急性呼吸窘迫综合征患者心肺功能监测的研究进展

前言

      急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者因内皮和上皮通透性变化而出现炎性肺水肿，从而导致器官损伤。ARDS的严重程度决定了不同类型机械通气支持的应用。叠加的血流动力学障碍可能会使对患者的管理和治疗复杂化，导致预后恶化。因此，对ARDS患者的综合评估需要仔细的呼吸和血流动力学监测，涵盖有创和无创技术，以及临床和实验室数据。这种方法对于根据个体患者量身定制治疗策略并最大限度地减少肺损伤至关重要。  

      本文回顾了ARDS患者的呼吸和血流动力学监测策略，重点介绍了最新数据和日常管理中的临床实用性，如图1所示。

      严密的呼吸监测对 ARDS 患者至关重要。这种方法可应用足够强度的治疗，并减少机械通气（MV）造成的伤害。

       ARDS引起的肺部改变直接影响气体交换。在这一节中，我们回顾了脉搏血氧测定的新作用和死腔的有效替代指标。

      脉搏血氧仪利用分光光度法的原理来量化血液中的氧合血红蛋白量，从而可以连续无创监测动脉血氧饱和度[1]。通过血气分析测定的动脉血氧饱和度（SaO2）和通过脉搏血氧仪测定的血氧饱和度（SpO2）的差异通常小于3% [2]。然而，在肤色较深的患者中，SpO2的准确性可能较低，因此可能高估了动脉血氧饱和度。Henry 等人最近证实，这种现象可能会增加隐匿性低氧血症的发生率，即患者的SaO2低于88% ，而SpO2高于92% [3]。在最近的新冠疫情期间，研究人员还对隐匿性低氧血症的临床结局进行了研究。在COVID-19患者中，亚裔、黑人和非黑人西班牙裔患者的隐匿性低氧血症比白色患者更常见，故对这三个族群的治疗干预更少 [4]。

     脉搏血氧饱和度与吸入氧浓度的比值（SpO2/FiO2）是动脉氧分压与吸入氧浓度的比值（PaO2 /FiO2）的可接受替代指标。已有报道称，该指标在有创和无创通气患者中均有应用[5-9]。SpO2/FiO2比值是COVID-19和非COVID-19 ARDS患者很好的结局预测指标[10，11]。在需要氧疗的COVID-19相关肺炎患者中，入院时的SpO2/FiO2比值对预测ARDS发生的曲线下面积（AUC）为85%[12]。Kim等人的研究表明，SpO2 /FiO2比值可预测经鼻高流量（HFNC）是否会失败[13]。此外，对于接受有创通气的COVID-19 ARDS患者，SpO2/FiO2与PaO2 /FiO2呈现出良好的相关性，且在第2天和第3天计算时，与结局相关[11]。这些数据证实了脉搏血氧测定用于评估ARDS患者气体交换并追踪这一趋势的可靠性，因为脉搏血氧测定是可以连续进行的。它易于测量，因此在无法立即获得血气分析数据的情况下特别有效。

      ARDS治疗的最佳SpO2浓度仍存在争议，范围为88%到96-100%不等，以平衡高氧和缺氧的风险。在最近的一项大型随机对照试验（RCT）中，Semler等人发现，在使用机械通气的患者中，使用较低（90%，范围为88 - 92%）、中等（94%，92到96%）或较高（98%，96到100%）的SpO2目标不影响脱离呼吸机的天数或住院结局[14]。

     生理性死腔是指不参与气体交换的吸入空气体积。它包括解剖学和肺泡死腔[15]。在机械通气患者中，解剖学死腔保持相对恒定，而肺泡死腔可随着通气/血流（V/Q）比的改变而显著增加[16，17]。在一项开创性的研究中，Nuckton等人证明， ARDS非幸存者的生理性死腔显著高于幸存者[18]。与ARDS患者一样，COVID-19相关肺炎的特征是分钟通气量和死腔比例增加[19，20]。

      此外，在COVID-19 ARDS患者中，前7天计算的死腔量与死亡率之间存在显著关联[21]。根据对PRoVENT COVID-19研究的二次分析，非幸存者的死腔分数显著高于幸存者，并且在前四天内比幸存者增加更多，这表明重症监护室（ICU）最初一周的动态变化对于评估结局至关重要[22]。这些最近的数据强调了死腔的强大预后作用，并加强了其在ARDS患者中使用的理由。

      校正分钟通气量（VEcorr）是一种简单且易于计算的死腔分数替代值，不需要测量呼出二氧化碳（CO2）。VEcorr是按PaCO2 达到40 mmHg所需的通气量计算的。在机械通气的COVID-19 ARDS患者中，Fusina等人发现VEcorr与死腔分数之间存在强相关性，非幸存者的 VEcorr 较高，与死亡率独立相关[23]。

      近年来，除了计算死腔分数之外，通气比作为一种额外的易于计算的方法被提出用来估计通气效率[24]。VR 是用预测体重加权后的分钟通气量与动脉二氧化碳的乘积 [24]。这是一个无单位的比值。在ARDS患者中，Sinha等人报道了VR与肺泡死腔之间正相关。此外，VR在非幸存者中比在幸存者中更常见[24]，并且与住院死亡率增加相关（OR 2.07，可信区间[CI] 1.53-2.83）。

      最近Siegel 等人的研究表明，通气比联合入院时APACHE III评分在预测住院死亡率方面的曲线下面积为(AUC)为0.81 (95% CI 0.68 - 0.92)，明显优于单独使用APACHE III评分[25]。ARDS患者俯卧位后前4小时内VR变化可预测机械通气脱机，AUC为0.64（95% CI 0.53-0.75）[26]。

     VR可靠性可能受到静脉混合（Qva/Q）和患者CO2（VCO2）产生量的影响。的确，这两个因素可能会增加肺泡和动脉PCO2之间的差异，后者用于VR计算。Maj等人的研究表明，在大多数Qva/Q损害较大的重症患者中，VR的预测价值降低[27]。为了研究VCO2的作用，Monteiro等人对PETAL-ROSE试验进行了事后分析[28]。作者发现，神经肌肉阻滞（影响骨骼肌CO2生成的一个因素）的存在并未显著影响VR与死亡率之间的关系[29]。

     在机械通气患者中，应持续评估死腔，以及PaO2/FiO2或SpO2 /FiO2比值，作为气体交换受损的额外测量指标。使用更容易计算的替代指标似乎是可靠的，应该鼓励使用这些措施来预测患者的结局。在评估VR时，有严重Qva/Q损害的中重度ARDS患者必须谨慎。在这些情况下，死腔可能被高估。

     另一个估算气体交换效率的参数是计算潮气末与动脉PCO2比（PETCO2/PaCO2），它衡量了静脉混合和肺泡死腔对肺功能的影响。理想情况下，该比率应等于1。Bonifazi等研究表明，从轻度到重度ARDS，PETCO2/PaCO2比值显著降低[30]。此外，PETCO2/PaCO2与计算机断层扫描(CT)测量的无通气组织数量和呼吸顺应性密切相关30]。随后的一项研究揭示了PETCO2/PaCO2比值、肺泡通气量与住院死亡率之间的关系[31]。PETCO2/PaCO2比值每增加0.01，死亡风险降低1%。

      目前，静脉体外膜氧合（VV-ECMO）脱机缺乏明确的标准，通常基于可接受的血气分析和没有过度的吸气努力。在最近的一项多中心研究中，Lazzari等人发现PETCO2/PaCO2比值（截断值为0.83）能够预测脱机[32]。

      机械通气和自主吸气努力可能是有害的。机械功率及其标准化（即，机械功率比）和食管压力的测量对于减少ARDS患者肺损伤至关重要。复张指标有助于充分建立机械通气。

      机械功率是指在给定PEEP下特定体积运动时呼吸系统中消耗的能量。它通常以焦耳每分钟（J/min）表示[33]。这种呼吸系统内的能量耗散在调节和促进呼吸机相关性肺损伤（VILI）中起关键作用。机械功率考虑患者与呼吸机相互作用产生的主要通气变量计算的统一指标。它可以在被动条件下进行评估，并根据通气模式（压力或容量控制通气）使用代数方程进行分类[34]。最新的重症监护机械呼吸机现在提供了直接测量机械功的可能性，与传统的代数方法相比，其精度可接受[35]。

      最近的研究表明，在不同类型的患者中，入院时的机械功率与住院死亡率相关[36-38]。Urner等人进一步探讨了重症监护期间机械功率强度与死亡率之间的关系，发现机械功率大于或等于17 J/min时，每天死亡风险都会增加[39]。Pozzi等人分析了ARDS患者在MV初始三天内通气变量的临床过程，并确定入院时的机械功率比是与重症监护死亡率相关的唯一变量[40]。到第3天，机械功率比、肺泡死腔和PaO2 /FiO2与预后相关。因此，在ARDS患者中，评估机械通气最初几天的通气变量对预测结果至关重要。

      关于机械功率的不同组成部分，Costa等人发现动态组成部分（即，呼吸频率和驱动压力）与死亡率的相关性强于总机械功[41]。然而，相似的机械功率值对肺损伤的影响可能会因通气肺的大小、呼吸系统顺应性或给定PEEP下通气组织量等因素而有显著差异。Coppola等人证明，通过呼吸系统顺应性和通气组织量（根据肺部CT计算出的）标准化的机械功率，可以更好地预测ARDS患者的预后[36]。

      在有创通气期间，保留自主呼吸更具优势。然而，吸气努力的增加与较高的食道负压(Pes)摆动和跨肺正压有关，这可能导致患者自发性肺损伤(PSILI)。PSILI与器官功能障碍和死亡率增加有关。此外，仅通过监测呼吸道压力不能检测出过度的吸气努力。

      计算吸气过程中食道压力的变化(ΔPes)，即吸气开始时的食道压力与其最低值之间的差值，是测量吸气努力的最简单方法。在发生急性呼吸衰竭时，几种无创呼吸支持方法，如HFNC治疗、持续气道正压(CPAP)和无创通气(NIV)，可以改善气体交换，减少吸气努力。Menga等人在一项比较非侵入性呼吸支持的交叉研究中表明，只有头戴式NIV能够减少ΔPes。在一大批接受头戴式CPAP的新冠肺炎ARDS患者中，总压力(定义为患者产生的跨肺压与呼气末气道压之和)与负面结果独立相关。

      通过测量跨肺压，临床医生可以评估肺复张的疗效。为了达到这个目的，评估新冠肺炎ARDS患者的清醒俯卧位的治疗效果是有用的。俯卧位可以减少腹侧肺泡过度充盈和背侧肺不张，从而促进跨肺压的均质化和氧合的改善。此外，正如一组新冠肺炎ARDS患者在头戴式CPAP辅助下所证实的那样，俯卧位显著减少了呼吸功。食道压测量在评估吸气努力和预防PSILI方面的作用日益得到认可，在ARDS患者中这项技术一直被推荐。

      评估吸气努力的另一种可能的方法是使用超声。然而，Steinberg等人在一组46名新冠肺炎ARDS患者中发现，膈肌增厚分数(DTI)、膈肌移动度和食道摆动之间的相关性很差。Poulard等人也有类似的发现。因此，ΔPes监测对于评估接受机械通气辅助的患者的PSILI仍然是必不可少的。

     然而，膈肌超声仍然是预测MV撤机的有效工具，最近的研究加强了这一证据。Mawla等人发现DTI13.5%这个数值可以作为准确预测MV脱机的可能临界值。另一项原创研究显示，在预测拔管成功率方面，不同膈肌超声指标的联合参数在曲线下的面积为0.77。

      Chen等人提出了复张/膨胀比值（R/I比值）作为计算不同PEEP水平下肺复张潜能的非侵入性方法。随后，临床上验证了R/I比值在检测ARDS患者肺复张方面的准确性。在一个先前研究的二次分析中，无论是在仰卧位还是俯卧位，两个PEEP水平的R/I比率都与肺复张相关（通过CT扫描计算验证）。此外，整体数据显示ARDS患者之间肺可复张性的高度异质性，对气体交换、呼吸力学和血流动力学有不同的影响。Zerbib等人报道，R/I比值大于0.62，可以预测COVID-19 ARDS患者的肺可复张性，AUC为0.8。具有高复张性的患者不仅可以改善氧合，还可改善呼吸顺应性，而在具有低复张性的患者中，氧合的增加与心输出量的减少相关。这些数据证实了R/I比值是帮助医生选择适当PEEP水平、改善呼吸力学和氧合、监测血流动力学和心输出量的有价值的工具。

      新的有意思的证据证实：电阻抗断层成像(EIT)可作为ARDS患者PEEP滴定的有效工具。在一篇关于108名COVID-19 ARDS患者的原创文章中，通过递减PEEP试验进行了EIT监测下的PEEP滴定。作者确定了最佳的PEEP为塌陷-过度膨胀曲线的交点。他们还确定了具有最佳通气分布的PEEP水平。有趣的是，研究发现在塌陷-过度膨胀交点处的基于EIT的PEEP与最高顺应性时的PEEP有很好的相关性，而具有最佳EIT通气分布的PEEP高于前者。Jimenez等人表明，基于EIT的PEEP设置可以降低ARDS患者的机械功率，从而有可能减少这一人群的VILI。关于PEEP滴定技术对ARDS患者临床结局的影响，文献中仍然缺乏有力的数据。目前进行一项多中心随机对照试验，正在探究ARDS患者中采用基于EIT的PEEP滴定技术和基于PEEP/FiO2表的PEEP滴定技术在临床结局中的差异。表1 适用于机械通气患者液体反应性预测指标的最新证据。

      PPV 脉压变异率、ΔSVV 每搏变异率的相对变化、ΔPPV 脉压变异率的相对变化、AUC ROC曲线下面积、PLR 被动抬腿、MV 机械通气、CO 心输出量、ETCO2 呼气末二氧化碳、PPI 外周血流灌注指数、ΔScvO2 中心静脉血氧饱和度的变化、ΔIVC 下腔静脉直径变化

      ARDS患者的血流动力学不稳定和低心输出量可能会进一步降低氧输送并促进组织缺氧。增加心输出量的策略通常包括输液和血管活性药物。因此，ARDS患者的血流动力学监测对于优化液体管理和心输出量至关重要。

      如拯救脓毒症运动（Surviving Sepsis Campaign）最近所强调的，对于危重病人来说，静脉补液的首选是平衡晶体液。最近也提出了关于危重病人过度补液风险的观点。开放性与限制性补液策略的选择在降低死亡率方面没有显示出差异。可以证明的是，在接受较少静脉补液的患者中，ICU停留时间和使用机械通气时间方面有所减少。这些结论强调了在机械通气患者中优化液体管理的重要性。

      脉压变化(PPV)和每搏输出量变化(SVV)是液体反应性的公认预测因子，并且已在潮气量大于8 mL/kg的患者中得到验证。实际上，正如缩写词LIMITS（低心率/呼吸频率比值、不规则心跳、低潮气量通气、腹内压增加、开放胸腔、自主呼吸）所指出的，低潮气量机械通气可能会降低这些测试的敏感性。这可能限制它们在保护性通气策略患者（也就是ARDS患者）中的应用。然而，Wang等人最近证明了在潮气量小于8 mL/kg的患者中PPV预测良好。同样，如表1所强调的，Taccheri等人表明，在低潮气量通气（6 mL/kg）的患者中，与基线相比，应用TVc后PPV或SVV增加20%或1个点是低潮气量通气患者液体反应性的良好预测因子。

      正如Lai等人最近报道的，在机械通气时使用高PEEP(> 10 cmH2O)的患者中，降低PEEP（也就是PEEP实验）可能是替代被动抬腿实验(PLR)反映液体反应性的方法。作者表明，无论是PLR还是将PEEP从10降至5 cmH2O，心脏指数的增加都是明显的，具有高灵敏度和特异性（表1）。根据Perez等人的说法，原始论文中研究人群存在低呼吸顺应性，因此这些结果的有效性需要进一步证明。

      中心静脉血氧饱和度（ScvO2）是对于那些没有肺动脉导管或混合静脉氧饱和度（SvO2）不可测的患者，评估氧输送充足性的一种有价值的指标。最近研究对其在机械通气期间的可靠性提出了关注：有研究表明，当胸腔内压力增加时，尤其是在使用高PEEP时，ScvO2和SvO2之间的差值可能会增加。尽管如此，除了ScvO2的绝对值之外，其对诊断性操作后的反应变化可能提供有价值的血流动力学依据。最近的一项前瞻性研究表明，PLR后ScvO2的增加（ΔScvO2）是液体反应性的良好预测因子，并且与心脏指数的增加相关。这些发现和同时发现的临界值（+4%）与Pan等人的荟萃分析结果相当，且其中作者表明，液体复苏（500 mL）后的ΔScvO2可能充分预测液体反应性。另一个可能的液体反应性和心输出量充足性的指标是静脉-动脉二氧化碳差（Pv-aCO2）以及动脉-静脉氧含量差（Ca-vO2）。在COVID-19患者中，Pv-aCO2与Ca-vO2的比值与死亡率显著相关，AUC为0.89（95% CI 0.598–0.774, P = 0.001）。作者发现的最佳临界值为2.1 mmHg/mL。

      左心室流出道（LVOT）速度时间积分（VTI）的数据可以半连续地测量液体复苏或被动抬腿后的每搏输出量(SV)及其变化(ΔSV)。因此，对于液体反应性的评估，它是一种有价值且得到过充分验证的方法。最近，在一组外科患者中已经证明了LVOT-VTI时间变化与液体反应性的其他参数(如PPV)有很好的相关性。然而，LVOT-VTI的测量并不容易，可能会受到操作者之间操作差异的影响。颈动脉收缩-舒张期(CSD)血流的测量最近被证明是LVOT-VTI的有效替代指标，更容易测量。这一数值用来评估液体反应性的意义和价值需要进一步的研究验证。

      下腔静脉内径的呼吸变异度(ΔIVC)很容易在胸腔超声中被测量出来，而不需要太多超声专业知识。它可能提供有关心脏前负荷的重要信息。然而，在潮气量较小的患者和自主呼吸的患者中，其敏感性较低。Taccheri等人表明，与PPV和SVV类似，ΔIVC可能适用于低潮气量机械通气的患者，从而增强了它们对ARDS患者的适用性。作者发现，在预测液体反应性方面，当应用潮气量小于6mL/kg时，TVc或PLR后的ΔIVC对应的AUC值分别为0.76和0.86（表1）。

      毛细血管再充盈时间（CRT）是一个简单易评估的外周组织灌注和微循环指数。与仅监测乳酸水平相比，监测危重病人的CRT可以减少器官功能障碍和死亡率。在一项前瞻性观察性研究中，Raia等人表明，在接受500mL液体复苏后CRT的下降与液体反应性有直接相关性。测量的总体变异性中有很低的比例（0.5%）是由操作者依赖性（判读者内部变异性）造成的，因此强调了这一无创参数在评估液体反应性方面的可靠性。在血管舒张性休克患者中使用CRT时必须小心。Fage等人表明，在脓毒症患者中，CRT的下降与液体或血管活性药物管理之间的相关性仅在平均动脉压（MAP）或心指数（CI）显著增加时才是一致的。相反，在与基线相比MAP和CI增加少于15%的患者中，CRT与液体和血管活性药物反应性的相关性较差。CRT是微循环功能障碍的一个间接指标。在282名危重病人中，使用侧流暗场成像技术强调了CRT和微循环障碍之间的相关性。CRT与微血管流量指数（MFI）独立相关。入住ICU时CRT较高的患者死亡率较高。在COVID-19相关ARDS患者中也描述了类似的发现，尽管血流动力学稳定且乳酸水平正常，但CRT和微循环指数（如MFI）受损，导致组织灌注改变。

      因此，CRT是评估液体反应性的有价值且易于测量的参数之一，必须鼓励其使用，但在血管舒张性休克患者中要小心。在后者中，由于敏感性降低，监测CRT以测试液体反应性可能导致假阴性结果。

      在ARDS患者中，有害的机械通气结合液体正平衡可能会加重肺损伤。因此，在这些患者中，详细的呼吸和血流动力学监测至关重要。

    SpO2/FiO2比值可有效替代PaO2/FiO2比值以评估气体交换。校正的分钟通气量和通气比是估计死腔分数的两个有价值的替代指标，它们在ARDS患者中的预后价值得到了广泛认可。机械功率直接测量机械通气传递给肺部的能量，因此能够预测使用侵入性通气患者的VILI。由于其算法可以直接在机械通气装置中实现，所以它易于计算。在进行无创机械通气的患者中，食管压力的测量对于评估P-SILI至关重要。

      除了呼吸变量监测外，液体管理对于检测VILI也很重要。动态液体反应性指标也适用于进行低潮气量保护性机械通气的患者。越来越多的研究证明了PLR或液体挑战后的测量ΔscvO2和CRT的有效性。这些易于评估的参数在呼吸衰竭患者中的作用可能越来越重要，特别是在无法加强监测的不利环境中。