机械通气：血流动力学治疗的手段

机械通气作为维持呼吸功能的重要措施，保证肺泡通气、改善氧合、维持肺容积和降低呼吸功，已经成为重症患者重要治疗手段。机械通气不仅能够改善呼吸功能，而且通过胸腔内压力及肺容积的改变，直接影响患者血流动力学。

既往常常把机械通气对血流动力学的影响错误理解为机械通气的副作用，但是近年来随着对机械通气作用机制的深入了解，机械通气对血流动力学的影响已经成为重症患者血流动力学治疗的重要手段。

一、机械通气对血流动力学的影响

机械通气是通过改变胸腔内压力及肺容积影响全身和肺血流动力学。自主呼吸是由于胸腔内负压产生实现气体交换，机械通气是正压通气，使得胸腔内压力由负压转为正压，胸腔内大血管和心脏承受的压力发生变化，导致血流动力学的变化。肺泡内容积和压力的改变也导致肺局部血流动力学变化，从而影响全身血流动力学。

（一）对心脏前负荷的影响

机械通气降低心脏前负荷的机制相对简单。机械通气通过增加胸腔内正压，影响静脉回流，减少回心血量，降低心脏前负荷。静脉回流由平均体循环充盈压和右房压之差，以及静脉回流的阻力两方面决定。

胸腔内压力升高一方面导致右心房的压力升高，进而减少静脉回流；另一方面导致上下腔静脉血管的压力增加，引起回流阻力的升高，导致回心血流量的减少，从而降低心脏前负荷。

（二）对心脏后负荷的影响

机械通气对心脏后负荷的影响机制比较复杂。对左、右心室后负荷的影响机制不尽相同。机械通气能降低左心后负荷，但对于右心后负荷还取决于机械通气对于肺血管阻力的影响。

1．对左心后负荷的影响：

正压通气能够降低左心后负荷。机械通气通过增加胸腔内压力降低左心室跨壁压，从而降低左心后负荷。自主呼吸时，由于胸腔内为负压，左心室在收缩时需要客克服胸腔内负压和动脉内的压力之和，从而增加左心后负荷（图1a）；正压通气时，胸腔内正压能够辅助左心室共同克服动脉内压力，从而减轻左心后负荷（图1b）。

图1. 正压通气对左心后负荷的影响

2．对右心后负荷的影响：

机械通气不仅通过增加胸腔内压力影响右心后负荷，还通过改变肺容积、纠正低氧血症和高碳酸血症影响肺血管阻力，影响右心后负荷。

正常生理状况下，肺循环是个低阻力高顺应性的系统。右心室壁薄、压力低，对后负荷的耐受性差，轻度增加的肺血管阻力即可导致右心室过度负荷，同时由于右室的高顺应性，过高的右室后负荷可导致右室急性扩张，导致急性肺心病发生。

正压通气通过改善通气和肺容积，影响肺血管阻力进而影响右心后负荷。一方面，当存在低氧或酸血症时，肺血管阻力会明显增加，机械通气在改善氧合及高碳酸血症时能够降低肺血管阻力，从而降低右心后负荷；另一方面，肺容积变化对肺血管阻力的影响，又取决于对肺泡毛细血管和肺泡间毛细血管阻力影响的综合效应。当肺容积减少时（比如存在肺不张、肺泡塌陷等），肺泡毛细血管是扩张的，但低氧导致的肺血管收缩反应使得肺血管阻力明显增加（图2a）；当肺容积逐渐增加时，肺泡间毛细血管受到肺组织的牵拉可降低肺血管阻力；当肺容积继续增加时，肺泡会过度膨胀，肺泡毛细血管受到压迫又增加肺血管阻力（图2b）。因此，肺容积对于肺泡毛细血管和肺泡间毛细血管的综合效应会影响肺的血管阻力的变化，肺血管阻力在肺容积过小或者过大时都会明显增加（图2c），对于正常成人，当肺容积处于功能残气量位时，肺血管阻力最低。

图2. 肺容积对肺血管阻力的影响

二、机械通气的血流动力学治疗

在疾病状态下，机械通气对血流动力学的影响，会成为调整心脏前后负荷的重要手段，从而发挥血流动力学治疗的作用。

（一）改善心功能

减轻心脏前后负荷，改善心功能是心功能不全的主要治疗策略。机械通气对血流动力学的影响正好符合心功能不全的治疗原则，成为心功能不全的重要治疗手段之一。

减轻心脏前负荷：患者发生心功能不全时，心脏前负荷升高导致心室每搏作功处于心功能曲线的平坦段甚至下降支，导致心输出量进一步的下降，严重时引起心源性休克。临床上常常采用限制液体输注、利尿治疗来降低心脏前负荷，治疗心功能不全，但临床起效较慢，而且有患者对利尿治疗反应不好，影响心功能不全的治疗。

机械通气通过增加胸腔内正压减少回心血量，从而迅速降低心脏前负荷，使心室搏出功回到心功能曲线的上升支，从而增加心输出量，甚至无创机械通气也能明显改善心功能。左心功能衰竭患者在给予机械通气治疗后，患者的肺动脉嵌压较前明显降低，并且心输出量较前明显改善。因此，机械通气通过降低心脏前负荷从而改善心脏功能，成为纠正心功能不全的快速有效治疗手段。当然，治疗过程中需要关注容量状态的监测，避免容量不足的发生。

机械通气降低心脏前负荷还成为心脏瓣膜疾病手术治疗的辅助手段。机械通气通过影响心脏收缩期和舒张期的形态及瓣膜的位置，有助于心脏瓣膜手术的实施。经皮二尖瓣成形术是治疗二尖瓣返流的一项新技术，但往往由于二尖瓣前后瓣叶对合长度减少、瓣叶活动度降低等因素导致手术失败。然而，近期的研究发现，手术中给予患者高呼气末正压（positive-end expiratory pressure，PEEP）能够减少静脉回流和左心舒张末期容积，增加二尖瓣前后瓣叶的对合长度，进而提高手术的成功。所以，优化机械通气的设置，降低心脏前负荷还有助于提高心脏手术的成功率。

减轻心脏后负荷：心脏后负荷的增加是导致心功能恶化的原因之一。对于左心，机械通气通过改变心室跨壁压能够减轻心脏后负荷，进而降低心脏做功。一项小规模的研究发现，对于接受主动脉内球囊反搏治疗的急性左心衰竭患者，给予实施机械通气联合较高PEEP（PEEP 10 cmH2O）能够帮助患者早期脱离主动脉内球囊反搏并且改善临床预后。进一步证实机械通气有助于改善心功能不全。

机械通气影响右心后负荷的作用尤其突出。一方面，机械通气通过降低心室跨壁压减轻心脏后负荷，另一方面，机械通气通过改善氧合、纠正高碳酸血症、维持呼气末肺容积，显著降低肺动脉压力，从而降低右心后负荷，防治急性肺心病。

（1）纠正低氧和高碳酸血症：

低氧血症及高碳酸血症能够导致肺动脉压力显著升高，严重时导致急性肺心病的发生，酸中毒升高肺动脉压力的作用甚至更为明显，因此，迅速纠正酸中毒、纠正低氧血症具有重要临床意义。既往的研究发现，机械通气通过降低PaCO2并且增加血pH，能够有效的降低肺动脉压力，减轻右心后负荷；不仅如此，机械通气还能通过纠正低氧血症降低肺动脉压力，对于存在右向左分流和非右向左分流的患者，提高动脉血氧分压和肺泡内氧分压都能降低肺动脉压力。因此，机械通气可以降低肺动脉压力，降低右心后负荷。

（2）促进肺泡复张，维持肺泡容积：

机械通气重要的作用之一就是促进肺泡开放，维持肺容积。急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）由于大量肺泡塌陷，导致肺血管阻力明显升高、进而引起肺动脉压力升高，会导致急性肺心病，甚至发展为梗阻性休克。急性肺心病在中重度ARDS的发生率为22%，肺炎、驱动压>18 cmH2O、氧合指数<150 mmHg和PaCO2>48 mmHg是ARDS发生急性肺心病的高危因素。给予ARDS实施小潮气量通气、肺复张及适当的PEEP等保护性通气策略，能够促进塌陷肺泡的复张，维持肺泡容积从而降低肺动脉压力。需要注意的是，肺泡过度膨胀也是导致肺动脉压力升高的重要因素，不适当的高PEEP和大潮气量均会导致肺泡过度膨胀的发生，从而压迫肺泡毛细血管，引起肺血管阻力增加，导致肺动脉压力的升高。所以，合适的机械通气策略，是促进肺泡开放，维持肺容积，同时避免肺泡过度膨胀。

（二）指导容量评估治疗

容量评估和治疗是血流动力学治疗的重要内容。实施容量治疗的前提是评估机体的容量状态，以及是否存在容量反应性。临床常常使用的评估指标包括静态指标和动态指标，动态指标的作用优于静态指标。

机械通气时气道内压力的周期性改变能够引起胸腔内压的变化，从而引起心脏前负荷周期性的改变，影响血流动力学的变化。机械通气条件下的动态指标动脉脉压变异度（pulse pressure variation，PPV）、每搏量变异度（stroke volume variation，SVV）和下腔静脉变异度就是临床常用指标。

机械通气下PPV、SVV能较准确预测容量反应性。Paul等对29项研究进行荟萃分析发现，PPV判断补液反应性的敏感度为89%，特异度为88%，诊断比值比（Odd Ratio，OR）值为59.86。SVV判断液体反应性的敏感度为82%、特异度为86%、诊断OR值为27.34。另一项单中心、前瞻性、观察性研究发现，46例接受机械通气的脓毒症患者，以SV≥15%作为液体反应阳性标准，SVV用于区分容量反应组与容量无反应组的阈值为10%（敏感度为96.15%，特异度为100%，AUCROC 0.96，95% CI 0.859～0.996），PPV 用于区分容量反应组与容量无反应组的阈值为12%（敏感度为100%，特异度为100%，AUCROC 1.00，95% CI 0.93～1.00）。因此，机械通气有助于评估容量反应性。

机械通气时下腔静脉变异度对容量反应性也具有较好预测价值。胸腔内压力的变化会引起相应腔静脉内压力的改变，而腔静脉内压力的改变能够指导临床进行容量反应性的评价。既往研究发现，在给予7 ml/kg机械通气下，使用超声观察重症感染患者下腔静脉呼吸变异指数变化，发现下腔静脉呼吸变异指数为18%可以作为区别机械通气患者是否存在容量反应性的阈值。所以，根据机械通气时下腔静脉呼吸变异指数可以指导重症患者容量反应性的评估和治疗。

三、基于血流动力学变化的机械通气设置

机械通气的病理生理学目标是维持氧合、支持肺泡通气、增加肺容积和降低呼吸功，所以在血流动力学不稳定时，机械通气首先是保证氧供的重要支持手段。针对不同血流动力学分类的休克，机械通气的设定也有不同。

（1）低血容量性休克和分布性休克：

这两种类型的休克表现为血容量的减少或血管容量的增加导致组织器官灌注不足，因此，机械通气应设置为小的潮气量和维持肺泡开放较低的PEEP，从而避免正压对循环的不利影响。

（2）心源性休克：

基于机械正压通气能够降低左心前后负荷有助于改善心功能，因此，在心源性休克状况下，合适的PEEP水平和潮气量有助于心功能的辅助治疗。

（3）梗阻性休克：

临床常见梗阻性休克的病因为肺栓塞，机械通气往往是治疗肺栓塞导致梗阻性休克的重要手段，一方面，可以维持患者氧合，另一方面，机械通气对于右心功能有辅助作用，能够降低右心前负荷和室壁张力，为肺栓塞进一步的治疗赢得时间，机械通气的设定需要依据血流动力学的监测，以不增加肺动脉压力即右心后负荷为目标。

由于机械通气通过胸腔内压和肺容积影响血流动力学的变化，因此，通过监测胸腔内压和功能残气量有助于机械通气的优化，但目前仍需要进一步的研究证实。

可以看出，机械通气已经不单单是重症患者呼吸治疗的主要手段，也是血流动力学治疗的重要措施，清晰深入了解机械通气治疗的基本原理，掌握患者病理生理变化，合理设置呼吸机参数，机械通气一定是重症患者重要的器官支持和器官保护手段。