葛*赵春光翻译马新华校对
摘要
背景:在急性呼吸窘迫综合征(ARDS)期间，限制潮气量(VT)、平台压和驱动压是至关重要的，但是对于脑损伤患者，高碳酸血症的干预可能是具有挑战性的。因为降低死腔可以提高CO2清除率，我们进行了一项研究，以确定用加热加湿器(HH)代替热湿交换器(HME)是否以及在多大程度上有助于患有急性呼吸窘迫综合征的脑损伤患者安全降低潮气量。方法:轻度和中度急性呼吸窘迫综合征的脑损伤患者(入院时格拉斯哥昏迷评分9的头部外伤或自发性脑出血)在瘫痪期间按顺序接受三种通气策略:(1)HME联合潮气量以获得30-35mmHg内的二氧化碳(HME1)；(2)用潮气量滴定HH，获得相同的二氧化碳分压(HH)；(3)HME1设置恢复(HME2)。记录动脉血气、静态和准静态呼吸力学、通过多重压力-容积曲线的肺泡复张、颅内压、脑灌注压、平均动脉压和经颅多普勒检测的大脑中动脉平均流速。通过容积二氧化碳描记术测量并划分死腔。结果:研究了18例脑损伤患者:7例(39%)为轻度，11例(61%)为中度急性呼吸窘迫综合征。纳入时，PaO2/FiO2的中位数[四分位范围]为[–]，PEEP的中位数为8cmH2O[5–9]。HH可使潮气量减少毫升[95%置信区间:98-]，潮气量/千克减少1.8毫升/千克[95%置信区间:1.5-2.1]，平台压力和驱动压力减少3.7cmH2O[2.9-4.3]，而不影响二氧化碳分压、肺泡张开和氧合。这是下呼吸道(84毫升[95%置信区间:79至89])和总死腔(86毫升[95%置信区间:73至98])所允许的。16名患者(89%)在HH时显示驱动压力等于或低于14cmH2O，而在HME1和HME2期间为7名(39%)和8名(44%)(p0.)。HH期间，平均动脉压、脑灌注压、颅内压和大脑中动脉平均流速无变化。
结论:HH带来的死腔的减少可以安全地减少潮气量，而不改变二氧化碳和脑灌注。这允许为更大比例的脑损伤急性呼吸窘迫综合征患者提供损伤较小的通气。
背景
急性呼吸窘迫综合征(ARDS)影响多达30%的急性脑损伤危重患者，代表了更差临床结果的独立预测因子。
使用低潮气量(VT)来限制平台期压力和驱动压力(即平台期压力-呼气末正压，△P)可减少呼吸机引起的肺损伤(VILI)，并提高ARDS患者的存活率。然而，较低的潮气量会增加高碳酸血症的风险，这是有害的，尤其是在脑损伤患者中:在这一特定的患者群体中，需要严格控制动脉二氧化碳分压(PaCO2)，以防止由于脑血流量和颅内压增加而导致的任何继发性脑损伤。
因此，在患有急性呼吸窘迫综合征的脑损伤患者中，出现了两个相互矛盾的优先事项:使用低VT进行肺保护和严密的PaCO2控制以保持适当的脑血流并防止颅内压过度升高。机械通气期间脑和肺保护之间的最佳平衡还没有很好地建立，也没有关于这些患者通气管理的建议。在临床实践中，急性脑损伤和急性呼吸窘迫综合征患者的潮气量通常超过预测体重的6毫升/千克(PBW)。
热湿交换器(HME)和加热加湿器(HH)用于有创机械通气期间的气体调节。尽管它们使用起来更简单，但热机械通气携带了相关的仪器死腔，并降低了潮气量在肺泡通气中的比例。以前的作者强调，用HH代替HME可以减少死腔，促进CO2清除，并在急性呼吸窘迫综合征期间降低潮气量和平台压:然而，没有数据说明这种方法在多大程度上降低了△P，以及这种方法对伴发脑损伤的患者是否安全，对这些患者来说，严格控制二氧化碳是强制性的，任何干预都必须从脑血流动力学的角度进行评估。
我们进行了一项生理学研究，以阐明HH降低潮气量可在多大程度上限制△P，以及从脑血流动力学角度来看这是否安全。
方法
根据赫尔辛基宣言的原则，在意医院的普通重症监护室进行研究。当地机构伦理委员会审查并批准了研究方案。根据委员会的建议获得了书面知情同意。
病人
急性脑损伤合并急性呼吸窘迫综合征的患者被筛选入组。急性脑损伤被定义为入院时格拉斯哥昏迷评分9的创伤性脑损伤或非创伤性脑出血。急性呼吸窘迫综合征的诊断是基于柏林定义建立的标准。如果患者患有急性脑损伤，出现急性呼吸窘迫综合征，并且为临床目的接受侵入性颅内压监测，且稳定压力值小于20mmHg，则有资格纳入研究。
出于安全原因，因为降低潮气量可能导致肺泡塌陷和低氧血症，患有严重急性呼吸窘迫综合征(血氧饱和度/血氧饱和度mmHg)的患者不被考虑纳入研究。其他非纳入标准包括:年龄18岁、怀孕、严重血流动力学不稳定、肌肉麻痹禁忌症、胸腔管泄漏和开颅减压。
所有患者均以半卧位、插管、镇静、肌松(顺式阿曲库铵0.1毫克/千克)，并以容量控制模式进行机械通气，I/E比为1:2。带有Y型件和HME滤波器的标准回路(吸水管；在稳定阶段死腔84毫升，阻抗1.0cmH2O/升/秒)。通气参数由主治医师设定，主治医师未参与研究，但根据脑损伤患者的护理标准，他被特别要求优化呼吸机设置，以获得30至35mmHg之间的二氧化碳和PaOmmHg或≥98%的血氧饱和度。
研究方案
使用了两种湿化装置:HME湿化器；DAR:死腔84ml，阻抗1.0cmH2O/L/s)和HH(MR，FisherPaykel，奥克兰，新西兰)。
这项交叉研究分为三个阶段。在第一阶段(HME1)，一个HME被放置在电路的Y形部分的远端。根据主治医师的处方，在设置没有任何变化的情况下保持通气30分钟之后，收集所有相关数据。在第二阶段(HH)，移除HME，将HH置于回路的吸气分支，滴定潮气量(每10分钟减少20-30毫升)，以获得与在HME1结束时检测到的相同的PaCO2达到目标二氧化碳水平后30分钟收集研究数据。在第三阶段(HME2)，将HME再次放置在电路的Y形部分的远端，并恢复所有基线设置。
所有患者均接受顺式阿曲库铵连续输注，标准剂量为35mg/h。在整个实验过程中，患者的镇静、升压药剂量、设定呼气末正压、呼吸速率、氧浓度和吸呼比保持不变。
气管内吸痰在研究开始时进行，在研究期间不重复，除非特别要求。
测量
在研究期间，连续监测以下参数(SC监护仪，西门子，埃尔兰根，德国):心率、动脉血压、颅内压、脑灌注压和血氧饱和度。
在每个研究步骤结束时，用2兆赫脉冲多普勒超声设备(经颅多普勒[TCD]H21——日立医疗系统欧洲公司，瑞士楚格)测量大脑中动脉的血流速度。
呼吸机(伺服呼吸机C，西门子-Elema，瑞典)和二氧化碳分析仪(CO2分析仪，西门子-Elema，瑞典)连接到个人计算机。呼吸机系统传感器产生代表呼气管路压力、呼吸机流速和气道开口处CO2的信号。这些信号经过滤波以避免混叠，并在50赫兹时从模拟转换为数字。流量信号在BTPS(体温和压力稳定)条件下用1升传感器校准。使用水压计校准压力，使用已知成分的气体混合物校准CO2。
潮气量通过呼气流量信号的数字积分来测量。计算预测体重的潮气量/千克(PBW)，PBW的计算如别处所述。
呼气末正压(PEEPTOT)在呼气末阻断期间测量，而气道平台压力(PPLAT)在2秒吸气末阻断期间测量。驱动压力(?P)计算为PPLAT和PEEPTOT之间的差值。静态呼吸系统顺应性(CRS)计算为潮气量/呼气末正压。总量、气道和肺泡死腔的计算使用根据别处验证的方法进行容量二氧化碳描记。在方案的每个阶段测量呼吸系统力学、气体交换、生理死区和血流动力学。
根据之前详细描述的方法，在低正弦流量通气期间，在研究的每个阶段记录设定和零呼气末正压时的弹性压力-容积曲线。线性临界计算为零呼气末正压时曲线的下拐点和上拐点之间的较陡部分。测量从设定呼气末正压到零呼气末正压的未采集体积(Rec)，该体积由设定呼气末正压和零呼气末正压下记录的压力-体积曲线之间的体积差组成，该曲线在20cmH2O的弹性压力下进行图形叠加和比较。Rec也标准化为设定呼气末正压的应用水平:Rec/呼气末正压计算为Rec和呼气末正压之间的比率，当Rec/呼气末正压14.5毫升/cmH2)时，患者被归类为具有高度可招募的特征。
终点
本生理学研究的主要终点是评估在等张条件下，与HME相比，HH在潮气量、肺动脉高压和减少△P方面提供的增益。
安全终点是低VT策略对大脑灌注的影响，由大脑中动脉的大脑灌注压力和血流速度定义，以及对呼吸力学和肺复张的影响，由上下拐点、线性和静态CRS、Rec和Rec/PEOPTOT定义。
样本量计算
鉴于本研究的生理设计，我们没有进行正式的样本量计算。根据关于该主题的其他研究，我们计划招募15-18名患者，这些患者似乎是对本研究中涉及的特定终点得出结论的合适样本。
统计分析
分类数据显示为事件数量(%)。连续数据以中位数[四分位范围]表示，并使用弗里德曼检验进行重复测量分析。采用威尔科克森秩和检验进行事后配对比较。显示最重要结果的平均差异(95%置信区间)。分类变量在三个研究步骤中的分布用CochraneQ检验进行比较:配对比较用McNamar检验进行。
双侧p值≤0.05被认为具有统计学意义。使用SPSS(20.0版)进行分析。
结果
18例患者符合纳入标准，进入研究。人口统计和临床特征如表1所示。
与方案的设计一致，在三个研究步骤中没有发现二氧化碳分压、呼吸频率、呼气末正压和总呼气末正压的变化(均p0.05表2，图1)。
HH期间潮气量、平台压、驱动压、总死腔、气道死腔和肺泡潮气量显著低于HME1(均p0.05表2，图2，3)。
与这些发现一致，在HH和较低潮气量通气期间，静态Crs高于HME1期间(p=0.表1)。对PaO2/FiO2比值、线性CRS、肺泡死腔、上下拐点、Rec、Rec/PEEPTOT、Rec/PEEPTOT14.5ml/cmH2O的患者比例无显著影响(均p0.05表2)已经检测到。
在三个研究步骤中，心率、动脉压、颅内和大脑灌注压以及大脑中动脉的流速相似(表2；图1；所有p0.10)。
由于显著降低了气道死腔(84[95%置信区间:79至89]毫升，p0.)，与热机械通气相比，使用HHs可减少总死腔(86[95%置信区间:73至98]毫升，p0.)，而不影响肺泡死腔(表2，图3)。
应用HH可使平均潮气量减少[95%置信区间:98–]毫升(p0.)，同时潮气量/千克PBW减少1.8[95%置信区间:1.5–2.1]毫升/千克(p0.)(图2)。使用较低的潮气量与静态CRS[95%置信区间:0.6-4.1](P=0.08)中2.3毫升/cmH2)的增加有关，与较低的PPLAT和△P(均为3.7[95%置信区间:2.9-4.3]cmH2)，p0.)有关；在HH步骤中，16/18(89%)的患者表现出≈P≤14cmH2O，而在HME1和HME2期间，这一比例分别为7/18(39%)和8/18(44%)(P0.)。
讨论
我们的结果表明，在患有急性呼吸窘迫综合征的脑损伤患者中，使用HHs可以减少潮气量和△P，而不影响脑血流动力学和动脉CO2分压。
与以前的研究一致，HHs与HMEs相比，显著减少了总死腔和气道死腔。HHs提供的测量死腔减少量为86[95%置信区间:73–98]毫升，与HME制造商宣布的90毫升仪器死腔一致。在我们的研究中，这允许将潮气量/千克PBW减少1.8[95%置信区间:1.5–2.1]毫升/千克，将△P减少3.7[95%置信区间:2.9至4.3]毫升/千克。
已经提出了几种策略来减轻VILI和改善急性呼吸窘迫综合征期间的临床结果:其中，最令人信服的是在大多数严重患者中较低的潮气量、俯卧位和可能的中高呼气末正压通气伴/不伴肌松。俯卧位可能导致颅内压升高；由于高呼气末正压对中心静脉压、静脉回流、心输出量和颅内压可能有不利影响，因此对所有脑损伤患者使用高呼气末正压可能不安全；因此，在这种情况下，降低潮气量似乎是增强肺保护的唯一有效干预措施。当脑损伤并存时，这一点显得至关重要，因为这些患者承受着呼吸并发症的高风险、高气管造口率、长时间的机械通气和更差的临床结果。
△P代表呼吸机设置对临床结果的影响的中介因素:虽然该参数的安全阈值尚未确定，但△P≤14cmH2O的患者显示生存率提高。我们的方案导致显示P≤14cmH2O的患者比例从39%增加到89%，因此表明这种方法可能具有临床益处。虽然潮气量和△P是能够改善急性呼吸窘迫综合征患者存活率的最重要的可改变因素，但在广泛的机械通气患者队列中，使用HH与改善临床结果无关。然而，在以前的研究中，HH的使用并没有像我们的方案中那样系统地伴随着潮气量的减少，因此任何可能的益处都可能被低估。
在我们的研究中，潮气量的使用导致静态心率的显著增加，而不影响在下和上拐点之间测量的线性顺应性。Rec定义的肺容量没有变化，患者的体位在研究步骤中也没有变化，胸壁弹性在整个研究过程中可能是恒定的，因此表明呼吸力学的任何观察到的变化都反映了肺力学的变化:特别是，静态和准静态顺应性的结果表明，如其他作者已经建议的那样，当使用较高的潮气量时，肺有一定程度的过度扩张。
虽然以前的数据表明较低的潮气量可能导致肺泡塌陷，但我们没有报告在潮气量减少期间显著的塌陷或氧合恶化。根据肺可复张性的不同程度，作为对呼气末正压反应的肺容积变化在患者中可能有显著差异。因此，只有17-22%的患者表现出较高的可复张性(即，呼气末正压大于14.5毫升/毫升)，而在以前的急性呼吸窘迫综合征队列中，只有50%的患者表现出可复张性，因此，在我们的研究中观察到的较低潮气量的减少影响可以用研究人群的这种特殊特征来解释。从这个意义上说，由于脑损伤受试者的氧合进一步受损的风险可能是致命的，我们没有纳入严重急性呼吸窘迫综合征患者，这些患者确实表现出最高的肺复张能力。此外，可能需要更高的呼气末正压(高达20cmH2)或更高)，以实现最佳的肺复张，并且这种值可能难以应用于脑损伤患者。
最后，也是最重要的一点，我们的方法简单，易于床边使用，并显示出广泛的安全范围:在整个研究过程中，没有检测到血流动力学不稳定、呼气末CO2和颅内压突然增加、血氧饱和度和脑灌注压降低或任何其他不良事件。同样，使用低潮气量与大脑中动脉的脑灌注压或血流速度的变化无关。
本研究的主要限制是其顺序交叉设计，因为干预的预定顺序可能会影响结果。然而，当所有基线条件恢复时，我们试图通过引入HME2步骤来缓解这一方面。步骤HME1和HME2中的大多数参数之间的等效性表明，在任何研究期间，患者都没有受到呼吸、血液动力学和大脑状况变化的影响，从而有助于我们结论的强度和可重复性。HME1和HME2之间的微小差异可归因于有限的样本和用于分析的基于统计学的测试。最后，初始潮气量和呼吸频率反映了个体临床医生对脑损伤患者治疗的态度，以及基线时没有应用严格的低潮通气策略。这与以前的报告一致，表明脑损伤患者经常暴露在非保护性通气环境中。事实上，这项研究的目的仅限于评估从HME设备转换为HH的生理影响。
结论
在脑损伤和急性呼吸窘迫综合征患者中使用HH可减少仪器死腔，并可在等张条件下减少潮气量和驱动压力，且无肺泡塌陷、低氧血症、脑灌注压和血流变化。这增加了在安全限度内接受机械通气的患者比例。鉴于其安全性和病理生理学合理性，我们认为这种干预可以作为脑损伤急性呼吸窘迫综合征患者一线通气管理的推荐方案。
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