体外膜肺氧合时机械通气的设置与监测
本文是从2023年重症医学和急诊医学年鉴中选出的十篇综述之一。其他精选文章可在https:// www. biome dcent ral. com/ colle ctions/ annua lupda te2023搜寻。有关重症医学和急诊医学年鉴的更多信息，请访问https:// link.sprin ger. com/ books eries/ 8901。急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者中，机械通气可通过多种机制引起呼吸机相关肺损伤（VILI），包括容积伤、气压伤、不张伤、肌肉创伤和生物伤。绝大多数重症ARDS中，尽管限制机械通气的容积和压力，婴儿肺越小，不安全通气的可能性越大。为了进一步限制呼吸机传输到肺的机械功，提出了减少潮气量（≤4 ml/kg）、呼吸频率（< 20/min）和气道压力（平台压力< 25 cmH2O和驱动压力≤15 cmH2O）的“超肺保护性通气”策略。然而，在没有使用体外生命支持（ECLS）进行气体交换的情况下，该策略可能导致重度呼吸性酸中毒。静脉-静脉体外膜氧合（VV-ECMO）是ECLS的一种形式，其在体外提供完全的血液氧合和二氧化碳去除，可以替代肺功能。VV-ECMO可显著降低潮气量、呼吸频率、平台压和驱动压。随机对照试验（RCT）和荟萃分析显示它与患者生存获益相关。然而，ECMO上的最佳机械通气设置仍有争议。在这篇叙述性综述中，我们总结了接受VV-ECMO治疗严重ARDS患者的机械通气管理和监测的现有知识、原理和证据。我们还将讨论该领域的研究历程。ECLS期间关于最佳机械通气设置的相关数据很少（表1）。因此，目前的建议是基于专家意见和极少数里程碑式试验的结果。ECLS期间肺休息的概念首先由Gattinoni等人的一项非随机对照试验中提出，呼吸机参数设置为吸气峰压低于35-45 cmH2O、呼吸频率< 5/min、呼气末正压（PEEP）为15-25 cmH2O。CESAR试验中，患者随机分配到中心接受常规管理（90例患者）或被转诊到ECMO中心考虑ECMO（90例患者），在ECMO下应用“肺休息”策略（压力控制模式，吸气峰压限制在20-25 cmH2O，PEEP 10-15 cmH2O，呼吸频率10次/min，氧分数0.3）。尽管ECMO组6个月时的死亡率或严重残疾率较低，但该研究因几个方法学限制而受到质疑。具体而言，只有75%的转诊患者接受了ECMO，对照组中只有70%的患者应用了保护性机械通气。EOLIA试验中，重度ARDS患者被随机分配接受即刻VV-ECMO或常规保护性机械通气，ECMO组采用辅助控制模式（减少潮气量至平台压≤24 cmH2O，PEEP≥10 cmH2O，呼吸频率10 ~ 30次/min，吸入氧浓度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1：2，FiO 2 0.3）。在随机分组后的数小时内，ECMO患者的潮气量显著降低（6.0±1.3 vs. 3.5 ±1.0 ml/kg）、平台压（30±6 vs. 24±3 cmH2O）、驱动压力（18±7 vs. 13±2 cmH2O）、呼吸频率（30±5 vs. 23±2次呼吸/分钟），而PEEP（12±4 vs. 11±3 c mH2O）保持不变。ECMO组的死亡率较低（35% vs. 46%），尽管该差异未达到统计学显著性差异（p = 0.07）。2013年在283家体外生命支持组织（ELSO）注册中心的141名医院负责人和ECMO项目协调员中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%）报告“肺休息”是机械通气的主要目标，而9%报告“肺复张”是其通气策略。76%的受访者将潮气量设定为6 ml/kg或更低，但只有34%的受访者将潮气量设定为低于4 ml/kg。77%的患者PEEP ≤ 10 cmH2O。最近，LIFEGARDS（急性呼吸窘迫综合征体外膜氧合患者的通气管理）是第一项专门设计用于描述接受ECMO治疗的ARDS患者通气管理的前瞻性研究。LIFEGARDS包括一个国际性多中心队列，其中包括10个国家的23个ECMO重症监护室（ICU）中的350名ECMO支持患者。它证实了ECMO启动后超保护通气的广泛采用，潮气量（6.4 ± 2.0 vs. 3.7 ± 2.0 ml/kg）、平台压（32 ± 7 vs. 24 ± 7 cmH2O）、驱动压力（20 ± 7 vs. 14 ± 4 c mH2O）、呼吸频率（26 ± 8 vs. 14 ± 6次呼吸/min）和机械功率（26.1 ± 12.7 vs. 6.6 ± 4.8 J/min）均显著下降，而PEEP（12 ± 4 vs. 11 ± 3 cmH2O）在大多数患者中保持大于10 cmH2O。然而，在多变量分析中，ECMO治疗前2天的呼吸机设置与生存率之间没有相关性。减小潮气量是限制由呼吸机施加到肺的应力和应变以及所产生的VILI的基础。使用强酸诱导肺损伤的大鼠模型，潮气量从12降至6至3 ml/kg，PEEP水平相同（10 c mH2O），可减少肺水肿和肺损伤，并保护肺泡上皮功能。事实上，由于体外二氧化碳清除（ECCO2R）装置对控制呼吸性酸中毒的CO2清除不足导致潮气量减少有限（6.3至4.5 ml/ kg），这可能解释了REST试验为何未能改善ARDS患者预后。相比之下，在EOLIA试验和LIFEGARDS队列随机分组的ECMO组患者中，ECMO使潮气量减少(< 4 ml/kg)更为显著（< 4 ml/kg）。体外生命支持组织（ELSO）的指南中建议将潮气量设定为小于4 ml/kg。平台压易于在床旁测量，并在ARMA试验发表后受到相当大的关注。REVA网络对甲型H1N1流感相关ARDS的研究报告称，在开始VV-ECMO后，存活者的平均平台压显著低于非存活者（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（比值比[OR] = 1.33，95%置信区间[CI] 1.14至1.59，p < 0.01）。在最新的VV-ECMO系列中，平台压力<25 cmH2O是目标，ELSO也推荐该平台压。驱动压是气道平台压减去PEEP。也可以表示为潮气量与呼吸系统顺应性的比值（ΔP = VT/CRS），表明在ARDS患者中观察到的肺功能受损程度（即婴儿肺）。驱动压是ARDS患者死亡率的可靠预测因子，如先前RCT和后续研究的事后分析所示，驱动压力>14 cmH2O与较高的死亡风险相关。接受ECMO的成人ARDS患者的观察性研究的荟萃分析显示驱动压是唯一与住院死亡率独立相关的通气参数。在这种情况下，VV-ECMO上的驱动压力<14 cmH2O似乎是理想的，目前在ECMO资源较为丰富的中心应用。肺塌陷与膨胀的频率即呼吸频率，可导致VILI。在猪ARDS模型中，Grasss等评估了呼吸频率降低与ECCO2R联合的获益。在固定潮气量（6 ml/kg）下，较低的呼吸频率与肺损伤减少相关。LUNG SAFE研究的次要分析也证实，较高的呼吸频率与院内死亡率增加独立相关。最近，Costa等在4549例ARDS患者的回顾性汇总数据库中证实，只有驱动压和呼吸频率与死亡率显著相关。在这项研究中，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）报告了ECMO时的较高呼吸频率。然而，在超肺保护性通气过程中，可能需要最小的呼吸频率（4/min）来维持肺容量并避免不张。机械功代表呼吸机输送到呼吸系统的能量。其为跨肺压、潮气量和呼吸频率的函数，> 17 J/min时与ARDS患者的死亡率独立相关。在ECMO期间应用超肺保护性通气，可以显著降低机械功。事实上，在EOLIA试验中，ECMO明显低于对照组(10 J/min vs. 28 J/min)，这一效应是由潮气量和呼吸率分别减少43%和23%引起的。同样，在LIFEGARDS队列研究中，ECMO后平均机械功从26 J/min降至6.6 J/min。尽管机械动力概念有一些局限性，但它可以使所有可修改的机械通气设置(潮气量、呼吸频率、驱动压力、PEEP、吸气/呼气比、吸气流量)对VILI的贡献得以量化。尽管它的计算可能有助于指导当前的临床实践（图1），ECMO患者的机械功应降低到何种程度仍未明确。潮气量减少到小于4 ml/kg可能不足以防止机械通气对炎症和不均匀肺的过度压力（定义为潮气量/呼气末肺容量），最近在10例接受VV-ECMO的ARDS患者中进行的随机交叉生理研究表明，尽管呼吸系统低顺应性患者的平均潮气量为2.4 ml/kg，但仍存在生物损伤和VILI的重大风险。具体而言，机械通气时吸气压力的变化与血浆生物标志物(晚期糖基化终末产物可溶性受体[S-RAGE]、白介素[IL]-6、肿瘤坏死因子[TNF]- α)浓度之间存在线性关系。在持续气道正压通气(CPAP)模式下(10cmH2O)，无潮气量时生物创伤最低。同样，Graf等人在一项前瞻性单中心生理学研究中，对24例接受VV-ECMO的严重ARDS患者进行了肺保护与呼吸暂停通气的比较。尽管驱动压较低(11.9±5.8cmH2O)，但超肺保护性通气与应激、应变和机械功增加相关。在接受VV-ECMO的ARDS大动物模型中，与传统通气策略相比，临近窒息通气(驱动压力10cm H2O, PEEP 10cm H2O，呼吸频率5次/min)也与肺损伤和纤维增生减少有关。虽然(临近)窒息通气可能是降低体外膜肺氧合期间VILI的最终策略，但在它被广泛采用之前，还需要更多的数据和更大规模的以患者为中心的临床研究。也应评估临近窒息通气的局限性。肺循环的缺失可能会产生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发性肺损伤(P-SILI)。该技术还需要在VV-ECMO回路中增加血流量以达到足够的氧合，这可能与溶血等并发症有关。通过允许患者自主呼吸运动来保持膈肌功能，可能有助于从机械通气中脱机，由于机械通气时膈肌短时间(18 - 69小时)不活动与人体横膈膜压力下降55%和慢收缩和快收缩横膈膜纤维明显萎缩有关。另一方面，在高呼吸驱动、低肺顺应性的患者中，自发呼吸可能与强烈的呼吸驱动和跨肺压升高有关，并引起P-SILI。虽然从控制通气切换到辅助自发通气有几个好处(肌肉功能保持，镇静降低，血流动力学改善)，但在保持膈肌活动(部分)的同时最小化P-SILI，对于接受体外膜肺氧合治疗的重症ARDS患者来说是一个挑战。在这种情况下，APRV模式结合了平台和驱动压力的控制，同时允许非同步的自主呼吸可能是具有一定价值的。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导致肺功能障碍、肺动力学受损和生物损伤。严重损伤的肺也可能同时发生肺萎陷和肺过度扩张。有趣的是，在一项国际ECMO专家调查中，77%的患者PEEP≤10 cmH2O, ELSO指南建议ECMO支持时采取适当的PEEP (10 cmH2O)。然而，ARDS患者的最佳PEEP可能因患者而异，并取决于几个因素(肺泡恢复能力、胸膜压力、体重和血流动力学)，也可能在疾病过程中迅速变化。因此，为特定的患者和特定的时间点选择合适的PEEP是一项挑战，“一刀切”的策略可能不会有任何临床益处。最近已经归纳了几种方法来指导临床医生在ECMO超保护性通气时个体化PEEP水平(图2)。电阻抗断层扫描(EIT)可在床边提供个体化、无创、无辐射的肺成像，并可进行全肺和局部肺的动态分析。该技术以图形形式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。它可以识别肺的阻抗变化，并能区分通气和非通气肺泡单位。因此，可以用EIT指导PEEP滴定，以确定最大限度减少肺萎陷和过度扩张的最佳设置。Franchineau等在15例ECMO患者中显示，患者EIT来源的“最佳”PEEPs存在广泛的多样性，其中7例,6例和2例患者分别为15,10,5 cmH2O，而PEEP 20和PEEP 0从未被选择。通过EIT评估肺内和两肺之间气道开启和关闭的分布是通气。EIT的几个局限性应该提到。首先，该技术仅提供了一个横断面来评估一个特定的肺区域，这可能不同于全肺，仅捕捉腹侧到背侧区域通气分布。第二，它需要特定的设备，而这些设备目前还没有广泛使用，而且数据的获取也很耗时。最后，在确定最佳PEEP水平的EIT目标参数上仍缺乏共识。这种EIT引导的通气策略在ECMO期间进一步降低VILI的益处值得进一步研究。平台压是压迫肺的压力梯度的替代，即跨肺压。由于胸膜压力与食管压力相关，食管压力计可用来估算呼气末跨肺压。这种压力导向性策略来优化PEEP可以减少肺不张损伤，并将肺过度扩张的风险降至最低。它已被用于确定ECMO的候选者(即，尽管处于最佳PEEP，但难治性低氧血症)或ECMO的最佳PEEP。在后一项研究中，VV-ECMO患者被随机分为跨肺压引导通气组(n = 52)和肺休息组(n = 52)。与肺休息组相比，跨肺压引导通气组脱机成功率更高，60天死亡率显著降低(33% vs. 54%， p = 0.03)， ECMO维持时间更短(p = 0.004)。然而，在ARDS患者中，跨肺压引导通气策略仍存在争议，并且没有得到EPVent-2试验结果的支持。肺超声可用于指导ARDS患者机械通气的设置和评估床旁肺恢复情况。在一系列接受常规机械通气的ARDS患者中，肺超声评分的变化与PEEP诱导的呼气末肺容积增加相关，在18例接受ECMO的患者中，肺超声评分与CT扫描数据显著相关。肺复张(R/I)比率是最近开发的一种评估肺复张潜力的工具。它是指应用高PEEP后肺复张的顺应性与较低PEEP时呼吸系统的顺应性之比。该参数可在ICU呼吸机床旁轻松测量，有助于优化呼吸机设置，特别是PEEP。到目前为止，在极低潮气量的ECMO中还没有研究过这个参数。俯卧位对于中度至重度ARDS患者是一种有效的一线干预，在体外膜肺氧合治疗前应考虑强制采用俯卧位。然而，尽管ECMO中这一程序的使用越来越多，特别是在2019冠状病毒病(COVID-19)大流行期间，但仍存在争议。多项观察性研究和最近的一项荟萃分析表明，ECMO时俯卧位是可行的、安全的，有利于ECMO脱机并改善预后。但迄今为止还缺乏相关随机对照试验，意外脱管风险、以及常规培训护理人员的困难，仍是在ECMO患者中推广应用该技术的障碍，特别是在ECMO进行较少的医院。正在进行的随机对照PRONECMO试验(ClinicalTrials.gov Identifier: NCT04607551)的结果可能有助于阐明ECMO患者俯卧位的指征。对于体外膜肺氧合支持的ARDS患者的氧合、二氧化碳或pH值的管理，目前尚无循证医学指南，低氧血症和高碳酸血症的安全界限也尚未明确，尽管低氧血症和高氧血症均与死亡率增加有关。EOLIA试验中实施的气体交换目标(PaO2 65 - 90mmhg; PaCO2 < 45mmhg)最常推荐使用。由于目前的ECMO膜可显著降低机械通气强度，并确保足够的气体交换，尽管剩余肺功能极小，但呼吸机FiO2应降低到其最小值。此外，低通气灌注比肺区FiO2分数高，可引起脱氮性肺不张，特别是当PEEP较低时。最后，ECMO启动后应避免快速纠正高碳酸血症，其与神经并发症的发展有关。目前，体外膜肺氧合(ECMO)撤机过程中的机械通气尚未引起足够重视。在EOLIA试验中，当“临床、放射学、气体计量和肺顺应性均得到改善”时，患者切换到容量辅助性通气，潮气量设置为6 ml/kg。最近，在一组83例进行体外膜肺氧合脱机的患者中，那些在一项氧供气流试验中潮气量、心率、通气比和食道压力波动较大的患者更不易安全的从VV-ECMO中解脱出来。如上所述，ECMO时俯卧位也有利于撤机。ARDS患者 ECMO期间的机械通气应以降低VILI强度为目标。然而，需要进一步的研究来确定在ECMO过程和撤机阶段如何调整特定的呼吸机变量。在此之前，EOLIA呼吸机设置是一个合理的选择。原文：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36941722/
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