在急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者中，机械通气可通过多种机制导致呼吸机诱发肺损伤（VILI），包括容积伤、气压伤、不张伤、萎陷伤和生物伤。在最严重的 ARDS 中，尽管机械通气量和压力受到限制，但婴儿肺越小，通气不安全的可能性就越大。为了进一步限制机械呼吸机传递到肺部的能量，有人提出了 "超肺保护 "通气，即降低潮气量（≤4 ml/kg）、呼吸频率（＜20 次/分钟）和气道压（平台压＜25 cmH2O，驱动压≤15 cmH2O）。然而，如果不使用体外生命支持（ECLS）设备进行体外气体交换，这一策略可能会导致严重的呼吸性酸中毒。静脉体外膜肺氧合（VV-ECMO）是 ECLS 的一种形式，可提供全面的体外血液氧合和二氧化碳清除，从而替代肺功能。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（RCTs）和荟萃分析中，VV-ECMO 可为患者带来生存益处。然而，ECMO 的最佳机械通气设置仍存在争议。在这篇叙述性综述中，我们总结了目前对接受 VV-ECMO 治疗重度 ARDS 患者进行机械通气管理和监测的知识、原理和证据。我们还将讨论该领域的研究议程。
ECMO 标志性试验中的通气策略
有关 ECLS 期间最佳机械通气设置的数据很少（表 1）。因此，目前的建议都是基于专家意见和极少数具有里程碑意义的试验结果。Gattinoni 等人在一项非对照系列研究中首次提出了 ECLS 期间肺休息的概念，在该研究中，ARDS 患者通气时的吸气峰值压力限制在 35-45 cmH2O 以下，呼吸频率较低（<5/min），呼气末正压（PEEP）设定为 15-25 cmH2O。在 CESAR 试验中，患者被随机分配在其所在中心接受常规治疗（90 名患者）或转诊至 ECMO 中心考虑接受 ECMO 治疗（90 名患者），在 ECMO 治疗中采用 "肺休息 "策略（压力控制模式，吸气峰值压力限制在 20-25 cmH2O，PEEP 10-15 cmH2O，呼吸频率 10/分钟，吸入氧饱和度 [FiO2] 0.3）。虽然 ECMO 组 6 个月后的死亡率或严重残疾率较低，但该研究因其方法上的局限性而受到批评。特别是，只有 75% 的转诊患者接受了 ECMO，而只有 70% 的对照组患者使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 或传统保护性机械通气。ECMO 组的超保护通气采用辅助控制模式（减少潮气量以获得≤24 cmH2O 的平台压，PEEP ≥10 cmH2O，呼吸频率 10 至 30 次/分，FiO2 0.3）或气道压力释放通气（APRV；高压≤24 cmH2O，PEEP ≥10 cmH2O，吸气与呼气时间比为 1:2，FiO2 0.3）。在随机分组后的数小时内，ECMO 患者的潮气量（6.0 ± 1.3 对 3.5 ± 1.0 ml/kg）、平台压（30 ± 6 对 24 ± 3 cmH2O）、驱动压（18 ± 7 对 13 ± 2 cmH2O）和呼吸频率（30 ± 5 对 23 ± 2 次/分）显著下降，而 PEEP（12 ± 4 对 11 ± 3 cmH2O）保持不变。ECMO 组的死亡率较低（35% 对 46%），但这一差异未达到统计学意义（P =0.07）。
有 ECMO 经验的中心的现行做法
2013 年对 283 家体外生命支持组织（ELSO）注册中心的 141 名医务主任和 ECMO 项目协调员进行的一项国际横断面调查显示，只有 27% 的中心为 VV-ECMO 患者制定了明确的机械通气方案。这些中心中的大多数（77%）将 "肺休息 "作为机械通气的主要目标，而 9% 的中心将 "肺复张 "作为其通气策略。76% 的受访者将潮气量设定在 6 ml/kg或更低，但只有 34% 的受访者将潮气量设定在 4 ml/kg以下。77% 的患者 PEEP 低于 10 cmH2O。最近，LIFEGARDS（体外膜氧合治疗急性呼吸窘迫综合征患者的通气管理）是第一项前瞻性研究，专门用于描述经 ECMO 治疗的 ARDS 患者的通气管理。LIFEGARDS 包括一个国际多中心队列，共有 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，超保护通气被广泛采用，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）显著降低。大多数患者的 PEEP（12 ± 4 vs. 11 ± 3 cmH2O）保持在 10 cmH2O 以上。然而，在 ECMO 头 2 天的呼吸机设置与存活率之间的多变量分析中没有发现任何关联。
潮气量
减少潮气量是限制机械呼吸机对肺部造成的应力和应变以及由此导致的 VILI 的基石。在酸性物质诱发肺损伤的大鼠模型中，在 PEEP 水平不变（10 cmH2O）的情况下，将潮气量从 12 ml/kg降至 6 至 3 ml/kg，可减少肺水肿和肺损伤，并增强对肺泡上皮的保护。事实上，由于体外二氧化碳清除（ECCO2R）装置清除的二氧化碳不足以控制呼吸性酸中毒，导致潮气量减少有限（6.3 至 4.5 ml/kg），这可能是 REST 试验未能改善 ARDS 患者预后的原因。相比之下，ECMO 可使随机 ECMO 组患者的潮气量减少更多（<4ml/kg）。相比之下，在 EOLIA 试验中随机加入 ECMO 组的患者和在 LIFEGARDS队列中的患者。体外循环指南》建议将潮气量目标设定为小于 4 ml/kg。体外生命支持组织 (ELSO) 的指南中建议将潮气量控制在每公斤 4 ml以下。
平台压
平台压很容易在床边测量，在 ARMA 试验发表后受到广泛关注。REVA 网络对甲型 H1N1 流感相关 ARDS 的研究报告显示，启动 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，VV-ECMO 第一天较高的平台压（>25 cmH2O）与死亡率显著相关（几率比 [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 是目标压力，也是 ELSO 推荐的目标压力。
驱动压
驱动压是平台气道压力减去 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 ARDS 患者的肺功能减退（即婴儿肺）。对之前的 RCT 和后续研究进行的事后分析表明，驱动压力是预测 ARDS 患者死亡率的一个重要指标，驱动压>14 cmH2O 与较高的死亡风险相关。对接受 ECMO 的 ARDS 成人患者的观察性研究进行的单个患者数据荟萃分析表明，驱动压是唯一显示与院内死亡率有独立关联的通气参数。在这种情况下，将 VV-ECMO 的驱动压设定为小于 14 cmH2O 似乎是可取的，目前在 ECMO 容量较大的中心得到应用。
呼吸频率
肺塌陷和扩张的频率，即呼吸频率，是造成 VILI 的原因。在 ARDS 猪模型中，Grasso 等人评估了降低呼吸频率结合 ECCO2R 的益处。在固定潮气量（6 ml/kg）下，降低呼吸频率可减少生物伤，同时保持肺通气。LUNG SAFE 研究的二次分析也证实，呼吸频率越高，院内死亡率越高。最近，Costa 等人在一个包含 4549 名 ARDS 患者的回顾性汇总数据库中证实，只有驱动压力和呼吸频率与死亡率有显著相关性。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 EOLIA（23 ± 2）和 LIFEGARDS 研究（14 ± 6）中报告的 ECMO 呼吸频率更高。然而，在超肺保护通气期间，可能需要最低呼吸频率（4 次/分钟）来维持肺容量和避免去复张。
机械功
机械功率代表呼吸机向呼吸系统输送的能量。它是跨肺压、潮气量和呼吸频率的函数，当大于 17 焦耳/分钟时，它与 ARDS 患者的死亡率呈独立相关。通过在 ECMO 期间应用超肺保护通气，可显著降低机械功。事实上，在 EOLIA 试验中，与对照组相比，ECMO 组的机械功率明显降低（10 J/min 对 28 J/min），潮气量和呼吸频率分别降低了 43% 和 23% 。同样，在 LIFEGARDS 队列研究中，ECMO 启动后，平均机械功从 26 J/min降至 6.6 J/min。虽然机械功的概念有一些局限性，但它可以量化所有可改变的机械通气设置（潮气量、呼吸频率、驱动压、PEEP、吸呼比、吸气流量）对 VILI 的影响。虽然其计算有助于指导当前的实践（图 1），但 ECMO 患者应在多大程度上减少机械通气量？尽管其计算有助于指导当前的实践（图 1），但 ECMO 患者应在多大程度上降低机械功仍未确定。
图 1 体外膜氧合（ECMO）前传统保护性通气与 ECMO 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-气道压力释放通气，RR 呼吸频率，PEEP 呼气末正压，PBW 预测体重，Vt 潮气量，FiO2 氧气吸入分数，Pplat平台压，∆P 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？
将潮气量降至低于 4 ml/kg可能不足以防止机械通气对受损和不均质肺造成的过度应变（定义为潮气量/呼气末肺容积），最近在一项随机交叉生理学研究中提出了这一点，该研究针对 10 名接受 VV-ECMO 的 ARDS 患者进行。在这项研究中，尽管呼吸系统顺应性低的患者的平均潮气量为 2.4ml/kg，但发生生物伤和 VILI 的风险仍然很大。具体而言，在机械通气过程中，吸气压力的变化与血浆生物标志物（高级糖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（CPAP）模式（10 cmH2O）下，无潮气通气时生物伤最小。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 的重度 ARDS 患者的肺保护性通气与呼吸暂停通气进行了比较。尽管驱动压较低（11.9 ± 5.8 cmH2O），但超肺保护通气与应力、应变和机械力的增加有关。在使用 VV-ECMO 支持的 ARDS 大型动物模型中，近乎于 在使用 VV-ECMO 支持的大型 ARDS 动物模型中，与传统通气策略相比，近乎呼吸暂停的通气（驱动压 10 cm H2O，PEEP 10 cm H2O，呼吸频率 5/min ）也与肺损伤和纤维增生的减少有关。虽然窒息通气可能是减少 ECMO 期间 VILI 的最终策略，但在广泛采用之前，还需要更多的数据和更大规模的以患者为中心的结果研究。此外，还应评估窒息通气的局限性。肺循环的缺失可能会造成短期和长期的生理后果，可能需要更深层次的镇静，有时还需要持续的神经肌肉阻滞来控制呼吸驱动和随后的患者自伤肺（P-SILI）。该技术还要求 VV-ECMO 循环中的血流量更高，以达到充分的氧合，这可能会导致并发症，如 溶血等。
保留自主通气和膈肌功能以减少 P-SILI?
通过允许自主呼吸运动来保留膈肌功能可能有助于从机械通气中撤机，因为在机械通气中膈肌短时间（18 到 69 小时）不活动与跨膈肌压力降低 55% 以及人类慢速和快速膈肌纤维明显萎缩有关。另一方面，在呼吸驱动力强和肺顺应性低的患者中，自主呼吸可能与强大的呼吸努力和跨肺压升高有关，并导致 P-SILI 。虽然从受控通气转为辅助自主通气有多种益处（肌肉功能保护、减少镇静、改善血流动力学），但对于接受 ECMO 的最严重 ARDS 患者而言，在保持（部分）膈肌活动的同时最大限度地减少 P-SILI 具有挑战性。在这种情况下，既能控制平台压和驱动压，又允许非同步自主呼吸的 APRV 模式可能很有价值。
与任何干预措施一样，超肺保护通气策略并非没有风险。事实上，由此导致的平均气道压下降可能会引起肺脏去复张、肺不张和生物伤。严重受伤的肺也可能同时出现肺塌陷和过度张力。有趣的是，在一项针对 ECMO 专家的国际调查中，77% 的患者 PEEP 低于 10 cmH2O，ELSO 指南建议在 ECMO 支持期间使用适度的 PEEP（10 cmH2O）。然而，ARDS 患者的最佳 PEEP 可能因人而异，取决于多个因素（肺泡复张性、胸膜压力、体重和血流动力学），而且在疾病过程中可能会迅速变化。为特定患者选择适当的 PEEP 和特定的 。因此，"一刀切 "的战略很可能不会有任何临床益处。最近介绍了几种方法来指导帮助临床医生在ECMO超保护通气过程中对 PEEP 水平进行个性化调整（图 2）。
图.2 设置静脉体外膜氧合（VV-ECMO）呼气末正压的工具。RCT 随机对照试验，CT 计算机断层扫描。
电阻抗断层扫描引导策略
电阻抗断层扫描（EIT）可在床旁对肺部进行单独、无创伤、无辐射成像，并对肺部进行整体和区域动态分析。该技术以图形显示肺通气的区域分布，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，区分通气和不通气的肺泡单位。因此，PEEP 的滴定可在 EIT 的指导下进行，以确定将肺塌陷和过度膨胀降至最低的最佳设置。Franchineau 等人在一系列 15 名 ECMO 患者中，EIT 得出的患者 "最佳折衷 "PEEP 存在很大差异，7、6 和 2 名患者的 PEEP 值分别为 15、10 和 5 cmH2O，而 PEEP 20 和 PEEP 0 从未被选中。通过 EIT 评估每个肺内和两个肺之间气道开放和关闭的分布是通气的关键。生物伤 AiCLOSE 研究（ClinicalTrials.gov Identifer：NCT05196074）
EIT 有几个局限性值得一提。首先，该技术只能对特定肺区进行横断面评估，可能与全肺不同，而且只能捕捉腹背区域的通气分布。其次，该技术需要特定的设备，而这些设备目前仍未普及，且数据采集耗时较长。最后，在确定最佳 PEEP 水平的 EIT 目标参数方面仍缺乏共识。这种以 EIT 为指导的通气策略对进一步降低 ECMO 期间 VILI 的益处值得进一步研究。
跨肺压指导策略
平台压是对肺部产生压力的压力梯度（即跨肺压）的代用指标。由于胸膜压力与食道压力相关，因此可以使用食道压力计来计算呼气末跨肺压。这种压力指导下的 PEEP 优化策略可以限制不张伤，并将肺过度潴留的风险降至最低。它已被用于确定 ECMO 的候选者（即尽管有最佳 PEEP，但仍存在难治性低氧血症）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通气（n = 52）或肺休息策略（n = 52）。与肺休息组相比，跨肺压引导组的撤机成功率更高，60天死亡率显著更低（33%对54%，p=0.03），ECMO持续时间更短（p=0.004）。然而，在 ARDS 患者中，跨肺压引导策略仍存在争议，EPVent-2 试验的结果也不支持该策略 。
其它方法
肺部超声可用于指导ARDS患者的机械通气设置，并评估床边肺功能恢复。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诱导的呼气末肺容量的增加相关，在一系列18名接受ECMO的患者中，肺超声评分的改变也与计算机断层扫描数据显著相关。
肺复张率（R/I）是最近开发的一种评估肺复张潜力的工具。它被计算为在应用高PEEP后募集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。该参数可以在任何ICU呼吸机的床边轻松测量，并有助于优化呼吸机设置，尤其是PEEP。到目前为止，在潮气量非常低的ECMO期间，还没有对这个参数进行研究。
俯卧位是中重度ARDS的一种有效的一线干预措施，在考虑ECMO之前应被视为强制性的。然而，尽管ECMO的使用越来越多，特别是在2019冠状病毒病（新冠肺炎）大流行期间，ECMO期间的这一程序仍然存在争议。几项观察性研究和最近的一项荟萃分析表明，ECMO期间的俯卧位是可行、安全的，可以加强ECMO的撤机并改善结果。到目前为止，缺乏随机对照试验、对意外拔管的恐惧以及对护理人员进行常规培训的困难仍然是在ECMO患者中推广使用的障碍，尤其是在ECMO容量低的中心。正在进行的PRONECMO随机对照试验（ClinicalTrials.gov Identifer:NCT04607551）的结果可能有助于阐明ECMO患者俯卧位的适应症。
对于ECMO支持的ARDS患者的氧合、二氧化碳或pH的管理，没有循证指南，低氧血症和高碳酸血症的安全限度也没有得到很好的确定，尽管低氧血症和高碳酸血症都与死亡率增加有关。EOLIA试验中实施的气体交换目标（PaO2 65–90 mmHg；PaCO2<45 mmHg）最常被推荐，直到有更多数据可用。由于目前的ECMO膜可以显著降低机械通气强度，并且尽管功能残气量最小，但仍能确保充分的气体交换，因此应将呼吸机的FiO2降至最低值。此外，在通气灌注率较低的肺部区域，高比例的FiO2可能会导致脱氮肺不张，尤其是在PEEP较低的情况下。最后，应避免在ECMO开始后快速纠正高碳酸血症，因为它与神经并发症的发展有关。
到目前为止，ECMO撤机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，患者被切换到容量辅助控制通气，潮气量设定为6 ml/kg。最近，在一系列83名正在接受ECMO撤机的患者中，那些在吹扫气体关闭试验中潮气量、心率、通气比和食道压波动较大的患者不太可能安全地从VV-ECMO中解脱出来。如上所述，ECMO期间的俯卧定位也可以促进脱离设备。
ECMO 治疗 ARDS 期间的机械通气应旨在通过降低 VILI 的强度来减少 VILI。然而，还需要进一步研究，以确定在 ECMO 过程中和撤机阶段应如何调整特定的呼吸机变量。在此类研究得出结果之前，EOLIA研究的 呼吸机设置（见表1）是一个合理的选择。
