翻译：许佳昕 王甦 医师
总结
长期以来，机械通气被认为是急性呼吸窘迫综合征患者最重要的治疗方法。与肺保护性通气相比，关于肺开放策略（主要包括肺复张和高PEEP）的争论从未得到解决。就这种积极策略的有利及不利影响来看，肺复张的评估对于重症监护医师做出临床决策至关重要。本综述旨在阐明在使用压力-容积曲线或环法和呼气末肺容积-呼吸系统静态顺应性法时，如何基于呼吸力学评估肺复张的潜力。然而，不能忽视它们在过度概括、准确性和确定截止值方面的局限性。最后，未来的研究需要将这些经典方法与新发明的技术相结合，以实现更安全、更有效的肺复张。
介绍
人们普遍认为ARDS是一种异质性疾病，其特点在于临床、病理和生理方面存在明显的患者间差异，这凸显了个性化治疗的重要性。1 由于缺乏有效的药物治疗，机械通气仍然是这种危及生命的呼吸衰竭的关键治疗手段。肺保护策略，如低潮气量（4-8mL/kg理想体重）和限制平台压（≤30cmH2O），都是目前的监护标准。2 然而，限制通气易使患者发生肺不张，这是人工通气时的主要问题。
1992年，Lachmann3首次提出了这一观点，规避剪切应力（即不张损伤）需要“打开肺并保持肺张开”。这个概念现在被概括为肺开放策略，主要是包括肺复张和高PEEP。与许多实验研究4，5、观察性临床研究6和临床试验7证实的肺保护策略相反，大多数旨在证实肺开放概念的临床试验8-11失败了。尽管使用肺开放策略可能会重新打开塌陷的肺单位12，13，但患者仍面临循环衰竭和呼吸机相关肺损伤（VILI）的威胁。14因此，这些临床试验是否能产生积极的结果（即提高生存率）取决于获益是否超过潜在的不良事件。因此，在实施该策略之前，应优先考虑肺复张的评估。
遵循P-V曲线的气体空间关闭和重新打开
自20世纪60年代首次描述这种综合征以来，有一致的观点认为，从生理学角度看，ARDS的两个显著特征是呼吸系统顺应性降低和可通气肺区的减少。26然而，在ARDS肺中经常被描述的肺陷闭却没有受到足够的关注。27,28叠加压力被认为是导致肺泡闭合和重新开放的因素之一，最初由Gattinoni等人29,30在他们基于CT的研究中提出，其定义为在给定肺水平上由重力决定的压力叠加了静水压。因此，在ARDS中，不同垂直高度的肺区受到不同的跨肺压影响，这种影响会因ARDS肺重量的增加而得到加强。在这种情况下，先前坍塌的肺单位在特定压力范围内出现重新通气的观点是成立的。
根据传统观点，P-V曲线的充气支是S形的，可以分为3段：第一部分的斜率始终很低，直到达到某一点，被称为低位拐点；之后，斜率（即顺应性）突然增加，形成近似线性的第二部分。最后，在较大的容积和压力范围超过高位拐点时，斜率迅速下降，趋近于零。31 五十年的研究表明，复张发生在整个充气支上。31-33 通常来说，先前已经通气的肺单位持续充气，且微小的复张也一直存在于从加压开始到这个临界的压力点（例如低位拐点），而过此点意味着开始显著的复张。有大量证据表明，P-V曲线的充气支在没有明显低位拐点的情况下15,34或具有凸面向上的情况下12,13通常意味着对复张的反应有限。因此，我们很容易推测越平坦的第一部分表明通气肺单位越少，且复张需要更高的压力表现为第一部分更长。假设低位拐点为零，则开放压力最好分布在较高的压力范围内，其暗示了再充气所需较高的压力（图1）。因此，这种情况和最近进展（即气道开放压力），后面将详细描述（见基于EELV和静态CRS的肺复张评估），可能会挑战经典的S形曲线。
最初由Mead等人35在1957年提到，P-V环上的滞后现象是由于肺单位在塌陷后再充气所需的压力要比在放气期间保持开放所需的压力高得多，用示意图表示为与肺大小相关的P-V环曲线包围的面积。36 实际上，滞后现象可以被视为能量耗散，换句话说，吸气期间产生的能量在呼气期间无法恢复。37 滞后比，用滞后面积占矩形包围曲线面积的百分比表示，可以在不考虑肺大小的情况下进行患者间滞后的比较（图2）。21 导致滞后现象的主要机制包括肺复张和肺不张，38 应力适应（即粘弹性肺在持续变形下不能保持恒定的应力），39 表面张力，40 以及气道和回路的阻力。41-43 因此，P-V环中的滞后面积象征着肺复张，这已被大量实验室44-46 和临床研究34,47证实，Hickling48在他的数学模型中也提出了类似的推论。
图1 根据气体空间阻塞的程度和位置的压力-容积(P-V)关系。下方图示显示了出现在气体空间不同位置的严重程度不同的障碍物，而上方显示了相应的P-V曲线。A：和B：ARDS肺的P-V曲线，具有不同程度的气体空间关闭，(B组有更严重的气体空间阻塞，这表明第一段更长更平坦)。C：完全气道关闭和相应的气道开放压力。D：当大气道发生气道完全关闭，导致气体被困在闭合回路中，同时远端气道关闭时，P-V曲线可能出现2个拐点。第一个拐点表示气体开始通气肺单位的点。相反，第二个拐点(即低位拐点)表示明显复张的开始。
图2 滞后环的说明性例子。滞后面积是围在压力-容积(P-V)环的充气和放气支之间的面积。滞后比定义为滞后面积除以包含滞后环的矩形面积。FRC：功能残气量。
基于呼吸力学的方法的基础
基于呼吸力学的方法去评估肺复张可以追溯到1981年。基于21名急性呼吸衰竭患者，Katz等人49认为PEEP引起的EELV变化由两个组成部分组成：一个是发生在一个呼吸周期内已经充气的肺的弹性膨胀，并在呼气末保持开放状态，另一个部分是肺容积的时间依赖性增加，他们描述为“滞后样”效应，与之相关的可能机制有肺复张、表面张力和应力适应。这个观点是多重P-V曲线法和EELV–静态CRS方法的基石，后面将进行详细说明（见基于P-V曲线或环的肺复张评估，基于EELV和静态CRS的肺复张评估）。
此外，多重P-V曲线和EELV–静态CRS方法基于一个假设，即PEEP不影响功能残气量（FRC）。Valta等人50在1990年代首次在9名ARDS患者中使用呼吸感应体积描记法验证了这一点。后来，Ranieri等人13和Dellamonica等人23分别通过使用呼吸感应体积描记法和改良的氮气洗出/洗入技术，分别在其ARDS队列中证实了这一点。在更近期的一项研究中，Patroniti等人51通过使用氦稀释法测量了FRC的绝对值。他们发现，经过10秒的延长呼气从PEEP到零PEEP，PEEP引起的肺泡复张的清除是不完全的，因此忽视它可能会低估肺泡复张。对于这种差距可能的解释是，在使用气体示踪相关技术测量ARDS中FRC的绝对值时存在的一些测量误差增加了其可变性。52,53
基于P-V曲线或环的肺复张评估
多重P-V曲线方法。在1990年代初，基于Katz等人49，Ranieri等人12在他们的经典临床研究中计算了复张容积，其等同于在不同PEEP水平下获得的两个P-V曲线之间相同的弹性反冲压力（20 cm H2O）下的容积差异（图3A）。从那时起，多重P-V曲线法已经流行了几十年，甚至现在仍然被用作评估新发明方法可靠性的参考。22-24
基于滞后面积的方法。自从最初提出肺开放策略以来，关于确定适当人群的争议一直存在。除了PEEP的选择外，肺复张操作的应用应仔细审查。Demory等人47测量了在肺复张操作期间的复张容积，即维持峰压所需的额外充气量与理想体重之比。将这个复张容积与另一个被定义为滞后面积除以理想体重的指标进行比较，两者间存在显著的关系。最近，Chiumello等人21使用CT作为参考，发现滞后比使临床医生能够区分对肺复张的不同反应。
图3 基于呼吸力学的方法原理图：黑线表示低PEEP时的P-V曲线，灰线代表气道未完全闭合患者高PEEP时的P-V曲线。它们的压力-容积(P-V) 曲线(A)为单一拐点(即低位拐点)。采用多重P-V曲线法计算的肺复张容积，相当于在给定的弹性反冲压力(如高PEEP)下，从不同PEEP水平描记的P-V曲线的差异。实际上，采用呼气末肺容积(EELV)和呼吸系统静态顺应性(CRS)的方法获得的数值与用多重P-V曲线法的相同。然而，对于气道完全关闭的患者，在其P-V曲线(B)充气支可能检测到2个拐点，第一个拐点对应的压力为气道开放压力，第二个拐点为典型的低位拐点。在这种情况下，使用多重P-V曲线法测量的复张容积无疑与未完全气道关闭的患者相同。此外，使用EELV-静态CRS方法计算的复张容积应根据Chen等人的观点进行校正，即消除顺应性极低的第一段是必要的。FRC：功能残气量，LIP：低位拐点，Vrec：复张的肺容积。
基于EELV和静态CRS的肺复张评估
为了量化Katz等人49提出的PEEP引起的时间依赖性的容积变化，Gattinoni等人25首先通过零PEEP时确定的顺应性计算了PEEP诱导的预测容积增加(即预测的ΔEELV)。根据Katz等人49的理论，这相当于已经打开的肺的弹性膨胀。因此，在不考虑表面张力和应力适应的情况下，复张的容积计算为呼气结束时测量到的容积 (即实测的ΔEELV)减去预测的对应容积(即预测的ΔEELV)(图3A)。25描述这些计算的方程如下:
ΔEELV measured=EELV at high PEEP-EELV at low PEEP （1）
static CRSat low PEEP=tidal volume/（plateau pressure at low PEEP - low PEEP） （2）
ΔEELV predicted=（high PEEP-low PEEP）×static CRS at low PEEP （3）
recruited volume =ΔEELV measured-ΔEELV predicted （4）
最近，delamonica等人23发现，根据EELV -静态CRS方法计算的复张容积与使用多重P-V曲线法测量的复张容积具有良好的相关性。
除ΔEELV外，以上所有参数均可直接显示在呼吸机屏幕上，也可通过吸气末屏气或呼气末屏气测量。有三种一般的方法可以得到ΔEELV。第一种是与示踪气体相关的方法，包括闭路氦气稀释技术54和多次呼吸开路洗脱技术55，该技术已在现代市售ICU呼吸机许可中实施，用于床边EELV量化。第二种是单呼吸法，其过程是将呼吸频率降低至6-8次/min，达到延长呼气时间后，测量的ΔEELV等于PEEP降低前后的呼气潮气量之差(图4)。12，13，22，25不可否认，这两种方法在EELV -静态CRS法中最常用，22,25它们都与通气有关，考虑到肺陷闭在ARDS肺中并不罕见，忽略这一问题可能不可避免地导致对实测ΔEELV的低估。第三种是基于形态学的方法，由CT和EIT组成，其断层扫描分别基于密度和阻抗差异，可能是比其他方法更可靠的代表；然而，它也有一些固有的缺点。56，57
最近，Chen等人22报道了ARDS肺中气道完全闭合的患病率相对较高(近三分之一)。如果观察到这样的气道完全闭合，则必须对根据EELV-静态CRS方法计算的复张容积进行校正，并且只有将低PEEP替换为式(1)和式(4)中的气道气道开放压力才能避免伪影。如果发生急性呼吸窘迫综合征，“婴儿肺”的可复张部分和不可复张部分被统称为异质性ARDS肺。可复张部分的再膨胀使“婴儿肺”容易过度膨胀。因此，我们提出了一个新的指标，即复张-膨胀比，计算为复张肺与婴儿肺的顺应性之比，以确定肺复张能力并监测VILI的风险。此外，忽略肺陷闭将导致总PEEP被低估，这使得驱动压的测量存在问题。什么是完全气道关闭和气道开放压力？他们在一些患者中观察到，P-V曲线初始部分的斜率非常低，这与呼吸机回路的顺应性(2.4 mL/cm H2O)相对应，直到曲线超过一个临界压力点，称为气道开放压力，并且在越过它后斜率突然增加(图1C)。此外，通过独立于P-V曲线的压力和容积曲线，可以在呼吸机屏幕上识别气道开放压力。
图4 进行单次呼吸法时流量、气道压和容积的时间描记。EELV：呼气末肺容积，VTE：呼出潮气量。
基于呼吸力学方法的缺陷
基于呼吸力学的方法被许多研究人员认为是床边评估肺复张潜力的简单工具。有些方法论上的缺陷是根深蒂固的，至今还没有解决。首先，与基于形态学的方法相比，呼吸力学只能提供全局信息。然而，考虑到ARDS的肺异质性，区域力学分析很重要。16，18其次，基于呼吸力学的方法的准确性自最初引入以来一直受到质疑。对于多重P-V曲线方法，由于根据以往基于ct的研究24，在吸气过程中，肺复张与充气同时发生，且先前充气的肺区域过度充气，增加的容积不仅包括复张引起的容积变化，还包括进入已通气单元的气体。同时，从Katz等人49的观点来看，这种由PEEP升高引起的“滞后样”容积上升也与表面张力和应力适应(即粘弹性)有关。综合考虑这两个方面，可以得出实际复张量被高估的结论。
考虑到基于滞后面积的方法，在精确评估肺复张时，不能忽视由表面张力、应力适应和气体运动摩擦阻力引起的滞后。此外，在使用这两种方法进行肺复张分析时，必须重视胸壁和肺成分的分割。对于EELV-静态CRS方法，Gattinoni等人25最初提出的原始方程使用低PEEP的顺应性来预测计算ΔEELV。如图3A所示，低PEEP的P-V曲线可能出现明显的地位拐点，因此顺应性变化较大，这使得ΔEELV的测量存在问题。Chen等人58对原始方程的调整是基于气道开放压力对应的拐点不同于典型的P-V曲线充气支下拐点的说法。然而，当考虑到第一部分较低的斜率意味着肺通气能力较差时，可以想象，气道完全关闭是最严重的气体陷闭模式。它存在于大气道中，引起呼吸机回路中的气体阻塞，而不是使肺单位膨胀。此外，气道完全关闭和小气道陷闭可能共存，在充气肢中表现出两个拐点(图1D和3B)，这是之前报道过的。59因此，Chen的对曲线第一段进行打折扣的替换法是有争议的。22
第三，高复张和低复张的识别是基于给定人群的中位数。delamonica等人23将高复张定义为计算出的复张量高于中位数，反之亦然。他们发现73%的ΔEELV/FRC可以作为准确度可接受的高/低复张的临界值(灵敏度为80%；特异度为80%)。23在Chen等人22的研究中，使用复张量与膨胀率的中位数(即0.5)将人口分为高复张和低复张。Chiumello等21研究了滞后面积在肺复张中的预后作用。根据CT，肺组织复张的中位数为25%，被用于将受试者分为高复张和低复张进行接受特征分析。滞后面积预测肺复张的理想临界值为28%，尽管判别能力不够理想，平均敏感度和特异度分别为75%和77%。21因此，这种简单武断的区分高复张和低复张的二分法是无效的，需要进一步的研究来更好地确定分界值。
基于呼吸力学方法未来的发展方向
肺复张能力的评估同时，潜在的VILI值得密切监测。Dellamonica等23计算了不同PEEP水平下的应力及其差异(即PEEP诱导的应力)，以预测可能的VILI。后来，Chen等人22在监测PEEP引起的“婴儿肺”过度膨胀的同时，基于单一参数(复张量/膨胀率比值)完成了复张评估。最近在机械动力方面的进展为避免VILI开辟了一种可能的新方案60，但使用与能量相关的滞后衍生指数来区分高和低复张有待进一步发展。如前所述，除肺复张和去复张外，滞后面积的大小与其他因素有关；因此，必须区分复张成分和粘弹性成分，以优化肺复张能力的评估，并识别潜在的VILI。
一个可能的解释是，考虑到临床医生有不止一种可行的操作时，肺复张对这些操作的反应应该单独评估。上述基于滞后面积的方法模拟了一种常用的持续膨胀策略。然而，另一个应该强调的操作是增加和减少PEEP试验。61 用示意图表示就是潮汐膨胀和紧缩的P-V曲线。48，62如何用潮汐P-V曲线评价复张能力值得进一步研究。综上所述，当患者根据基于滞后面积的方法被确定为高复张潜力时，他们可能更适合持续膨胀策略;循序渐进的复张策略可能不适合他们。
当考虑到所说明的情况时，基于呼吸力学的方法仅表达了整体力学行为，而不能描述ARDS肺的异质性。CT和EIT使得获取区域力学信息成为可能。15-18CT被认为是评估肺复张能力的理想方法。然而，无法实施和辐射暴露限制了其应用；此外，基于CT的量化尚未达成共识，这可能导致结果不一致。EIT具有无创和无辐射的特点，可用于实时生成胸部电阻抗变化地图。由于气体体积变化与EIT测量的区域阻抗变化之间的紧密联系已被证实，65,66因此当阻抗变化被测量并同时记录了相应的气道压力时，临床医生可以绘制区域P-V曲线。因此，将EIT与传统的P-V曲线相结合的方法受到了广泛的关注。16，18然而，在许多ICU中，EIT的使用尚未纳入常规临床实践。
总结
基于呼吸力学的方法是一种可用的床边工具来评估肺复张特性，尽管其理论基础存 在一些内在的局限性。根据最近的开创性研究，人们的注意力已经转向了这种基于生理学的方法。VILI监测、个体对不同肺复张动作的反应以及不同方法的联合应用值得进一步研究。
原文链接：
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37072160/
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