通气新模式：闭环通气（译文）
通气新模式：闭环通气河北医科大学第四医院重症医学科 朱桂军译
综述目的
在过去的25年里，闭环通气模式取得了长足发展，现在已经有几种可供商业使用。它们不仅为个体患者提供潜在益处，而且可改善重症监护病房(ICU)内的组织方式。临床医师对解决ICU护理人员短缺和床边工作超负荷的问题表现出更大的兴趣和意愿。本文综述了使用闭环通气模式的临床益处，重点关注氧合控制、肺保护和撤机。
最近发现
闭环通气模式能够将脉搏血氧饱和度、潮气量(VT)、驱动压(DP)和机械能(MP)等重要生理参数维持在目标范围内，以确保持续的肺保护。此外，这些模式使呼吸机支持适应患者的需求，促进膈肌活动，防止过度辅助。一些研究表明，这些模式有可能缩短撤机和机械通气的持续时间。
总结
最近的研究初步证明了在ICU和术后患者中使用闭环通气模式的安全性、有效性和可行性。我们需要大型、多中心随机对照试验来评估它们对重要的短期和长期临床结局、ICU的组织方式和成本效益的影响。
要点：
-闭环通气模式自动调整某些呼吸机设置，以保持生理变量在目标范围内。
-在最佳SpO2目标范围内的时间增加，从而预防了低氧血症和高氧血症。
-VT、DP和MP保持在推荐的肺保护范围内。
-一些研究证明了闭环系统缩短撤机和机械通气持续时间的潜力。
-需要大型、多中心、随机对照试验来评估对重要临床结局、ICU组织方式和成本效益的影响。
介绍
闭环通气是指通过自动调节某些呼吸机设置来控制患者的某一生理变量的通气模式。本质上，生理变量被测量，这些测量被控制器用来调节呼吸机设置，从而使该变量保持在临床医师设定的目标范围内。在过去的25年里，已经开发出了几种闭环通气模式，现在已经商业化。这些模式管理插管患者的被动和/或自主呼吸的通气和/或氧合设置(表1)。虽然最近的一篇综述描述了生理学闭环控制的演变，但本综述侧重于使用闭环通气的主要临床益处，即氧合控制、肺保护和撤机。
氧合闭环控制
动脉氧合是使用机械通气时的主要目标。然而，手动调整氧合设置是一项艰巨的任务，这意味着高氧血症在重症监护病房(ICU)机械通气患者中常见。在ICU患者的一般人群和急性呼吸窘迫综合征(ARDS)患者中，一项未校正的分析显示，动脉血氧分压与死亡率之间呈U型关系，低氧血症和高氧血症患者的死亡率均较高。以避免高氧血症为目标的保守氧合目标与ICU急性呼吸衰竭患者的短期或长期死亡率无关，也与不使用呼吸机天数的获益无关。然而，在其中一项试验中，低氧血症<55 mmHg在保守氧合目标组中更常见，因该组病死率较高而提前终止研究。因此，对氧合设置进行闭环控制可能有助于在概念上延长患者在脉搏血氧仪(SpO2)测得的氧饱和度目标范围内的时间，并预防低氧血症和高氧血症的发作。最常需要的动作是调整吸入氧浓度(FiO2)设置。自动调整可能会减少所需的手动调整次数，从而解放临床医师从事其他任务。然而，闭环氧合控制器的性能取决于SpO2传感器的特性和控制器的设计，以及其可用性和临床使用。一项国际标准描述了在医疗器械中开发闭环控制系统的所有技术考虑。
两种用于成人患者的低流量自动氧合控制器已经被开发出来，并在各种情况下(如急诊科、腹部或胸部大手术后、ICU拔管后)的随机或交叉设计试验中进行了测试。所有这些研究和一项荟萃分析得出了相同的结论，即与标准手动给氧相比，闭环给氧增加了在氧合目标范围内的时间，从而减少了低氧血症和高氧血症的发生。
还开发了两个高流量自动氧合控制器。在一项单中心随机交叉研究中，45例主要由COVID-19肺炎引起的中重度低氧性呼吸衰竭患者接受了经鼻高流量治疗，以随机顺序连续2个4小时的时间段，使用闭环氧合和手动氧合滴定法进行研究。与手动氧滴定相比，闭环氧控制的患者在最佳SpO2目标范围内的时间较多，在次最佳范围内的时间较少。闭环控制组的手动调整次数较低。在氧气供应有限、患者需要隔离、医疗需求高、工作人员数量有限以及缺乏COVID-19大流行期间经验丰富的专业知识的情况下，这些结果尤其有意义。
在早产儿中，多项临床研究表明，在将SpO2维持在目标范围内方面，闭环氧控制比临床医师手动滴定更有效，与床旁专职护理者相似或优于。此外，它还减少了手动调整FiO2的次数。一些系统已被证明对婴儿的无创呼吸支持或机械通气有效，最近的一项研究也包括了足月儿。在现实中，这些系统的使用仍然不常见，在实践中有很大的变化。目前有几项随机对照研究正在进行中，目的是调查氧合闭环控制是否真的可以改善早产儿的结局。
在成人机械通气患者中，INTEL- LiVENT-适应性支持通气(ASV)是唯一可对氧合设置(呼气末正压(PEEP)和FiO2)进行闭环控制的市售模式。一项大型观察性研究报告了根据肺状况选择不同PEEP-FiO2组合的能力。在ICU急性呼吸衰竭和心脏术后患者中进行的几项随机对照试验表明，INTELLi- VENT-ASV可使SpO2在目标范围内保持更长时间，同时减少低氧血症和高氧血症的发作，减少人工调整的次数。在ICU的某些情况下，例如在日常护理操作期间，维持足够的氧合可能具有挑战性，并且患者有可能出现未被发现的低SpO2。一项在大量ICU患者中进行的随机交叉研究表明，与非自动化通气相比，INTELLi- VENT-ASV能够降低日常护理操作中血氧饱和度降低的发生率和严重程度。
闭环氧合需要护理人员仔细注意，正确放置SpO2传感器，通过监测FiO2而不是SpO2来识别患者的病情恶化，并在FiO2升高时适当调整警报设置。这可以通过专门的教育和培训来实现。
肺保护
肺保护可分为两大类：以呼吸机相关性肺损伤(VILI)和患者自伤性肺损伤为代表的肺损伤和呼吸机相关性膈肌功能障碍(VIDD)。为预防VILI，建议限制潮气量(VT)、限制过高驱动压(DP)、限制跨肺压(∆P)和机械能(MP)。VIDD是由于过度辅助引起的膈肌休息所致。压力支持通气(PSV)和压力控制通气(PCV)都应考虑这种风险，因为当吸气压力恒定时，患者的努力难以评估。ASV、INTELLi- VENT-ASV、Smartcare、神经调节辅助通气(NAVA)和比例辅助通气(PAV+)在概念上能够预防肺损伤和VIDD，因为它们可以促进自主呼吸，并根据患者的吸气努力调整通气支持。
ASV和INTELLiVENT-ASV
在自主呼吸患者中，ASV是一种适应性压力支持模式。目标VT根据患者的呼吸力学，基于最小做功和呼吸力的原则来确定。然后调整压力支持以达到目标VT。因此，通过设计，ASV有利于患者的自主呼吸，并防止过度VT和过度辅助。在动物研究中，与容量控制模式(VCV)[相比，ASV降低了VILI的风险。与对照组相比，ASV通过保持动物自主呼吸来预防膈肌萎缩。
在一项比较ASV和PCV两个阶段的观察性序贯临床研究中，MP在ASV阶段显著较低，主要是由于较低的呼吸频率。在儿科患者中，一项随机交叉研究报道，与适应性压力通气(APV-CMV)相比，ASV降低了DP和VT。
INTELLiVENT-ASV具有与ASV相同的特征，但增加了自动测定分钟容量和允许性高碳酸血症的概念。一项前瞻性观察性研究表明，自动选择的VT、DP和MP设置在所有患者情况下均安全。中、重度ARDS患者跨肺DP和MP均在肺保护的安全范围内。在重症COVID-19患者中，从常规通气转换为INTELLiVENT-ASV可显著降低DP和MP。对重症COVID-19患者开展的一项非随机平行研究报告，在机械通气的最初7日内，INTELLiVENT-ASV组患者有65%的时间接受了保护性肺通气，而使用常规模式通气的患者有38%的时间接受了保护性肺通气。
然而，关于ASV和INTELLiVENT-ASV的大多数研究都集中在呼吸模式方面的优势，但没有研究评估这些优势的临床结局(表2)。目前正在进行一项大型随机对照研究，以评估INTELLiVENT-ASV在不使用呼吸机天数和肺保护方面的疗效。
PAV+和NAVA
PAV+和NAVA根据患者的吸气力度调整通气支持。在正常的化学反馈和肺牵张反射存在的情况下，PAV+和NAVA根据呼吸驱动提供足够的通气支持，从而防止大VT和辅助不足或过度。当从控制机械通气转换为PAV+时，患者可以根据其个体呼吸系统顺应性调整VT，从而将DP控制在10 cmH2O左右。在一项观察性研究中，PAV+在大多数通气期间(95%)使DP低于15 cmH2O。DP > 15 cmH2O的患者占队列的8%，且几乎完全与小于30 mL/cmH2O的顺应性相关。这项研究表明，PAV+是一种安全的通气模式，但在低顺应性或高吸气努力的情况下应谨慎使用，以防止高DP。
一项ARDS患者的随机交叉研究报告，与PCV和PSV相比，NAVA显著降低了吸气跨肺压。但一项比较体外膜肺氧合患者PSV和NAVA的随机交叉研究显示，两者跨肺压差异无统计学意义。在VIDD方面，NAVA促进依赖肺区的通气，与PSV相比，过度辅助的风险更低。在一项包括长期机械通气患者的随机对照试验中，NAVA改善了膈肌效率，而PSV不改善。虽然目前还缺乏临床结果的研究，但PAV+和NAVA可能通过减少呼吸功和防止过度辅助来保护膈肌功能。
撤机
机械通气撤机不仅对患者至关重要，而且对医疗团队和管理人员也至关重要，因为撤机会显著影响费用、ICU住院时长和机械通气时长。从理论上讲，闭环通气是优化摆脱机械通气的理想方法，因为它具有密切监测患者呼吸努力并实时调整压力支持的能力，在某些情况下甚至可以自动进行自主呼吸试验。在不需要不断的人工干预的情况下，这在概念上可以导致更早的撤离机械通气。
从历史上看，采用闭环通气的撤机概念可追溯到1977年，当时Hewlett等描述了对呼吸支持系统的需求，该系统应能够根据强制性分钟通气适应患者在撤机期间的需求。多年来出现和发展的后续系统都使用各种输入参数，如呼气末二氧化碳分压、SpO2、呼吸频率、VT和分通气量，以便在撤机前即刻和撤机期间提供不同水平的支持(表1)。
之前的一些报告表明，闭环通气可改善撤机结局。INTELLiVENT-ASV已被证明是安全的，对心脏手术患者的机械通气撤机更有效。也被用来脊髓损伤患者撤机。
在机械通气持续时间方面，有5项关于有效性和安全性的研究报告，作为次要结局，INTEL- LiVENT-ASV与传统模式没有任何差异。相反，在内科ICU患者中进行的一项单中心随机对照试验表明，与非自动化模式相比，ASV组的机械通气至撤机的时间、撤机本身的时间和总机械通气时间均较短，并且成功拔管的比例较高。此外，在一项包括机械通气的COPD患者的随机对照试验中，在撤机期间使用ASV可缩短撤机时间。
在汇总报告方面，一篇Cochrane综述评估了使用SmartCare和非自动化撤机策略的自动撤机。在10项涉及654例患者的试验中，分析显示，撤机时间、成功拔管时间、ICU住院时间和延长机械通气时间（>21天）显著减少。
第二篇Cochrane综述纳入了多种闭环通气模式，并发现在21项符合条件的试验(共1,676例参与者)中，与传统撤机相比，使用闭环通气的自动撤机使撤机时间缩短了30%，还缩短了机械通气的持续时间、ICU住院时间，并缩短了进展至使用气管切开的时间。
虽然没有随机对照试验直接比较不同类型的闭环通气模式，但一项荟萃分析尝试进行了比较分析。在25项试验中，共2064例患者，研究发现所有各种闭环通气模式均显著缩短了撤机持续时间。对内科和术后人群进行的综述表明，与标准治疗相比，撤机持续时间平均缩短约23%。在本报告回顾的各种模式中，没有发现一个特定的模式具有显著优势。
最近的另一份报告综述了与撤机相关的各种闭环通气模式。在回顾的20项RCT中，ASV或Smartcare与PSV之间似乎没有任何显著差异。然而，NAVA与显著较低的ICU和住院死亡率以及较低的拔管后无创通气需求相关。此外，在撤机率、机械通气时间和ICU住院时间方面，PAV+显著优于PSV。
就机械通气的一般撤机而言，各项随机对照试验和汇总分析的结果表明，闭环通气即使不是偶尔优于常规通气，也至少与常规通气同样有效。关于未来的方向，过去的报告和荟萃分析都提到了需要更大规模的研究(表2)。目前正在进行一项直接比较试验，比较常规通气和INTELLi- VENT-ASV对机械通气持续时间和呼吸质量的影响。
结论
闭环通气是减少特定患者人群治疗差异的一种方法，同时使呼吸机设置能够根据患者的生理需求持续个体化。商品化的闭环通气模式在ICU机械通气患者中均安全应用。大量研究报告了这些模式在将重要生理变量保持在最佳目标范围内方面优于常规通气模式。然而，并无明确证据表明这些生理益处可改善重要的临床结局(表2)。除使用的通气模式外，机械通气的持续时间和死亡率还取决于许多变量，包括病例组合、镇静方案和ICU机构。因此，未来肯定需要开展大型、多中心的随机对照试验，但在大规模ICU患者人群中，可能难以证明闭环通气模式在临床结局方面的优越性。然而，在特定患者人群或管理不善的对照组中，闭环通气模式可能被证明有利于改善临床结局。
许多研究报道了使用闭环通气时手动呼吸机设置的次数明显减少。未来的研究需要更好地评估这些结果如何转化为临床医生的工作量，以及如何改变ICU的组织方式。最近的大流行和目前ICU护理人员短缺表明，ICU可能会迅速混乱。使用闭环通气可能是提高ICU工作效率的一种方法。随着新证据的发表、进一步的教育和图形用户界面的不断改进，临床医师的接受度将不断提高。获得测量和新生理变量测量的连续可靠性的技术进步将使我们能够开发出新的闭环算法。人工智能的引入可能有助于我们解决患者生理的异质性，并使自动反应个体化。对通气事件预测因素的研究可能使预测控制策略成为可能。闭环通气的未来是光明的，但其对ICU患者的成功和有用性将取决于技术研究、教育和临床研究之间的强有力合作。
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