急性呼吸窘迫综合征V/Q比失调的病理生理学及临床意义

     肺内分流引起的动脉低氧血症是一个标志性的临床问题。1979年，Dantzker等人使用多种惰性气体消除法对16例重度ARDS患者进行了研究，证明近50%的心输出量分布在纯分流或极低的V/Q肺区，从而完全解释了观察到的低氧血症[5]。这些非通气性肺区域的发生是多因素的。非充气肺组织可能由于肺泡不稳定和塌陷而出现。水肿肺叠加的重量导致表面活性物质生成减少和压力异常[6]导致肺泡不稳定和肺不张，这与更严重的肺损伤和死亡率有关[7]。这些紊乱一定程度上归因于原发性病因引起的炎症环境，但即使没有肺损伤，单靠机械通气也能降低患者支气管肺泡灌洗液中的表面活性物质水平[8]。这种不稳定的肺单位可能会随着气道压力的增加而“重新打开”（复张）[9]。在较高气道压力水平下保持非通气状态的肺单位传统上被认为是由于富含蛋白质的液体引起的炎性肺泡充盈而发生的实变 [10]。

另一方面，吸入高浓度氧气的通气会通过置换肺泡内氮气和促进肺不张来加重 ARDS 患者的分流。这是因为氮气不会穿过肺泡上皮屏障，从而起到维持呼气末肺容量的作用[11，12]。无论机制如何，通气不良或非通气肺区域的灌注是动脉低氧血症的主要原因[5]，其程度与目前ARDS严重程度和临床结局的定义有关[1]。

血管活性代偿机制的损害也影响了分流的程度。在功能正常的肺中，肺泡和/或混合静脉氧含量降低会引发局部血管收缩（缺氧性肺血管收缩或 HPV），使血液流向通气的肺区域，从而减少功能性分流。大量实验数据表明，由于内毒素血症[13]和炎症介质（如血栓素和TNF-α）的作用[14，15]，HPV在肺损伤情况下受损。

通过肺内动静脉短路增加的血流量影响分流生理。这种分流与较高的心脏指数和增加的住院死亡率有关，与PEEP水平无关[16]。通过卵圆孔未闭的心脏内分流是 ARDS 患者分流的另一个原因，见于 20% 的患者。心内分流与较低的P_aO₂/FiO₂、较高的肺动脉压和死亡率增加有关[17]。同样重要的是要记住，当存在显著的肺内分流时，由于心输出量减少，混合静脉氧含量降低会加重低氧血症。

   ARDS患者的另一个标志性V/Q比失调是生理性死腔通气的比例增加[18，19]。肺损伤更严重的患者死腔分数更高[20]。诱因包括炎症性血管内血栓形成[21]，毛细血管微血栓在ARDS早期更常见，较大的血栓发生在整个病程中 [22]。如果存在这些病变，则与小的肺动脉灌注不足有关[22]。非灌注或低灌注肺区域的通气导致CO2消除受损，需要更大的分钟通气量来代偿高碳酸血症。过度通气可导致非依赖性肺单位的局部过度扩张。肺泡毛细血管受压会减少局部灌注，从而产生高V/Q区域，直接导致整体死腔分数增加，也可能将血流重新分配到非通气肺区，从而增加分流（图1)。

图1: V/Q比失调的机制及其相互作用

ARDS患者的死腔增加和通气效率低下的标志物（如通气比）也与ARDS患者的死亡率增加有关[23，24]。

在COVID-19所致ARDS患者中，V/Q比匹配的特异性病理生理学紊乱已有报道，包括高凝状态导致的死腔增加，以及弥漫性肺血管病伴肺通气区灌注受损[25]。

上述V/Q比失调的异质性意味着一些肺单元将是非通气和非灌注的。值得注意的是，虽然这些病变的肺单位中V和Q的匹配意味着功能分流和死腔没有增加，但这些单位并非生理性的，实际上通过各种机制与肺损伤有关，下文将对此进行讨论。 

     很少有经过验证的指标可以为临床医生提供分流分数的床旁估计。因此，尽管分流分数对当前使用的死腔指数有影响，但分流定量往往被忽视[26]。Berggren方程[27]经典地用法如下：

Berggren方程：Q_S/Q_T=(C_cO₂ − C_aO₂ )/(C_cO₂ − C_vO₂ )(1)

其中C_cO₂、C_aO₂和C_vO₂分别是毛细血管、动脉和混合静脉的氧含量，所得的Q_S/Q_T表示静脉混合。该计算对应于经典Riley模型中的分流分数[28];然而，它既包括来自完全分流的肺单元的流量，也包括来自通气不良（低V/Q） 区域。CcO2通常根据肺泡气体方程估计，而C_aO₂和C_vO₂（或至少中心静脉含量C_CVO₂）需进行测量。

如前所述，使用 Berggren 方程计算Q_S/Q_T表示静脉混合或“生理分流”，它与“真实/解剖分流”不同，因为它包括来自低V/Q单元的流量。Berggren本人提出可以使用100% FiO₂试验来消除氮气置换后的V/Q比失调，从而可以估计真正分流的性质[27]。必须注意的是，分流分数往往随着FiO₂增加而增加，可能是由于氧诱导的肺不张和/或肺血流重新分布[12]，这种方法受到了批评[29，30]。然而，最近通过影像学研究证明了其在预测解剖分流方面的有用性[31]。鉴于ARDS患者不常进行肺动脉导管置入，经典计算静脉混合的适用性有限。然而，不需要混合静脉取样的方法已经被提出[32]。

如上所述，生理分流的定义过于简单，因为它将真正的分流、V/Q比失调和氧弥散障碍的影响混为一谈。吸入氧浓度与动脉血氧饱和度之间的关系可能更具信息量，可通过更精细的集总参数模型充分解释，该模型可将真正的分流与V/Q比失调和/或弥散障碍区分开来[33，34，35]。这些模型是通过将动脉血气分析与无创监测和呼出气体分析相结合，在依次使用不同浓度的吸入氧气过程中得出的，这构成了可以在床边进行的持续 10 至 15 分钟的程序。该系统被称为自动肺参数估计器（ALPE）[33]，它提供了一种有价值的工具，无需肺动脉导管置入即可估计分流。

最后，超声心动图可在床边用于诊断通过卵圆孔未闭（PFO）的心脏内分流，这是ARDS患者低氧血症的潜在因素。

     容积二氧化碳描记法可以提供一种无创的方法来估算生理死腔。假定每次呼出的二氧化碳排放量（VECO2）等于通过理想灌注和通气的肺泡部分清除的二氧化碳体积（VACO2），并且潮气量是到达这些肺泡以及在生理死腔中浪费的空气的总和（V_T = V_T-ALV+ V_D-PHYSIO）。可以得出一个方程式来计算生理死腔分数：

生理死腔分数:

其中，V_T为潮气量，V_D-PHYSIO为生理死腔容量，和分别是整个呼出气体和在理想通气和灌注肺泡（V/Q = 1）中平均CO₂张力 [36]。此方法的缺点是无法测量。将其与肺泡内空气的PCO2平均相等，Bohr方程[37]低估了死腔，而修改后的Bohr-Enghoff方程[38]则通过将近似为P_aCO₂来高估死腔，从而忽略了分流对动脉CO₂的影响[26,39]。然而，这些方程式允许在床边进行实用的估计。值得注意的是，这些计算假定肺泡通气、灌注和CO₂产生处于稳态[36]。

容积法测量呼气图形的其他特征[40]，包括第三阶段斜率（SIII），提供肺泡单位之间的V/Q异质性估计。这已经通过对猪应用多种惰性气体消除技术（MIGET）进行验证[41]，在人类中它表现出与肺损伤评分显著但微弱的相关性[42]。各种形态的呼气图形的斜率估计可以进行逐呼吸监测，但这并不简单，这限制了该技术的准确性[43]。

不幸的是，到目前为止，容积二氧化碳描记法在重症监护室（ICU）的使用受到限制。为了对ARDS试验进行二次分析，对估计死腔的非容积法进行了验证。这些方法依赖于静息时能量消耗（REE）和VCO₂的经验估计值[44]。与测量的Bohr-Enghoff死腔相比，其中偏差最小的可能是基于Harris-Benedict方程的技术[44,45]，但两者之间的一致性仍然很差[46]。

反映V/Q比失调的一个简单的床边指标是通气比（VR）。它作了许多和Bohr-Enghoff方程相同的假设，并与通气效率呈负相关；此外，它不需要容积法或REE估计，只依赖于健康受试者的动脉采血和预测分钟通气量以及P_aCO₂[47]。它与死腔通气的良好相关性已被计算和临床研究证实 [48,49]；但是，关于生理死腔，分流的相对贡献没有被考虑在内。

Gattinoni等人提出使用呼气末二氧化碳分压和动脉血二氧化碳分压之比作为衡量肺功能指标的“气体交换器”[50,51]，并已被回顾性地验证作为ARDS严重程度的标志[51,52]。由于它只使用呼气末容积法和动脉采血，因此它是检测粗略的V/Q比失调的有用工具。然而，它也存在与先前指数相同的限制，无法明确地区分死腔和分流的相对贡献[50-52]。

   最近的进展可能提供了在床边评估V/Q比失调的方法，有可能分离分流和死腔的相对贡献。胸部电阻抗断层扫描（EIT）由于能够实时无创测量通气的区域分布而越来越受到关注[53,54]。

EIT通常通过16电极的胸带，依次施加在一组电极上产生低电压、高频交流电（例如5 mA、50 kHz）来发挥作用[53]。通常情况下，两个电极提供电流，而其他非刺激性电极则记录电压。然后通过求解逆向问题来重构由于呼吸引起的胸腔内背景电导率变化[55]。

最近，EIT监测允许通过模拟呼吸暂停条件下5%盐水经中心静脉推注的首过动力学来确定区域肺灌注[56]。这涉及分离心脏和肺室，然后使用最大斜率法估计肺区域的局部血流量。更多细节可以在Borges等人[56]和Kircher等人[57]的出版物中找到。该方法已通过计算机断层扫描、单质子发射计算机断层扫描（SPECT）和正电子发射断层扫描成像进行验证[56，58]。通过叠加通气和灌注图，可以测量不匹配区域的数量[59-61]。虽然EIT仅对胸部的一部分进行采样[62]，但它提供了代表整个肺的区域通气和灌注数据，区分了高低V/Q区域，并提供了可用于以类似MIGET的方式推导出连续V/Q分布的数据[63]。

最后，基于模型的方法正在出现。在不同FiO₂条件下自动收集数据可以估计分流和死腔[33]，而脉搏血氧监测结合呼出气体的分子流传感（MFS）可以建模以获得精确的连续V/Q分布[64]。

未来，丰富的信息有望在ICU患者的床边获得。这需要充分考虑给定工具的潜力，以准确区分分流和死腔，并解释其临床意义。

     尽管分流分数导致了动脉低氧血症这一重要的临床问题，但其本身作为ARDS严重程度和不良预后的潜在标志尚未完全确定。Berggren方程的修改与危重患者发生ARDS的风险和右心室负荷增加有关[65]。重要的是，分流分数影响死腔指标[26]，新技术可能增加床边分流估计的可行性。

     Bohr-Enghoff对生理死腔的计算可能为ARDS患者死亡率的最强指标之一。容积二氧化碳描记法测得的死腔分数在ARDS早期就独立于氧合、SAPS-II和血管活性药物预测死亡率[23，66，67]。在Nuckton等人的研究中，死腔分数（在ARDS诊断后的中位数为11小时内测量）每增加0.05（即5%），与死亡几率增加45%独立相关[23]。此外，通过容积二氧化碳描记法测定的生理V_D/V_T的一系列测量已被证明可以识别出符合ARDS标准后6天内有死亡风险的患者[66,67]。使用V_D/V_T阈值作为预后工具可能因ARDS病因而异，如吸入性和感染性肺炎的V_D/V_T显著高于非肺部败血症或创伤。无论病因如何，与幸存者相比，非幸存者的V_D/V_T明显增加[68]。最近，对生理死腔的预后价值也在COVID-19 ARDS危重症患者中进行了研究，显示出与凝血有着有趣的关联。V_D/V_T增加与较高的D-二聚体水平和出院存活的低可能性有关，V_D/V_T高于57%可独立于氧合指数用于帮助识别的高危患者亚组[69]。

根据两项前瞻性研究的二次分析，基于静息能量消耗的死腔估计已被提出作为一种能够预测死亡率的床边指标[70]，但其他分析未能证明当其加入氧合和呼吸力学测量后结果预测效果有所改善 [71,72]。然而，在使用超保护性通气时，估算和测量的死腔分数预测体外CO₂清除降低驱动压的程度上具有相似的能力，但只有测量的死腔与死亡率相关[46]。值得注意的是，与其他经验性死腔公式相比，Beitler等人基于生理变量的最小角度回归（直接估计）提出的直接估计方法偏差相对较小，并可能具有一定的预测潜力[44,72]。

通气比是一个将病人测量的分钟通气量和P_aCO₂与达到37.5 mmHg 的P_aCO₂所需的预测分钟通气量相关联的指标。通气比：分钟通气量（mL/min）× P_aCO₂（mmHg）/ 预测体重（kg）× 100（mL/kg/min）× 37.5（mmHg）[47]。

这是一种易于使用的床边计算方法，可以作为结果预测因子，其方式与测量的生理死腔分数惊人地相似。数值越高，通气效率越低，死腔分数越高。已证明它能够独立于氧合、休克状态、血管活性药物使用和急性生理学和慢性健康状况评估III（APACHE III）评分[24,49,73]预测死亡率，并且与Nuckton等人的比值比相当[24]，优于经验性估算，但直接估计除外[72]。通气比在ARDS早期阶段的轨迹也与生存率相关，在追踪患者的临床病程时可能证明是有价值的[72,74]。

有趣的是，在最近对大型（n = 927）PRoVENT-COVID研究队列的二次分析中，先前讨论的死腔估计公式和通气比在调整后的基础风险模型中并没有被发现是死亡率的独立预测因素。只有直接估计（在通气开始早期测量的，但不是在随后的一天测量）才保留了额外的预测价值。作者还认为，在COVID-19患者中，死腔可能更多地被视为ARDS严重程度的标志而非独立的预测因素。尽管P_ETCO₂/P_aCO₂比值很简单，但它是该队列中唯一与通气开始时和第一天的结果独立相关的指标[71]，并已在大规模回顾性队列中被证实为死亡率的预测指标[52]。

     通过叠加分析EIT的通气和灌注图获得的非灌注通气和非通气肺单位(未匹配肺单位)的百分比之和最近被证明能够独立预测ARDS患者的死亡率。27%的不匹配单位预测死亡率，阳性预测值为67%，阴性预测值为91%。仅灌注单位的百分比(即分流的估计)与PaO₂/FiO₂比率和通气的背侧分数呈显著负相关[61]。这些发现为在床边评估ARDS严重程度提供了一种额外的方法，并为更高级的分析奠定了基础。EIT成像提供了区分死腔区和分流区的潜力，潜在地弥补了床边测量和呼吸病理生理学之间的差距。

   在健康肺部低V/Q和分流的肺区灌注可通过缺氧肺血管收缩(HPV)来平衡，这是对肺泡缺氧和/或混合静脉氧含量减少的生理反应，将肺血流从通气不良的肺区转移到通气更正常的肺区[90]，从而改善V/Q匹配和气体交换。HPV在实验研究中得到了广泛的研究。在大肠杆菌内毒素和油酸输注诱导的ARDS模型中，HPV似乎受到抑制[75,76,91,92]，导致分流增加和氧合恶化。在其他主要由油酸输注诱导的模型中，HPV得以保存[77]。在ARDS患者中，HPV的有效性可能因病因、血流动力学状态、药物管理和先前存在的肺部疾病而异。然而，实验[78]和临床[79]研究观察到低氧血症和酸中毒引起的急性肺动脉高压进展，以及低氧作用导致的静脉血管扩张，表明HPV在大多数ARDS患者中保留。

肺内分流和生理性HPV重新分配肺灌注的观察结果揭示了低灌注肺区在ARDS肺损伤发生和/或进展中的潜在危害。对健康患者的肺部进行研究发现，HPV优化了气体交换，但也可能限制肺内分流区域氧和营养物质的供应[80]。在肺不张的情况下，通气的肺体积减小，从而增加通气区域过度膨胀和气压伤的风险，从而促进炎症反应[81]。对接受单肺通气(OLV) 90分钟后再进行双肺通气(TLV)的猪进行SPECT分析显示，通气后的肺出现了过度充气和过度灌注，导致肺泡间质弥漫性损伤[82]。然而，文献中大多数对OLV模型的研究只进行了几个小时，并且主要关注TLV恢复后肺损伤的发展(缺血-再灌注损伤)。最近，我们小组在猪身上研究了高VT和低VT持续24小时不恢复TLV的OLV的影响[83](图2)。

OLV引起双侧肺损伤，有趣的是，降低VT可防止通气肺损伤，但这种保护仅在非通气肺中部分发挥作用。EIT分析表明，肺应激(经典的VILI机制)是通气肺损伤的主要机制，而塌陷和灌注不足则涉及非通气肺区域。值得注意的是，在非通气肺区域中测量到的炎症通过减少对侧通气肺的VT而被抑制，这表明肺部之间基于炎症的相互干扰可能起重要作用。

     V/Q比失调的另一个极端是高V/Q和无限大的V/Q(死腔)区域，这在实验中主要通过血管内闭塞或肺动脉手术结扎进行研究。通气非灌注肺泡内的低碳酸血症似乎是局部肺损伤的原因，部分原因是表面活性物质的改变[85]，导致肺泡因不稳定[86 - 89,93,94]和细胞凋亡而损伤[95]。如体外循环和保留通气模型所示，未灌注通气区域可发生出血性梗死[96]。我们研究了局部肺血管闭塞的健康猪的肺，通过计算机断层扫描来评估VT从非灌注区到灌注区的局部转移。这种通气分流似乎是一种有效限制V/Q比失调的代偿机制[97]，但也是灌注通气区域肺过度膨胀而造成肺损伤的间接机制(表1和图2,C组)。与HPV灌注一样，低血氧导致的支气管收缩可以分流通气，改善V/Q比，并通过将VT重新分配到灌注更好的肺区域来优化气体交换[98,99];另一方面，伴随的过度通气和过度灌注可能导致这些区域损伤的发展[100]。在大肠杆菌内毒素诱导的绵羊肺动脉高压模型中，毛细血管通透性增加时，没有水肿形成的阈值;肺血流量或压力的任何增加都会增加水肿[101]。这一发现支持了一种假设，即在局部损伤的情况下，局部肺灌注的增加(例如，由于过度通气引起的肺应激增加)可能会由于水肿形成而导致进一步的损伤。此外，狗单侧肺动脉闭塞后发生的轻度双侧肺损伤以内皮异常和血管周围水肿为特征[102]。在仰卧位高VT通气的大动物研究中，Broccard等人观察到，VILI的分布可以由血流和血管压力的区域差异来解释，这表明不同通气模式的导致的差异可能至少部分归因于血流动力学的差异[103]。

图2：4个实验猪研究组的通气、灌注和通气-灌注匹配的电阻抗断层扫描。左侧图像显示区域通气，中间图像显示区域灌注，在呼吸暂停条件下给予高渗盐水推注(具体见正文)，右侧图像描述通气-灌注匹配，为通气和灌注图的叠加。在右侧图上，四个象限中每个象限的通气和灌注百分比分别用蓝色和红色数字标注。字母R和L分别表示右肺和左肺。在单肺通气(OLV)期间(排除左肺，潮气量为15mL/kg (A组)和7.5mL/kg (B组))获得(A组和B组)[83]。在两个不同潮气量下，左肺没有通气，灌注似乎被重新分配到通气的肺。高潮气量OLV (A组)引起双侧肺损伤(肺组织病理学评分右肺5±2分，左肺10±2分);与双肺通气对照组(右肺肺组织病理学学评分3±1，左肺肺组织病理学评分3±1)进行比较。有趣的是，将潮气量降至7.5 mL/kg (B组)可以减轻炎症和肺损伤(右肺肺组织病理学评分3±1，左肺肺组织病理学评分7±1)，尽管通气和灌注的总体分布没有变化(方差分析p≤0.01右肺和p≤0.001左肺)。(C和D组)来自选择性左肺动脉结扎的研究[84]。(图C)表示单纯的结扎，而(图D)表示结扎+ 5%的吸入二氧化碳。两组通气和灌注分布均有显著差异:结扎组仅右肺有灌注，通气也向右肺转移，肺总组织学评分为11±3分。结扎+吸入CO2组双肺通气灌注分布更为均匀，肺总组织学评分降至4±2(方差分析p≤0.0001)。结扎后吸入二氧化碳的肺灌注被认为是由于通过支气管循环的流量增加而发生的。

自20世纪60年代以来，通过研究单侧肺动脉结扎(UPAL)模型中吸入CO₂的影响，证实了肺泡低碳酸血症在非灌注通气肺单元肺损伤发展中的作用。Edmunds等人首先发现，吸入CO₂引起结扎肺不张明显减少，局部通气增加，这使他们假设CO₂或[H+]对细支气管肺泡细胞和表面活性物质有直接影响[104]。Kolobow等人观察到，在全体外循环与吸入CO₂相结合的过程中，自主呼吸的羔羊出血性梗死减少，肺泡和毛细血管损伤减少。还研究了高PCO₂吸入对早产羔羊的影响;结果是肺气体容积增加，组织病理损伤和炎症减轻[105]。最近，我们的研究小组描述了通过在机械通气期间给予5%的吸入CO₂来显著减少左侧UPAL引起的双侧肺损伤[84](图2)。我们的研究结果证实了对结扎肺的保护作用，但也强调了吸入CO₂对未结扎肺的保护作用，由于EIT评估的通气分布更均匀，未结扎肺较少过度扩张。本小组还研究了吸入CO₂对UPAL所致双侧肺损伤的保护作用是由于PaCO₂升高还是由于吸入CO₂的局部作用。我们证明，与通过其他方法获得的血浆高碳酸血症相比，吸入CO₂可以更有效地保护双侧肺[106]。

综上所述，在肺死腔比例升高的情况下，通气的非灌注单位可通过抑制表面活性物质的产生和功能，诱导细胞凋亡、局部缺血和残留的过度通气和过度灌注肺的炎症的相互干扰而受损。

近几十年的临床研究表明，气体交换可以通过药物操纵V/Q分布来改善。静脉滴注阿米三嗪是一种选择性肺血管收缩剂，通过加强血液从非通气肺区重新分配来增强HPV，而吸入一氧化氮(iNO)是一种选择性肺血管扩张剂，优先增加向通气良好肺区灌注。

1987年，Reyes等人对9例ARDS患者在使用MIGET给药前和给药期间进行了研究[107]。阿米三嗪将Q /Qt从29±11降低到17±11%，并增加正常V/Q肺区灌注(63±9至73±6%)，导致PaO2从78±15增加到138±52 mmHg。单独给药，阿米三嗪增加肺动脉压，如果输注时间延长，非通气、灌注不良区域的发展会加重低氧血症。

1998年，Gallart等人对48例ARDS患者单独或联合静脉滴注阿米三嗪和吸入iNO进行研究[108]。当单独给药阿米三嗪时，他们发现与基线相比的Qs/Qt降低(38±1至33±1%)，并发现同时联合吸入iNO导致Qs/Qt进一步降低(30±1%)，并可将肺动脉压维持在基线值。

图3：使用EIT床边评估的通气和灌注图。左侧的蓝色面板显示通气的区域分布。中间的红色面板显示灌注的区域分布(详见正文)。右侧面板显示通气和灌注图的叠加图。四个象限中每个象限的通气和灌注百分比分别用蓝色和红色数字标注。(A图)来自一名仰卧位通气的COVID-19相关的ARDS患者。(B图)所示的图是同一患者在俯卧位通气时图像，减少了通气-灌注不匹配[60]。(C图)为ARDS患者仰卧位，PEEP设定为5cmH₂0。(D图)为同一患者仰卧位，PEEP增加至15 cmH₂O后通气面积增大，通气和灌注图的叠加性得到改善[63]。

Rossaint等对10例严重ARDS患者进行了吸入iNO治疗，并使用MIGET证明肺内分流从36±5%减少到31±5% (p = 0.028)， PaO₂/FiO₂有所改善[109]。  

最近，Wang和Zhong用EIT灌注成像对一名通气主要分布在腹侧的严重ARDS患者进行了研究，结果表明iNO导致灌注区域重新分布到腹侧肺，将仅灌注的肺单位百分比从14%降低到9%，并显著提高了PaO₂/FiO₂[32]。

在由COVID-19引起的严重ARDS患者研究中，Bagate等对仰卧位通气的患者单独或联合静脉滴注阿米三嗪，并将这些干预措施与未进行血管活性药物治疗的俯卧位患者进行比较[110]。有趣的是发现，在吸入iNO和静脉阿米三嗪联合治疗时，PaO₂/FiO₂的改善最大，超过了俯卧位时氧合的增加，这表明COVID-19患者的V/Q匹配损伤可能是显著的。

尽管证实了气体交换的改善，但两种药物均未与ARDS患者的死亡率降低相关[111]，这可能是由于非通气缺血区域的灌注进一步减少所致。

     在机械通气的ARDS患者中，适当设置PEEP可稳定灌注肺区域的重新开放，减少肺内分流。过高的PEEP与肺的过度扩张有关，这会增加肺内死腔，并将灌注重新分配到不通气的肺区，从而增加分流[112]。尽管几项大型国际随机对照试验均未能证明PEEP的特定策略与死亡率下降相关[113-116]，但还是有许多研究表明了PEEP滴定对V/Q匹配的益处。

1985年Ralph等在PEEP试验中用MIGET对16例ARDS患者进行了研究[117]。与基线相比，PEEP导致的PaO₂升高大于10mmHg与低V/Q肺区域的分流和灌注减少有关。偶尔，较高的PEEP会增加肺区通气量，V/Q比大于10，提示肺泡过度膨胀。

最近，Karbing等对12例ARDS患者进行了联合CT扫描和V/Q分析，研究时PEEP分别设置5cmH₂O，然后是15或20 cmH₂O[118]。使用ALPE方法评估V/Q匹配情况，该方法依赖于呼末二氧化碳和血气分析的测量。较高的PEEP导致肺内分流减少，这与CT扫描显示正常通气的肺组织增加有关。有趣的是，在4例患者中，在较高的PEEP下，肺内分流和高V/Q均增加，这主要是肺泡过度扩张的效应。

Perier等对9例COVID-19导致ARDS患者进行了研究，在PEEP为6、12和18 cmH₂O时使用EIT灌注监测[119]。高PEEP与氧合增加有关，但肺和呼吸系统顺应性降低。高PEEP导致腹侧通气分布减少，提示局部肺组织过度膨胀，并伴有腹侧灌注减少。在重力依赖区域，较高的PEEP与背侧EIT测量的分流减少有关。

我们之前研究了10例COVID-19导致的ARDS患者，在PEEP设置为5和15 cmH₂O时使用EIT进行监测。较高的PEEP增加了PaO₂/FiO₂，增加了重力依赖肺区域的通气分布，提示肺泡复张[59]。然而，较高的PEEP也导致较高的PaCO₂和通气量比，提示死腔通气量随之增加。

随后，我们使用EIT灌注成像研究了15例ARDS患者在2个不同的PEEP水平(5和15 cmH₂O)下的区域V/Q匹配情况[63](图3)。基于EIT的R/I比值范围为0.62-2.67，该人群的特点是肺复张的潜力更大。EIT表明，较高的PEEP与在非重力依赖区域死腔(V/Q比大于1)的减少有关，在重力依赖区域分流减少(V/Q比小于1)。有趣的是，在某种程度上，V/Q比的改善与肺可复张性相关，这进一步强调了基于这一特征的PEEP个体化的基本原理。使用“MIGET样”方法对EIT灌注数据进行的深入分析表明，在非重力依赖性肺区域中，较高的PEEP使通气和灌注的平均分布(平均V和平均Q)向V/Q比为1的非重力依赖区接近。

     俯卧位是一种临床干预手段，可改善V/Q匹配和患者死亡率[120]。在Perier的研究中发现，俯卧位导致了通气的重力依赖性再分布[119]，而灌注主要是背侧分布，且分布不受俯卧位的影响。这导致重力依赖肺区域低V/Q区分流和灌注减少，进而改善PaO₂/FiO₂。

2022年，我们对21例COVID-19诱发ARDS患者在仰卧位和俯卧位通气期间进行了CT扫描和EIT灌注监测[60](图3)，通过CT扫描发现俯卧位使肺背侧区域复张，增加了PaO₂/FiO₂比率，减少测量的静脉血的混杂。EIT检测显示非重力依赖区域的仅通气肺区域减少，死腔与分流比降低，提示V/Q比改善。

俯卧位也被证明可以增加每分钟通气量除以PaCO₂的比率，这表明死腔减少。在一项针对225例ARDS患者的前瞻性研究中发现，俯卧位后该比例的增加与死亡率的降低有关[121]。有趣的是，氧合的改善却与死亡率的降低无关。

在插管后保留了自主呼吸的COVID-19患者的研究中，Pierrakos等发现，俯卧位可改善通气均匀性并增加背侧顺应性，这是用EIT测量的结果[122]。PaO₂/FiO₂没有变化，在患者恢复仰卧位后，所观察到的呼吸力学益处很快消失。

初步数据还表明，在单侧肺实变和严重低氧血症的情况下，俯卧位还可以提供生理上的益处[123]。在这种情况下，俯卧位时健康肺的通气分布更均匀，有利于灌注从受影响的肺向未受影响的肺重新分布，并降低实变肺中未通气的灌注肺区域的百分比，从而减少静脉血的混杂，改善气体交换。