急性呼吸窘迫综合征的体外换气期间的通气

综述目的

越来越多的证据表明，体外气体交换的好处（至少在大多数严重病例中）是通过减轻呼吸机导致的肺损伤（VILI）来提供肺治愈的环境。尽管体外气体交换应用的标准相当一致（根据低氧血症/高碳酸血症的程度），但体外膜氧合（ECMO）/二氧化碳清除（ECCO2R）期间的通气管理在各中心之间存在差异。在这里，我们总结了最近关于在体外气体交换期间提供呼吸支持时如何管理机械通气的证据。

最近的证据

目前，在ECMO启动后保护原生肺免受VILI的最常见方法包括降低潮气量和驱动压，适度降低呼吸频率，通常保持呼气末正压水平不变。关于ECCO2R治疗，需要更高效率的设备以显著降低呼吸频率和/或潮气量。

总结

减少自体肺通气负担、提高体外气体交换效率和保护性肺通气策略之间的最佳折衷方案值得进一步研究。

关键点

@目前体外气体交换应用的标准基本上与气体交换恶化的严重程度相关，然而，越来越多的证据将体外气体交换的受益归因于通过缓解了呼吸机诱导的肺损伤（VILI）提供肺愈合的环境。

@体外膜肺氧合（ECMO）启动后保护原生肺免受VILI影响的最常见方法包括降低潮气量和驱动压，适度降低呼吸频率，同时通常保持呼气末正压水平不变。

@在接受ECMO的患者中，想要最大限度地增加自体肺休息可能，需要在低驱动压、充气状态和低呼吸率之间进行折衷。

@尽管ECMO治疗过程中自体肺通气负荷减少，但俯卧位、自主呼吸和低频深呼吸（叹气样呼吸）可能有助于避免肺萎陷。

引言

在重症监护中引入了体外气体交换是为了“给肺部愈合争取时间”。通过防止缺氧和高碳酸血症，ECMO（体外膜氧合）可以维持生命，同时减轻患者较高的肺肺部压力和吸入氧分数的负担。在1979年发表的该领域的第一个随机临床试验（RCT）中，ECMO应用于严重急性低氧性呼吸衰竭（AHRF）患者中。ECMO组和对照组均采用高潮气量（TVs）（10-15ml/kg）和高压（40-50cmH2O平台压）通气；两组的死亡率几乎相同（>90%），除少数中心外，均放弃体外气体交换。出人意料的是，得益于Caesar（2009）和EOLIA（2018）试验的结果，2009年猪流感H1N1和2019年COVID-19大流行导致了ECMO在全国范围内的应用激增。

越来越多的证据将ECMO的好处归因于增加肺保护和减少VILI。在第一次ECMO试验出现阴性结果之后，Kolobow和Gattinoni建议采用体外CO2清除（ECCO2R），而不是ECMO，作为在低得多的血流量条件下控制患者通气需求的手段。虽然ECMO在高血流量（3-5l/min）下运行，可提供氧合和CO2清除，但ECCO2R需要低得多的血流量（0.4-2l/min），其目标是根据体外装置清除的CO2量按比例减少通气需求。

我们将讨论AHRF患者体外气体交换期间呼吸支持的设置。讨论主要涉及ECMO，但在与VILI缓解的特定方面相关时，也涉及ECCO2R。表1总结了最新的（2019-2023）最重要的临床试验中体外气体交换启动前后的通气设置。在23个ECMO中心进行的LIFEGUARD研究显示了应用于ECMO启动的通气参数在中心与中心之间有很大差异。因此，Marhong等人报告称，在141个ECMO中心中，尽管77%的中心确认了获得‘肺休息’的目标，但只有27%的中心宣称有VV-ECMO期间通气管理方案。显然，不同中心实现这一目标的临床实践是不同的。

潮气量、驱动压和平台压

在20世纪70年代后期，Kolobow等人提供了ECCO2R如何将呼吸需求从正常通气调节到极低频率[呼吸率（RR）2-4bpm]甚至完全呼吸暂停的背景研究。在严重AHRF患者中应用低频通气联合ECCO2R，被证明可有效实现最小呼吸负荷。后来的ARMA试验证明，与12ml/kg相比，使用6ml/kg理想体重（IBW）的TV可提高存活率。很快就发现，如果6比12ml/kg IBW更好，那么4或3ml/kg IBW可能比6更好。Terragni等人发现通气量为6ml/kg（IBW）的急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者中30%有过度充气的迹象；当通过低流量体外CO2清除将TV降至4-4.5ml/kg IBW时，过度充气减少，肺保护标志物增加。从那时起，各种临床研究报告了使用4-3ml/kg IBW的TV，证实了“超保护性通气”的技术可行性。在一项较大的RCT（REST）中，将使用ECCO2R把TV降至3ml/kg IBW组的效果与标准的6ml/kg IBW组进行了比较。这项试验因无效而停止；因未观察到组间的结局差异。使用的设备提供的CO2清除率（45-85 ml/min）有限，因此使得研究者错失了3ml/kg IBW的目标（治疗组中能达到的平均TV为4.5 ml/kg IBW），并且还需要略微增加RR（约1-2bpm）。也许这种有限的通气负荷减少并没有达到足以改善生存率的VILI缓解效果。3ml/kg IBW的TV非常接近于仅对解剖学死腔进行通气，因此需要清除几乎全部代谢产生的CO2（200-250ml/min）。

与REST试验不同的是，EOLIA试验使用ECMO，血流量为f 3.5-5l/min，并实现了自体肺能量负荷从0.4J/min/kg降至0.1J/min/kg；60%归因于RR降低，40%归因于TV降低。降低ARDS患者TV的益处在具有最低顺应性（CRS）和最高驱动压（DP）的患者中被最大化。Guervilly等人在ECMO早期阶段对患者进行随机分组，应用TV1-2ml/kg IBW、RR5-10bpm加上俯卧位和跨肺呼气末正压组成的集束化治疗与EOLIA通气策略（对照组）相比较。生物创伤的生化标志物无差异。不同的是，TV的降低与CRS的显著降低相关，导致组间DP水平具有可比性。TV降低可能与CRS恶化相关，随后DP增加，这可能反过来导致TV进一步降低，阻碍预期获益。ECMO测得的第一天高驱动压和平台压均与死亡率增加相关（表2）。然而，较高的驱动和平台压提示较低的CRS，这是疾病严重程度指标。类似地，整个ECMO过程中较高的TV和较低的驱动压力（可能是CRS改善的标志）与更好的结局相关，并可用于确定ECMO撤机的时间。

我们还应该考虑到恒定的低TV通气会导致表面活性物质功能障碍，增加肺泡表面张力并促成肺萎陷。这种影响可以通过在预定义的时间间隔使用叹气样通气来避免。在最近的一项随机对照试验中，在接受压力支持通气的AHRF患者中，应用每分钟一次叹气样通气（峰压30cmH2O，持续3s）不仅耐受性良好，在降低了TV和RR的同时还增加了氧合。值得注意的是，在ECCO2R期间低频通气的开创性经验中，以2-4bpm的RR达到35cmH2O（吸气时间2s）管理患者，而平均呼气末正压（PEEP）为15.4±3.3cmH2O。尽管未观察到CRS降低，但不需要就该治疗策略对患者结局的影响得出任何结论。

在已有报道中呼吸频率范围可以很广，从每分钟4次呼吸到30次呼吸；然而，在大多数肺保护性通气研究中，只要需要，RR就会增加，以抵消TV减少导致的PaCO2增加。尽管机械功率的概念已被广泛认为是量化转移到肺部的潜在损伤能量的强有力的模型，但就产生VILI的单个机械功率决定因素的贡献，已经提出了批评。较高的RR似乎导致了VILI和ARDS患者的结局恶化：然而，最近的一项分析表明，同样1单位变化，DP（cmH2O）在增加死亡率方面的是RR（bpm）的4倍。ECMO期间较高的RR与死亡率增加独立相关（表2）。强有力的临床前证据证明了在ARDS动物模型中降低RR的有益作用。在由损伤性通气引起的、并由ECMO支持的严重ARDS模型中，应用近呼吸暂停通气（RR为5bpm）可以比常规保护性通气更好地预防早期纤维增生反应。然而，在10cmH2O DP和10cmH2O PEEP的近窒息通气（5bpm）期间，CRS随时间降低。事实上，呼气时间的增加，通常与速率的降低有关，可能导致肺泡塌陷。不同的是，较短的呼气时间可能会减少循环性肺复张和去复张，同时通气分布更好。因此，RR、TV大小和PEEP之间的相互作用需要进一步的实验和临床评价，以最大限度地提高其对结局的可能的有益影响。

呼气末正压

自1979年ECMO RCT以来，许多ECMO研究报告了ECMO启动后CRS的进行性降低，最有可能与受TV和RR降低影响的肺萎陷相关。因此，在ECMO启动后，肺成像恶化的放射学确认已被记录。为了防止降低TV时的顺应性降低，较高的PEEP可能有效。事实上，研究表明，PEEP>20cmH2O对于预防有着健康肺的呼吸暂停羔羊的肺萎陷是必要的。

然而，根据现有数据，ECMO/ECCO2R启动后观察到的CRS降低通常并不要求高于10cmH2O的PEEP。Marhong等人在ECCO2R研究中报告了一种不同的管理方法，即在体外支持开始后，PEEP从13>17cmH2O开始增加。Brusatori等人在进行体外气体交换支持之前和之后增加PEEP的目标为恒定的平均气道压力。适度的PEEP改变（+1-2cmH2O）不能防止由于TV和RR降低而导致的CRS损失。

在大多数患有ARDS的患者中，生理表型已被证明是临床有用的。通过影像学或肺力学评估肺复张（可能有助于确定PEEP水平，保证肺泡通气，同时避免过度扩张）。ECMO启动时的床旁EIT监测可能会通过监测呼气末肺容量趋势和通气分布进一步提供帮助。

最后，Wang等人在一项单中心RCT中为了在ECMO支持的AHRF患者中获得呼气末正压，测试了设置PEEP的有效性。作者发现，在跨肺压引导PEEP组中，ECMO撤机的患者比例显著较高，ECMO支持的持续时间较短，60天的死亡率降低。但是应谨慎解释这些结果，因为与对照组相比，跨肺压引导PEEP组的VT和DP也较低。

机械通气模式

大多数患者在体外气体交换开始时接受间歇性指令通气。在144个ECMO中心进行的一项全球调查显示，压力控制是最常用的（64%）强制通气模式。这可能为了紧密控制驱动压并实现更高的平均气道压力水平（可能改善氧合）。然而，PCV方法的潜在缺点包括：较高的吸气流量，这与ARDS患者中VILI标记物的增加有关；与容量控制相比，PCV需要较高的PEEP水平以防止CRS损失，特别是当使用低TV时。

一些作者提出了一种范式转变，比如从保护性肺通气（降低TV）和/或开放肺的方法（最小化驱动压力和提高PEEP）到利用气道压力释放通气（APRV）特征的“时间控制自适应通气”。该模式利用病变肺的机械特性，提供延长的（4-6s）CPAP时间，以允许复张肺开放，同时通过设置非常短的呼气时间避免肺泡闭合不稳定。需要警惕的是，因为这种方法可能会导致平均气道压力显著升高，类似于高频通气，因此可能干扰血液动力学。

俯卧位

尽管俯卧位可以提高中重度ARDS患者的生存率，但LIFEGUARD研究报告称，在350名患者中只有15%在ECMO期间至少进行过一次俯卧位。这种使用的不足可能是担心有可能产生的并发症，如套管移位，出血或其他机械并发症，找不到主要的前瞻性RCT关于评估接受ECMO的患者的俯卧位；然而，最近的综述和荟萃分析得出结论：ECMO中的俯卧位可以改善结局。早期俯卧位（连接上管路后的5天内）似乎是显著生存优势的重要决定因素，可能与CRS改善相关。

辅助/自主呼吸

虽然清醒非插管ECMO/ECCO2R有助于避免慢性肺病或等待肺移植患者的肌肉失调，但清醒ECMO在AHRF患者中不太常见。最近的一项文献综述确认了467名接受清醒ECMO治疗AHRF的成人。34%的病例报告了失败（需要插管）。在AHRF患者中，辅助呼吸可带来多种生理益处：然而，患者过度的呼吸努力会带来患者本身造成肺损伤的风险。Karolinska小组报告了17例接受体外支持联合最低限度镇静和压力支持通气治疗的重度ARDS患者中死亡率非常低（24%）；作者接受了低于连接ECMO前的动脉氧合值。

Spinelli等人分析了15名接受ECMO治疗的ARDS患者在体外CO2最大化清除期间的自主呼吸模式，这些患者接受ECMO不到3天。当ECMO吹扫气体流量增加以清除所有患者的CO2产生时，60%的患者实现了生理呼吸模式。SOFA评分较高、CO2产生量非常高且CT扫描显示疾病严重程度的患者，即使在最大的ECMO CO2清除量下，也呈现出浅快的呼吸模式。

在ECMO的过程中，患者状况的改善可以包括恢复对呼吸驱动血气的控制，在最严重的阶段，呼吸驱动血气在很大程度上被其他触发因素所支配，导致浅快呼吸，即使是在存在正常动脉血气和pH值的情况下。监测患者对CO2清除率变化的反应可以预测辅助呼吸的可行性：为了利用ECMO期间辅助呼吸的优势，充分选择患者（即识别那些对吹扫气流滴定、驱动力和吸气努力的变化敏感的患者），并建议监测患者驱动力和努力。

结论

当ECMO处于起始阶段时，在没有恢复迹象的情况下ECMO持续时间建议以天为单位。今天，许多关于延长ECMO疗程的报告（相当多的持续时间超过100天）描述了肺功能的可能的晚期恢复。这无疑与技术进步有关，但也与对保护性肺环境的治疗效果的信心有关。

目前，ECMO应用的公认标准基本上与严重的气体交换恶化有关。然而，ECMO虽然可以确保安全的血气，但当它通过最大限度地减少呼吸机引起的肺损伤来提供有利于肺愈合的条件时，它的合理性进一步被体现。

在VILI和/或血流动力学损伤（右心室功能障碍，高中心静脉压）的患者中，机械通气以高代价维持生命时，其获益将最大化。我们可以预见，在未来，判断ECMO应用合理性的风险将不仅仅根据气体交换损伤来衡量，而是更明确的根据VILI潜在和系统的不良反应来衡量，有时甚至接受不太严重的气体交换损伤。

对ECMO患者进行更好的通气管理可能来自低驱动压、充气状态和低RR三者之中的折衷。在这种妥协中，叹气样通气，一个非常低频率的深呼吸（有限压力下）可能在被被遗忘了多年后重获重要性。