机械通气期间呼吸驱动和努力的重要性（译文）
机械通气期间呼吸驱动和努力的重要性
简介
在机械通气期间，尽量减少呼吸驱动力和呼吸努力成为防止人机不同步 (PVA) 的常规做法。正如我们所知，PVA 与 ICU 患者的不良预后相关。因此，镇静药物与神经肌肉阻滞剂的结合处方通常出现在许多 ICU 中。然而，许多患者因呼吸肌负荷下降而出现不良事件，导致机械通气时间延长和不良临床结果。这篇综述描述了呼吸驱动力和呼吸努力的不利影响的两个方面，并试图提出最佳点，认为它可能与更好的结果相关。
介绍
通气重症患者呼吸衰竭的最常见原因是肺部感染、脓毒症和神经系统疾病。主要目标是保持和减轻呼吸负荷的负担，纠正气体交换异常，维持酸碱平衡。然而，在许多情况下观察到呼吸中枢涉及的患者需求与机械通气呼吸支持之间的不相容性，这导致患者呼吸机不同步步（PVA）。呼吸动力和努力的重要性是影响治疗结果、持续时间和急性呼吸衰竭恢复时间的因素之一。此外，呼吸动力和努力的存在是一把双刃剑。患者呼吸努力可改善肺不张的复张，促进氧合，防止膈肌废用性萎缩。另一方面，剩余的高呼吸驱动可能会产生更多的呼吸努力和更多的潮式呼吸，这背离了肺膈保护策略的原则，并可能导致患者自伤肺部。
呼吸驱动和努力
为了使通气危重病人的治疗取得成功，我们必须了解呼吸驱动和努力的生理学。呼吸驱动是来自中央大脑的神经信号的生理结果，通过呼吸神经肌肉传递神经、肌肉和器官产生的神经信号表现为呼吸功，更广为人知的是呼吸努力。因此，我们将呼吸努力定义为驱动呼吸肌的机械输出。它是由来自前 Bötzinger 复合体的呼吸中间神经元信号引起的，前 Bötzinger 复合体也称为 PreBötC 神经元细胞，位于脑干腹外侧延髓和 Bötzinger 复合体之间。在吸气时，它向延髓和脑桥中与呼吸相关的延髓运动前区传递信号，然后通过颈椎 C3-C5 中的神经发出运动输出，控制呼吸系统肌肉、膈肌收缩，并突然终止 PreBötC 信号， 当呼气开始时同时激活外侧副面核（如图 1 所示）。
图 1. 插图显示了由自主呼吸力、皮质准备电位驱动的人类呼吸。它从吸气时刺激延髓腹外侧的 PreBötC 神经元细胞开始，PreBötC 信号传递到延髓和脑桥中与呼吸相关的延髓运动前区，然后通过颈椎 C3-C5 发送运动输出，控制呼吸系统肌肉和膈肌收缩。增加呼吸驱动的因素包括外周动脉血中的高PaCO2（高碳酸血症）和低pH（酸中毒）刺激颈动脉分叉处的外周化学感受器称为颈动脉体，也存在于脑脊液中刺激中枢神经化学感受器的后梯形核。同时，低 PaO2（低氧血症）仅通过激发外周化学受体来增加呼吸驱动。此外，胸廓的拉伸还有自身的机械感受器通过Hering-Breuer反射进行反馈。这种反射在吸气时终止，并在高潮气时促进呼气。最后，由疼痛、恐惧、激动和谵妄等情绪和行为反馈引起的皮层刺激会增加呼吸驱动。
一般来说，在危重病人中，有多种原因可使呼吸驱动增加，且呼吸驱动与呼吸努力呈同向关系。四个因素影响呼吸驱动和努力，由中央皮层驱动和位于髓质腹侧表面（也称为后梯形核）的特定中枢神经化学感受器贡献。
首先，高碳酸血症可以刺激中枢和外周化学感受器，通常在任何导致通气不足的原因中发现，增加死腔，增加肺和胸壁弹性或增加二氧化碳 (CO2) 的产生。CO2 通常可以扩散穿过血脑屏障，这些受体对 pH 水平的变化很敏感，而 pH 水平也取决于脑脊液 (CSF) 中的氢质子浓度 ([H+])。PaCO2 的一些增加超过正常设定点的 5 mmHg 为健康受试者提供了强烈的刺激呼吸。此外，PaCO2下降到低于设定点的几mmHg将抑制呼吸驱动。
其次，低氧血症可以刺激颈动脉分叉处称为颈动脉体的外周化学感受器，从而更容易检测到 PaO2、PaCO2 和 pH 值的任何不平衡。主要机制由肺内分流、V/Q 不匹配或 VO2/DO2 比率增加来解释。当 PaO2 低于 80 mm Hg 时，呼吸驱动会受到刺激，当 PaO2 低于 60 mmHg 时，呼吸驱动会显著上升。在高碳酸血症和酸中毒中发现了类似的显著驱动力增加，提供了协同反应效应的强大贡献。
第三，胸壁、肺、呼吸肌泵和气道包含机械感受器。在某些情况下，尤其是肺水肿、肺纤维化和再吸收性肺不张，它们会通过迷走神经纤维接收缓慢适应的拉伸感受器信号，其中一些涉及 Hering-Breuer 反射。这种反射终止吸气并促进高潮气呼气。
最后，由高级大脑皮质功能（如疼痛、激动、谵妄和恐惧）产生的情绪和行为反馈通常会为机械通气患者提供高呼吸驱动和努力。总而言之，不当的呼吸驱动和努力，无论是过高还是过低，都会直接或间接地对患者造成不利影响。
呼吸驱动和努力不当的后果
呼吸肌损伤
不当的高呼吸驱动和努力会导致几个问题，例如过度的同心或偏心负荷引起的膈肌损伤（肌外伤）。偏心呼吸肌负荷更为关键。它发生在延长期间而不是缩短期间的收缩期间。这种类型的伤害在PVA中很常见，造成的伤害也较多。此外，剧烈的呼吸努力会导致肺损伤，即患者自残性肺损伤 (P-SILI)，主要与高跨肺压有关。P-SILI 可在伴有或不伴有患者-呼吸机不同步 (PVA) 的情况下发生。然而，双触发在 P-SILI 中起着至关重要的作用，导致肺应力应变或内源性 PEEP 增加。我们在图 2 中展示了过度呼吸努力的总结。
图 2A。说明过度的呼吸驱动和努力可能会导致患者呼吸机异步 (PVA) 过度向心或偏心负荷，特别是双重触发导致气压伤和肌伤（隔膜损伤）。过度呼吸努力的情况有助于增加跨肺压摆动 (ΔPL)、增加潮气量 (Vt)、增加内源性 PEEP，从而增加跨血管压力以及肌外伤。此外，异质性肺产生的悬摆现象增加了肺的压力和应变。最后，过度的呼吸驱动和用力会产生双重触发、膈肌损伤和整体机制导致呼吸机相关肺损伤 (VILI)、患者自残肺损伤 (P-SILI) 导致延长呼吸机。
图 2B。呼吸努力不足，尤其是过度使用镇静剂或神经肌肉阻滞引起的呼吸努力不足，可通过反向触发引起的呼吸叠加导致 VILI，如面板 I 中过度努力的双重触发所发生的那样。呼吸驱动和努力不足导致膈肌神经营养因子减少，并通过抑制细胞因子减少蛋白质合成，再加上脓毒症、营养不良、机械通气或类固醇等诱因，刺激线粒体氧化应激和炎症产生蛋白溶解，肌纤维萎缩和损伤，总结出呼吸机诱导的膈肌功能障碍（VIDD），如面板II。最后，呼吸驱动和努力不足的后果是 VILI、VIDD、反向触发（也是无效触发）和延长机械通气时间。
呼吸肌废用性萎缩
低呼吸努力，特别是在使用镇静药物或肌肉松弛剂进行机械通气期间，会影响隔膜的功能和肺部。它抑制引起呼吸机相关的膈肌功能障碍（VIDD）的膈肌神经营养因子。一项研究表明，超过 30% 的通气患者出现膈肌变薄，导致呼吸机脱机过程中出现问题，成为依赖呼吸机的患者。
另外，Goligher 等人发现，大约 41% 的患者在使用呼吸机的第一周内膈肌厚度减少了 10% 以上，这与使用呼吸机的时间更长以及危重症患者的并发症有关。此外，该研究得出结论，前三天膈肌厚度分数的适当变化 15-30% 与最短的机械通气持续时间相关。总之，过度或低呼吸努力可能会影响机械通气期间的患者。因此，有必要为机械通气患者保持最佳呼吸努力。
P-SILI（患者自残肺损伤）
P-SILI造成的肺部损伤最早是由Leo Lobe在1928年提到的，描述了吸入时胸腔内的高负压使肺部毛细血管内的液体沉淀进入肺泡，导致肺充血和水肿。另外，Moore和Binger报告说，阻塞性气道疾病患者（如气管狭窄）在过度吸气时胸腔内的负压可能导致肺充血和水肿。1936年，Barach等人在狗身上做了一个观察性的动物实验，通过对着阻塞物吸气来制造胸内负压。结果显示肺部充血和水肿，特别是在下叶和外围肺区。然而，没有明显的充血，呼气时发现有出血的肺泡，单独抵抗正压。此外，Dreyfuss等人证明，在用负压机械呼吸机（NPV）模拟高自发呼吸力的胸内负压通气的小鼠肺部，变形引起的肺泡上皮细胞损伤明显增加了高气道压力和高潮气量。
Mascheroni 等人的另一项研究是在绵羊身上进行的，通过将水杨酸钠注射到羊的枕骨大池中来引起过度换气。结果，实验动物出现肺充血；同时，在接受镇静剂、肌肉松弛剂和腹带以最小化呼吸努力的动物中没有观察到这样的结果。有趣的是，吉田等人研究了一种严重肺损伤的动物模型。他们指定多沙普仑刺激干预组的自主呼吸，并指定另一组通过注射泮库溴铵在没有呼吸努力的情况下呼吸。然后，两组均进行肺保护性机械通气，小潮气量5-7 ml/kg，PEEP 9-11 cmH2O。结果显示，接受肌肉松弛剂而没有食道压（Pes）负偏转（Pes）的小组在支气管肺泡灌洗中表现出较少的中性粒细胞、炎症细胞和蛋白质。此外，肺部样本的病理结果显示，肺泡和间质组织的损伤较少。这些结果可以解释，P-SILI与过度的呼吸努力有关，它增加了跨肺压（PL）和肺部压力，加剧和恶化了肺部损伤。此外，胸膜负压（Ppl）同时增加跨肺压（PL）和潮气量（Vt）导致跨膜血管压力增加，引起ARDS的肺充血和损伤。
另一种涉及 P-SILI 存在的机制是 ARDS（异质性肺）中的摆动现象，如图 2 所示。Yoshida 等人报道了在严重受伤的肺部患者中存在摆动现象。摆动由电阻抗断层扫描显示，显示在高自主努力期间从腹侧区移动到背侧区的空气体积。气体的移动导致重力依赖肺区的潮气量过高，导致肺过度扩张损伤。这种影响在潮气量小于 6 ml/kg的患者中仍然存在。
P-SILI 也已在 PVA 中得到证实。PVA 的存在，尤其是在双重触发中，与呼吸叠加导致的过多潮气量导致的死亡率上升有关。值得注意的是，尽管没有呼吸努力，呼吸叠加仍可能发生，正如在被动通气患者中由被动胸腔吹气引起的膈肌收缩所引起的反向触发所见。这种 PVA 与过度镇静有关，并通过呼吸堆积提高 PL 和 Vt。因此，区分两种不同类型的 PVA 对于提供适当的管理至关重要。需要插入食管导管或测量膈肌的电活动以确定特定类型的 PVA。
通常，双重触发可以通过在容量控制通气（VCV）或压力控制通气（PCV）模式下增加吸气时间或在压力支持通气（PSV）模式下减少峰值流量的循环阈值百分比（E-sense）来解决。然而，如果调整后的机械呼吸机设置不能纠正PVA，另一个选择是给予他们镇静剂或肌肉松弛剂以消除高呼吸驱动。另一方面，对于反向触发，这个问题将通过减少镇静剂或肌松剂来解决。
监测呼吸努力
监测病人的呼吸努力的重要性旨在评估和保护他们免受过度吸气努力的影响，这可能导致前面提到的进一步的并发症。在这一部分中，一些呼吸努力监测的例子，如食道压（Pes）监测、P0.1、气道闭塞压（Pocc）、膈肌超声、膈肌电活动（EAdi）和镇静量表将在下一段中解释，它们放大了实现病人最佳呼吸支持和镇静目标的目的。
通过食道测压法监测呼吸努力程度
用食道测压法评估胸膜压（Ppl）是测量呼吸努力、呼吸功和肺部压力的金标准。确定呼吸努力的主要参数有以下几点：
1)Pmus = Pcw - Pes，如图3所示，其中Pcw为静态胸壁弹性
2) 跨肺压或PL= Paw – Ppl；通过用Pes替换Ppl
图3. 显示了食道压力（Pes）、胸壁压力（Pcw）和呼吸肌压力（Pmus）之间的关系。压力（Pes）、胸壁压力（Pcw）和呼吸肌压力（Pmus）的关系。流量-时间波形和压力（Pes）-时间 波形。我们可以找到计算出的Pcw，当 我们在被动通气病人身上测量Pes Pmus为零的情况下，我们可以证明 计算出的胸膜压力等于食道压力。当我们在主动通气时测量Pes (自发努力)。最后，Pmus的计算方法是 Pes和Pcw之差（Pmus = Pcw-（-Pes））。在个体中，Pcw值通常是恒定的，所以Pmus值与Pes值直接相关。与Pes值直接相关（Pmus α Pes）。此外，当 我们计算P¬mus的图形下的面积之和时 P¬mus图形下的面积之和（绿色加黄色区域），我们将得到 压力-时间乘积（PTP）的值。
此外，WOB可以根据以下参数计算：
1）食道压-时间乘积（PTPes）被认为是测量吸气努力的可靠的金标准，因为它接近于吸气肌肉能量消耗的计算，其中PTP值在50-100cmH2O/s/min之间可能与氧气消耗和可接受的呼吸努力相关。
2) 通过计算 WOB 的呼吸功 = ∫Pmus · dV
合适的 Pmus 值还没有明确定义，但对于健康人来说，在静息状态下，5-10 cm H2O 的 Pmus 是安全的，可以防止膈肌萎缩。
通常，Pcw 会很低。因此，我们可以估计ΔPmus 近似于ΔPes；因此，ΔPes 可以用与 Pmus 相同的方式解释，其中可以使用 3-8 cmH2O 范围内的值。ΔPes 小于 2-3 cmH2O 提示过度辅助。另一方面，大于 8-12 cmH2O 的值有利于辅助不足。
食道测压法可以测量 PL，它与肺部压力直接相关。但是，它有一些缺点。首先，它需要插入和解释的专业知识。其次，在肺部异质性患者中，PL 的测量值会低估依赖肺区的实际肺应力。此外，食管导管并不是每家医院都有，而且价格昂贵。但是，在可用性的情况下，ΔPes、Pmus、PTPes 和 WOB 的最佳值如表 1 所示。
通过前100毫秒的气道闭塞压力监测呼吸努力（P0.1）
P0.1是指在吸气开始的前100毫秒（ms）的气道闭塞压力。它可以监测非自主呼吸的努力。如果呼吸机安装了这个功能，可以在床边进行，不需要额外的设备。否则，P0.1可以在患者开始吸气时的呼气末闭塞动作中进行测量（图4）。在这个过程中，P0.1必须在100毫秒处手动记录，这可能需要特定的设备或软件来分析波形。然而，P0.1是一个可靠的参数，用于评估中央呼吸驱动和非自主呼吸努力。P0.1值在1.5-3.5 cmH2O之间被认为是最佳的呼吸努力。如果数值大于3.5 cmH2 O表示吸气过度，敏感度为80-92%，特异度为77-89%。
图 4. 显示接受 5 cm H2O PEEP 和 7 cm H2O 压力支持的通气患者在呼气末闭塞操作 (EEO) 期间的流量时间波形和压力 (Paw) 时间波形。EEO期间存在的气道负压同时提供P0.1（压力A）和Pocc（压力B）。本样品中的 P0.1 为 3.8 cm H2O；同时，Pocc 为 20 cm H2O。这些值可用于确定呼吸努力的程度（请参阅文中的详细信息）。
通过气道闭塞压 (Pocc) 监测呼吸努力
除了 P 0.1 之外，Pocc 的测量可以在呼气末阻塞操作期间进行。如图 4 所示，当患者在此操作过程中产生吸气努力时，会出现最大负压。该结果与胸膜压力摆动有关；因此，它可用于估计 Pmus 和 PL。预测计算的 Pmus 等于 0.75× ΔPocc，而 ΔPL=（气道峰压 - PEEP）–（2/3× ΔPocc）。
这种测量是非侵入性的，可以在床边通过机械呼吸机的内置功能完成，例如吸气负压 (NIP) 测量。但是，如果无法进行 NIP 测量，则必须使用专用设备在呼气末闭塞动作过程中记录 ΔPocc，然后需要使用波形分析软件。ΔP 值应介于 -10 至 -15 cmH2O 之间。但是，如果低于 -20 cmH2O，则表示吸气用力过大。
通过膈肌超声监测呼吸努力
膈肌超声可用于在膈肌增厚分数 (TFdi) 的定量测量下评估患者与呼吸机的相互作用。它可以在 B 模式或 M 模式下计算为潮式呼吸期间膈肌厚度相对于呼气末厚度的吸气增加百分比 [TFdi =（吸气末厚度 - 呼气末厚度）/呼气末厚度 × 100%]，如图 5 所示。该参数与吸气力相关。
图 5. 膈肌厚度分数是在肺对立区域的 M 型超声检查中测量的。A点为吸气末厚度，B点为呼气末厚度。厚度分数是吸气末厚度减去呼气末厚度除以呼气末厚度并以百分比表示。
最佳 TFdi 范围为 15%-30%。因此，如果该值小于 15%，则应关注过度辅助；大于 40% 的值表示辅助不足。
膈肌超声是一种完全无创的操作。在有超声波机的地方，可以在床边进行。如果由训练有素的医生进行，则可靠性很高。因此，需要培训。
通过膈肌电活动 (EAdi) 监测呼吸努力
膈肌电活动 (EAdi) 通过插入食道气体管并直接测量来自膈肌的信号，通过神经电呼吸肌监测来测量呼吸努力。该方法可检测人机不同步时间，有助于医务人员调整机械呼吸机，增强同步性。
如图 6 所示，一些呼吸机具有特殊模式，例如神经调节通气辅助 (NAVA)，它可以通过导管测量 EAdi。NAVA 模式已被证明可以减少患者与呼吸机的不同步。然而，这种模式要求内驱力和努力在同一个方向上发挥作用。因此不适用于神经系统疾病。而且，如果咽部或颌面部结构出现问题，可能会导致食管胃管插入出现问题，造成损伤。
图 6A。说明获取用于呼吸努力监测的 EAdi 的方法。EAdi 是通过神经调节通气辅助 (NAVA) 导管插入食管从特定的机械呼吸机获得的。NAVA 导管在导管末端植入了多个电极。电极必须位于膈肌水平面之间，这可以从呼吸机屏幕上显示的信号中得到保证。
图 6B。显示了在辅助机械通气期间从 NAVA 导管获得的 EAdi 的波形。当膈肌因患者的努力而移动时，将检测到 EAdi。我们可以通过EAdi的值来判断辅助机械通气时的呼吸努力程度。
由于最佳 EAdi 因人而异，因此没有特定的阈值来确定辅助或辅助不足。因此，趋势用于调整辅助通气。此外，在给定的 EAdi 下，不同的 Pmus 将根据个体出现。这意味着 EAdi 不能用于预测 Pmus。然而，每个患者都属于他/她自己的恒定 Pmus/EAdi 比率。在这种情况下，Pmus 可以个性化。
镇静水平的监测
除了测量上述参数外，还可以使用里士满激越-镇静量表 (RASS) [51] 通过镇静水平评估呼吸努力。RASS 的镇静水平如表 2 所示。
RASS的范围是-5到+4。然而，在大多数机械通气患者中，轻度镇静的目标约为-1至0。在需要镇静药物的机械通气患者中进行的一项研究显示，这种方法可以使呼吸机持续时间缩短5天（P<0.001），以及住院时间分别缩短9天（P<0.001），并显著降低住院费用。此外，由于它可以在除此之外的地方进行，不需要任何额外的设备，所以很方便和容易处理。
此外，在 Karamchandani 等人的研究中还发现 RASS 与 BIS 相关。然而，Dzierba 等人最近的一项研究报告说 RASS 和 P0.1 之间没有关系。此外，这项研究表明，与 P0.1 < 0.2 或 > 1.0 相比，0.2-1.0 之间的 P0.1 与较少的无呼吸机天数相关。
结论
总之，机械通气期间不适当的呼吸努力会给患者带来危险。即使这个问题是一个新的医学视角；然而，适当的监测以找到最佳目标以帮助患者进行适当的呼吸努力将有益于患者的结果，因为呼吸肌萎缩和损伤、P-SILI 和过度镇静的风险较低。尽管如此，进一步的研究仍然需要确认这些好处。
原文来源：An importance of respiratory drive and effort during mechanical ventilation.译文自斌哥话重症
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