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急性肺损伤患者低潮气量通气期间

作者:ACOPD之家 来源: 日期:2011-03-12 14:01:04 人气: 标签:急性肺损伤患者低潮气量通气期间
  

急性肺损伤患者低潮气量通气期间

用呼气末正压通气以防止呼吸顺应性的降低

 

研究目的:为了研究患有急性肺损伤(ALI)的患者中,吸气末正压(PEEP)对由于低潮气量通气引起的呼吸系统顺应性(Cpl,rs)降低的影响。

参与人员:8名肺损伤评分高于 2.5分的患者。

干预:使用8.4±0.4毫升/千克体重平均潮气量,在三种PEEP水平下(分别为5,10,15cm H2O),应用压力控制通气(PCV)和容量控制通气(VCV)。应用每一次压力控制通气(PCV)和容量控制通气(VCV)之前,用手动过量吹入的方法使肺容量的历史进行标准化。

测量:我们在0时刻(开始)处,以及从应用压力控制通气(PCV)和容量控制通气(VCV)开始时刻的10,20和30分钟处分别测量Cpl,rs。实验结束后记录气体交换和血流动力学数据。

结果:在5和10cm H2O的PEEP水平下,我们观察到使用压力控制通气(PCV)和容量控制通气(VCV)都导致了Cpl,rs水平的降低。在5cm H2O的PEEP水平下,与容量控制通气(VCV)相比较,使用压力控制通气(PCV)期间,由于初始的Cpl,rs水平比较高,因此Cpl,rs的下降程度更加显著。在15cm H2O的PEEP水平下,Cpl,rs水平不发生显著的降低。应用压力控制通气(PCV)和容量控制通气(VCV)模式中,实验结束时测量的Cpl,rs水平,气体交换和血流动力学数据不表现出差异。在15cm H2O的PEEP水平下,压力控制通气(PCV)下的二氧化碳分压比容量控制通气(VCV)更低。

结论:为防止Cpl,rs的下降需要PEEP水平最小为15cm H2O。我们在实验中观察到的较低PEEP水平下渐进性的Cpl,rs下降,可能反映了肺泡的不稳定。(CHEST杂志 1996;109:480-85)

 

缩略语:

ALI=急性肺损伤;AP=平均循环动脉压;CI=心指数;CVP=中心静脉压;DO2I=携氧分数;FIO2=吸入气体氧气分数;MAP=平均气道压力;PAOP=肺动脉楔压;PAP=平均肺动脉压;PCV=压力控制通气;PEEP=呼气末正压;PEEPi=气道固有呼气末正压;Pel,e=呼气末弹性回缩压力;Pel,i=吸气末弹性回缩压力;PIP=峰值吸入压力;Qva/Q=静脉混合程度;RR=呼吸频率;SVO2=混合静脉血氧饱和程度;VCV=容量控制通气;Ve=每分钟呼出量;VO2I=氧气消耗分数;VT=潮气量

 

关键词:

急性肺损伤;机械通气;呼气末正压;呼吸机制;呼吸系统顺应性

 

最近这些年以来,低潮气量的使用(小于10毫升/千克体重)越来越多地被推荐应用于急性肺损伤患者的通气管理。实际上,有实验研究证据表明高峰值气道压力水平和/或肺过张,不仅会导致明显的气性损伤,而且还会导致严重的肺泡和微血管的损伤。


过去,低潮气量通气与不稳定的肺机制和交替的气体交换相关联。实际上,有一系列报道显示,在使用低潮气量进行麻醉期间,发现有渐进性的肺部顺应性的降低。这些研究结果主要被描述为气体腔室的萎陷。低潮气量通气也表现出了呼吸衰竭患者顺应性的降低。

这些通过使用低潮气量通气,防止气性损伤的机械通气方法的主要缺点是呼吸系统顺应性降低。在容量控制通气期间随着气道压力的增加,这种顺应性的降低将会变得更加明显;相反,在压力控制通气期间,这种顺应性的降低会助长潮气量的进一步降低。

我们非常希望了解在低潮气量通气期间,能够防止这种渐进性的顺应性降低的适合呼气末正压水平(PEEP)。实验数据表明,在非常低的潮气量通气期间,PEEP实际上使呼吸系统顺应性得到了优化。呼吸衰竭的患者,Suter等人的研究数据表明潮气量水平越低,所需要的能够优化肺机制的PEEP水平就会越高。我们设计这一实验来观察三种不同水平的PEEP(

分别为5,10,15cm H2O)对与低潮气量通气(7到9毫升/千克体重)相关的顺应性降低的影响,这种低潮气量通气是我们当前对急性肺损伤患者临床处理的一部分。

 

材料和方法

患者人群

8名患有急性肺损伤的患者在实验中登记,登记根据下面的标准:(1)肺损伤评分为2.5或者更高;(2)没有慢性阻塞性肺疾病的病史;(3)没有急性气体的泄漏;(4)肺动脉楔压低于18毫米汞柱;(5)在实验前6小时具有稳定的血流动力学参数。所有的患者处于仰卧体位,并且使用呼吸机进行容量控制通气(Servo 900C型呼吸机,西门子公司产品,瑞典生产)。所有的患者通过连续性注射安定,或芬太林,或Protofol以及这些药物混合注射来达到Ⅳ级镇静,并通过弹丸式注射溴化物来达到Ⅳ级肌松程度。6名患者使用带有袖口的气管内插管(内径为7.5到8毫米)进行鼻腔插管或口腔插管,2名患者使用气管切开方法(内径为9毫米)进行插管。

为了使血气分析数值达到最佳,并同时减小发生气性损伤的危险,由首席内科医生对呼吸频率,每分钟呼出气量,潮气量,PEEP,和吸入气体氧气分数这些参数进行选择。要特殊说明的是,根据当前我们临床机构的临床实际,我们采用了相对较低的潮气量(8.4±0.4毫升/千克体重)。表1显示了实验刚开始时的相关临床数据。

 

表1:相关的临床数据

 

                          患者

1

2

3

4

5

6

7

8

性别

年龄

55

74

20

70

45

52

28

31

诊断

HA

S

T

BP

HS

S

PCP

T

LIS

3.5

2.5

3.0

2.5

2.8

2.5

2.8

2.5

开始天数

1

2

30

24

2

1

2

20

PEEP ,cm H2O

13

12

10

9

15

9

14

6

PaO2/FIo2,mm Hg

90

112

91

117

87

196

297

175

FIo2

1.0

0.9

1.0

0.7

1.0

0.6

1.0

0.75

Vt ,ml/Kg

8.4

9.0

8.8

9.0

8.0

8.5

8.4

8.0

Ve, L/min

7.6

14.1

6.8

6.3

9.1

8.2

8.7

10.5

RR, 呼吸/分钟

15

22

12

10

16

16

22

20

不参与制定研究草案的内科医师也出现在实验研究的过程中。研究的草案被当地的伦理委员会批准,并且信息的内容也是从患者的直系亲属处获得。


数据测量

所有的患者都被放置了动脉插管和肺动脉插管,用来监测血流动力学特点和进行血液取样。平均循环动脉压,中心静脉压,平均肺动脉压,和肺动脉楔压被记录。通过热扩散的技术,平均三次冷冻液体(10毫升5%右旋糖,温度为0到4摄氏度)注射的测量值,对心指数进行测量。动脉和混合静脉血的样本被采集,并分析样本的氧分压,二氧化碳分压,PH值,血红蛋白浓度,饱和度。携氧分数(DO2I)和氧气消耗分数(VO2I)都已经避免了体表面积的影响,静脉混合程度(Qva/Q)通过标准方程被计算得到。

在串联于一个压力传感器的人工气道的近段测量气道压力。使用连接于一个分压传感器的肺容量描记图来测量气流。气道压力和气流信号被放大,并在一个四通道的模拟记录仪上被记录,通过手提式的计算机对数据进行数字化(每通道的每秒钟的采样频率为50赫兹)处理,并且存储和进行离线的数据分析。通过整合气流信号获得潮气量数值。

通过呼吸机自身的显示得到平均气道压力。

 

实验草案

在开始研究之前,所有的患者使用低潮气量的VCV通气,容量控制通气在我们的临床中心是标准的通气支持方式。

在开始实验之前,将吸入时间设置为整个呼吸周期的33%,并且没有吸入中断时间(平台),将潮气量和呼吸频率保持在有临床指标确定的先前设定值水平。如果没有特殊说明,所有的通气参数在整个的实验过程中一直保持不变。

患者在5,10,15cm H2O的PEEP水平上进行压力控制通气和容量控制通气。两种通气模式和三种PEEP水平的所有组合,按照随机的顺序应用于患者,每种组合的持续时间为30分钟。

为了使既往肺容量能够被标准化,将气道的分泌物吸出,在每一个PCV或VCV通气周期开始之前,使用接近一升的容量手动向肺部吹入气体十次。装配有机械PEEP(被设置成10cm H2O)活瓣的硅胶制成的人工呼吸管在研究中被使用。手动向肺部吹入气体被证明能够有效的增加肺部顺应性,并且能够改善全身麻醉期间机体的氧化反应。

研究之前临床应用的潮气量是PCV和VCV的目的。将呼吸机的潮气量调节到所需水平后,应该立即开始(定义为起始时刻)每一个PCV和VCV通气周期,并在30分钟后停止通气周期(定义为终止时刻)。在每一个PCV通气周期中,不包括不同的PEEP应用水平之间,一旦将潮气量设置完成后,压力控制水平应该保持在恒定的水平。我们在研究开始的时刻,10分钟之后,以及20分钟之后分别进行三次吸气末气道阻塞和三次呼气末气道阻塞。每一次阻塞的持续时间为3分钟,通过压迫呼吸机的适当部位能够导致气道阻塞。为了能够在实验结束后计算呼吸机制参数(将三次测量值平均),记录气道压力和气流信号。最后分别对动脉和静脉血进行采样并作血气分析,并且记录血流动力学参数。

 

呼吸机制的测量

通过对数字化气道压力和气流描记信号的研究观察,我们得出下面的数据:呼气末气道压力(PEEP),呼气末弹性回缩压力(Pel,e),吸气末弹性回缩压力(Pel,i)和峰值吸入压力(PIP)。通过用Pel,e-PEEP来计算固有吸气末气道压力(PEEPi);总的静态呼吸系统顺应性的计算方法是VT/(Pel,e-PEEP)。

 

 


统计数据

表中所有的数据都是以平均值±标准差的形式表示的。为了评估时间的影响,每一个PEEP条件下和每一种通气模式(PCV和VCV),都要进行起始数据和终止时数据的比较。为了评估通气模式的影响,每一个PEEP水平下的PCV和VCV数据都要进行比较。通过比较两种通气模式中,每种模式下不同水平PEEP的终止时刻的数据来评估PEEP的影响。所有的统计学对比都是应用双向变量分析方法来进行的。可能性水平低于0.05被认为是有意义的。

 

结果

在PEEP水平为5,10cm H2O时,两种通气模式下的Cpl,rs从研究开始到结束都表现出了下降(如表2和表3中所示),但是PEEP水平为15cm H2O时,Cpl,rs并不下降。图1表示了在压力控制通气和容量控制通气模式期间,三种PEEP水平下平均的Cpl,rs时间期限。可以观察到,Cpl,rs的衰减是随着时间的发展表现出渐进的趋势,但在第30分钟时,表现出了明显的稳定状态。

当PEEP水平为5cm H2O时,应用压力控制通气模式期间Cpl,rs的降低,显著高于容量控制模式期间Cpl,rs的降低。在PEEP水平为5,10cm H2O时,两种通气模式下Cpl,rs的降低水平在开始时刻和终止时刻都没有表现出差异。

正如预期的一样,在容量控制通气期间(表3)Cpl,rs的降低与Pel,i和RIP的增加具有相关性,而在压力控制通气期间(表2),Cpl,rs的降低与潮气量的降低具有相关性。作为一种结果,当在PEEP水平为5cm H2O时,压力控制通气期间,终止时刻的潮气量是最低的,然而在PEEP水平为15cm H2O时,这一数值与实验开始时的设置值没有区别。我们的实验中可以观察到,在PEEP水平为5cm H2O时, 同容量控制通气相比较,由于潮气量的设置是相同的,压力控制通气模式下较高的Cpl,rs降低程度是由较低的Pel,i水平引起的。

 

表2:PCV开始和结束的呼吸机制的数据

 

             PEEP, cm H2O

5

10

15

VT, ml

 

 

 

s

537±84

540±80

536±89

e

468±97

517±93

550±103

Cpl,rs,mL/cm H2O

 

 

 

  s

39.9±16.6

34.5±9.5

29.0±8.8

  e

33.9±13.5

31.8±8.1

28.9±7.8

PEEPi,cm H2O

 

 

 

  s

0.6±0.7

0.5±0.5

0.4±0.4

  e

0.4±0.6

0.3±0.3

0.4±0.5

PIP,cm H2O

 

 

 

  s

24.1±5.5

29.1±5.2

37.2±7.6

  e

24.6±5.3

29.3±5.8

37.0±7.9

Pel,I,cm H2O

 

 

 

  s

21.7±6.8

27.9±5.9

36.1±8.5

  e

21.5±6.9

28.2±5.7

36.3±8.1

MAP,cm H2O

 

 

 

  s

11.8±1.7

16.8±1.7

22.7±2.3

  e

11.1±2.0

16.8±1.5

22.7±2.1

表3:VCV开始和结束的呼吸机制数据

 

             PEEP, cm H2O

5

10

15

VT, ml

 

 

 

s

538±81

540±78

536±87

e

540±80

539±80

536±86

Cpl,rs,mL/cm H2O

 

 

 

  s

36.3±13.5

34.4±8.9

29.5±8.4

  e

34.7±13.4

32.2±9.3

29.3±8.3

PEEPi,cm H2O

 

 

 

  s

0.6±0.7

0.4±0.4

0.3±0.4

  e

0.7±0.7

0.3±0.4

0.3±0.4

PIP,cm H2O

 

 

 

  s

28.4±7.7

33.9±5.7

41.6±9.9

  e

29.4±7.6

35.0±6.7

41.6±9.4

Pel,i

 

 

 

  s

22.8±6.3

27.9±4.8

35.5±8.5

  e

23.5±6.3

28.9±5.3

35.3±7.9

MAP,cm H2O

 

 

 

  s

10.8±1.1

15.6±0.9

20.8±1.3

  e

10.4±1.5

15.4±1.0

20.5±1.2

 

提高PEEP水平可以导致PIP(峰值吸入压力),Pel,i和MAP(平均气道压力)数值的上升。同容量控制通气相比较,压力控制通气期间,当平均气道压力有轻微的升高时,峰值吸入压力显著降低。两种通气模式下,没有发现PEEPi的显著差异。

在PEEP水平为15cm H2O时,同容量控制通气相比较,压力控制通气期间的二氧化碳分压水平显著降低,尽管使用具有可比性的潮气量。换句话说,在压力控制通气期间PEEP水平的升高导致了显著的二氧化碳分压的降低,而在容量控制通气期间没有发现这种二氧化碳分压水平的降低。两种通气模式下没有发现血流动力学参数,氧合作用,携氧分数(DO2I),以及氧气消耗分数(VO2I)的差异(表4和表5)。在两种通气模式下,PEEP的增加显著降低了静脉混合程度(Qva/Q),并且提高了PaO2以及混合静脉氧饱和度(表4)。最后,如果PEEP水平从5cm H2O升高到15cm H2O,心指数水平将会大大降低(表5)。

 

讨论

这个临床研究的主要结果如下所述:在PEEP水平为5 和10 cm H2O时,在PCV和VCV两种通气模式下,Cpl,rs水平从研究的开始到研究的结束都表现出了下降。在PEEP水平为15cm H2O时,能够防止这种Cpl,rs水平的降低。

一个有趣的间接的发现是:在PEEP水平为15cm H2O时。在压力控制通气模式下PaCO2比在容量控制模式下更低。这种能够观察到的Cpl,rs水平的降低,证实了经典研究中所报道的,在麻醉期间会出现渐进性的Cpl,rs水平降低。低潮气量通气会加剧Cpl,rs水平的降低,而使用过度通气的方法能够使Cpl,rs水平得以恢复。最近,Bond等人报道了兔电子示波装置显示高频低潮气量通气条件下,发现了Cpl,rs水平的降低和肺容量的降低。

在我们的实验研究中,相对比较低的潮气量通气使用,也可能会导致Cpl,rs水平的降低。实际上,有报道表明,所有的急性肺损伤的患者使用较低潮气量通气下Cpl,rs水平,比使用较高潮气量更低。

 

 

表4:PCV和VCV结束时的气体交换数据

 

             PEEP, cm H2O

5

10

15

PaO2,mm Hg

 

 

 

PCV*

87.3±26.4

124.0±44.1

195.4±93.5

VCV*

82.4±29.8

130.2±42.2

215.7±66.3

PaCO2,mm Hg

 

 

 

PCV*

56.8±13.2

53.9±9.7

51.8±11.5

VCV

57.9±14.9

55.4±12.2

55.9±15.22

Qva/Q,%

 

 

 

PCV*

48.3±13.0

41.3±13.0

34.0±11.1

VCV*

52.5±13.4

39.5±13.1

33.6±11.1

Vo2I,mL/min/m2

 

 

 

PCV

129±32

124±26

122±31

VCV

122±28

123±28

117±21

SvO2,%

 

 

 

PCV*

74.3±6.9

76.7±5.4

78.1±7.1

VCV*

74.4±7.5

77.4±6.5

80.8±5.1

 

表5:PCV和VCV结束时的血流动力学数据

 

             PEEP, cm H2O

5

10

15

AP,mm Hg

 

 

 

PCV

83.2±20.5

81.7±23.4

78.6±15.1

VCV

80.5±21.0

84.9±21.8

83.4±18.3

PAP,mm Hg

 

 

 

PCV

28.3±4.2

27.3±4.0

27.8±2.7

VCV

28.5±2.7

27.4±4.6

28.8±3.8

CVP,mm Hg

 

 

 

PCV

9.8±4.6

11.0±4.2

11.0±4.2

VCV

9.7±4.4

10.0±4.6

10.8±4.2

PAOP,mm Hg

 

 

 

PCV

13.7±4.7

14.8±3.1

14.5±2.6

VCV

12.8±2.2

15.0±2.0

16.0±4.3

Cl,L/min/m2

 

 

 

PCV*

6.0±1.6

5.6±1.6

4.9±1.5

VCV*

5.9±1.9

5.5±1.5

5.0±1.5

Do2I,mL/min/m2

 

 

 

PCV

798±226

772±240

742±195

VCV

763±271

782±261

711±202

 


在恒定的低潮气量麻醉期间,Cpl,rs水平的降低主要与肺泡的萎陷相关。由于所有的急性肺损伤患者肺部都具有不张的倾向,在我们的研究中所观察到的实验患者的Cpl,rs水平降低,有可能是由于通气腔道的萎陷不张。实际上,在低肺容量的条件下表面活性物质的转化,可能对于肺泡萎陷不张有促进作用。然而,水肿的肺部发生气道关闭的跨肺压力条件比正常的肺部的跨肺压力更高。因此,急性肺损伤的患者发生渐进性顺应性的降低可能会发生在较低的(5cm H2O)或中等的(10 cm H2O )PEEP水平条件下。

然而,当PEEP水平没有处于恰当的,能够防止呼气末肺泡的关闭水平,出现不稳定的肺泡的萎陷不张和重新开放的周期性循环是可能的。这种肺泡的不稳定现象对通气腔道的萎陷不张和Cpl,rs水平的降低趋势有着促进作用。

足够高的PEEP水平可能会因此稳定肺泡的复张,并且能够提供恒定的Cpl,rs水平。同样,在PEEP水平设置为15cm H2O时,我们没有观察到Cpl,rs水平的降低。在这种PEEP水平下,气道压力是恰当的,能够防止在手动吸入期间保证肺部容量的稳定。15cm H2O的PEEP水平可能是足够高的,能够保证大部分复张的肺泡处于开放状态。然而,在PEEP水平为15cm H2O时,吸气末弹性回缩压力(Pel,i)达到了被报道认为是足够的,能够保证几乎全部肺泡复张的水平(接近于35cm H2O)。

在压力控制通气模式下,潮气量的减少将会促进肺容量、Cpl,rs水平、以及潮气量的进一步降低。基于这样的假说,我们希望在压力控制通气模式下比容量控制通气模式下更加明显。实际上,在PEEP水平为15cm H2O时,与容量控制通气条件下相比,我们观察到在压力控制通气模式下有更高的顺应性降低水平。然而,在实验终止的时刻,Cpl,rs数值与容量控制通气模式期间测量的数值没有显著差异。进一步的说,我们没有发现压力控制通气期间和容量控制通气期间,静脉混合程度(Qva/Q)和氧分压水平没有显著的差异。因此,与容量控制通气模式相比较,在压力控制通气模式的终止时刻,我们没有发现肺泡复张减少的证据。

在PEEP水平设置为5cm H2O时,由压力控制通气模式提供的顺应性的改善,很有可能是由于PCV典型的减速气流波形引起的,但是在我们的实验中这种改善只是暂时的。我们观察到存在于两种不同通气模式之间的唯一气体交换的差异是,在PEEP水平设置为15cm H2O时,PCV通气期间二氧化碳分压更低。由于潮气量数值是相类似的,这些发现结果对于死腔的减少是十分重要的,在两种通气模式(PCV和VCV)期间,VO2I(氧气消耗分数)是相同的,这表示了相同的二氧化碳产生量。同恒定的吸入气流量相比,使用递减吸入气流量的机械通气能够减小死腔比例,这是由于改善了吸入气流的分布。此外,快速的向肺泡内吹入气体能够产生吸入气体在肺泡内更长的停留时间。按照推论,这样能够改善气体在肺内的混合并且改善二氧化碳的交换。

然而,当PEEP水平设置低于15cm H2O时,潮气量的降低抵销了更低的死腔分数的优越性,因而导致了相类似的肺泡通气。

 

结论

在使用相对较低的潮气量进行通气的急性肺损伤患者中,当PEEP水平设置为15cm H2O时,我们观察到Cpl,rs水平的降低。在机械通气期间,渐进性的顺应性降低,是使用了没能防止肺不张发展的通气模式的结果。然而,实验证据显示,肺泡的不稳定加剧了肺损伤的发展。因此,主要考虑肺容量恢复的通气模式,作为一种安全的选择被大力推荐。在我们研究的患者中,需要相对较高的PEEP水平(15cm H2O)来防止Cpl,rs水平的降低。使用这种方法来优化PEEP水平从而带来的优点,能否平衡较高气道压力带来的潜在危险,仍然是一个需要解决的问题。关于在最近研究中观察到的相对较小改变的临床意义,我们还没有得到直接的迹象。

 

参考文献:


(省略)

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