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阻塞性肺疾病呼吸衰竭的管理

简介


阻塞性肺疾病是全球发病率和死亡率最高的疾病。哮喘和COPD是其最常见的2种类型,仅在美国,这两种疾病患病人数分别为2460万和1500万。阻塞性肺疾病急性发作是急性呼吸衰竭的首要原因。COPD急性加重期伴高碳酸血症、需要机械通气患者的院内死亡率为11-21%。在美国每年超过3600人死于哮喘急性加重,在其他地区观察到的死亡率更高。


阻塞性肺疾病致急性呼吸衰竭的核心管理措施包括快速识别和危险分层。呼吸衰竭的前兆体征(表1)与用于哮喘加重风险分层的呼气峰流速明显减少有明确相关性。



初始的基础治疗包括吸入短效支气管扩张剂,全身性糖皮质激素的使用可以快速改善肺功能,并降低短期内再次急性加重的风险。对于初始吸入治疗未能迅速改善的患者给予无创通气(NIV)能减少呼吸做功并降低气管插管风险。有创机械通气(IMV)通常用于无创通气失败或有禁忌症时。本综述概述了阻塞性肺疾病所致的急性呼吸衰竭的管理,特别关注了有创机械通气的合理应用。


病理生理学


慢性气道炎症引发平滑肌肥大、气道纤毛功能障碍、过多的粘液分泌及呼吸性细支气管的破坏,最终导致气道阻力增加和气道高反应性。在慢性阻塞性肺疾病中,与肺气肿相关的肺实质的破坏增加了肺顺应性,从而进一步降低呼气流速。常见急性发作的诱因包括暴露于过敏原、吸入刺激物、细菌和病毒感染,这些诱因使气道在慢性炎症的基础上急性加重进而促使支气管收缩、增加气道血管通透性和水肿。因此,气道高阻力阻止有效呼气。因呼气受限导致的气体陷闭使得肺泡逐渐膨胀,逐步增加的功能残气量和吸气空间的减少使呼吸肌过度拉伸,进一步减少呼气流量(图1)。而逐渐膨胀的肺泡对细支气管产生压迫又进一步限制了气流(图2)。逐渐加重的肺泡膨胀增加呼吸做功负荷、降低呼吸肌的效率,最终导致明显的高碳酸血症性呼吸衰竭。


无创机械通气(NIV)


患者在使用支气管扩张剂和全身性糖皮质激素后仍存在高碳酸血症或严重的呼吸窘迫提示需要机械通气支持。COPD患者在出现高碳酸血症呼吸衰竭时,如果没有禁忌症,NIV应该作为一线治疗手段。NIV可以降低COPD急性加重患者的气管插管风险、治疗失败和死亡率。急性高碳酸血症患者从NIV治疗中获益较大,而轻度增高的患者使用NIV治疗并不能改善预后,并且常常出现不耐受。严重哮喘急性加重时使用NIV能够改善肺机械力学、减少支气管扩张剂使用以及降低住院率。尽管缺乏确切的数据支持哮喘急性发作时常规使用NIV,但也有一些小型研究认为COPD的管理措施同样适用于哮喘急性发作。


NIV的禁忌症包括心肺骤停、严重的或难以纠正的血流动力学不稳定、过多的呼吸道分泌物、恶心和呕吐、颅面畸形以及意识水平受损。值得注意的是,呼吸性酸中毒甚至严重酸中毒时,通常NIV治疗后1-2小时后即可改善,因此许多高碳酸血症性昏迷的患者能够通过NIV纠正。重要的是,NIV失败的风险与精神状态不佳密切相关,应该谨慎用于这类病人。


有报道显示NIV的失败率在5%-40%。延长无创通气时间的患者死亡率明显高于早期IMV治疗的患者。然而那些NIV治疗失败继而接受IMV治疗的患者死亡率也显著升高。预测急性高碳酸血症呼吸衰竭患者NIV治疗失败的指标是NIV开始时及治疗1-2小时后呼吸性酸中毒的严重程度。持续精神状态不佳包括总体疾病严重程度和呼吸急促也被认为是预测NIV失败的指标。COPD急性加重严重度评分BAP-65(血尿素氮升高,神志改变,脉搏>109bpm,年龄>65岁)可指导是否需要IMV治疗,帮助识别一类需要早期过渡到IMV的重病患者。


有创机械通气(IMV)


历史上超过一半的COPD急性加重伴高碳酸血症呼吸衰竭的患者接受了IMV支持治疗。自从NIV被作为COPD急性加重的治疗后,气管插管风险下降超过了50%,IMV用于COPD就显著降低了。在美国因严重哮喘加重入院的患者大约2-4%需要机械通气支持。COPD和哮喘的IMV基本支持方式是相似的。


IMV适应症


当患者需要机械通气支持但存在NIV的禁忌症即是IMV的适应症。患者不能耐受NIV或者NIV未能快速改善临床症状也应该考虑IMV。在NIV治疗1-2小时后患者呼吸性酸中毒、持续嗜睡及呼吸窘迫未能改善甚至加重则提示治疗失败,通常需要更改为IMV。


初始治疗


最近有综述回顾了危及生命的阻塞性肺疾病患者的气管插管。常见的并发症包括加重支气管痉挛、反常的呼吸性酸中毒加重、低氧血症和低血压。通常需要深镇静和神经肌肉阻滞实现人机同步,同时需减慢呼吸频率避免加重肺过度膨胀。短效的镇静剂受到青睐,因为大多数病人在24小时内即可显著改善症状。


初始的通气设置需要阻断气体逐渐陷闭的循环,同时提供足够的肺泡通气、减轻疲劳的呼吸肌的负荷。限制分钟通气量(VE)和延长呼气对于减小进一步的气体陷闭和逐渐肺膨胀至关重要。一个小型的关于哮喘和慢性阻塞性肺病患者接受IMV治疗的研究证实了降低VE的重要性。实现血碳酸值正常的平均通气量是15.7升/分钟,这样的支持水平使9个病人中有7例出现肺过度膨胀和低血压。通过增加分钟通气量降低二氧化碳水平常发生并发症导致病情恶化,因此提倡尝试“允许性高碳酸血症”这一策略。


没有足够的数据支持IMV的某一模式是最佳模式。当吸气流量的要求较高时, 相对于容量控制模式来说,定压通气提供的可变吸气流速可以增强人机同步。通常可以通过调整吸气流速和流量波形获得相适应的同步流速。气道阻力的高度变异性使定压通气难以提供恒定潮气量(VT)。反之,在定容通气模式下,常常可以观察到气道压力过高。严重哮喘的早期IMV策略建议限制吸气峰压(PIP)低于50cmH2O。PIP与吸气流速和气道阻力相关,而与内源性PEEP及气压伤并无明确相关性。

   

通常建议初始呼吸频率设置为10~14次/分、吸呼比≥1:3以实现完全呼气。在容量恒定通气模式下,提倡通过提高吸气流速和选择方波(在某些呼吸机上) 使吸气时间降到最低。在VE较高时改变吸气流速和波形可以显著改善肺过度充气,但当VE已经最小化或受限时上诉调整则不能带来明显的改善。


识别气体陷闭


在发生明显的呼吸衰竭前,渐进的气体陷闭造成肺实质长时间过度膨胀 (图3)。肺过度膨胀显著增加病人机械通气支持时的呼吸做功。如果没有及时识别, 应用正压通气可能导致通气恶化、气压伤和血流动力学崩溃。



临床实践中常常用于识别气体陷闭的观察指标有呼吸机流量-时间曲线、PEEPi值、吸气峰压及平台压的测量(表2)。在下一次正压通气前流量-时间图形未返回零点表明有气体陷闭。PEEPi(或内源性PEEP)等于呼气末暂停时测量的气道内的总压力减去外源性PEEP(PEEPe)。严重阻塞性肺疾病患者测得的PEEPi通常在10~15 cmH2O。有自主呼吸的患者因努力呼气可使测得的PEEPi假性升高。相反,如果患者VE偏低可使测得的PEEPi假性降低,这与患者极度升高的平台压和吸气峰压不一致,这种现象归因于呼气末的气道闭合。



体重正常的哮喘及COPD患者,其肺顺应性基线水平可以是正常或升高的。因此,慢性阻塞性肺疾病急性加重期出现平台压Pplat(代表肺泡压)升高提示有肺过度膨胀。有报道严重哮喘患者初始测得Pplat可高达24 -26 cm H2O。气道阻塞患者各区域的肺过度膨胀存在差异,通过Pplat估计的肺泡内压不能准确反映膨胀的异质性。肥胖或其他致胸廓顺应性降低的因素会导致跨肺压估计过高,通常建议保持Pplat≤30 cmH2O以防止肺泡过度扩张相关的并发症及气压伤。


气道陷闭的管理


尽管依从指南进行机械通气的初始设置,气体陷闭仍然经常发生。严重气体陷闭有可能快速进展,需要频繁的再评估及调整参数。通过干预减少肺过度膨胀的关键因素是:VE、I:E和气道阻塞。通过药物治疗可使气道阻塞降至最小从而缩短机械通气时间。机械通气患者全身性糖皮质激素及吸入支气管扩张剂的给药剂量和给药方式尚不明确。


VE是决定肺过度膨胀的关键因素。因此控制呼吸频率和潮气量可以最大化减少气体陷闭。呼吸频率和潮气量哪个相对更重要并不明确,但是有临床前的模型显示降低呼吸频率使动态气体陷闭减少更显著。呼吸频率的降低延长了有效呼气占整个呼吸周期的比例,使呼出气体量最大化,减少气体陷闭。重要的是,在呼气早期短时间内呼气流速急剧下降导致气体陷闭,气体陷闭对于肺过度通气的贡献作用远远大于气道阻塞。因此,将呼吸频率降至大约10次/分一般不会显著增加肺过度膨胀。目前尚未确定阻塞性肺疾病患者最佳潮气量目标值,但是在阻塞性肺病并发ARDS时限制呼吸应变力是非常重要的。为此,最常见的推荐是初始潮气量设置为6 ~ 9 mL/kg(理想体重)并限制Pplat。降低潮气量即降低了返回功能残气量所需的呼气量,从而有效缩短了呼气所需时间。


在某些呼吸机的流速-容量通气模式下,增加吸气流速或将吸气流速波形由减速波调整为方波可以缩短吸气时间从而延长呼气。这些调整对COPD患者尤为重要,因为过高的死腔通气通常要求更高的VE来避免严重的酸中毒。仔细观察呼气流速-时间曲线有助于预测延长呼气时间带来的获益。


优化人机协同


导致肺渐进过度通气的次要因素是胸壁顺应性的改变和呼吸肌的功能,吸气流速的需求升高及高气道阻力大大增加了阻塞性肺疾病患者人机不同步的风险。尽管控制了VE、设置了适当的吸气流速参数,许多患者仍然会因为无效触发及不理想的呼吸周期而经历人机不同步。触发不同步是指病人努力吸气不能触发机械通气或触发后机械通气送气延迟(图4),呼吸周期不同步是指呼吸机呼吸结束过早或过晚。这些观点在其他研究中已深入探讨过。


当存在渐进过度通气时,患者努力吸气使流速或回路压力改变足以触发机械通气前,首先须克服PEEPi。在患者吸气后不能马上触发机械通气时通过目测或触诊呼吸肌肉的力量可观察到这种现象。呼吸机的流速-时间波形描记可证实突然中断或下降的呼气流速触发机械通气失败。呼吸机的初始设置应聚焦降低VE使PEEPi最小化,延长有效呼气时间及使用药物治疗气道梗阻。提高触发灵敏度可能有助于改善患者触发机械通气的吸气努力,但是这受限于避免自动触发所必需的固有触发灵敏度。

    

如果触发不同步持续存在,应用PEEP可减少患者呼吸起始时的做功。通过有效设置触发阈值使之接近PEEPi、同时增加PEEPe,以降低患者触发呼吸机需克服的流速或压力梯度。PEEPe一般不超过PEEPi的80%,因为过高的PEEPe会增加气体陷闭。食道气囊可用于测量PEEPi以指导滴定PEEPe。另外,也可以通过密切观察人机协同、VE和吸气压逐步上调PEEPe。有效升高的PEEPe可缩短触发延迟反而增加机械通气频率,因为实际触发率会升高。在流速-容量模式下,过高的PEEPe会使PIP随之升高。同样,在压控模式下,过高的PEEPe会使VT下降。对COPD而言,触发不同步的最佳处置方案是正确设置PEEPe。虽然COPD与哮喘不尽相同,但是用PEEPi滴定PEEPe对哮喘患者同样获益。

    

呼吸周期不同步可以通过调节容量控制模式的吸气流速或压力控制模式的吸气时间来改善。然而严重气道阻塞患者在压力控制通气下常常观察到吸气时间过长。因为在压力支持模式下过高的气道阻力导致空气流速极慢,当吸气流速下降到峰流速的一定比率时则吸气相结束,这就导致吸气时间延长。调节呼吸流速切换的阈值可改善阻塞性肺疾病患者呼气做功。增加呼气切换阈值标准或切换至辅助通气模式有助于人机同步。



预后


机械通气相关并发症常常与肺过度膨胀的程度及机械通气持续时间高度相关。需要机械通气的重症哮喘患者气胸发生率为3~6%。所有病例中低血压的发生率高达40%。延长呼吸暂停后呼出气体量>20 mL/kg的患者是发生严重过度膨胀的高危人群。需要IMV支持的患者发生明显肌无力的比率是15%,并且发生肌无力的风险随着机械通气时间延长、大剂量皮质醇及神经肌肉阻滞剂的使用而升高。高龄及合并有基础疾病的COPD患者死亡率及并发症的发生率显著增高。尽管COPD与哮喘的住院死亡率低于其他原因导致的急性呼吸衰竭,但是与首次住院治疗后数月至数年间反复急性加重相关的死亡风险警示我们需加强慢性病的管理。


新兴疗法


吸入氦-氧混合气体(Heliox)可增加层流,从而降低气道阻力并促进肺排空,尽管理论上可行但并未被证明能改善预后。此外,氦-氧混合气体会干扰流量传感器校准需要每日反复更换,使其应用于呼吸机的治疗受到质疑。

    

体外生命支持已被用于治疗COPD和哮喘相关的难治性高碳酸血症呼吸衰竭。使用双腔小导管(15.5 Fr)、0.5 L/min的血液流速即可达到体外二氧化碳清除。实验研究已经证明体外生命支持可降低NIV失败致IMV的需求、缩短IMV时间并可促进患者早期活动。数据表明体外生命支持可使哮喘伴难治性急性呼吸衰竭的患者短期存活率超过80%。

 

总结


阻塞性肺疾病急性加重是急性呼吸衰竭的常见原因。管理重点包括早期识别和积极救治以阻止病情恶化避免机械通气。对于那些需要呼吸支持的患者,NIV的使用可降低死亡率及进展至IMV的风险。有创机械通气相关的挑战包括气体陷闭及渐进的肺过度膨胀。密切监测和调整呼吸机支持参数有助于促进人机同步及降低呼吸机相关并发症的发生率。尽管存在很多挑战,但在有经验的治疗中心需要机械通气的哮喘急性加重患者死亡率仍然很低。同样,尽管常伴有其他合并症,需要机械通气的COPD急性加重也较其它类型的呼吸衰竭预后更好。继续研究非侵入的、新兴支持策略将有助与优化与这些重要临床技术相关的预后。


文献原文》》》managing respiratory failure in obstructive lung disease

 

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