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【话险危夷】急性低氧性呼吸衰竭中肺保护性通气策略:一项生理学试验

2022-11-01 09:41   古麻今醉

AHRF患者的气道压常过高,需调整通气模式和镇静方法与强度,并结合肌肉松弛剂,可以实现大多数患者肺保护目标。

摘要

背景:在急性低氧性呼吸衰竭(AHRF)期间,通气不足或过度均会增加肺和膈肌损伤的风险。我们试图明确在AHRF期间是否可以优化呼吸强度以达到保护肺和膈肌(LDP)的目标(食管压力摆动-3至-8 cmH2O;动态跨肺驱动压≤15cmH2O)。

方法:在早期AHRF患者中,一旦被动通气不是强制性的,就会开始自主通气。对接受静脉-静脉体外膜肺氧合(VV-ECMO)的患者,逐步滴定吸气压力、镇静强度、呼气末正压 (PEEP)和氧气流量以达到LDP目标。此外,对难治性过度呼吸的患者实施部分神经肌肉阻断(pNMBA)。

结果:在入组的30名患者中,大多数患有严重的 AHRF,16例辅助VV-ECMO。所有患者入组时无明显呼吸困难。在自主通气后,多数人表现为不同程度的呼吸困难,其中6/30人达到LDP目标。在调整通气、镇静和通气流量后,20/30人达到了LDP目标。VV-ECMO辅助(中位 OR 10, 95% CrI 2, 81)并改善顺应性相关的 PEEP 水平(中位 OR 33, 95% CrI 5, 898)的患者更有可能实现 LDP 目标。对难治性的患者给予pNMBA,其耐受性良好,并有效地实现了LDP目标。

结论:中度或重度AHRF患者在深镇静状态下呼吸困难通常不存在,但在允许自主呼吸时呼吸强度会变得过度。系统滴定通气和镇静程度可以优化大多数患者的呼吸困难,以保护肺部和膈肌。VV-ECMO可以极大地促进LDP策略的实施.

关键词:低氧性呼吸衰竭,肺保护性通气,膈肌保护性通气,机械通气

背景

急性低氧性呼吸衰竭(AHRF)患者通常需要机械通气治疗。可挽救其生命,但机械通气的并发症如:呼吸机相关的膈肌功能障碍,会对病人的预后产生不利影响。过度呼吸支持和大量的镇静药物使用可抑制呼吸运动,导致膈肌废用性萎缩。恢复呼吸功能可以防止膈肌萎缩,并改善预后。然而,这些患者往往有过度呼吸,这可能会导致肺损伤(患者自身造成的肺损伤)和负荷性膈肌损伤(肌损伤)。

为了避免发生机械通气导致的并发症,提出了肺和膈肌的保护方法(LDP)。该方法明确了机械通气过程中呼吸强度和肺膨胀压力的假定保护范围。最近的一项试验表明,滴定吸气压力以达到通气时膈肌保护目标,可以提高接受辅助通气数天患者达到预期呼吸支持的可能性。早期干预是至关重要的,因为在通气的早期,肺部和膈肌受伤的风险可能最高。目前尚不明确,脱机之前的AHRF患者是否能达到LDP目标。以前的研究表明,较高的呼气末正压(PEEP)、部分神经肌肉阻滞可能有助于控制呼吸强度。我们对早期AHRF患者中进行了一项生理学试验,以明确是否可以通过系统地调整吸气压力、镇静药剂量、呼气末正压以及在接受静脉体外膜氧合(VV-ECMO)的患者中调整通气流量来实现LDP目标。在对这些干预措施不满意的患者中,我们评估是否可以通过应用辅助性的部分神经肌肉阻滞来实现LDP目标。

方法

这是一项生理随机交叉临床试验,测试不同干预措施对肺膨胀压力(通过动态跨肺驱动压ΔPL,dyn量化)和呼吸功能的影响。(通过食管压力波动,ΔPes 量化),以实现AHRF患者的LDP目标(试验注册:NCT03612583,大学卫生网络研究伦理委员会#18-5644号)。该试验最初的目的是探讨LDP目标能否在24小时内实现和维持。由于试验干预的复杂性,对该方法进行了修改,以关注在试验干预结束前是否能实现LDP目标。

研究人口与环境

本试验在多伦多总医院的内外科重症监护室(ICU)进行,该医院是一家四级学术医院,是严重急性低氧性呼吸衰竭患者的主要省级转诊中心。我们纳入了有创机械通气的AHRF患者(包括接受VV-ECMO的患者),其定义为 PaO2:FiO2 ≤ 300 mm Hg,不能纳入的是患者 VV-ECMO 插管前合并心源性肺水肿;如果患者有食道微创手术的禁忌症,急性脑损伤或颅内高压,或预计24小时内可脱离机械通气辅助的患者,则被排除。通过每日筛查确定符合条件的患者,并在开始有创通气后尽早登记入组。

测量

气道压力(Paw)、流量和潮气量(VT)由气道开口处的呼吸速度描记器进行测量。放置食道球囊来测量ΔPes和ΔPL,dyn。膈肌电活动(Edi)是通过特殊安装在食管导管连接到Servo-U呼吸器测量的。

跨肺压(PL)是通过从Paw 中减去实时Pes 来计算的。静态气道驱动压力(∆Paw)和跨肺驱动压(∆PL)是通过应用瞬时吸气末和瞬时吸气末测量的。在呼吸机上应用瞬时吸气末保持和瞬时呼气末保持,分别测量平台气道压力 (Pplat)、平台食管压力 (Pes, ei)、总PEEP (PEEPtot)和呼气末食管压力 (Pes,ee)。∆Pes被计算为呼气末Pes和吸气末Pes最低点的差值。ΔPL,dyn计算为跨肺动脉的吸气摆动(峰值PL- 呼气末PL)。动态肺顺应性(CL,dyn)计算如下:C L,dyn =VT/ΔPL,dyn

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图1试验设计。A.不同干预措施影响肺保护策略目标的研究步骤。B.调整通气模式和镇静方案以实现肺保护目标的方法。

PEEP:呼气末正压;VV-ECMO:静脉-静脉体外膜肺氧合;LDP:肺保护;∆Pes:食管摆动压力;∆PL,dyn:动态肺驱动压力

研究方案

该试验分两个阶段进行(图1A)。第一阶段的目标是恢复自主呼吸。根据标准化程序(附加文件1图S1)逐步减少镇静、呼吸机辅助呼吸频率和辅助通气流量(对于使用VV-ECMO的患者)直到患者过度到持续触发呼吸机来实现这一目标。在此阶段,呼吸机模式和设置由负责患者的临床医生按照常规临床实践进行管理。一旦出现自主呼吸困难,呼吸机模式转换为压力支持通气模式,并根据标准程序进行调整,以实现呼吸频率≤35次/min和 VT≤8 ml/kg (预测体重),或压力辅助控制模式,通过吸气压力和时间滴定,以达到≤8 ml/kg 预测体重和调整设定速率以维持患者触发的呼吸和呼吸频率≤35次/min。

第二阶段的目标是测试是否可以调节自主呼吸以实现 LDP目标(ΔPes -3至-8 cmH2O和 ΔPL,dyn≤15 cm H2O(图1B)。这些目标的基本原理在附加文件1:研究方案等有详细说明。为了比较高、低PEEP水平对LDP目标的影响,患者被随机分配到较低的PEEP组(PEEP为8cm H2O或维持FiO2≤90%和SpO2≥90%所需的最低PEEP水平)或较高的PEEP组(足以维持呼气末PL在2-3 cm H2O的PEEP)。吸气压力和丙泊酚输注速度根据预定的分步算法(附加文件1图S2)进行调整,以尝试实现 LDP 目标。在患者跨入另一个PEEP水平后,再重复这一滴定程序。对于使用VV-ECMO的患者,通气流量增加到不会引起呼吸暂停的最大水平,然后再次重复滴定程序。最后,对于实施了所有相关的干预措施(包括用丙泊酚进行最大限度的镇静)之后,仍存在呼吸困难的患者,间断使用的顺式阿曲库铵(0.5-1mg)进行部分神经肌肉阻滞。该方案的详细描述见附加文件1:研究方案。

结果和统计分析

在试验每一步结束时,以95%的置信区间计算达到 LDP 目标的患者比例。每项研究的干预措施对达到LDP目标的概率,均采用非信息先验的贝叶斯广义混合效应模型量化。对于这个模型,我们报告了中位数和95%的可信区间(CrI),以及每种干预措施OR>1的后验概率。由于VV-ECMO被发现可以显著改变LDP滴定的效果,所以我们还分别报告了接受或不接受VV-ECMO的病人的结局。

每项研究干预对ΔPes和ΔPL,dyn的影响采用线性混合效应模型进行量化。由于已知 PEEP 对肺脏力学具有高度可变的影响,因此还比较了82+5两个 PEEP 水平之间达到 LDP 目标的概率,其分类是该PEEP水平与另一个PEEP水平相比,动态肺顺应性是改善还是恶化了。使用标准化的平均差值对达到或未达到LDP目标的患者的生理和临床特征进行了比较。

该试验最初计划的样本量为40名患者。由于在27个月的研究期间,招募工作出乎意料地缓慢(部分原因是由于COVID-19大流行造成的中断),我们审查了样本量计算并确定 30 名受试者的样本量足以评估PEEP和通气流量滴定可以计算出达到LDP目标的患者比例(30名患者的置信区间为±16%,40名患者的置信区间为±12%),这一决定是在数据分析之前做出的。

附加文件1中提供了关于其他方法的详细描述。关于统计分析的详细情况,统计分析使用R v4.2.0,贝叶斯模型是用{rstanarm}包建立的。

检查结果

2019年1月至2021年3月期间,134名患者接受了评估,35人同意并登记入组。其中,1例在自行拔管后被剔除,2例在开始治疗前被转回转诊医院,2例在LDP滴定程序启动前死亡(附加文件1:图 S3)。30例患者接受了LDP滴定程序,并被纳入最终分析。临床基线水平和生理特征见表1.

第1阶段-启动自主呼吸

在入组时,0/30名患者(0%,95%CI为0,11%)达到LDP目标。在所有的病例中,患者都存在呼吸困难或通气不足(图.2),入组时静态驱动压为中位数 (IQR)为16 cm H2O(12, 18 cm H2O)。在减少镇静剂、降低呼吸机的呼吸频率及通气流量以恢复患者自主呼吸后(在应用 LDP 滴定算法之前),大多数患者表现出过高的 ΔPes和ΔPL,dyn(图2),少数患者(6/30,20%,95%CI10,37%)达到LDP目标。入组至自主呼吸的中位时间为1天(IQR 1,4天)。

第2阶段:优化自主呼吸:滴定通气和镇静剂

LDP滴定前后的呼吸力学、气体交换、ΔPes和ΔPL,dyn见图2和附加文件1:表S1。基于算法的通气和镇静的变化见附加文件1,LDP滴定过程中的通气和镇静的变化见附加文件1:图S4。大多数患者(27/30)在压力支持通气模式下通气。其余3名患者采用辅助控制压力控制模式进行通气。

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总体而言,18/30 的患者在完成滴定程序后在较高和较低的 PEEP 水平上均达到了 LDP 目标(与第 1 阶段结束时相比:中位OR 37, 95% CrI 4, 992)。6/14例未接受VV-ECMO的患者达到了LDP目标(与第一阶段结束时相比:中位OR为12,95%CrI为1,545),12/16例接受VV-ECMO的患者达到了LDP目标(与第一阶段结束时相比:中位OR为33,95%CrI为3,1635)(图2)。在第1阶段结束时呼吸困难(ΔPes <–8 cm H2O)的患者中,LDP 滴定程序减弱了ΔPes(平均差3 cm H2O,95% CrI -1,7cm H2O) 和ΔPL,dyn(平均差- 4 cm H2O, 95% CrI - 7, 1 cm H2O)(图2)。在完成两个PEEP水平的LDP滴定程序后,达到或未达到LDP目标患者的生理和临床特征见附加文件1表S2。较高的芬太尼输注率与成功实现LDP目标有关(附加文件1图S4)。在灵敏度分析中指定更宽松的LDP目标(ΔPes -3至-12 cm H2O,ΔPL,dyn≤20 cm H2O),22/30名患者在两种PEEP水平的LDP滴定后达到了LDP目标(73%,95%CI 56, 86%),包括9/14名未接受VV-ECMO的患者(64%,95%CI 46, 79%)和13/16名接受VV-ECMO的患者(81%,95%CI 64, 91%)。

LDP 滴定过程通常具有良好的耐受性。在任何时间点,与干预相关的最常见不良事件为5例患者的(16%)呼吸性酸中毒。由于在应用较低的PEEP后呼吸功明显增加(ΔPes < -25 cm H2O和呼吸窘迫的迹象),1名患者无法完成滴定方案。两名(6%)患者出现了暂时性的低血压,由于镇静作用的增加而需要增加血管紧张素的剂量。没有观察到病人出现呼吸机对抗情况。

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第2阶段-优化自主呼吸:特定PEEP滴定的影响

较高PEEP组的PEEP中位数(IQR)为14 cmH2O(13,16cmH2O);较低的PEEP组为8cmH2O(8.8cmH2O)。平均而言,较高的PEEP对∆Pes的影响最小(平均差:–1 cm H2O,95%CrI–3,1cmH2O)或∆PL,dyn(平均差值−1cmH2O,95%CrI−3.2 cmH2O)(图3A),较高和较低水平的PEEP对达到LDH目标的影响相似(47%vs40%,中位数OR 1.5,95%CrI 0.5,5)(图3B)。

然而,动态变化的PEEP对∆Pes和∆PL的不同影响与肺顺应性有关(图3C)。研究者通过PEEP水平达到目标可能与更高的动态肺顺应性有关(50%vs10%,中位数OR 33,95%CI 5898)(图3D)。PEEP水平导致肺顺应性增加降低了∆Pes(平均差3cmH2O,95%CrI 1,4cmH2O)和∆PL(平均差–3cmH2O,95%CrI–5,–1cmH2O)。修改PEEP不影响Edi(附加表1:表5)。

第2阶段-优化自主呼吸:体外CO2清除的影响

在第1阶段将V-V ECMO患者的气流量降至最低后,中位数(IQR)气流量为5(4,5)L/min。在两种PEEP水平下执行LDP滴定程序后,气流量增加至中位数(IQR)8(7,10)L/min。气流量增加降低了∆Pes(平均差值5 cm H2O,95%CrI 3.7cmH2O)和∆PL,dyn(平均差–3 cmH2O,95%CrI–5,0 cmH2O)(图4)。VV-ECMO患者与未接受VV-ECMO的患者相比,更可能达到LDP目标(88%vs43%,中位数OR 10,95%CrI 2,81)(图2),尽管可能出现更严重呼吸系统的损伤。 

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第2阶段-优化自发呼吸:肌肉松弛剂的作用

在LDP实施阶段未能达到LDP目标的10名患者中,6名患者(2名接受VV ECMO,4名未接受VV-ECMO)使用了顺式阿曲库铵(中位数剂量2.5 mg(2-4 mg))。肌肉松弛剂降低了∆Pes(平均差6 cmH2O,95%CrI 3,10 cmH2O)和∆PL,dyn(平均差–9 cmH2O,95%CrI–15,–4 cmH2O)。在所有6名患者中都

第2阶段-优化自发呼吸:肌肉松弛剂的作用

在LDP实施阶段未能达到LDP目标的10名患者中,6名患者(2名接受VV ECMO,4名未接受VV-ECMO)使用了顺式阿曲库铵(中位数剂量2.5 mg(2-4 mg))。肌肉松弛剂降低了∆Pes(平均差6 cmH2O,95%CrI 3,10 cmH2O)和∆PL,dyn(平均差–9 cmH2O,95%CrI–15,–4 cmH2O)。在所有6名患者中都成功达到了LDP目标(图2)。未出现呼吸性酸中毒,心肺功能衰竭、高血压、心动过速等。

结果

本研究完成后,在30名患者,共26名患者中实现LDP目标,包括10名未接受VV-ECMO的患者和16接受VV-ECMO患者。未达到LDP目标的4名患者,研究者未给予肌肉松弛剂。

讨论

严重急性呼吸衰竭患者实施肺保护性通气的措施需要通过以下几方面,其中包括系统性滴定通气量、镇静程度、调整PEEP、增大气流量(VV-ECMO患者),肌松剂的应用(必要时)。然而患者间最佳PEEP是不同的,表明PEEP虽然可以改善这些患者的气道压但其影响不可预测,为了改善通气,PEEP的水平必须个体化。

本研究发现中度或重度AHRF患者的气道压可能存在过高或过低的情况,会导致肺泡损伤。入组时,所有患者均为机械通气,意味着存在膈肌废用性萎缩的风险。镇静和通气的目的都是为了降低气道压并恢复自主呼吸,然而几乎所有患者都表现出过高的气道压和肺内压,提示上述患者均存在自发性肺损伤或膈肌损伤的潜在风险,故治疗上必须优化通气以避免两个极端。

镇静

镇静是肺保护性通气措施的关键部分,他可以改善人机对抗,降低气道压力,防止肺泡过度膨胀,但若镇静过度可抑制呼吸,增加无效通气的发生率,导致膈肌废用性萎缩

由于镇静评分与气道压的相关性低,因此需要依据传统镇静评分,且密切监测患者与呼吸机的相关性,将镇静程度滴定到气道压是控制呼吸的策略目标。目前仍需要进一步研究以寻找安全的自主呼吸模式和制定最佳的镇静策略,避免深度镇静所引起的并发症,如制动和谵妄。

PEEP

较高的PEEP从理论上可以通过改善呼吸力学、缓解呼吸困难和降低气道压来有助于优化自主呼吸。在本研究中,PEEP的变化(或降低或增加)与呼吸力学、气道压和肺扩张压的降低有关,并且还能提高肺保护性通气的成功率。因此,我们的结论是个体化PEEP滴定可优化自主呼吸。

体外气体交换的作用

体外CO2清除可以减弱呼吸驱动力。在本研究中,尽管接受VV-ECMO的患者存在更严重的生理紊乱,但实现肺保护性通气目标的可能性更高。有效且持续地增加通气量可降低气道压和肺扩张压。因此,体外CO2清除可能在减少镇静药物使用的同时降低气道压,促进自主呼吸。

肌肉松弛剂

低剂量顺式阿曲库铵的肌肉松弛作用良好,在其他干预措施无效的情况下能有效缓解难治性呼吸衰竭患者的高气道压。但这方法只能短期使用,直至实现肺保护性通气目标,持续数小时至数天以上的肌肉松弛剂的安全性还有待确定。

局限性

本研究存在以下几点不足。首先,考虑到LDP的复杂性和在该中心研究人群的灵敏性,在其他中心的结果尚不确定。在整个研究过程中,经验丰富的内科医生和呼吸治疗师全程床边参与。使用预定义算法设置呼吸机参数和镇静方案可能有助于其他研究者对本研究方案的进一步评估。第二,仍不确定LDP的气道压和肺扩张压的最佳范围。第三,动态vs静态肺扩张压防止VILI和P-SILI是不确定的;本研究侧重于反映动态肺扩张压力,动态压力可能更准确的改善局部肺扩张。第四,达到LDP目标所需的时间仍然未知,但气道压可能随时间的延长而变化,最终需要更长期的监测和干预,以确保为患者留出足够长的时间来实现肺和膈肌保护目标。

总结

AHRF患者的气道压常过高,需调整通气模式和镇静方法与强度,并结合肌肉松弛剂,可以实现大多数患者肺保护目标。

评述:

急性低氧性呼吸衰竭(AHRF)患者通常需要机械通气治疗。但机械通气可导致呼吸机相关的膈肌功能障碍等并发症,会对病人的预后产生不利影响。过度呼吸支持和大量的镇静药物使用可抑制呼吸运动,导致肺损伤、膈肌损伤和膈肌废用性萎缩。故本文提出了肺和膈肌的保护方法(LDP)这一概念,探讨机械通气过程中呼吸强度和肺膨胀压力的假定保护范围。作者团队通过一项生理试验发现严重急性呼吸衰竭患者实施肺保护性通气的措施需要通过系统性滴定通气量、镇静处理、个体化调整PEEP,对于辅助VV-ECMO需增大通气流量,必要时需使用肌松剂改善通气情况。但本研究尚存在一定的局限性及不足,包括:不同患者达到LDP目标的复杂性、试验只针对本研究中心的局限性;仍无法确定LDP的气道压和肺扩张压的最佳范围;达到LDP目标所需的时间仍然未知。在今后的工作中,有必要再行多中心随机对照研究进一步分析这种联合治疗对短期临床结果的影响。

翻译:吴丽、赵萱

校对:张雯

点评:石文剑

原始文献:   Strategies for lung and diaphragm-protective ventilation in acute hypoxemic respiratory failure: a physiological trial   .    Jose Dianti, Samira Fard , Jenna Wong    et al.       Critical Care   .    2022;26:259  

END

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