膈肌保护性通气

膈肌受损机制

机械通气会导致膈肌损伤和萎缩。实验和临床数据均表明，机械通气本身会使膈肌发生明显的急性结构改变，导致急性肌无力和脱机失败。这些不良改变是在开始机械通气后2～3天内发生的，膈肌损伤程度与机械通气时间有关（图1）。

图1  机械通气过程中肺和膈肌损伤的机制

图片来源：Goligher E C, et al. Am J Respir Crit Care Med, 2020, 202(7):950-961.

机械通气引起膈肌功能障碍最重要的生理机制是由于抑制吸气努力而导致的废用性萎缩（图2）。萎缩的速度和程度与抑制呼吸努力的程度密切相关。18～69 h的完全膈肌不活动和机械通气相结合，可导致人类膈肌肌纤维明显萎缩。而在机械通气时保持一定程度的吸气努力可以减轻萎缩，且低水平的肌肉活动可以防止线粒体功能障碍。

图片来源：Levine S, et al. N Engl J Med, 2008, 358(13):1327-1335.

2. 向心性膈肌负荷过高

膈肌收缩和缩短时肌纤维内产生的水平张力（称为向心负荷）过高可导致膈肌受损。正常情况下，引起膈肌损伤的向心负荷阈值通常相对较高，但由于重症患者受到全身性炎症反应等的打击，使得肌细胞膜受损，受损的肌细胞膜承受的向心负荷阈值明显降低，容易产生向心负荷过度导致的膈肌损伤。研究显示，脓毒症患者的膈肌对负荷的耐力较无脓毒症患者下降约50%。向心性膈肌负荷过重的常见原因有：过度吸气阻力增加、呼吸驱动过强和人机不同步。

离心收缩是指肌肉伸长时产生的收缩。离心收缩比向心收缩具有更大的危害。离心性膈肌负荷过重的常见情况包括：肺不张导致呼吸负荷增加时，呼气期的膈肌收缩（即呼气制动）对抗肺不张；无效触发和反向触发期间，膈肌可能会出现离心收缩，促使患者在肺容量减少和延长的呼气时间段产生吸气。

最近发现了另外一种影响肌纤维长度的急性膈肌损伤（肌节数目减少），称为“纵向萎缩”，这可能是由于机械通气时应用的呼气末压力过大所造成。当呼气末正压作用于肺，呼气末肺容积增加时，膈肌保持较短的长度，试验结果显示这似乎会导致纤维长度的急性缩短，以保持每个肌节的最佳长度，类似于慢阻肺中观察到的膈肌长度的慢性缩短。因此，在脱机试验期间急性降低呼气末正压可能导致膈肌“过度拉伸”超过其最佳长度，损伤膈肌功能。

膈肌损伤风险的监测

膈肌损伤风险可通过呼吸力学及相关指标进行评估和监测，指导临床医师进行“安全”的机械通气。

1. 食道压（Pes）监测

食道压监测是检测呼吸努力和呼吸做功的重要工具。当使用Pes进行监测时，可评估以下相关的指标：

（1）跨肺压（PL）：可接受的PL高限目前尚无定论，吸气相PL过高时需要引起警惕。此外，由于肺通气异质性和气体摆动的存在，所测量的PL的值会低估局部肺所受到的应力。动态改变的PL（ΔPL）更能反映自主呼吸过程中的损伤风险。

（2）呼吸肌压（Pmus）：Pmus对应的是呼吸肌产生的所有力量。虽然膈肌是最重要的吸气肌，但在努力吸气时，辅助呼吸肌（肋间肌、胸锁乳突肌和斜角肌）也参与其中，特别是在膈肌功能障碍的情况下。Pmus可由胸廓的弹性回缩力（Pcw）和Pes计算获得（Pmus=Pcw-Pes）。辅助通气中的最佳Pmus水平并不明确，目标ΔPes为3～8 cmH₂O可以认为与正常的Pmus为5～10 cmH₂O相当。

（3）压力-时间乘积：吸气努力测量的金标准是Pmus和吸气时间时长的乘积（压力-时间乘积，PTP）。PTP和吸气肌能量消耗密切相关，PTP的值在50～100 cmH₂O/（s·min）可能反映了合适的氧耗和可接受的吸气努力。

（4）跨膈压：使用双球囊导管时可通过测定吸气时Pes和胃内压（Pga）的改变监测膈肌产生的压力（跨膈压，Pdi）。客观准确测量获得的Pdi是诊断膈肌麻痹的金标准。但即使在同一个体中，Pdi也有很大变化。为尝试避免该问题，可在不依靠患者自身用力的情况下测量Pdi，即通过电刺激膈神经，测量颤搐性Pdi。

2. 呼吸阻断

（1）吸气末阻断：在被动机械通气中吸气末短暂阻断是广泛使用的测量平台压（Pplat）的方法。通过计算Pplat和PEEP之间差值得到的驱动压（ΔP），反映的是动态肺应力和肺损伤风险，与ARDS患者病死率密切相关。Bellani等发现在辅助通气过程中，短暂吸气末阻断也能可靠测量Pplat。辅助通气吸气阻断时，患者吸气末原本收缩的吸气肌舒张，Paw升高，这在呼吸机波形上能够轻易检测。当过度辅助后，患者吸气努力较低时，Paw在阻断时降低。较高的Pplat和ΔP需要考虑过度充气和肺损伤。Bellani等最近报道了辅助通气吸气阻断测量ΔP和顺应性能够预测死亡率，提示这种测量方式的可行性和可靠性。

这种测量方式存在一些局限性。首先，压力是在半静态的情况下测量所得，可能会低估P-SILI和气体摆动机制带来的局部肺损伤风险。其次，医师需要仔细评估阻断时Paw的稳定性，确定测量过程中是否存在腹肌的收缩所导致的Paw的快速升高。

（2）呼气末阻断：呼气阻断在被动通气患者中通常用来测定内源性PEEP，或在辅助通气患者中，在最大自主吸气努力过程中测定最大吸气压力。然而，最新的研究显示在呼气末短暂而随机地阻断（约为1个呼吸周期）测量的气道压力变化能够用来评估吸气努力。在阻断的状态下，气道压的变化为胸膜内压变化所致。因此，阻断时的气道压力变化（ΔPocc）能够用来评估患者呼吸努力所带来的胸膜内压改变及其大小（图3）。基于此，只要患者平静呼吸的呼吸驱动未发生改变，呼气末单次、短暂、非预期的阻断所测得的ΔPocc能够用来预测呼吸周期的ΔPes、Pmus和ΔPL。对于辅助呼吸的患者，短暂的呼气末阻断是一种实用而无创的常规测定呼吸努力和PL是否过度或不足的方法。

图3  呼气末阻断法测量△Pocc

图片来源：Dianti J, et al. Intensive Care Med, 2020, 46(12):2338-2341.

（3）气道阻断压P0.1：能够用来测定患者的呼吸驱动。P0.1参考范围为1.5～3.5 cmH₂O，可简单地指导医师在辅助通气中的通气参数调节。P0.1低于1.5 cmH₂O提示呼吸努力不足，而大于3.5 cmH₂O提示呼吸驱动过高。但P0.1在同一患者身上具有明显的变异度，因此需要数次重复测量已达到稳定的数据。另外，在过度通气的患者中，内源性PEEP导致Paw下降迟缓，最终P0.1被低估。Conti等建议在这种情况下，应测量当呼气气流速归零后100 ms的P0.1值。

3. 膈肌电活动

使用具有肌电图导联的特殊导管能够连续监测膈肌电活动（EAdi）。EAdi被证明和跨膈肌压力有可比性，并且比体表肌电图（EMG）更为实用。作为一种电信号，EAdi体现的是呼吸驱动输出（中枢神经系统激动膈肌）而不是膈肌力量的产生（努力）。由于EAdi的变异率很大，机械通气时很难明确目标EAdi为多少。EAdi能够用来估计在不同的呼吸机支持水平下Pmus的大小。考虑电活动和压力产生的偶联在一段时间内保持不变（呼气阻断测得神经-机械偶联=Pmus/EAdi），EAdi可以用来评估正常的呼吸周期下每一次呼吸下的Pmus。

4. 膈肌超声

膈肌超声技术是一种无创、易行、可复制的手段。呼吸周期中的膈肌厚度变异率（增厚分数，TFdi）和产生的吸气压力及EAdi相关，可用于评估膈肌无力。最大吸气努力下的TFdi值小于30%提示膈肌无力，具有很高的敏感性。每天测量呼气末膈肌厚度能够检测出呼吸肌的结构改变。在机械通气患者中，膈肌厚度随着时间增加，提示吸气努力过度可能代表了辅助不足的肌肉损伤。平静呼吸下TFdi维持在15%～30%和膈肌厚度稳定与最短时间机械通气相关。超声并不适合连续性监测，常用于间断性监测。膈肌保护相关力学指标见图4。

图4  膈肌保护相关力学指标

膈肌保护性机械通气的临床对策

膈肌保护性机械通气是基于膈肌损伤提出的新的机械通气概念。膈肌负荷的加载量与机械通气参数的设置直接相关，机械通气过度支持、支持不足或人机对抗均会导致膈肌损伤。优化机械通气参数和膈肌负荷，减少人机不同步，可减轻或避免膈肌损伤，缩短机械通气时间。膈肌保护通气的要点应包括：

（1）机械通气早期开始实施膈肌保护：膈肌萎缩和损伤在插管后机械通气2～3天内的早期即可发生，因此，只要进行机械通气，就需尽早实施膈肌保护性机械通气。

（2）机械通气期间动态监测膈肌功能：机械通气期间保持膈肌恰当的负荷，避免机械通气辅助过度或辅助不足。

（3）避免人机对抗：由于人机不同步导致有害的膈肌负荷，监测和保持人机同步是实施膈肌保护性通气策略的有效手段。

（4）呼吸机设置：如何应用和监控通气模式可能比模式本身的选择更重要。理论上，比例辅助通气模式通过改善患者与呼吸机的交互来减少不同步，有助于达到膈肌保护的目标。此外，神经调节的通气辅助与膈肌功能的改善有关。对于临床医生而言，在设置呼吸机时了解患者努力的决定因素至关重要。

（5）镇静：镇静对呼吸驱动的影响需要特定的监测，镇静深度与膈肌活动的相关性很差，不能作为呼吸驱动的替代指标。尽管有足够的镇痛或呼吸机滴定，过度的呼吸努力仍可能存在，镇静剂可能有助于减轻潜在的伤害性的驱动力和努力。尽管常用于治疗不同步，但有专家小组认为，镇静给药缓解不同步仅适用于过度呼吸驱动导致的患者-呼吸机相互作用不良以及已解决其他呼吸驱动来源（例如，峰值流量和压力设置、PEEP、代谢性酸中毒、疼痛等）。通过减轻镇静以获得自主呼吸节律可缓解反向触发。

（6）辅助疗法：可能需要额外的干预措施来控制病情更严重患者的呼吸驱动。体外CO₂清除可减少呼吸驱动和努力，可能促进自主呼吸期间的肺保护和膈肌保护通气。部分神经肌肉阻滞可以减弱对呼吸机滴定或镇静无反应的过度呼吸努力，而不完全消除膈肌活动但长期维持部分神经肌肉阻滞的可行性尚不清楚。如果不能解除镇静以获得自发性膈肌活动，膈神经刺激允许在呼吸驱动最小或不存在时控制膈肌的激活。