翻译：杨敏 段丽敏医师
摘要
呼吸驱动力，即呼吸中枢输出的强度，决定了每次呼吸所产生的努力。随着人们对机械通气过程中强弱呼吸努力对患者预后的不良影响的认识不断提高，我们开始关注危重患者的呼吸驱动力。危重疾病可以通过多种途径影响患者的呼吸驱动力，主要通过三个反馈系统运行:a)皮层，b)代谢和c)化学。化学反馈系统定义为呼吸中枢对动脉血气和pH变化的反应，是呼吸驱动力的最重要决定因素之一。本综述的目的是描述危重患者呼吸驱动力的决定因素，回顾评估床边呼吸驱动力的工具，并讨论机械通气过程中呼吸驱动力改变的影响因素。我们将分析动脉二氧化碳水平与大脑对这种刺激的反应之间的关系，对比大脑对患者产生有效肺泡通气能力的反应，包括无辅助呼吸和不同辅助通气模式。这种分析有助于理解重症患者呼吸驱动力的病理生理学。由于我们旨在避免过度和不充分的机械通气支持，在床边考虑患者的呼吸驱动力可能改善患者和呼吸机的临床评估和管理。
最近的数据表明，在机械通气过程中，无论是呼吸努力过强还是过弱，均可能通过多种途径对患者的预后产生负面影响，如人机不同步、通气相关性肺损伤(包括患者自身引起的肺损伤P-SILI)、膈肌损伤、睡眠质量下降和心血管损害。需要认识到，造成这些有害（强或弱）呼吸努力的原因是相对较高或较低的呼吸驱动力。此外，"呼吸窘迫"这一广泛用于描述危重病患者的固定术语，暗示着高呼吸驱动力，并经常作为调节通气和镇静的原因。因此，对于重症医师来说，认识危重病患者呼吸驱动力的决定因素是非常重要的，并且在设置和管理机械辅助通气时，应该评估患者的呼吸驱动力和呼吸努力。本文综述了呼吸驱动的生理控制及其决定因素，并讨论了危重病和机械通气对呼吸驱动的影响。然后，我们描述了床边评估呼吸驱动力的方法，并讨论了危重病患者呼吸驱动力变化的临床意义。我们将重点分析二氧化碳的产生和消除与大脑对这种刺激的反应之间的关系，并将这种反应与患者产生有效肺泡通气的能力进行对比的分析。本分析旨在帮助我们理解不同变量如何影响危重患者的呼吸驱动力，并为临床评估和决策提供支持。
呼吸驱动力与吸气流量生成途径
呼吸由位于延髓和桥脑的相互连接的神经元构成的复杂网络——呼吸中枢来进行中枢控制。呼吸中枢接收到来自各种源头的相对恒定的输入（持续输入），经过复杂的过程，被转化为具有周期性模式的输出。这个输出可以从功能上划分为节律生成和模式生成信号，并调节呼吸周期的三个阶段：吸气相、吸气后相和呼气相。该系统通过“门控”来调节输入，意味着相同的持续输入在呼吸周期的不同阶段可能对呼吸中枢产生不同的影响。例如，给定的输入（即PaCO2）在吸气期间激活呼吸中枢，但在呼气期间不激活（门控功能，图1）。
在吸气相，呼吸中枢对吸气肌群（电活动，EAbrain）的输出逐渐升高，最终达到峰值。此后，吸气后相开始，这个输出恢复到基线水平。最后，呼气相开始，在此期间，健康人静息呼吸时，呼吸中枢不活动。这三个阶段的持续时间（虽然并不总是离散的）决定了呼吸的时间和呼吸频率，而输出的强度则被称为呼吸驱动力。这个区别很重要，因为呼吸驱动力可能在呼吸节律（即频率）不变的情况下发生变化，反之亦然。
在吸气相，呼吸中枢的输出通过吸气流生成途径传递（图1）：从脑干和颈椎上部的神经元到呼吸运动神经元的核，进而激活和收缩吸气肌群，最终产生吸气流。
在人类中，由于无法直接测量呼吸中枢输出的强度，所以呼吸驱动力是通过使用各种运动输出指标的平均增加速率来量化的，这些指标在特定情况下反映了呼吸运动神经元的电活动。事实上，在健康人中，呼吸驱动力决定了以下指标的平均增加速率：(a) 呼吸运动神经元的电活动（主要是安静呼吸时的膈神经，即dEAph/dt），(b) 横膈肌的电活动（dEAdi/dt），以及在剧烈呼吸时其他吸气肌群的电活动，和(c)横膈肌的跨膈压力（dPdi/dt），或者所有吸气肌群生成的压力（dPmus/dt）。最后，将跨膈压力（Pdi）或Pmus转化为流量（V’）和容积（V），根据运动方程进行计算（图1）。
图1 吸气气流产生途径
门:传入信号(输入)的作用取决于它们到达吸气循环的阶段;C3-C5:颈椎节段;EAph、dEAph/dt、EAdi、dEAdi/dt:分别测定吸气相膈神经和膈肌的电活动和随时间的变化;Pdi、dPdi/dt:吸气期跨膈压及其随时间变化;V ': 流量，ΔV:高于呼气末肺容积的容积，Rrs, Ers:呼吸系统阻力和弹性;PEE:呼气末的弹性回缩压(功能残气量为零)。dV/dt:体积随时间的变化;VT/TI:潮气量与吸气时间的比值或平均吸气流量。
呼吸驱动力的决定因素
影响呼吸驱动力的主要输入包括皮质和化学反馈以及代谢率。反射性反应，如肺牵张反射，主要影响吸气和呼气的持续时间。皮质输入可以覆盖呼吸的自动控制（即自主性呼吸暂停）。在危重患者中，诸如疼痛和焦虑等感觉和情绪刺激可以显著影响呼吸驱动力。皮质输入还介导清醒状态下的呼吸驱动力。通常情况下，在没有自主活动的情况下，大脑皮层对呼吸中枢产生抑制作用并降低其输出。在涉及大脑皮层的脑损伤患者中，高呼吸驱动力很常见，并且与不良预后相关。尽管代谢率在调节运动时的呼吸驱动力起着关键作用，将CO2的产生和清除联系起来，但其在危重疾病患者中的作用尚不清楚。对于许多危重病患者（也是研究最多的），主要决定呼吸驱动力的是化学反馈，即呼吸中枢对动脉血气和pH值变化的反应。全身性炎症和来自肺部和胸壁的传入信号，通过不明确的途径，可能也对呼吸中枢产生强烈影响，并能够增加对特定化学刺激的呼吸驱动力。
化学反馈
1. 对PaCO2 / pH的化学反馈
PaCO2（和pH）的变化可以被外周和中枢化学感受器感知，后者位于延髓腹外侧的斜方体后核，并引起呼吸中枢输出的变化。
在稳态时，动脉血PaCO2由两条曲线的交点决定，即代谢双曲线和PaCO2-通气反应曲线（图2）。代谢双曲线将PaCO2描述为分钟通气量（V’E）的函数，即通过给定的分钟通气量变化来获得的PaCO2变化，根据肺泡气体方程：
（V'CO2：CO2产生速率，VD/VT：死腔与潮气量的比率）。PaCO2-通气反应曲线描述了V’E作为PaCO2的函数（即PaCO2变化引起的V’E的变化）。
正常反应对高碳酸血症（例如死腔增加、CO2产生增加或CO2吸入浓度增加）的通气增加呈线性增加。单位PaCO2增加引起的分钟通气变化（图2）在正常个体中差异较大，平均值为2-3L/min/mmHg，范围为0.6-8L/min/mmHg。对于低碳酸血症的正常反应，如过度通气，取决于清醒/睡眠或镇静状态。在清醒的受试者中，低于正常PaCO2水平（静息时的正常PaCO2水平）时，曲线的斜率与线性相背离，在最低通气水平时变得几乎水平(图2)，尽管存在低碳酸血症，这一现象被称为清醒状态的呼吸驱动力。清醒状态的呼吸驱动力在健康个体之间存在差异，并受到PaO2和pH的影响。在睡眠或镇静状态下，斜率基本保持线性，因此进行性低碳酸血症会导致呼吸暂停。引起呼吸暂停的PaCO2水平被称为“呼吸暂停阈值”，该水平在健康个体之间存在差异，并且也受到PaO2和pH的影响（图2）。
需要强调的是，通常情况下，通气变化主要通过呼吸驱动力和潮气量的变化实现，而呼吸频率在较宽的PaCO2范围内变化较小。当呼吸驱动力数倍于静息通气时，呼吸频率显著增加；当清醒状态的呼吸驱动力消失时，当PaCO2达到呼吸暂停阈值时，呼吸频率会急剧下降至零（图3）。然而，在因呼吸肌无力或力学异常导致严重VT限制的患者中，即使PaCO2小幅升高也可能导致呼吸频率显著增加。最后，随着呼吸频率的增加，吸气相的持续时间缩短，呼吸驱动力增加（在较短的时间内达到相同的峰值输出）。
图2 PaCO2与每分钟通气量的关系:1)PaCO2=0.863*V 'CO2 /[V 'E *(1- vd /VT)]的图解表示，代谢双曲线(灰线)，2)健康受试者清醒时(黑色实线)和睡眠时(黑色虚线)的PaCO2-通气反应曲线(PaCO2变化引起的每分钟通气量变化)。代谢双曲线与通气曲线的交点定义了清醒和睡眠(分别为开放和闭合循环)时的稳态PaCO2。随意的高通气或低通气均可改变代谢双曲线(白色方框)上的任何位置的PaCO2。V 'CO2: CO2生成量(ml/min); VD/VT:死腔与潮气量比。
图3 每分钟通气量(上图)、潮气量(中图)和呼吸频率(下图)与呼气末二氧化碳分压的变化，通过CO2重复呼吸试验从健康年轻志愿者获得。注意两个不同的通气量增加斜率(S1和S2)，以及相应的潮气量和呼吸频率增加斜率的变化(T1和T2标记了不同斜率的三段之间的断点)。当每分钟通气量(通气需求)高于基础通气量数倍时，在这一受试者中，以及在75%的受检病例中，呼吸频率显著增加。相反，当PCO2超过正常时，潮气量(以及与呼吸驱动成比例的每次呼吸努力)显著增加。
2. 对PaO2的化学反馈
主要介导呼吸对低氧血症的化学感受器是位于颈动脉分叉处的颈动脉体，由一些对氧敏感的细胞聚集而成。低氧血症增加呼吸驱动力，从而提高分钟通气量，这种效应受PaCO2和酸碱状态的调节。在健康受试者中，轻度低氧血症时（PaO2为60-70 mmHg），呼吸驱动力变化较小，但在更低的PaO2下，随着低氧血症的进一步加重，呼吸驱动力逐渐增加。虽然相比于PaCO2，PaO2在调节呼吸驱动力方面相对较弱，但通过改变对PaCO2的通气反应，PaO2可能显著影响呼吸驱动力。
重症疾病对呼吸驱动力决定因素的影响
A. 呼吸驱动力与实际通气之间的解离
如上所述，呼吸驱动力的变化通常通过吸气流量生成通路（图1）转化为通气量的变化。呼吸驱动力的变化与最终的通气量变化之间的关系取决于吸气流量生成通路的完整性。在重症患者中，这条通路通常受到损害（神经肌肉功能受损，呼吸系统力学异常，图1）。因此，在重症患者中，呼吸驱动力的变化通常不会导致预期的通气量变化。
为更好地理解呼吸驱动力与最终通气量之间的解离，我们将引入“脑曲线”和“通气曲线”这两个术语。术语“脑曲线”指的是在吸气流量生成通路完整的情况下，根据PaCO2变化理论上产生的分钟通气量（图4A）。换句话说，脑曲线代表了大脑在任何PaCO2水平下所期望的通气量。术语“通气曲线”指的是实际的分钟通气量对PaCO2变化的实际响应，根据吸气流量生成通路的任何损害进行修正（图4B）。因此，如果吸气流量生成通路完整，脑曲线与通气曲线相同；没有解离，特定PaCO2水平下所期望的通气量等于实际通气量。
当呼吸流量生成通路被重症疾病损害时，大脑和通气曲线出现分离，在给定的呼吸驱动水平下产生的PaCO2高于大脑的期望。根据脑曲线，PaCO2的增加刺激呼吸驱动力进一步增加，由此产生的通气增加由通气曲线决定。在实际通气曲线（而非大脑曲线）与代谢双曲线交点(图4B)达到稳态(即PaCO2和每分钟通气量不再增加)。目前认为，实际通气曲线（即通气曲线）与传入信号需求（即大脑曲线）之间的差异被认为是呼吸困难的主要原因。
需要了解的是，这些数学描述的曲线及其关系是对实验数据进行简化表示，旨在帮助理解重症疾病和机械通气对呼吸驱动力的影响，不能直接应用于计算重症患者的通气需求。
B.重症疾病对大脑曲线、通气曲线和代谢双曲线的影响
1.大脑曲线
大脑曲线的斜率和位置受到PaO2和pH的显著影响（图2和表1）；低氧血症和代谢性酸中毒使曲线向上和向左移动（即增加对CO2的通气反应），而高氧血症和代谢性碱中毒则使曲线向下和向右移动（即减少对CO2的通气反应）。此外，由于呼吸系统的各种病变，对肺和胸壁感受器的刺激可能会使大脑曲线向左偏移并增加其斜率，而镇静剂和阿片类药物则有相反的作用。尽管尚未专门评估重症患者的这些对CO2的通气反应，但临床数据支持这些实验观察结果。
2.通气曲线
通气曲线受到呼吸流量生成通路的损害的影响（图1和表1）。因此，在无辅助呼吸的危重患者中，与大脑曲线相比，通气曲线向右偏移(PaCO2较高)，其斜率减小(图4B)。由于大脑和通气曲线之间存在这种分离，因此通气曲线和代谢双曲线相交时的PaCO2高于大脑期望的PaCO2(图4B)。
3.代谢双曲线
重症患者中常见的几种情况可能影响代谢双曲线的两个组成部分，即CO2产生和肺泡通气量，从而改变代谢双曲线(图5和表1)。肌肉活动的增加，无论是自愿（如运动）还是非自愿（如寒战、躁动或呼吸急促）均可显著增加CO2的产生。CO2的产生还可以受营养类型和摄入量、体温以及睡眠/清醒/镇静状态的影响。肺泡通气量由VD/VT（死腔通气与潮气量比）决定，并受肺部疾病、肺过度充气、器质性死腔和呼吸模式的影响。例如，快速浅表的呼吸模式会增加VD/VT并使代谢双曲线向上移动。另一方面，通过机械通气减轻吸气肌肉负担会减少CO2的产生，增加VT(从而降低VD/VT)，使代谢双曲线向下移动。
图4 A：健康人的代谢双曲线和脑/通气曲线图示。代谢双曲线和通气曲线（开圆）的交点确定稳态PaCO2和分钟通风（V‘E），分别为40 mmHg和6.2 L/min（请注意，这些数学描述的曲线和关系是实验数据的简化表示，旨在帮助理解危重症疾病和机械通气对呼吸驱动的影响，不能直接应用于计算危重患者的通气需求）。
B: 这名患者发展为严重肺炎，导致二氧化碳产生（V‘CO2）和死腔与潮气量比率（VD/VT）增加，从而使代谢双曲线向上移动，导致低氧血症，使大脑曲线左移，斜率增加。由于Ers的增加，给定的呼吸中枢每分钟输出（RCO/min）会导致较低的V‘E，因此通气曲线的斜率会向下移动，出现通气曲线与脑曲线分离。在存在分离的情况下，PaCO2的任何变化都会改变RCO/分钟（主要是由于呼吸驱动的变化，即每次呼吸的RCO），正如大脑曲线所示，而RCO/分钟的任何变化都只能根据通气曲线所指示的程度来改变实际通气量。为简单起见，假设ERs的变化，以及由此产生的通气曲线的偏差突然发生，Rco/min最初对应于点1(V‘e17.5 L/分钟)，而实际Ve降至2(4.5Ve L/分钟)。这种通气量减少会导致PaCO2逐渐增加，进而刺激呼吸中枢。RCO/分钟随着PaCO2的增加沿着大脑曲线(从点1到点3)逐渐增加。同时，RCO/min的增加导致实际V‘e的增加。沿着通气曲线(从点2到点4)。当RCO/MIN(点3)在通气曲线和代谢双曲线交点处产生实际V‘e(点4)时，出现稳态，PaCO2稳定，呼吸驱动、RCO/min和V‘e不会进一步增加。虽然大脑的通气需求(46 L/分钟)未得到满足(实际V‘E=13 L/分钟)，但由于二氧化碳刺激恒定，呼吸驱动和RCO/分钟不会进一步增加。
图5 代谢双曲线从死腔和潮气量比率（VD/VT）和二氧化碳产量（V’CO2）的变化。垂直虚线表示，在所有情况下，如果通气量相同（10 L/min），将产生不同的PaCO2。水平虚线表示，在所有情况下，保持相同的二氧化碳分压（40 mmHg）所需的不同分钟通气量。
C. 机械通气的影响
当使用机械通气辅助呼吸时，通气曲线不仅由呼吸驱动力、呼吸频率和吸气流量生成通路决定，还受到支持模式、设置和患者-呼吸机之间的相互作用的影响。无辅助呼吸时，通气曲线始终低于大脑曲线（图4），与此相反，机械通气时通气曲线可以在大脑曲线的任意一侧。这是因为在机械通气中，每一次呼吸中呼吸系统所承受的总压力（PTOT）是肌肉压力（Pmus）和呼吸机提供的压力（Paw）的总和。根据运动方程，PTOT被耗散用来克服气道阻力（Rrs）和弹性阻抗（Ers），从而确定了体积-时间曲线：
PTOT = Pmus + Paw = V' * Rrs + ΔV * Ers + PEE
其中PEE是呼气末弹性回缩压力（在被动功能残气容积下为零），ΔV和V'分别是超出呼气末肺容积的容积和流量。Paw和Pmus对VT（从而导致通气）的贡献程度取决于与患者和呼吸机相关的几个因素。
辅助通气支持的模式和设置对通气曲线产生巨大影响，从而影响PaCO2和呼吸驱动力。我们将重点讨论三种主要的辅助机械通气模式：1)辅助容量控制模式（AVC，VT恒定）；2)压力支持模式（PS，压力恒定）；3)比例辅助模式（比例辅助通气与可调增益因子，PAV+，和神经调节辅助通气，NAVA，在这些模式中，压力和容积均不恒定，而是由患者的努力驱动气道压力）。这些不同的模式通过将呼吸机压力（Paw）添加到Pmus从而改变通气曲线（图6）。
为了理解呼吸机提供的压力对通气曲线的影响，我们首先需要描述在不同通气模式下，每次呼吸周期内的峰值肌肉压力（Pmuspeak）与产生的VT或V'E之间的关系（图E1和图E2）。这些关系在性质上类似于PaCO2-VT和PaCO2-V'E，因为Pmuspeak随PaCO2的增加呈线性增加（图6）。
1.无辅助呼吸
无辅助呼吸过程中，在给定的（恒定的）呼吸系统力学和呼气末肺容积下，Pmuspeak-VT之间的关系是线性的，其斜率仅依赖于呼吸系统力学（图E1）（41, 46）。显然，在给定的呼吸频率下，Pmuspeak-V'E也是线性的，但其斜率取决于呼吸系统力学和呼吸频率。
2.辅助容量控制模式（AVC）和压力支持模式（PS）
在AVC中，Pmuspeak-VT之间的斜率始终为零，因为设定的VT基本上与患者的努力无关（水平线，VT恒定）（41, 46）。这也意味着，随着Pmuspeak的增加，呼吸机提供的压力实际上会减少，换句话说，为了保持预设的VT水平，呼吸机会随着患者的呼吸努力增加而减少辅助。值得注意的是，在AVC过程中，临床医生设定的VT和峰流量对呼吸驱动有巨大影响，继而对Pmuspeak产生巨大影响。在PS中，与Pmuspeak无关的触发后，施加一个恒定的压力到呼吸系统，会导致无辅助呼吸线的平行上移，而不影响其斜率（图E1）（41, 46）。在AVC和PS中，改变辅助水平（VT或PS水平）不会影响斜率，但会导致曲线的平行上移或下移（41, 46）。值得注意的是，即使在非常低的Pmuspeak下（即患者在触发后即刻放松所有吸气肌），VT可能仍然相当大，这取决于辅助水平（41, 46）。在AVC中，VT是预设的，而在PS中，该VT被称为最小VT，并取决于呼吸机的设置（PS水平，上升时间和流量切换阈值）和呼吸系统力学（主要是Ers）（41, 46）。
在两种模式下，在恒定的呼吸频率，Pmuspeak-VT关系导致的Pmuspeak-V'E和PaCO2-V'E关系在质性上相似（图6和E2）。如果呼吸频率在AVC下改变为新的恒定值，则Pmuspeak-V'E曲线的斜率将保持为零，并且其位置将上移（呼吸频率增加）或下移（呼吸频率减少），而在PS下，Pmuspeak-V'E曲线的斜率和位置都将发生变化（图E2A和E2B）。在AVC下的高呼吸驱动情况下，由于患者呼吸频率的逐渐增加，Pmuspeak-V'E和PaCO2-V'E的斜率可能偏离零（增加）（图6A，E4A）。在PS下，由于呼吸频率变化较小，尤其是在呼吸驱动不是很高的情况下，驱动的改变往往对通气曲线的斜率影响较小。
3. 比例辅助模式
比例辅助模式对Pmuspeak-VT关系的影响有本质区别：比例通气有效地放大呼吸努力，增加Pmuspeak-VT关系的斜率（41，46）。这种增加程度取决于辅助水平（图6和E1）。与AVC和PS不同的是，在比例辅助模式下，在触发后吸气肌立即放松，终止呼吸机提供的压力。在这种情况下，即使在很高的辅助下，VT将为零或接近零。与AVC和PS一样，使用比例通气模式时，恒定呼吸频率下，Pmuspeak-VT关系导致的Pmuspeak-V'E和PaCO2-V'E关系在质性上相似（图6和E2）。然而，在比例辅助模式下，呼吸频率的变化会导致Pmuspeak-V'E曲线的斜率改变，但最小通气量始终接近零（41，80，81）（图E2C）。关于各个模式下不同辅助水平对呼吸驱动力的影响的更详细描述，请参阅在线补充材料（图E3-6）。实际的PaCO2由患者的呼吸驱动力与机械通气支持相互作用得到的新通气曲线与代谢双曲线的交点确定。与无辅助呼吸相比，机械通气下的PaCO2实际上可能低于大脑的期望值，从而降低呼吸驱动。在任何情况下，呼吸驱动取决于由大脑曲线定义的结果PaCO2下的通气需求，如上所述，PaCO2受到其他几个因素的影响。因此，机械通气通过降低PaCO2（24, 45, 82）间接降低呼吸驱动。然而，在意识清楚的患者中，机械辅助减轻吸气肌的负担，减轻患者不适，这可能通过皮质输入进一步降低呼吸驱动（28）。总的来说，危重疾病与代谢双曲线的变化，以及和通气曲线和大脑曲线之间的脱钩相关（表1）。PaCO2源于代谢双曲线和通气曲线的交点，均因危重症和机械通气而改变。患者的呼吸驱动取决于大脑对此PaCO2所需的通气期望（图4B）。
图6 不同辅助机械通气模式对镇静患者脑曲线（黑色虚线）的影响，非辅助通气曲线（黑色实线）偏离其通气曲线和呼吸驱动的影响。为简单起见，代谢双曲线（灰线）和呼吸频率在所有条件下都是恒定的。呼吸暂停阈值设置为PaCO2值为35 mmHg。在每种模式，都显示了两个辅助级别（低线和高线，红线）。当所有模式都处于低辅助水平时，当PaCO2低于无辅助呼吸时的PaCO2(无辅助呼吸曲线和代谢双曲线的交点)，但高于大脑期望的PaCO2(大脑曲线和代谢双曲线的交点)时，出现稳定状态(开环)。呼吸中心输出（RCO）/min由脑曲线决定，在这个PaCO2（暗圈）。在高辅助水平下，呼吸曲线与代谢双曲线的交点低于大脑所需的PaCO2。在辅助容量(A)和压力支持(B)的情况下，在该示例中出现非稳定状态，因为新陈代谢双曲线和通气曲线(开放正方形)处于低于呼吸暂停阈值的PaCO2，呼吸驱动在零附近徘徊，并且呼吸暂停的发生使PaCO2保持在接近呼吸暂停阈值(黑色正方形)。对于比例模式(C)，即使在最高支持(斜率几乎为90度)时，也会达到稳定状态(开环)，RCO/min和呼吸驱动虽然很低，但始终高于零(暗环)。
危重症患者呼吸驱动的测量
如上所述，由于呼吸中枢的输出强度不能直接测量，呼吸驱动可以通过运动输出的多种指标来量化，或者使用平均吸气流量。运动输出的指标包括横膈肌电活动的变化（EAdi）、吸气过程中的膈肌压力（Pdi）、吸气肌压力（Pmus）以及吸气时对阻塞气道施加的气道压力变化。在评估危重病患者的呼吸驱动时，需要注意，如果存在影响吸气流量形成途径的疾病（靠近呼吸中枢的解剖测量位置），则会导致呼吸驱动的低估。尽管危重疾病存在限制，但呼吸驱动指数可以提供给医生关于呼吸驱动随时间的变化或响应呼吸机设置变化的信息。下面将介绍床边评估呼吸驱动的方法以及它们的局限性。在实际应用中，选择在个别患者中使用哪种方法不仅取决于每种方法的局限性，还取决于测量所需设备的可用性和临床情况的复杂程度。
A.横膈肌电活动
横膈肌电活动可以通过表面电极或经食道导管来记录。从解剖学上，这是床边可获得的最接近大脑输出的测量方法。EAdi的变化与健康志愿者通过CO2再吸入刺激引起的通气增加呈线性相关（86）。在ARDS患者中，EAdi随体外CO2清除速率的下降而增加（87）。此外，在机械通气患者中，Pdi和Pmuspeak的变化表明，分别对压力支持水平和NAVA的变化做出反应（88）。需要注意的是，EAdi信号没有正常值。因此，它可以作为监测同一患者变化的趋势指标（87-89）。最后，EAdi无法评估辅助呼吸肌的参与情况（90）。
B.所有呼吸肌产生的跨膈压和吸气压力（Pdi和Pmus）
横膈肌电活动转化为通过食道和胃压力传感器测得的跨膈压（Pdi）。如上所述，如果呼吸中枢与横膈肌压力输出之间的通路完好，则dPdi/dt可量化呼吸驱动力。因此，前提条件不仅包括正常的神经传导，还包括对给定的神经刺激产生正常的肌肉压力。在安静呼吸时，健康成年人的dPdi/dt值约为5 cmH2O/sec（91）。与所有呼吸驱动指标一样，较高的dPdi/dt表示较强的呼吸驱动。另一方面，正常或较低的dPdi/dt值不一定意味着正常或较低的驱动力，除非能够确认神经肌肉功能完好。将dPdi/dt归一化为最大跨膈压可以考虑吸气流量生成途径的异常（19），但后者只能在完全清醒且配合的患者中获得。在危重病患者中，横膈肌呼吸驱动指标可能低估真实驱动，特别是当驱动较高时，这是因为辅助呼吸肌对吸气压的贡献。使用坎贝尔图计算所有呼吸肌（Pmus）产生的吸气压可能可以克服这个错误（82, 92），但这种方法繁琐，并且依赖于几个假设，不适合日常临床实践。
C.气道闭塞压力（P0.1）
气道闭塞压力或P0.1是吸气努力在闭塞气道的前100毫秒内引起的口腔气道压力（Paw）下降。将其用作驱动力指标的理由是，P0.1与PaCO2升高成比例增加（21, 93），在短暂闭塞中：1）Paw跟随肌肉压力变化，2）没有明显的行为或无意识反应，3）由于没有明显的体积变化，异常的呼吸力学不会影响测量。在安静呼吸的健康成年人中，P0.1范围为0.5至1.5 cmH2O。在机械通气患者中，P0.1值超过3.5 cmH2O与呼吸肌努力增加（食道压力-时间积大于200 cmH2O·秒/分钟）相关，并且表明驱动力很高（94）。P0.1在ICU中易于获得，因为它是大多数现代呼吸机上的一个自动化测量值（95），但需要考虑一些问题以正确解读危重病患者的P0.1。首先，P0.1可能在非常严重的肌肉无力中低估呼吸驱动力，因为吸气流量生成途径受损。然而，在中重度无力情况下，P0.1仍随着PaCO2升高而增加，这是可靠的，这意味着肌肉收缩的初始部分相对未被保留（54）。其次，内源性呼气末正压（PEEPi）可能引入一个偏差，导致在闭塞期间Pmus变化与Paw变化之间存在相位差。尽管如此，P0.1在存在PEEPi的插管患者中被证明是对驱动力的合理估计（96）。第三，在呼吸周期开始时Paw的下降可能来自呼气肌肉的放松，P0.1作为驱动力的测量准确性在此情况下未知（93）。第四，Pmus时间曲线的初始形状可能受到增加的阻力、运动或正压通气的影响，从而在测量中引入一些噪音（19, 97, 98）。第五，P0.1的呼吸与呼吸之间的变异性显著，临床测量的P0.1应取3至4次测量的平均值（99）。尽管存在这些问题，P0.1仍是可能提供驱动力变化的指标。
D.临床体征和呼吸模式
呼吸困难和呼吸窘迫的临床体征，只要存在，就是高驱动力的良好指示，因为呼吸困难与高驱动力直接相关（100, 101）。快速、浅表的呼吸模式、使用辅助吸气肌肉、激活呼气肌肉、心率增快、血压升高和出汗与高呼吸驱动力有关（76, 101）。显然，在严重的神经肌肉疾病或颈椎损伤患者中，呼吸困难的临床体征可能减弱，因为患者即使呼吸驱动力很高，可能无法招募呼气肌肉或辅助吸气肌肉。重要的是，尽管普遍认为呼吸急促是高驱动力的指示，低呼吸频率是低驱动力的指示，但呼吸频率对增加的呼吸驱动力非常不敏感（2, 102）。即使在正常情况下，呼吸频率在个体间变化也较大。此外，呼吸频率在呼吸驱动或通气支持变化较小的情况下变化也很小，除非驱动力增加超过安静状态的3-4倍（2, 36, 38, 42-45）。
临床意义
尽管危重病患者中呼吸驱动力可能难以测量，并且没有定义损伤性高或低驱动力的阈值，但与大脑和通气曲线变化相关的情况在日常临床实践中容易被识别。评估呼吸驱动可以帮助指导管理患者和呼吸机。
A.低呼吸驱动
低呼吸驱动意味着呼吸中枢在当前的PaCO2下需求相对较低的分钟通气量。这种情况发生在大脑曲线向下和向右移动和/或通气曲线与代谢双曲线的交点位于低于呼吸中枢期望的PaCO2水平时。与低呼吸驱动力相关的最常见病患条件是镇静和代谢性碱中毒（60-62）。在这些情况下，医生应该预期患者的大脑会满足于产生较高于正常PaCO2水平的分钟通气量。重要的是要认识到，只有通过机械通气（即过度辅助通气）才会导致低于大脑期望的PaCO2水平，因为所有疾病过程都会降低呼吸中枢输出的通气量。
低呼吸驱动力的潜在不良后果包括吸气努力不足导致废用性膈肌萎缩（6, 103）、患者-呼吸机不同步（20, 104）和睡眠中断（20, 41）。在常规支持模式（容量或压力）下，呼吸驱动力减小到患者立即在触发后松弛难以忽视（图E1，E2Α和E2Β）。当患者镇静或入睡，由呼吸机设置确定的分钟通气量导致达到窒息阈值的PaCO2水平时，呼吸驱动力将在零左右波动，患者将在压力支持等辅助模式下表现出窒息和周期性呼吸（图6A-B，图E4D，E5D）（105）。窒息通气导致睡眠碎片化，这与神经认知功能障碍、谵妄和自主神经系统功能障碍相关（105）。窒息通气的出现可能影响呼吸机管理，患者出现窒息通常被置于受控通气模式下以确保安全，从而不必要地延长脱机过程。呼吸驱动力不足可能导致膈肌损伤，也会延长脱机和重症监护室住院时间（3, 4, 6, 89, 103, 106）。低驱动引起的吸气努力不足也可能被错误地诊断为肌肉无力并误导临床评估。
B.高呼吸驱动力
高呼吸驱动意味着呼吸中枢需求相对较高的分钟通气量（1）。这种情况发生在通气曲线和代谢双曲线的交点位于大脑期望PaCO2水平之上时（图4）。实际和期望的PaCO2之间的偏差将随着大脑曲线向左移动和/或斜率增加而增大，这在代谢性酸中毒和低氧血症，以及刺激呼吸系统感受器（肺部和胸壁）或脑损伤的各种病理过程中经常发生（30,33,34）。
高呼吸驱动可能与快速浅表呼吸模式和烦躁不安（76, 101, 107）相关，这会增加VD/VT和CO2产生，并将代谢双曲线上移，进一步增加通气需求和呼吸驱动。这种呼吸模式可能是由于呼吸肌输出受损或异常机械性导致潮气量增加，这常见于脱机失败的患者（20, 47, 76, 108）。此外，当患者感觉到过度努力时，高呼吸驱动会引起呼吸困难和呼吸窘迫（57, 100）。在呼吸驱动力高的患者中，无法产生高 inspiratory effort 可能也会导致呼吸困难和呼吸困扰（56, 109）。
高呼吸驱动导致强烈的吸气努力增加患者-呼吸机不同步（20, 77），增加呼吸的氧耗（67），同时增加肺扩张压力，继而可能使患者面临自身造成的肺损伤和吸气肌损伤的风险（5, 110, 111）。虽然目前没有直接证据将强吸气努力与自身造成的肺损伤和吸气肌损伤联系起来，但对危重症患者的实验研究和间接数据表明，这两个问题都应该关注这些患者的管理（1, 111-114）。在压力控制模式下，强吸气努力可能会导致高潮气量的输送。在容积调节模式下，强吸气努力可能会导致双触发，潮气量增加，或区域性压力增加即使潮气量没有增加（114）。此外，在比例模式下，高呼吸驱动可能会超过呼吸控制的保护机制，特别是当Crs较低（<30 cmH2O/l）时（112），并引发肺损伤（102, 115）。危重病患者因呼吸驱动增加而增加肌肉压力的能力通常是有限的。健康人在每次呼吸中可以持续承受肌肉压力增加，直到最大吸气肌压力（Pmax）的50-60%，但随着负荷进一步增加，会出现肌肉疲劳并逐渐减少持续时间（116）。持续保持每次呼吸中非常高的Pmax比例可能导致呼吸驱动低至中枢性呼吸暂停/疲劳的点（117, 118）。持续时间也受到占空比的影响；它随着 TI/TTOT 的增加而减少（119）。由于在多数危重病患者中，由于各种原因Pmax明显降低（19, 120），导致呼吸驱动水平可能会大大降低不能维持Pmus；在一个接近正常Pmax（100 cmH2O）的患者中，Pmus为10 cmH2O代表了一个微不足道的负荷，但对于Pmax为20 cmH2O的患者来说可能是无法支撑的。因此，高呼吸驱动力且肌肉无力的患者，如果在需要时无法增加通气，就会出现呼吸困难、呼吸窘迫、快速浅表呼吸、人机不同步和气体交换异常（20, 107, 108, 121）。
结论
危重疾病通过多种机制影响患者的呼吸驱动。高呼吸驱动的存在可能导致损伤性的呼吸和呼吸困难，而低呼吸驱动力可能导致弱的吸气努力和呼吸暂停。在床边考虑患者呼吸驱动的决定因素可能有助于更好地理解和管理患者和呼吸机，有可能避免一些与高和低呼吸驱动相关的潜在并发症。
