慢性阻塞性肺疾病(COPD)或严重哮喘急性加重所致的呼吸衰竭的特征是呼吸症状的急性加重，并伴随着严重气流受限、气体滞留、动态过度充气和内源性PEEP（PEEPi)的发展。严重的情况下会导致急性呼吸衰竭，此时需要进行机械通气。
慢性阻塞性肺疾病和哮喘的急性呼吸衰竭：问题的严重程度
慢性阻塞性肺疾病的急性加重可以导致生活质量的急剧下降、肺功能和运动能力的暂时或永久性降低、住院治疗、死亡率的增加以及经济损失。严重哮喘加重引起的呼吸衰竭会导致与机械通气相关并发症的产生(如气压伤、心血管衰竭、肺不张和肺炎)。
呼吸系统力学与气体交换
哮喘和慢性阻塞性肺疾病的特征是动态过度充气，定义为呼气末呼吸系统容量增加。健康人中，呼气末肺泡和气道压力相对于大气压力为零，胸膜腔压力为负。在动态过度充气的情况下，肺泡压力在整个呼气过程中保持正值，导致自动呼气末正压(AUTO-PEEP)的形成，也称为内源性PEEP或PEEPi(图2)。
【气道开放处呼吸系统的压力-体积(P-V)关系：正常人呼气末肺容量(EELV Normal)是指呼吸系统的松弛容量或功能残气量(FRC)，此时不存在向内或向外的压力(呼吸系统的压力相对于大气压力为0)。要触发呼吸机工作，患者的吸气必须达到呼吸机设定的触发阈值(在本例中为2cmH2O)。呼吸机送出的500毫升的潮气量将使呼吸系统的容量增加到其吸气末肺容量(EILV-Normal)。用三角形面积表示的正常呼吸弹性做功(Wel，n)并不会增大。在过度膨胀的COPD或哮喘患者中，呼气末肺容量(EELV Hyperinfl)大于呼吸系统松弛容量，导致ΔFRC增加（Δ表示容量在功能残气量的基础上增加）。该容量下，呼吸系统内部压力相对于大气的压力为7cmH2O，该压力被称为内源性呼气末正压(PEEPi)(该压力通常是在患者的肌松的情况下用呼气末封堵法测量的）。此时如果要触发呼吸机送气，患者的吸气肌首先必须产生吸气努力以克服PEEPi(7cmH2O)，然后才能达到呼吸机上设定的触发阈值(在本例中为2cmH2O)。此时有效触发呼吸机所需的压力增加（Trigger=7+2=9cmH2O)。如果吸气力量不能达到该压力（9cmH2O)，则会发生无效的触发作用，结果就是不会触发呼吸机。此时呼吸机送出的500毫升潮气量将使呼吸系统的容量增加到新的吸气末肺容量(EILV Hyperinfl)，增加过度膨胀(肺的压力和劳损)及其潜在的有害后遗症的风险(吸气末平台压)。因PEEPi(正方形阴影区域，WPEEPi)的存在导致呼吸弹性做功大大增加，进而导致力学功率的增加）】
在慢性阻塞性肺疾病中，PEEPi主要是由呼气流速受限引起的，主要由于肺回缩力降低(肺气肿)导致小气道塌陷从而增加了气道阻力引起。呼吸频率增加和潮气量增加导致的呼气时间缩短通常是呼吸驱动力增强的结果。动态充气多度的后果取决于患者是被动呼吸还是触发式呼吸。在被动呼吸的患者中，动态过度充气增加了通气的机械功率，导致气压伤和血流动力学不稳定。在触发呼吸的患者中，吸气需要克服PEEPi来启动，在触发阶段表现为吸气努力的增加。这种增加的吸气努力可能无法触发呼吸机，导致无效触发，这是最常见的不同步现象之一。在气体交换方面，COPD患者具有复杂的V/Q分布模式：仍保持灌注的低V/Q区、高V/Q区以及混合型。慢性阻塞性肺疾病患者通常表现出少量分流(通常不到心输出量的10%)。
严重哮喘加重的特点为支气管痉挛、气道炎症和粘液引起的气道阻力显著增加。呼气流量显著降低，导致动态过度充气，从而增加气压伤和血流动力学不稳定的风险。哮喘的低氧血症以低V/Q区为主要特征；低氧血症通常通过低氧性血管收缩和心输出量改变介导的血流代偿性重新分配来缓解。哮喘患者的高碳酸血症主要是由于肺泡过度扩张引起的死腔通气量增加引起。
慢性阻塞性肺疾病接受机械通气患者的心肺相互作用
呼吸系统的病理生理变化会对心功能产生不利影响。
慢性阻塞性肺疾病与肺动脉高压、肺血管阻力增加、右心室扩大和右心室肥厚有关。慢性阻塞性肺疾病患者的左心室收缩功能和左心室舒张功能经常受损。在148名因COPD严重恶化而住进ICU的患者中，31%的患者出现了左心功能不全相关的疾病。这些心脏改变是由动态过度充气和呼吸肌产生的胸内负压的大幅波动引起的，以克服PEEPi引起的吸气性弹性阈值以及升高的气道阻力。动态过度充气对左心室血流动力学的损害比胸腔内负压的大幅波动更严重。直接的心室相互作用和显著的室间隔平坦是导致左心室舒张末容积和每搏量减少的原因。动态过度充气会加重右心室阻抗的增加(后负荷效应)，而较大的胸腔内负压波动会增加右心室的静脉回流(预负荷效应)。二者都可作为室间隔向左移位产生的直接心室相互作用的有力证据。
外源性PEEP值的设定接近PEEPi不会导致COPD患者的血流动力学损害。PEEP水平越高，心指数越低。然而，体外呼气末正压对呼吸力学和血流动力学的影响取决于许多因素，如气道特性、肺容量、血管内容量状态、血管舒缩张力等，导致很难预测个体患者的反应。
最后，COPD患者存在脱机困难的风险较高，特别容易出现脱机引起的肺水肿。利尿剂和硝酸甘油在特定的慢性阻塞性肺疾病患者中治疗脱机引起的肺水肿有效。
在严重哮喘患者中也观察到类似的心肺相互作用。由于极度严重的肺过度充气，很有可能会出现严重的低血压。
无创通气在慢性阻塞性肺疾病中的应用
（不同阶段针对患者的治疗方法）
NIV用于因COPD急性加重而导致的急性呼吸衰竭的治疗使得患者的死亡率稳步下降，但是与此同时从NIV过渡到有创机械通气的患者死亡风险却增加。NIV失败并随后行气管插管的COPD患者并不比直接进行气管插管的患者死亡率高。漏气的自动化管理使得ICU呼吸机在漏气补偿和减少患者-呼吸机不同步方面变得与专用呼吸机一样有效。
很多人提出应将NIV作为呼吸机辅助治疗的上限。法国的一项多中心研究表明，进行NIV治疗的“不接受插管”的患者在出院6个月后生活质量良好；接受NIV治疗患者的照顾者的压力和焦虑程度与不进行治疗限制的患者的照顾者相似。NIV也被用于治疗只接受姑息治疗的临终病人的呼吸困难。
在严重哮喘急性加重的患者中，一些回顾性研究发现NIV的使用与预后改善相关。然而，目前仍然没有高质量的随机对照试验强调NIV在严重哮喘恶化中的益处，由于NIV用于呼吸衰竭的风险很高，因此指南不建议将NIV用于严重哮喘急性加重患者。
有创通气的管理
有创通气适用于呼吸暂停或NIV失败的患者。如前所述，COPD急性加重的特点是动态过度充气导致PEEPI的出现，如果呼气末呼气流量未回到0，则应考虑存在动态过度充气和PEEPi(图4)。控制通气模式下，呼气末正压(PEEP)是在呼吸末呼吸停止时测量的。动态过度充气的测量标准是吸气末肺容积。但是这在临床工作中很难实现，因此尽管不是很灵敏，在临床上仍会用控制通气时的吸气末平台压(Pplat)来监测过度充气。Pplat是在吸气末闭塞的情况下测量的，持续时间为±3s。峰压不是过度充气的可靠依据。
需要强调的是，机械通气早期阶段我们的主要目标不是使血气正常化，而是保持PH值在7.25-7.30左右的同时预防因过度充气引起的并发症。
COPD急性加重患者呼吸机的设置：目前尚不清楚哪种呼吸模式最佳。常用的模式为容量辅助-控制通气模式。该模式下，吸气流量波形为正方形波形，便于监测。为了限制过度充气，可以最大限度地减少分钟通气量，并延长呼气时间。建议使用的潮气量为6-8ml/kg，呼吸频率为12次/分钟，吸气流量恒定在60-90l/min。建议保持比较低的吸呼比，例如1：4。如果在此设置下，Pplat不高(<28cmH2O)，则可以提高呼吸频率改善气体交换。如果Pplat较高(>28cmH2O)，可通过限制PEEPi患者的潮气量或呼吸频率来减少分钟通气量。在同样的分钟通气量下增加呼气时间(例如通过增加吸气流速从而在保持呼吸频率和潮气量不变的情况下降低吸气时间)对过度充气的影响要小得多。
对COPD急性加重期患者选择合适的PEEP有些复杂，主要取决于患者能否触发呼吸机。通常气管插管早期患者不能触发呼吸机。理论上，零PEEP对这些存在“单纯”高气道阻力的COPD患者最理想，因为PEEP会降低驱动压，进而造成更严重的过度充气。但是，生理不同于理论，PEEP对过度充气有三种可能的影响：
(1)在纯呼气流速受限的患者中，在PEEP逐渐增加的过程中，达到某一阈值之前PEEP不会增加过度充气(通过Pplat和呼气末肺容量的变化来评估)；
(2)PEEP会增加Pplat和呼气末肺容量；
(3)“矛盾反应”，即PEEP的增加会降低Pplat和呼气末肺容量。
矛盾反应可能出现在呼气流速受限和高度异质肺的患者身上。临床中，PEEP对过度充气的影响不可预测，因此建议在谨慎滴定PEEP的同时测量Pplat，如果Pplat增加，PEEP滴定应立即停止。
无效触发时的处理：在呼气流速受限的控制通气患者中，外源性PEEP在达到PEEPi的80%前不会改变过度充气的程度或总的PEEP。一旦患者能够触发呼吸机，就应该增加适度的外源性PEEP来抵消PEEPi从而减少触发呼吸机所需的功，改善患者与呼吸机的协调性。值得注意的是，COPD患者容易受到呼吸机诱导的过度充气和不同步的影响，例如无效的触发(也称为无效努力或徒劳做功，图5)。由于PEEPi增加了触发呼吸机所需的努力，微弱的呼吸努力根本无法触发呼吸机。无效触发与不敏感的吸气触发、较高水平的压力支持、较高的潮气量和较高的pH有关。对无效触发发生率较高的患者降低其压力支持或吸气持续时间，使得潮气量达到理想体重6毫升/公斤，可以消除三分之二的无效触发。当使用压力支持模式时，压力支持水平不应设置得太高，以限制潮气量(约6-8ml/kg)和动态过度充气。通过降低呼气触发水平来缩短吸气时间也有助于降低动态过度充气。
【慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者在急性呼吸衰竭(脱机期间因充血性心力衰竭)发作期间表现出明显的呼吸肌功能：气道压(Paw)、流速(Flow)、食道压(PES)、胃压(PGA)、跨膈压(PDI)和潮气量(容量)(从上到下)，机械通气时呼气末正压(PEEP)为6cmH2O，压力支持水平为8cmH2O。患者表现为动态过度充气(平均校正内源性PEEPi为8cmH2O)，呼气肌用力(反映为呼气时PGA升高)。箭头所示的为许多无效触发努力(呼吸机的呼吸频率约为18次/分钟，患者的呼吸频率约为28次/分钟)。
哮喘患者的呼吸机设置，主要目标是降低分钟通气量而不是降低PaCO2：在哮喘急性加重时，有创机械通气与并发症增多和死亡率增加密切相关。患者插管后低血压很常见，主要原因是肺过度充气、血容量减少和镇静。因此，插管应仅限于有生命危险的患者(呼吸骤停、呼吸迟缓、意识改变、呼吸衰竭或尽管接受适当治疗仍有严重高碳酸血症或严重呼吸窘迫的患者)。由于存在气道水肿和支气管痉挛会导致气道阻力增加，进而导致呼气阻力显著增加，所以哮喘患者的肺过度膨胀可能非常严重。关键策略是尽量减少过度充气，最好的办法是减少分钟通气量和延长呼气时间(低潮气量、低呼吸频率和高吸气流速，目标是吸气与呼气时间之比为1：4至1：6)。一些人推荐低水平的外源性PEEP(≤5cmH2O)。密切监测过度充气的程度(吸气末和呼气末保持)，以限制平台压并获得尽可能低的总PEEP。与慢性阻塞性肺疾病一样，使用方波气流输送的容积模式可以更容易地进行监测。由于每分钟通气量的大幅减少，PaCO2可能会显著增加；但是此时降低PaCO2为次要目标。
脱机：
采用T管或压力支持通气进行自主呼吸试验。对于耐受自主呼吸试验的患者，可以拔管。
对于COPD患者，拔管后预防性的拔管后NIV和使用高流量吸氧都可以减少急性呼吸衰竭和随后再次插管的可能性(图3)。在使用高流量吸氧的基础上增加NIV比单独使用高流量吸氧能够更有效地预防再插管。最后，NIV有助于多次自主呼吸试验失败的COPD患者的脱机。
气管切开不会改变病因或疾病的预后。虽然气管切开术可以改善舒适度，但它可能会延长患者的痛苦。
预后：
在一小部分需要长时间接受机械通气(>21天)的COPD患者中，2年存活率为40%(脱机患者为68%，未脱机患者为22%)。在另一组需要长时间接受机械通气的患者(59%患有COPD)中，1年存活率为49%。
一项前瞻性纵向研究中54%的患者在出院时脱离了呼吸机，30%的患者在出院时仍需要呼吸机。使用呼吸机的患者的1年存活率为63%，而不使用呼吸机的患者1年存活率为22%。
其他：
改善COPD患者预后的另一个策略是优化患者与呼吸机的相互作用。与压力支持通气相反，比例通气模式通过提供与患者的吸气努力成正比的辅助水平来帮助患者。比例模式有两种：神经调节辅助通气(NAVA)和比例辅助通气(PAV)。NAVA是一种基于横隔膜肌电图信号触发、循环和调节吸气流速的模式。呼吸机辅助期间不会对PEEPi产生影响，因为它始于患者自身的呼吸努力；此外，由于患者与呼吸机之间能够更好的互动，使用NIV期间不会存在泄漏影响。多项研究表明，与压力支持通气相比，NAVA改善了患者与呼吸机的交互作用、膈肌效率和患者舒适性。尽管NAVA对于脱机困难患者有益，但NAVA与PAV相比没有明显的临床优势。PAV中吸气辅助与吸气肌的活动成正比，吸气肌的活动是根据呼吸系统的运动方程根据测量的流量和体积计算出来的。PAV可防止高潮气量和随后的动态过度充气。与压力支持通气相比，PAV与更短的脱机时间相关。
注意本文中多次使用‘充气’该词，本来想翻译成‘通气’的，但是觉得不能准确表达充气的概念，也想翻译成‘吸气’的，但是呼吸机用吸气似乎也不好，总之就是给气的意思。
整理by 唐坤 云南昆明
