杨倩 梁璐

河北大学附属医院急诊科,保定071000

近30 年来,气道压力释放通气 (airway pressure release ventilation,APRV)一直作为ARDS和低氧血症患者的抢救模式[1-2]。它基于 “开放肺”理念,最大化维持肺复张,同时避免肺过度扩张/塌陷[1,3-6]。研究发现[7-12],对于ARDS患者,早期应用APRV 可缩短机械通气时间、ICU 住院时间,改善患肺整体氧合,降低IL-6 [与呼吸机相关性肺损伤 (ventilator-induced lung injury,VILI)有关]浓度,具有潜在的肺保护作用。因此,有学者提出[13],将APRV 作为ARDS 患者新的 “保护性通气”模式。本文就APRV 在ARDS 治疗中的最新研究进展作一综述。

1 APRV模式的演变

20世纪80 年代,研究发现[14-16],反比通气能显著改善ARDS患者氧合。随后,反比通气被广泛用于ARDS患者的抢救治疗中。虽然,反比通气与APRV 在技术上存在差异,但为APRV 的探索奠定了理论基础。1987 年,Stock等[17]选取10 只麻醉犬给予持续气道正压通气(continuous positive airway pressure,CPAP)联合反比通气,结果发现,与间歇正压通气相比,前者能显著改善氧合,清除二氧化碳,降低气道峰压,同时维持血流动力学稳定,具有潜在的肺保护作用。Stock等[17]首次将该模式命名为 “APRV”。自此,APRV 作为一种能改善氧合、减少非通气肺区及具有潜在的肺保护作用的新机械通气模式进入大家视野。

2 什么是APRV?

APRV 是一种压力控制、时间切换、压力限制及时间触发的反比通气模式,具有短暂的间歇性释放阶段,允许在整个高压水平下释放部分肺泡容积和自主呼吸[17]。其工作原理[18-19]:CPAP为工作基础,由高压相切换至低压相释放压力,同时释放过高的肺容积,避免肺过度扩张并清除二氧化碳。较长时间的高CPAP相能促进肺泡复张,优化通气血流比,改善氧合；短暂的低CPAP相维持内源性呼气末正压,保持肺泡开放状态 (“开放肺策略”),减少肺泡反复开放/闭合引起的肺剪切伤,具有潜在的肺保护作用。

3 APRV的初始设置和滴定方案

APRV 初始参数通常需设置高压、低压、高压持续时间及低压持续时间。高压和高压持续时间决定气道压高低,影响氧合。高压本质上是维持肺复张的CPAP,决定气道压、释放通气的压力梯度及血氧饱和度；高压持续时间和低压持续时间决定释放通气的频率。以上参数的设置还需结合患者肺部顺应性精确调整,否则,APRV 风险可能高于收益,引起VILI[4,20]。

滴定方案包括固定设置APRV 和个性化设置APRV2种。固定设置APRV 方案中,高压持续时间小于呼吸周期的80%,低压不为0,低压持续时间为常数 (与肺呼吸力学参数无关)[2,21]。个性化设置APRV 也称时间控制适应性通气 (time controlled adaptive ventilation,TCAV),与前者区别在于个性化设置APRV 方案中高压持续时间约占整个呼吸周期的90%,且根据呼吸力学参数滴定低压持续时间,并维持内源性呼气末正压[4,11]。近年来,研究倾向于个性化设置APRV,并采用 “TCAV 方案”滴定APRV模式[4,22]。目前主要有以下2种个性化设置APRV 方案。

3.1 “Habashi”方案 2005 年,Habashi[4]首次结合患者呼吸衰竭的病因来设置初始参数和滴定方案,称为“Habashi”方案。初始设置:高压设置为平台压 [20～35 cm H2O (1 cm H2O=0.098 kPa)],低压为0 cm H2O,高压持续时间为呼吸周期的80%～95% (成人约4～6 s),低压持续时间结合呼吸力学参数设定为0.35～0.6 s[23]。滴定方案:(1)在初始设置参数下,若持续指令通气或压力控制通气转换至APRV,高压分别设置为平台压或气道峰压；(2)根据患者具体病因调整滴定方案,如胸腹部顺应性降低或肥胖,则可能需要较高的高压；(3)低压初始设置为0 cm H2O,滴定后,低压一般设置为5 cm H2O； (4)调整低压持续时间,呼气末流速与呼吸峰流速比值维持在0.5～0.75；(5)高碳酸血症处理流程[4,18](图1),其中B路径 (与A 路径相比)能显著改善肺创伤患者病死率及肺损伤发生率。

3.2 周永芳方案 2017年,Zhou等[8]发表了迄今为止使用APRV 最成功的临床随机对照试验 (randomized controlled trial,RCT)。初始设置:首先在PB-840呼吸机的持续指令通气模式下,将呼吸频率降至4～6次/min,随后降低通气流速至30 L/min,且给予充分镇静,测得所需参数 (平台压、时间常数等)。高压设置为平台压,低压设置为5 cm H2O,低压持续时间初始设置为时间常数的1.0～1.5倍 (健康成年人为0.2 s),且调节呼气末流速与呼吸峰流速比值＞0.5,释放频率为10～14次/min,给予适当镇静保留部分自主呼吸,约占总机械通气30%。滴定方案:(1)结合患者低氧的程度,滴定自主呼吸时间/呼吸周期波动为10%～60%,并维持呼气末流速与呼吸峰流速比值为0.5～0.75,在呼吸机上的流量-时间曲线呈45°角的呼气减速波形即可；(2)低氧血症处理流程 (图2)； (3)高碳酸血症时,减少镇静药物剂量促进自主呼吸努力,同时增加释放量或释放频率。

此外,Zhou等[8]首次提出APRV 模式下的撤机流程:(1)第一阶段,高压每降低2 cm H2O,同时降低释放频率2次/min,每天最多操作2次,每次需严密监测血气以及评估患者情况。(2)第二阶段,当高压降至20 cm H2O 且吸入氧浓度≤40%时,立即进行自主呼吸试验。若成功后,评估脱机拔管,否则持续第一阶段[24]。

图1 高碳酸血症处理流程

图2 低氧血症处理流程

4 APRV的优点

4.1 保护性肺复张 与持续指令通气相比,APRV 能以更低的压力维持肺泡稳定开放；另外,短暂的释放时间和频率仅允许部分肺泡排空肺容积,最大限度地减少由于反复肺泡塌陷/扩张引起的肺损伤,同时保留与自主呼吸相关的益处[4,25-27]。由于APRV 释放频率较低,维持肺单位开放性的一致程度较高,促进肺泡间的侧支通气[28-29]。另外,较长的高压持续时间能够维持大量肺泡复张,尤其是慢时间常数的肺泡[21,30]。肺泡不均一性增加是ARDS主要的病理生理特征,APRV 的这一优点将为ARDS患者提供更大的益处[31]。Kollisch-Singule等[32]在诱导肺损伤的大鼠模型中也证实,采用TCAV 方案 (设置较高的高压持续时间和短暂的低压持续时间以维持呼吸末释放压力高于肺泡临界闭合压)能够稳定肺泡,减少肺泡微应变。

4.2 保留自主呼吸 中/重度ARDS患者肺内分流的关键因素是大量重力依赖区的肺泡塌陷[33]。APRV 模式下,自主呼吸的负压通气引起胸腔内压力变化,改善肺通气,促进重力依赖区的肺复张,同时避免施加额外的正压[4,34-35]。重力依赖区 (非通气肺单位)的肺复张可以改善呼吸系统顺应性,降低肺血管阻力,优化通气血流比,减少肺内分流,提高心指数及氧气输送,达到改善氧合的目的[26,34,36-37]。同样,俯卧位通气也具有改善肺内分流的作用,目前已制定ARDS患者俯卧位通气的规范化流程[38]。多中心RCT 研究发现[39-41],APRV 联合俯卧位通气能降低中/重度ARDS患者的病死率 (由32.8%降至16%)。此外,自主呼吸促进肺和胸壁在功能残气量的基础上进行扩张,预防长时间机械通气的肌肉萎缩[42-43]。

4.3 降低驱动压并增加平均气道压 与传统的机械通气相比,APRV能降低气道峰压和平台压(驱动压=气道峰压-平台压),增加气道压,改善呼吸系统顺应性,减少死腔通气,增加肺泡通气,降低气胸发生率,达到改善氧合的目的[1,8-9,11,44-46]。这一特征在维持足够肺通气量的前提下,同时降低了致命性高气道压通气诱发VILI的风险[8]。一项针对儿童ARDS的RCT 研究发现,对照组与APRV 组的气胸发生率分别为15.4%和11.5%[47]。另外,APRV 具有较长的吸气时间 (与反比通气有关),产生更高的气道压。在一定的生理范围内,较高的气道压会产生更大的平均肺容积和更高的氧分压,进一步改善氧合[48]。

4.4 维持血液动力学稳定性 APRV 能显著降低胸腔内压,减轻对心脏的抑制效应,增加静脉回心血量,提高心脏指数,维持血流动力学稳定性,恢复或接近正常的通气血流比,改善全身组织器官灌注及氧合[34-35,49-51]。另外,Hering等的动物实验发现,APRV (有自主呼吸组)还能影响其他脏器 (如肝脏[52]、肾脏[53]及胃肠道[54])的血流量,显著改善该部分脏器的血流灌注。Kreyer等[55]通过油酸诱导猪损伤模型,对比APRV 自主呼吸组与APRV 无自主呼吸组治疗,结果显示,实验组基底节、额叶、海马、脑干、颞叶、丘脑、小脑、脊髓及中央皮质区的灌注量均较高,而无自主呼吸组基底节、额叶、海马、颞叶血流较低,丘脑、中央皮质区、脑干、小脑、脊髓灌注与实验组差异无统计学意义。此外,颅脑外伤的患者往往伴随呼吸衰竭 (肺部顺应性低),APRV 能在不增加颅内压和颅内血流动力学参数前提下改善该部分人群氧合[56-58]。

4.5 减少镇静及神经肌肉阻滞药物剂量 与持续指令通气相比,APRV 模式下镇静及神经肌肉阻滞药物的剂量较低[8,26,49,59]。APRV 模式保留部分自主呼吸,容量波形接近健康成人的正弦曲线,人-机同步性较高,减少镇静及神经肌肉阻滞药物的剂量,最大限度地发挥自主呼吸的益处。Zhou等[8]将氧合指数＜200 mm Hg的ARDS患者随机分为低潮气量 (ARDSnet方案)组和APRV 组 (类似TCAV方案),结果显示:APRV 组患者的住院时间、气管切开术需求、呼吸机时间及病死率较前者显著降低,且降低对俯卧位、镇静及神经肌肉阻滞药物的需求。Sydow 等[36]研究发现,当患者从容量控制通气过渡到APRV 时,神经肌肉阻滞药物的剂量显著减少,镇静药物的剂量减少了2～4倍。此外,随着气道峰压的降低,患者的镇静药物剂量也明显降低[18]。

4.6 降低VILI的发生率 机械通气是ARDS治疗的重要组成部分,但也可能会加重肺损伤,引起VILI。大量研究发现[7-9,30,60-61],TCAV 方案能稳定肺泡 (肺泡导管)微解剖结构及降低肺泡动态应力,早期应用可以降低ARDS患者VILI的发生率。另一项研究也证实[62],与容量控制通气相比,TCAV 方案降低双调节蛋白 (与肺泡牵张相关)和血管细胞黏附分子1 (与内皮细胞损伤相关)的表达,增加Syndecan-1 (与细胞外基质与上皮细胞连接相关)m RNA 的表达。此外,有研究者通过猪腹腔脓毒症/肠缺血再灌注损伤、多器官功能障碍及ARDS 的3 种模型发现[7,9,45,63-65],TCAV 方案在阻止急性肺损伤和防止ARDS进展方面显著优于容量控制通气或ARDSnet方案,且与ARDSnet方案相比,TCAV 能更好地保存表面活性蛋白A及表面活性蛋白B。

5 APRV的争议

APRV 通过高CPAP水平维持大量塌陷肺泡复张,提高气道压,改善氧合；低CPAP 水平维持小气道压力,保持肺泡开放状态,排出过高肺容积,减少肺容积伤。因此,APRV 能降低VILI风险。但APRV 的自主呼吸做功很高,产生较高的胸膜压力梯度、跨肺压及跨血管壁压,可能会增加肺损伤和肺水肿的风险[1,48,66-70]。Lalgudi Ganesan等[66]首次将APRV 作为ARDS患儿主要通气模式,由于APRV 组相对于低潮气量组具有更高的病死率趋势 (53%比37%),在收集了52例ARDS患儿后提前终止试验,但研究结果发现2 组之间的预后基线存在显著差异。随后,Hirshberg等[69]在成人ARDS 患者中也进行了一项RCT研究 (与Lalgudi Ganesan等[66]的研究方法相似),结果发现:2组患者在气胸、镇静、血管活性药物、氧合指数及预后方面差异无统计学意义。虽然这2个RCT 的研究结果相反,但同Lalgudi Ganesan等[66]的研究相似,Hirshberg等[69]的研究也因部分患者潮气量超过12 ml/kg (ARDSnet推荐潮气量6 ml/kg)而不得已终止试验。Nieman 等[63]认为,当采用TCAV 方案时,潮气量的增加是肺复张的积极效果,之所以Hirshberg 等[69]和Lalgudi Ganesan 等[66]的研究提前终止,是因为二者的APRV 设置都没有采纳TCAV 方案的关键保护机制 (完全开放肺的能力)。因此,2位研究者的结论不应该是 “APRV 对肺没有保护作用”,而 是 Zhou 等[8]的 方 法 优 于 Hirshberg 等[69]和Lalgudi Ganesan等[66]的肺保护方法。如需进一步证实APRV的有效性,仍需大量RCT结果,目前条件下很难实现。

6 APRV在儿科中的应用

回顾目前研究[61,71-72],APRV 对于危重儿童的有效性和实用性仅限于病例报告、病例系列、小样本量的回顾性及前瞻性观察性队列研究,以及部分从成人研究中推断出来的结论。部分早产儿病例中也存在成功使用APRV 的报道,但证据质量较低[73-74]。与成人相似,儿科患者中APRV 最常见的适应证是作为继发于ARDS患者的难治性低氧血症的抢救治疗。Lalgudi Ganesan等[66]首次在ARDS患儿中采用APRV,由于试验组较高的病死率趋势 (53%比37%)提前终止试验,研究结果发现2组之间的预后基线存在显著差异。另外,先天性心脏病患儿是一个独特的群体,他们可能受益于APRV 模式。Walsh 等[75]研究APRV 在儿童腔静脉分流术和法洛氏四联症修复术中的应用时,发现APRV 能改善该部分患儿的肺血流量 (与气道压增加相关)。推测可能是由于APRV 能稳定该部分患儿的血流动力学,改善心肺交互作用及继发于自主呼吸努力的综合效应。总之,APRV 模式对中重度ARDS患儿预后的影响仍需大量临床研究佐证。

7 结论

APRV 是一种兼具理论风险和效益的通气模式。由于患者群体少且异质性强,不同研究组采纳的APRV 方案不一致,临床医师之间也缺乏相应的共识,导致APRV 能明显改善预后的直接临床证据匮乏。针对目前研究现状,多中心RCT 当然是确定临床有效性和安全性的金标准。要做到这一点,必须要对APRV 的滴定方案达成共识。采纳TCAV 方案,也许是我们共同迈进的目标。

展望未来,在体外膜肺氧合期间联合APRV,能在低气道峰压下改善肺复张,锻炼膈肌功能,缩短拔管后机械通气的时间[76]。鉴于迄今为止,体外膜肺氧合联合APRV策略尚未进行深入的研究,在未来几年将会受到大家的关注。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突