【重症风采】连载37 | 急性呼吸窘迫综合征的心肺交互作用：病理生理、检测与处理策略

前言

    急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是最严重的急性呼吸衰竭，其高发病率和死亡率密切相关。ARDS治疗的主要进展之一是采用肺保护性通气策略，这可以被认为是一项持续的治疗干预。在严格限制潮气量和吸气肺泡压的基础上，这些策略的目的是通过减少潮气防止肺泡过度膨胀来防止通气性肺损伤(VILI)。然而， 肺实质受累的异质性产生了重要的区域功能差异，极大地放大了肺组织应变的不同，炎症反应不成比例的肺的局部潮气量也是不用的。

    ARDS的呼吸机管理主要集中在防止机械通气对肺泡的有害影响。尽管微循环的病理生理参与其对肺血流动力学和右心室功能的影响已经被人们所知，但目前对气道与血管间隙的影响受到的关注却要少得多。 最近，吸气驱动压力，被认为是影响ards预后的最重要的独立因素。这个容易测量的参数与功能性通气肺所受的周期性潮气量变化密切相关。驱动压力是输送潮气量与肺顺应性之比的体现，它整合了潮气量、高气道压和PEEP影响的信息。驱动压力升高不仅是破坏肺泡室的危险因素，也被认为是导致PVD的主要独立通气因素。

在本报告中，我们将讨论肺、肺循环和右心相互作用的主要病理生理学改变，并讨论预防肺循环疾病的管理策略以及机械通气对ARDS这种相互作用的影响。

肺血管功能障碍（PVD）

    早在40多年前，人们就首次描述了肺血管在ARDS中的作用。现在被称为PVD，这个术语包括影响ARDS中血管室和RV的结构和功能病理生理变化。这些变化包括缺氧引起的肺血管收缩和/或血管活性炎症介质的释放，微血管血栓形成，功能性肺容积减少，炎症性内皮损伤与血管重塑现象。PVD的临床表现是肺动脉压和血管阻力增加。

    在ARDS的过程中，它应该被视为一个连续体，从大多数ARDS患者都会出现的轻度肺动脉高压，到更严重的肺动脉高压等。 RV功能障碍与其直接的理论联系尚未建立，但累积的临床数据强烈表明PVD与ARDS的预后有关联。此外，生理死腔的增加是PVD的间接标志，因为它反映了早期微血管的改变，一直是ARDS死亡率的独立预测指标。在近25%的患者中，PVD进展为严重表现，即急性肺心病伴显性RV衰竭，其中报告的相关死亡率高达60-70%。

肺和右心室血流动力学的病理生理学

机械通气的效果

    肺循环是低压系统的。因此，它生理特征和心脏的相互作用受周围的压力水平、胸膜压力和肺扩张压力的周期性变化的影响。

随着压力持续升高，呼气末正压(Peep)直接传递至右心房，降低静脉压力梯度。此外，PEEP以上的跨肺压力波动对RV后负荷有显著的影响。RV和肺循环在正常情况下都能适应这些变化。然而，在像ARDS这样的病理条件下，在病变的肺中施加高于正常的压力，这种适应及自我调节能力就会受到严重的挑战。

肺血管力学

    为了保证足够的RV输出，正常的肺血管高度扩张，提供低的血流阻力。这种低的PA阻力对于维持RV的效率是必不可少的，也就是说以最低的能量成本保证足够的射血，有效地转移到RV肺循环和肺血管力学之间的这种临界依赖性体现了心室-血管耦合的概念。在肺动脉高压患者中，近端动脉阻力的增加，被认为标志着从代偿到失代偿过渡的开始。在代偿期出现RV功能障碍，是一个很强的死亡预测因子。

    在ARDS期间，由于低氧血症、高碳酸血症和代谢酸中毒所致的血管收缩状态，血管活性介质释放与功能性肺容积的减少同样引起近端动脉阻力增加可能是PVD的重要早期成分。（图1）已经证实大部分这些因素主要影响PA近端段扩张变硬。在增加RV负荷时，PA阻力的增加可能与增加PVR同样重要。另一个比较重要但研究较少的影响心室-血管耦合的因素与波反射现象有关。心室收缩期产生压力和流动波，流经肺循环，并反映在远端分支动脉树中。当RV系统中产生的前向压力和流动波满足后向回波时，压力增大，流量减小。正常肺循环波反射在当反射波在舒张期到达时，上述现象可以忽略不计。然而，在PA弹性和阻力增加的病理条件下，反射波有规律地出现，运动速度更快，从而在收缩期到达影响RV射血的时间更早。反射波到达的位置通常可以通过在PA波形的收缩期的射血相位上的切迹来观察，而在这一点之上的压力增加是被放大的。 在最近的一项实验ARDS研究中，PA波反射对RV后负荷有重要贡献，并可受肺条件的调节。

肺血流动力学及RV功能的临床评价

肺动脉导管

    ARDS患者对PVD减少的原因之一，可能与在床旁正确评估肺循环和RV功能的内在困难有关。肺动脉导管在PVD(6)的检测和第一描述中是必不可少的，但其目前的临床应用已明显减少。它提供了肺动脉压力波形的直接连续监测，并通过热稀释法测量PA压力和RV心输出量。通过计算肺血管阻力(PVR)，即平均肺动脉压降与心输出量之比，这是了解RV后负荷的主要临床估计值。然而，PVR仅代表对心室输出的稳态，而忽略了肺动脉流量和压力的脉动性，而后者同样对RVf负荷有显著影响。PVR的计算也是基于假设，例如流动发生在没有分支的肺动脉中测得的，却忽略了血液粘度的作用。事实上，RV后负荷是一个更复杂的概念，它应该包括所有影响有效的心室射血的因素，包括血管弹性和室-血管耦合效应。 这样才可以更好地描述右心动态变化来评估总RV负荷和肺循环状态，为了更全面地评估RV后负荷，需要进行对动脉弹性和瞬时流量变化和压力波形等进行分析。虽然这些方法在心肺相互作用的病理生理学方面提供了非常有用的机制探索，但它们并不适用于临床。

超声心动图

    超声心动图已成为一个评估RV功能和检测PVD非常有用的第一线诊断工具。它告诉我们右心的尺寸和功能并可提供心功能、PA压力的估算和负荷依赖性的评估。此外，它还评估了RV与肺循环相互作用的参数，如PVR，RV射血率和斑点跟踪。超声心动图为中度PVD提供了目前公认的诊断标准：肺动脉收缩压>40 mmHg，严重PVD：RV/左室舒张末期面积比<0.6，收缩末期反常间隔运动。然而，超声心动图对PVD的评估并不总是容易的。在呼吸机患者中，由于RV形状和声学窗质量的复杂性，常常会影响到患者的监测状态。此外，超声心动图只提供断断续续的评估，排除随着时间和具体干预措施或不断变化的条件而进行的纵向评估手段，不能代替动态监测手段。

改善急性呼吸窘迫综合征心肺相互作用的管理策略

    PVD的临床表现是否仍为轻度肺动脉高压或演变为急性肺心病取决于ARDS内在血管受累的程度，同时也对临床和呼吸机的管理有关。一般的治疗措施，如对急性呼吸窘迫综合征(ARDS)诱因的纠因治疗，与充分的血流动力学管理。特别是复苏后阶段和气体交换异常的纠正是强制性的（图1）。

肺血管扩张剂

    选择性肺血管扩张剂，如吸入一氧化氮(Ino)、前列环素和环氧前列醇，是治疗PVD的有效选择，因为它们可以直接降低PA和PVR压力且不会产生血流动力学效应。关于研究较多的药物iNO的数据没有定论，临床试验也没有显示出任何有意义的结果。然而，迄今为止测试研究方案并没有专门针对改善PVD，这可能需要不同的剂量和治疗策略。急性呼吸窘迫综合征(ARDS)患者的其他挽救性治疗，如其他血管扩张剂如磷酸二酯酶-5抑制剂或内皮素受体拮抗剂在治疗ARDS PVD中的作用尚不清楚。

肺保护性通气策略

    机械通气的作用是一个潜在的可改变的因素，在适当的设置下，可以调节心肺的相互作用。使用高潮气量，高驱动压力已显示直接导致或恶化PVD。因此，肺保护性通气策略在预防PVD和RV衰竭的发生和发展中具有重要作用。最近描述的RV保护性通风策略建议使用低潮气量和中等水平的PEEP来限制高气道压和高驱动压。功能性肺容积的重要性也越来越被人们所认识，并通过肺容积与PVR之间的关系得到了很好的阐述。肺泡高肺容积直接压迫血管而增加PVR。在肺相对低容积时，肺趋于塌陷，引起缺氧性肺血管收缩，影响肺泡外血管循环，导致毛细血管减少。塌陷也会增加肺异质性，减少功能性肺的大小，影响有效潮气通气。即使推荐的低潮气量也会引起明显的肺膨胀，对肺泡和血管间隙都有明显的负面影响。这至少在一定程度上解释了为什么肺保护性通气PVD的报告发病率仍然很高。

PEEP的作用

    机械通气时肺容积受PEEP水平的影响。在ARDS肺中，正常通气和非依赖过度充气肺区常与依赖肺共存。在这种情况下，低PEEP对肺循环和RV功能的理论上的有益影响可以被塌陷肺的负面后果所抵消，而高水平的PEEP在促进肺泡通气时是有益的，在促进进一步肺膨胀时是有害的。换句话说，PEEP如何影响肺容积是决定其对后负荷影响的主要因素(图2)。

俯卧位

    降低肺异质性的有效方法之一是俯卧位。通过调节垂直胸膜压力梯度，均匀化肺内压力的区域分布。使得重力依赖区域的肺再扩张。这种肺功能体积的增加很可能是俯卧位所描述的RV减压效应的主要机制之一。 在最近对严重ARDS患者进行的一项随机对照试验中，俯卧位的肺保护性通气显着地改善了患者的生存率，有趣的是同时改善了一部分患者的心脏和血管功能障碍。俯卧位通常还会产生更好的氧合和二氧化碳消除，这本身就有助于RV功能恢复。

肺复张措施（OLA）

    肺复张策略可能是降低肺异质性和预防PVD的一种更有效的方法。这种策略对PVD的有益作用最近在接受心脏手术的患者中得到了证实。肺复张后立即进行心脏超声心动图评估RV功能的改善（图3），图中说明复张对心脏手术患者PA压力、搏动性及波形形态的影响。肺复张策略的关键是肺复张后适当的PEEP个体选择。通过使用动态顺应性等临床参数，进行递减的PEEP滴定试验旨在找出合适潮气量情况下适宜PEEP水平。此外，肺复张是有效防止肺不张的手段。

    通过保持这一水平，可以设置在最小的可能的驱动压力情况下，尽量减少潮气过度膨胀。此策略当成功地应用于有反应的病人时，通气潮气在PVR-肺容积关系的最低点和个体化PEEP水平是防止肺塌陷和过度扩张的最佳折衷方案。

在最近的一项随机对照试验中，标准ARDSNet策略中开放肺PEEP的水平经常达到15~17 cmH2O的初始值。近年来，通过对肺血管力学的进一步分析，在实验性ARDS模型中评价了开放肺PEEP对PVD的影响。平均为19 cmH2O的PEEP与10 cmH2O 相比，波反射现象减少，PA有效阻力降低，且不影响氧输送和全身血流动力学。

总结

    ARDS仍然与高死亡率相关，肺血管和RV在其病理生理和预后中的重要性日益被人们所认识。急性呼吸窘迫综合征(ARDS)患者在机械通气过程中是复杂的，床边评估仍存在难度。因为PV后负荷变化是动态的，经典的血流动力学评估(如PVR)具有重要的局限性，受到与肺血管力学和心室血管耦合有关的许多其他因素的严重影响。在ARDS的机械通气支持下，充分实施治疗干预措施，防止肺和血管功能障碍的发生和发展，更好地理解为控制心肺相互作用的复杂病理生理学是至关重要的。