这个参数可以很容易地在床边用任何ICU呼吸机进行测量，并可能有助于优化呼吸机的设置，特别是PEEP。到目前为止，在潮气量很低的ECMO期间，这个参数还没有被研究。

ECMO期间的俯卧位

       俯卧位是中重度ARDS的有效一线干预措施，应被视为ECMO考虑前的强制措施。然而，ECMO期间的这一程序仍有争议，尽管它的使用越来越多，特别是在2019年冠状病毒病（COVID-19）大流行期间。一些观察性研究和最近的荟萃分析表明，ECMO期间的俯卧位是可行的、安全的，并且可以加强ECMO的撤机和改善结果。迄今为止，缺乏RCTs，担心意外拔管，以及难以对护理人员进行常规培训等因素，仍是在ECMO患者中推广使用的障碍，尤其是在ECMO量较少的中心。正在进行的随机对照PRONECMO试验（ClinicalTrials.gov Identifier: NCT04607551）的结果可能有助于澄清ECMO患者俯卧位的适应症。

ECMO的气体交换目标

       在ECMO支持下的ARDS患者的氧合、二氧化碳或pH值管理方面没有循证指南，低氧血症和高碳酸血症的安全限度还没有很好地确定，尽管低氧血症和高氧血症都与死亡率的增加有关。在EOLIA试验中实施的气体交换目标（PaO2 65-90 mmHg；PaCO2 < 45 mmHg）是最常被推荐的，直到有更多的数据出现。因为目前的ECMO膜允许大幅降低机械通气强度，并能确保在残余肺功能极小的情况下仍有足够的气体交换，所以呼吸机的FiO2应降至最低值。此外，在通气-灌注比低的肺区，高分量的FiO2可能会引起脱氮窒息，特别是在PEEP低的情况下。最后，应避免在启动ECMO后迅速纠正高碳酸血症，因为这与神经系统并发症的发生有关。

ECMO撤机期间的机械通气

        到目前为止，ECMO断奶期间的机械通气很少受到关注。在EOLIA试验中，当“临床、放射学、气体测量和肺部顺应性有所改善”时，患者改用容量辅助控制通气，潮气量设定为6 ml/kg。最近，在一系列83名正在脱离ECMO的患者中，在一项吹扫气体关闭试验中，潮气量、心率、通气比和食道压波动较高的患者不太可能安全地脱离VV-ECMO。如上所述，ECMO期间的俯卧位也可以促进脱离设备。

结论

          在ECMO治疗ARDS期间，机械通气应旨在通过降低VILI的强度来减少VILI。然而，还需要进一步的研究来确定在ECMO过程中以及在断奶阶段应该如何调整特定的呼吸机变量。在这些研究结果出来之前，EOLIA呼吸机设置是一个合理的选择。

来源：Assouline. Setting and Monitoring of Mechanical Ventilation During Venovenous ECMO. Crit Care 2023;27:95.斌哥话重症

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