急性呼吸衰竭
急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)是急性呼吸衰竭最常見的類型,機(jī)械通氣是其主要的支持治療手段。盡管機(jī)械通氣技術(shù)、策略不斷改進(jìn),但 ARDS 病死率仍居高不下,呼吸機(jī)相關(guān)性肺損傷(VILI) 與此密切相關(guān)。肺應(yīng)力(stress)和應(yīng)變 (strain) 能直接反映肺組織的力學(xué)變化,過高的應(yīng)力和應(yīng)變是導(dǎo)致 ARDS 患者產(chǎn)生 VILI 的本質(zhì),因此肺應(yīng)力和應(yīng)變?cè)?ARDS 機(jī)械通氣治療中越來(lái)越受到關(guān)注?,F(xiàn)基于肺應(yīng)力和應(yīng)變的概念、與 VILI 的關(guān)系、在 ARDS 治療中的應(yīng)用等做一綜述。
1 . 肺應(yīng)力和應(yīng)變的概念及兩者間的相互關(guān)系: 肺應(yīng)力和應(yīng)變是直接反映肺組織力學(xué)變化的指標(biāo)。肺應(yīng)力是擴(kuò)張肺組織的直接作用力,其值與跨肺壓相等,即氣道壓與胸膜腔內(nèi)壓差值。臨床上可通過測(cè)量食道壓間接反映胸膜腔內(nèi)壓。應(yīng)變是在應(yīng)力作用下肺組織發(fā)生的線性形變,即呼吸過程中肺容積的改變量與參照肺容積的比值。
對(duì)于 ARDS 患者,設(shè)置呼氣終末正壓(PEEP)可能會(huì)影響參照肺容積,PEEP—方面可促進(jìn)肺復(fù)張而增加呼氣末的肺容積,另一方面可能導(dǎo)致肺泡過度膨脹。由于不同患者肺的可復(fù)張性不同,PEEP 引起的參照肺容積改變不同,目前無(wú)法準(zhǔn)確估算 PEEP 產(chǎn)生的應(yīng)變。
據(jù)此,應(yīng)變有兩種計(jì)算方法,如果把 PEEP 產(chǎn)生的容積(PEEP volume) 作為過度膨脹肺容積的一部分,則應(yīng)變 =(潮氣量 PEEP volume)/ 功能殘氣量;如果把 PEEP volume 作為復(fù)張肺容積的一部分,則應(yīng)變 = 潮氣量 /(功能殘氣量 PEEP volume)。臨床上根據(jù)氮?dú)庀慈?/ 洗出的原理測(cè)定功能殘氣量及呼氣末肺容積。肺應(yīng)力和應(yīng)變?nèi)コ诵乇趶椥宰枇Φ鹊挠绊?,更直接反映肺組織的力學(xué)變化。
肺應(yīng)力和應(yīng)變存在等比的數(shù)學(xué)關(guān)系。根據(jù) Hooke 定律,對(duì)通氣的肺組織而言,應(yīng)力 =K?應(yīng)變。對(duì)外科術(shù)后患者、內(nèi)科患者、急性肺損傷 (ALI) 患者及 ARDS 患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),在不同 PEEP 的情況下,隨著潮氣量增加,4 組患者的肺應(yīng)力和應(yīng)變均逐漸增加,但應(yīng)力和應(yīng)變的比值 K(即特殊肺彈力)保持不變,且在 4 個(gè)組中無(wú)明顯差異,均為 13 cmH20 (1 cmH20 =0.098 kPa)。因此,肺應(yīng)力和應(yīng)變的比值保持不變,且和ARDS 病因、PEEP 設(shè)置等無(wú)關(guān)。
2. 肺應(yīng)力和應(yīng)變與 ARDS 患者 VILI 的關(guān)系:肺組織的結(jié)構(gòu)特性決定肺應(yīng)力和應(yīng)變與 VILI 相關(guān)。肺組織中承受應(yīng)力和應(yīng)變的結(jié)構(gòu)為細(xì)胞外基質(zhì),細(xì)胞外基質(zhì)由蛋白質(zhì)和多糖組成,它的機(jī)械性能和彈力蛋白及膠原蛋白有關(guān)。彈力蛋白能相對(duì)于原長(zhǎng)度伸長(zhǎng) 1. 5 倍,與肺的彈性特征有關(guān)。
而膠原蛋白不能伸長(zhǎng),它在靜息時(shí)處于折疊狀態(tài),隨著吸氣過程 而打開到最大程度, 并能防止肺過度膨脹,影響肺總量。由于細(xì)胞外基質(zhì)直接承受應(yīng)力,而肺泡上皮細(xì)胞和毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞與這些細(xì)胞外基質(zhì)連結(jié)在一起,機(jī)械通氣時(shí)當(dāng)肺應(yīng)力和應(yīng)變超過生理限度,就會(huì)導(dǎo)致 VILI。
非生理性應(yīng)力和應(yīng)變導(dǎo)致VILI。從細(xì)胞水平看,非生理性的應(yīng)力和應(yīng)變可致肺實(shí)質(zhì)細(xì)胞尤其是肺泡上皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞,出現(xiàn)凋亡和壞死。此外,應(yīng)力可引發(fā)細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞骨架(肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白輕鏈)重排、細(xì)胞間緊密連接(ocdudin、ZO-1 等)損害可導(dǎo)致肺泡上皮的通透性增加,出現(xiàn)高通透性肺水腫及彌漫性炎癥反應(yīng),受損上皮細(xì)胞進(jìn)一步通過整合素、離子通道、黏附分子等激活力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,促發(fā)免疫炎癥反應(yīng),最終導(dǎo)致 VILI。
這種細(xì)胞物理刺激向化學(xué)信號(hào)的轉(zhuǎn)變稱為力學(xué)轉(zhuǎn)導(dǎo)。有研究顯示,在 ALI 且合并有高肺應(yīng)變(> 0.27) 的患者, 其肺泡灌洗液中白細(xì)胞介素 -6(IL-6) 和白細(xì)胞介素 -8(IL-8) 的濃度是低肺應(yīng)變患者的 4 倍。此外,通過對(duì)健康豬的研究發(fā)現(xiàn), 肺應(yīng)變 >1.5 - 2、應(yīng)力 >23 cmH20 時(shí)出現(xiàn)明顯 VILI。