在ARDS患者中PEEP与两种不同气体充入容积的相关性：对肺部被动泄气和肺泡复原的影响.doc

在ARDS患者中PEEP与两种不同气体充入容积的相关性：对肺部被动泄气和肺泡复原的影响摘要目标：为了估计患有ARDS（急性呼吸窘迫综合征）的患者呼气末正压（PEEP）和两种不同的气体充入容积的相关性对肺部被动泄气和肺泡复原的影响。实验设计：使用两种不同的潮气量（VT）PEEP的临床研究，并分析对患有ARDS患者进行人工通气的被动肺泡泄气和肺泡复原（Vrec）是否取决于吸气末肺容量（EILV）或呼气末肺容量（EELV）。设置：在全科医院的医学重症监护病房（ICU）中。患者和参与者：6名患有ARDS的患者仰卧体位清醒状态下进行机械通气。干预：对六名使用了基线潮气量（VT，b）和0.5VT（0.5VT，b）进行PEEP和在零水平的PEEP（ZEEP）方法下进行机械通气的患有急性呼吸窘迫综合征的患者，被动呼气期间胸腔容积衰减的时间期限和Vrec的研究。快速（1）和减慢（2）肺小腔的清除时间常数，阻力和弹性也被测量研究。测量数据的结果：(a) 在所有的情况下二次指数模型都能够最好的适合胸腔容积的衰减。在呼气量水平为VT时，快速肺小腔分别在PEEP时对847（0.5VT，b）和865%（VT，b）和ZEEP时816%（VT，b）最为敏感，0.500.13和1和分别为0.580.17s和0.350.11s；(b) 只有PEEP的VT，b的1与ZEEP通气时的相应数值显著的不同，这表示了较慢的排空时间；(c) 在相同的PEEP 下，较高容积的（VT，b）Vrec比更小的容积（0.5VT，b）下的Vrec更高，这反映了较高的VT。结论：对患有急性呼吸窘迫综合征的患者进行机械通气：(a)气道阻抗的表现似乎取决于占主导地位的肺膨胀的程度；(b)肺泡复原在使用较高潮气量进行PEEP机械通气期间表现得更为重要；(c)PEEP改变了呼吸道快速肺小腔排空的机械特点。关键词：肺部被动泄气，呼吸时间常数，气道阻抗，肺泡复原，PEEP，ARDS简单介绍：最初，急性呼吸窘迫综合症被认为是由于渐进性肺部硬度的增加，导致肺容积的减少引起的1。实际上在患有ARDS患者的肺部并不表现为硬度的渐进性增加，而是表现为有效功能的降低（婴儿肺）2。因此，临床上经常被用来对患有ARDS的患者进行机械通气支持的方法，是相对较高的吹入容积（VT），这种方法可能会导致 “正常氧和”面积的肺泡过张（容积损伤）。最近的报道表明，在ARDS患者中，呼吸系统的阻抗（Rrs）会显著增加，而肺组织的顺应性会显著降低3，4，并且呼出的阻抗（该阻抗受气道和肺实质的机械特性的影响非常显著）超过吸入的阻抗5。最后，许多作者报道了为改善ARDS患者疾病转归的机械通气方法6，7，8。由于在呼吸期间气流不断的改变，在呼气期间进行阻抗的测量是存在着问题的。对于ARDS患者先前的研究9和正常的讨论10，已经表明在被动呼气期间，容积-时间过程以快速和减慢的肺小腔的排空为特点。在这些研究中，快速腔数据反应了由于呼吸道顺应性和组成这个呼吸道阻抗（Rrs）的净阻抗引起的时间常数，然而慢速的肺小腔动力学特点，归因于肺部血管弹性特点和在肺内确定的时间常数。在进行机械通气支持的ARDS患者，呼吸末正压（PEEP）是通常被假定为由于相伴随的肺容积的增加，而引起气道阻抗减小的原因。而实际上，PEEP被认为是能够通过复原萎陷的肺泡而增加肺容积，因而改善肺部的气体交换功能。然而，患有ARDS的患者有效氧和单位的数量显著减少，并且作为结果吹入气体的容量需要达氧和单位静态V-P曲线的平台部分-对应于从机械角度看来是有害的区间-这一区间的范围非常窄11。在这种情况下使用高PEEP和相对较大的潮气量能够减小呼吸机引起的肺损伤就不会令人惊讶。除了Gattinoni等人和Eissa等人的研究2,12，还没有系统的关于使用PEEP对萎陷的肺泡复原和不同潮气量定量的研究。当今研究的目的是确定患有ARDS并进行机械通气的患者与PEEP相关的两种不同的潮气量的对于被动肺泄气和肺泡复原的影响。因此，我们评价如下：(a)在机械通气期间使用PEEP和潮气量增加对于呼吸系统阻抗和弹性的影响；（b）肺泡恢复容积（Vrec）与PEEP和吸气末肺容积（EILV）之间的相关性；（c）在放松呼吸期间，呼吸系统两腔室动态表现的存在；和最后（d）常数如何描述这两个腔室将会被不同的PEEP和潮气量水平影响。材料和方法六名患有急性呼吸窘迫征的患者处于仰卧体位，本研究中ARDS的定义是根据欧洲-美国一致性委员会的定义15。根据二维超声心动图分析这些患者没有心力衰竭的表现。临床患者进入研究的标准数据见表1。根据Murrey等人的报道16，所有肺损伤评分大于2.5，并且动脉血气分析氧分压/吸入气体氧分数（PaO2/FIO2）低于200mmHg的患者意味着ARDS严重程度比较高。平均机械通气时间为4天。本研究得出的数据被科学研究管理委员会证实是有效的，并且从相关的机构获得了许可。患者使用Portex带袖气管内插管（ETT）（内径从7毫米到8毫米），并且使用吸入氧气浓度分数为0.5到0.8的气体进行机械通气（见表1）。使用镇静剂进行适当的镇静后，对患者使用4毫克溴化箭毒静脉滴注进行肌松，然后再以每10分钟滴注2毫克的剂量进行维持。应该达到满意的肌松状态，使呼吸机制测量期间呼吸肌能够完全地松弛。当呼气末胸腔容积和气道压力（Paw）之间没有不同呼吸周期的变异，并且吸气末5到6秒期间能够观察到有平台状的Paw之后，就认为达到了理想的肌松程度。表1：进入实验的ARDS患者临床数据患者性别年龄体重 (kg)身高(cm)天数PaO2F1O2ID(mm)(mmHg)Kpa1男16601764567.50.47.5SI2女51461645506.70.67.5DI3女29561624597.90.67.5DII4女50461636537.10.68.0DII5女60561654597.90.67.0DI6男37771762567.50.88.0DI胸腔容积的改变能够通过呼吸传导的容积描记装置进行测量（RIP）（Respigraph,NIMS,美国，迈阿密，佛罗里达州）。DallAva等人的研究显示，处于良好肌松状态，已经插管的，并且没有胸腔或腹腔手术，没有X线检查发现的不对称现象的患者，带有相同自由程度和相同潮气量水平下胸腔和腹腔位置的呼吸系统的运动在不同潮气量范围下是恒定不变的。因此，可以使用一个RIP。如同从前描述的一样，针对发生在整个吸气末气道闭塞期间的连续性气体交换进行容量校正。这一校正步骤提供了可以信赖的胸腔-肺部的容量-压力曲线，并且允许临床研究人员连续监测呼气末容量的改变。纪录卷被放置在患者腹部的皮肤上，并且处于髂前上嵴和腋窝的中间距离处。为了监测呼气末容量水平应该使用直流模式（DC）。由于在直流模式（DC）下震动子的摆动对温度最为敏感，因此在进行任何的测量之前应该至少等待30分钟来达到热平衡。如同前面描述的方法，使用手推的注射筒通过增加吹入容量的方法进行非积累性的校正。使用分压转换装置（Validyne MP-15型，60cm H2O，美国加利佛尼亚州）在气管内插管的末端测量Paw数值。使用双笔势能测量记录仪（2YT Sefram公司，法国）记录Paw和RIP输出数值。记录仪和RIP分别具有10毫秒和5毫秒的时间参数。被动肺排气实验步骤一定时间的稳定的机械通气之后，使用双向旋转螺丝进行手动的吸气末气道闭塞。在确定呼吸困难期间（56秒），通过观察到Paw数值平台的出现，表示有呼吸肌的放松。然后，快速地放开这种闭塞，允许患者自由地将气体呼出到空气中（除了ETT以外，避免了其他任何设备导致的阻抗），直到达到释放容量（r），并且等待从基线上能够明显观察到的RIP输出信号稳定至少1.5秒钟。呼气末稳定的RIP信号被认为是呼气完成的迹象。呼吸频率在1518次/分钟之间，并且基线潮气量（Vt,b）初始时被设置为10毫升/千克体重，但是随后上述数值应该被调节来保持动脉血气分析结果在正常范围内。在基线潮气量（平均Vt,b=8.5毫升/千克体重）使用PEEP（平均值为134cm H2O）和吸入容量为0.5基线潮气量（平均Vt,b=4.3毫升千克体重），以及基线潮气量使用ZEEP条件下随机的进行吸气末闭塞。在每一名患者的每种设置条件下进行吸气末闭塞。几乎最上面的曲线在每种条件下都能够使用。在每次研究实验之前，至少记录十次有相同RIP信号的连续的呼吸周期。然后，通过在两次呼吸中闭塞呼吸机呼出端，使用3种逐渐累加的潮气量向肺部输入吸入气体，这样可以产生标准深度的呼吸。将每个患者的PEEP调节到最佳PEEP水平处。临床上，当FIO2增加时，通过测量PaO2的数值来确定PEEP的水平，调节PEEP水平的目的是得到当FIO250毫米汞柱的最小压力，并使血流动力学的影响减至最小，并且能够限制峰值压力。最佳的PEEP是定义为能够提供最高的动脉PaO2的压力。进行实验研究之前为进行ZEEP测量，撤掉PEEP20分钟，通过论证呼吸机制以及血气分析记录的稳定性来判断患者是否已经达到了稳定状态。在呼吸机上设定需要达到的PEEP水平20分钟之后，进行PEEP的容量时间曲线的记录描画。为了确定呼吸道固有的PEEP，使用双向活瓣在呼气末阻塞呼吸道。在每次测量开始之前的稳定状态期间，重复上面的步骤。每一个实验研究都包含着相同的操作程序：使用预先随机设置的潮气量进行通气（Vt,b或0.5Vt,b）；在吸入末进行气道阻塞；在吸气末停止5到6秒钟使RIP容量和气道压力都能达到稳定状态；断开与呼吸机相连的呼吸回路；在被动肺排气使肺容量达到Vr时，将RIP作为时间函数进行记录。在所有的情况下，肺部被动排气之前的吸入容量是潮气量，并且达到肺部松弛容量时相应的呼出总气量为DVtot。数据分析直到Vr容量的RIP容量时间曲线被以0.1秒的时间间隔进行数字化（取样频率为10赫兹），在所有的情况下，两个最好的曲线被一同观察符合情况。为了进行一次指数和二次指数符合检验，数据被进行“符合程度”的模拟检验，二次指数函数被描述如下：V(t)=A1.exp(-t/1)+ A2.exp(-t/2) 这里，A1和A是指快速和减慢空腔的初始容量，和2是指相应的时间常数。被动呼气期间总的呼出容量（DVtot）是A1与A的总和。通过变量分析，以从每个曲线符合程度计算出来的最小平方总和为基础，对比一次指数曲线模型和二次指数曲线模型；当Fisher检验表明有显著的差异的时候（p小于0.05）二次曲线模型优于一次指数曲线模型。在所有实验条件下所得到的下降斜率（和2）通过相等效的检验和变量的重复测量数据的分析（ANOVA）进行评估。使用最小平方法，以Gauss-Newton程序为基础的被优化的计算机算法，来确定二次指数曲线模型参数。吸气末停顿（5到6秒钟）时的Paw被认为代表了呼吸系统静态弹性回缩压力（Pst,rs）。呼吸系统的静态弹性(Est,rs)通过Pst,rs除以呼出到大气中的容量来计算得到。呼吸系统动态弹性（dyn,rs）是Pst,rs除以峰值Paw计算得到的，此外，Paw是阻塞气道之前瞬间的测量值，或者将Pst,rs除以DVtot。肺泡回缩PEEP和不同的潮气量对于肺泡回缩的影响通过容量压力曲线进行评估，容量压力曲线在零水平PEEP（ZEEP）和PEEP条件下使用0.5Vt,b和Vt,b在EILV和EELV时对Pst,rs和DVtot进行一系列的测量。由于相同Pst,rs（16cm H2O）条件下在PEEP和ZEEP之间肺容量有所不同，因此应该对每一个患者的肺泡回缩被定量测量。我们将Pst,rs数值选择为16cm H2O是因为这样的条件下我们能够在不同的水平的PEEP条件下对不同的患者测量肺泡回缩程度。实际上，也是这样的。统计数据分析数据的结果以平均值标准差的形式表示。当使用PEEP对患者进行支持时，从0.5Vt,b和Vt,b潮气量的通气支持中得到的数据使用双向变量分析的方法进行对比。如果使用0.5Vt,b和Vt,b潮气量的通气支持之间没有显著的差异，每种潮气量下的数值可以使用Dunnett 检验的方法与Vt,b的ZEEP的数值进行对比。使用最小平方的方法进行渐进性分析。重要水平为5。结论被动肺排气对于所有的患者在PEEP模式下二次指数模式能够比一次指数曲线更加适合测量数据。几乎在所有的情况下，潮气量曲线的形态非常适合二次指数方程曲线：使用0.5Vt,b和Vt,b潮气量的通气支持的条件下分别有0.972r20.998和0.978r20.998。两种实验条件下所取得的组平均曲线在表2中描述。快速腔室总的呼出容量在PEEP条件下分别为847（0.5Vt,b）和865（Vt,b），和ZEEP条件下，数值为816%，的数值分别为0.500.13秒（0.5Vt,b）和0.580.17秒（Vt,b），ZEEP条件下数值为0.350.11秒。如表2中所示Vt,bPEEP通气条件下的平均数值（0.58），与0.5Vt,b ZEEP通气条件下的平均数值（0.35）有显著的差异。慢速腔室总的呼出容量在PEEP条件下分别为167（0.5Vt,b）和145（Vt,b），和ZEEP条件下，数值为196%，的数值分别为6.463.45秒（0.5Vt,b）和6.442.79秒（Vt,b），ZEEP条件下数值为4.672.38秒。（如表2中所示）表2：PEEP和潮气量对方程1中的参数的影响PEEP(cmH2O)Dvtot(ml)A(ml)A1/Dvtot(%)A2(ml)A2/Dvtot(%)1(s)2(s)0.5Vt,b13（4）610（127）524（119）84（7）101（45）16（7）0.50（0.13）6.46（3.45）Vt,b13（4）934（134）803（98）86（5）131（60）14（5）0.58（0.17）6.44（2.79）Vt,b0508（101）410（96）81（6）97（37）19（6）0.35（0.11）4.67（2.38）在不同的研究条件下，呼吸系统的静态弹性(Est,rs)数值不发生显著的改变，在Vt,b，PEEP条件下的呼吸系统动态弹性（dyn,rs）显著低于在0.5Vt,b，ZEEP条件下的测量数据（p0.02），而在Vt,b，PEEP条件下的Rawmean显著高于在0.5Vt,b，ZEEP条件下的测量数据（p0.05）（表3）。表3： PEEP和吸入容量对六名ARDS患者呼吸机制平均参数的影响PEEP(cmH2O)Pst,rs(cmH2O)Est,rs(cmH2O/L)Edyn,rsst,rs(cmH2O/L)Rawmean(cmH2O/L.s)0.5Vt,b13（4）20.9(3.8)35.3(9.4)43.0(14.0)20.2(4.4)Vt,b13（4）32.3(6.3)34.9(6.3)40.5(8.5)23.2(8.3)Vt,b019.2(5.5)37.6(6.1)47.0(9.9)15.9(4.3)肺泡复张图3描绘了1号患者Vt,b，ZEEP条件下，Vt,b，和0.5Vt,b PEEP条件下呼吸系统静态容量-压力曲线。使用PEEP可以使容量-压力曲线向上移动，Vt,b条件下的向上移动幅度大于0.5 Vt,b条件下的移动。在PEEP，0.5Vt,b模式下，六名患者中有三名患者（分别为1，3，4号患者）的肺泡容量的复张容量为55毫升，在PEEP，Vt,b模式下，六名患者中有四名患者（分别为1，3，4，5号患者）的肺泡容量的复张容量为102毫升（表4和表5）。与0.5Vt,b条件下相比，在Vt,b条件下，1，3，4号患者的Vrec有所增加，并且5号患者表现出了如表4和表5中所描述的Vrec数值。与0.5Vt,b条件下相比，在Vt,b条件下Vrec数值的增加与相同条件下显著升高的（EILV-Vr）( 934134ml Vt,b和610127ml0.5Vt,b，P0.001)具有相关性，而与0.5Vt,b条件下相比，在Vt,b条件下EEIL-Vr的增加相对比较少(446166ml Vt,b和361156ml0.5Vt,b，P0.05)（见表4和表5）。表4：六名ARDS患者在PEEP和一半基础潮气量通气条件下的机械参数患者Pst,rs(cmH2O)EILV（毫升）0.5Vt,bEELV（毫升）VrecVrec/EELV（%）121.85983432554015.7218.051520930600316.35542273276018.3421.085718966823034.4520.560824935900627.552627625000平均值20.9610249361标准差3.812755156表5：六名ARDS患者在PEEP和基础潮气量通气条件下的机械参数患者Pst,rs(cmH2O)EILV（毫升）0.5Vt,bEELV（毫升）VrecVrec/EELV（%）129.087056130910032.4229.076542034500325.885949136810027.2429.5115043971126036.6540.5100040359715025.1640.096061234800平均值32.3934488446标准差6.313484106与使用ZEEP, Vt,b的条件相比，使用PEEP, 0.5Vt,b的条件进行通气，呼气末Pst,rs的数值增加（PEEP为134cm H2O），而吸气末Pst,rs的数值没有显著变化（分别为20.93.8比19.25.5cm H2O）（表3）。讨论我们的研究提供了关于PEEP和不同潮气量相组合的条件对于急性呼吸窘迫综合征患者肺部被动呼气和肺泡复张的影响的十分详尽的分析。在这个实验研究中观察到了三个值得注意的现象：(a)应用PEEP和高静态吸气末压力（虽然使用了较高的潮气量）进行通气都能够增加复张肺的容量；(b)通过不使用PEEP，而潮气量较高的通气方法和使用PEEP，而潮气量较低的通气方法所达到的相同的吸气末平台压力导致了不同的呼气末容量（使用PEEP时，呼气末容量比较高）；(c)当潮气量升高（吸气末平台压力升高）时，气道阻抗也表现出了升高的趋势。当前的研究一个主要的发现是，PEEP为13cm H2O时，当使用较高潮气量（平均值为476毫升）时，六名患者中有四名患者肺泡复张容量增加。较高的吸入气体量（Vt,b）比较低的气体吸入量（0.5 Vt,b，平均值为241毫升）产生的肺泡复张容量（Vrec）更高，这反映了PEEP为13 cm H2O时肺呼吸单元的复张（表4和表5）。使用较高的吸入气体量（Vt,b）导致的肺泡复张容量（Vrec）的增加与同较低的气体吸入量（0.5 Vt,b）相比较的呼气末肺容量（EELV-Vr）轻微的升高（两种吸入量下的EELV-Vr分别为446166ml和361156ml）（P0.05)具有相关性。然而，在Ranieri等人研究公布的数据线中，即使使用PEEP为cm H2O和Vt,b的实验条件，六名患有急性呼吸窘迫综合征的患者中只有四名发生了肺泡复张（表5）。两名使用PEEP和Vt,b的通气条件，但不表现出肺泡复张的患者中的一名，在使用Vt,b的通气条件进行机械通气期间，在ZEEP条件下吸气末Pst,rs的数值为29cm H2O。在这样的吸气末Pst,rs的数值条件下，急性呼吸窘迫综合征的患者所有复张的肺泡表现出为开放的状态，即使Lachman和他的同事使用了更高的压力。然而，在五名研究对象中，在ZEEP条件下吸气末Pst,rs恰好低于上述描述的不张肺单元的开放压力（12.8-20.5 cm H2O），并且因此我们希望全部这五名患者都有存在肺泡复张容量（Vrec）。事实上，五名患者中只有四名患者出现这种肺泡复张容量（Vrec）。然而， 2号患者，尽管他的吸气末Pst,rs的数值为29cm H2O，在使用PEEP和Vt,b的通气条件下，并不出现肺泡的复张。由于肺过张和复张不良的情况下都有可能发生肺损伤，这样就导致了单纯限制通气的潮气量是不够的，可以使用新的机械通气方法，包括使用较低潮气量水平下PEEP通气（来保持肺泡的开放）以限制容量损伤。实际上，从肺病变的角度上讲（导致容量损伤的概念），Brunet等人发现的曲线中，吸气末肺容量比吸气末Pst,rs更为重要。在没有PEEP（ZEEP）条件下使用通常的潮气量也能够限制容量损伤的发生。然而，Muscedere和Dreyfuss的研究显示没有PEEP 潮气通气模式下，实验动物处于顺应性曲线的较低区域，并出现周期循环的“垂直应力”能够加剧肺损伤。当使用ZEEP, Vt,b和PEEP, 0.5Vt,b的通气条件，总的呼出气量是相同的（表2），呼气末肺容量是不同的（分别为0和361156ml）（表