火鳳凰翻譯組出品
鄭忠駿 浙江大學(xué)第二附屬醫(yī)院急診科
概述
急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）是指肺內(nèi)、外嚴重疾病導(dǎo)致的，以肺毛細血管彌漫性損傷、通透性增強為基礎(chǔ)，以肺水腫、透明膜形成和肺不張為主要病理變化，以進行性呼吸窘迫和難治性低氧血癥為臨床特征的急性呼吸衰竭綜合征。由于肺泡的塌陷引發(fā)頑固性的低氧血癥，因此呼吸機支持模式在ARDS的治療中至關(guān)重要。當ARDS患者發(fā)生部分肺組織塌陷需要復(fù)張時，機械通氣模式中的氣道壓力釋放通氣模式（APRV）可避免反復(fù)肺泡塌陷和肺泡復(fù)張，避免因此造成的肺損傷。本文將針對機械通氣模式中的氣道壓力釋放通氣模式（APRV）進行綜述。
要點
1.APRV模式的優(yōu)缺點與其兩個組成部分相關(guān)：高平均氣道壓和自主呼吸通氣。
2. 多項研究結(jié)果表明，APRV模式對患者生理機能更受益，并可改善氧合、鎮(zhèn)靜水平、血流動力學(xué)及呼吸動力學(xué)等臨床療效。
3. 尚無研究報道，APRV模式與傳統(tǒng)通氣模式相比可降低患者病死率。
4. APRV模式是一種很有前景的機械通氣模式，在其廣泛應(yīng)用于臨床前仍需要更多的研究支持。
1 背景
在ARDS早期，炎癥導(dǎo)致肺表面活性物質(zhì)減少，肺泡表明張力增加，從而引起多部位的肺組織肺泡發(fā)生塌陷。肺表面活性物質(zhì)的減少引起的肺泡塌陷與早產(chǎn)兒的肺組織肺泡塌陷機理相近，其結(jié)果均為肺組織充氣減少，肺內(nèi)分流以及頑固性低氧血癥。
治療肺泡塌陷的方法為“肺復(fù)張”策略，該策略是由Lachmann教授首先提出Gattinoni等發(fā)現(xiàn)，塌陷的肺組織約有0~50%甚至更高的比例可被復(fù)張。目前有各種各樣的方式使損傷的肺組織復(fù)張，方法的選擇一般基于患者個體的差異以及機械通氣的模式。
本文將針對APRV模式進行綜述，該通氣模式可能對需要肺復(fù)張ARDS患者肺組織有一定效果。APRV模式的提出是基于肺保護策略，該模式在使塌陷肺泡復(fù)張的情況下將機械通氣造成的肺損傷降至最低。
2 保護性通氣的基本原則
當我們以肺內(nèi)壓為X軸，肺內(nèi)容積為Y軸作圖時，即可得到“肺順應(yīng)性曲線”（圖1）。該曲線有兩個拐點，兩個拐點之間的斜率較大，其代表的即是肺順應(yīng)性越大。在低位拐點以下水平，肺泡容易塌陷；而高位拐點以上水平，肺泡則過度膨脹導(dǎo)致彈性下降。為了盡可能的保護肺組織，在機械通氣下維持肺組織處于高位拐點和低位拐點之間將是人工通氣最重大的挑戰(zhàn)！
PEEP防止肺泡塌陷：
在機械通氣過程中，肺組織中的壓力極低，從而導(dǎo)致呼氣末肺泡塌陷。隨著每一次的呼吸循環(huán)，肺泡將周期性塌陷膨脹，引起周期性肺不張。由此可能引發(fā)炎癥介質(zhì)的釋放并造成永久性的肺損傷。
呼氣末正壓通氣（positive end-expiratory pressure，PEEP）是針對肺泡的周期性塌陷復(fù)張的解決方法，在設(shè)置PEEP時應(yīng)考慮肺順應(yīng)曲線的低位拐點。
Villar等學(xué)者設(shè)定高于低位拐點2cm H2O的PEEP值和低潮氣量為實驗組，低PEEP值（5cm H2O）和高潮氣量為對照組，比較實驗組和對照組的患者結(jié)局。由于對照組的死亡率顯著高于實驗組（53%vs 32%，P=0.04），該研究提前終止。
小潮氣量防止肺泡過度膨脹：
當潮氣量超過肺順應(yīng)性高位拐點時，造成肺組織過度膨脹以及肺容積損傷，嚴重時可能導(dǎo)致氣胸、縱隔氣腫，甚至肺破裂。肺組織過度膨脹還可能引起血液循環(huán)中炎癥介質(zhì)的釋放。因此，應(yīng)盡量避免和限制高潮氣量。
“TheARDS Network”在一項多中心的隨機對照研究中報道：接受小潮氣量機械通氣的患者相比應(yīng)用傳統(tǒng)潮氣量的患者死亡率更低。該研究將入選患者隨機分配到兩個組，實驗組接受6ml/kg的潮氣量和小于30cm H2O的平臺壓，對照組為12 ml/kg的潮氣量和小于50cm H2O的平臺壓。對入選患者進行隨訪觀察直到患者出院回家或無需呼吸支持。研究入選的861例患者中，小潮氣量組的病死率顯著低于傳統(tǒng)潮氣量組（31%vs 40%）。
此外，小潮氣量可能與炎癥反應(yīng)的更快速衰竭相關(guān)。Amato等學(xué)者將58例患者隨機分配至潮氣量為6ml/kg和12ml/kg的兩組中，PEEP值設(shè)置為高于肺順應(yīng)性曲線低位拐點。在研究28天時，實驗組有62%的患者存活，而對照組僅29%的患者存活。然而，研究結(jié)果顯示許多臨床問題問題均與對照組的高死亡率相關(guān)。
根據(jù)以上研究顯示，小潮氣量加上合適的PEEP值可保證肺組織的復(fù)張，是目前針對ARDS患者機械通氣的標準化治療方案。
3 APRV：一種允許自主呼吸的壓力控制通氣模式
氣道壓力釋放通氣模式（Airwaypressure release ventilation，APRV）由Stock等學(xué)者于1987年首次提出，APRV模式本質(zhì)上是一種壓力控制模式，臨床醫(yī)生通過設(shè)置不同的壓力來調(diào)節(jié)。在該模式的整個呼吸周期中允許患者進行自主呼吸（圖2）。
開始通氣前首先設(shè)定一個高氣道壓（P high），當高氣道壓短暫而快速地釋放至另一較低水平（通常為0cm H2O，P low）時觸發(fā)控制通氣，該模式允許肺部分收縮，此后在不穩(wěn)定的肺泡發(fā)生塌陷之前迅速恢復(fù)至高氣道壓。
理論上，APRV模式中最佳的壓力釋放時間（處于低氣道壓的短時間內(nèi)，Tlow）應(yīng)取決于呼氣流量的時間常數(shù)。時間常數(shù)（t）指呼出63%肺容積所需的時間，其計算公式為：t = C × R。C代表肺組織和胸壁的順應(yīng)性，R代表人工氣道和自然氣道內(nèi)的阻力。在一些引起肺順應(yīng)性降低的疾病中（比如ARDS），時間常數(shù)通常將縮短。一次呼氣（肺內(nèi)容積呼出至沒有呼氣流量）所需的平均時間大約為4倍的時間常數(shù)。
由于壓力釋放時間遠遠短于處于氣道高壓的時間，殘留的空氣保留在氣道內(nèi)，造成了一個自發(fā)性PEEP。理想情況下，該自發(fā)性PEEP應(yīng)足夠高以避免肺泡塌陷（理想情況下應(yīng)高于低位拐點）。在APRV模式中，自發(fā)性PEEP取決于呼吸機的設(shè)置，這種有意的限制呼氣流量的通氣模式對于避免不穩(wěn)定的肺泡單位塌陷是至關(guān)重要的。
處于高氣道壓的時間（T high）通常占整個呼吸周期的80%至95%，這就意味著肺泡在整個呼吸周期約有80%~95%的時間處于膨脹狀態(tài)，處于低壓的時間（Tlow）大約為0.6s到0.8s。
因此，APRV模式的設(shè)置提供了一個相對較高的平均氣道壓力，該壓力可防止不穩(wěn)定的肺泡單位進一步塌陷，隨著時間的推移還可使受損肺組織中的肺泡復(fù)張。APRV模式與絕大部分傳統(tǒng)機械通氣模式的區(qū)別在于：APRV模式的平均吸氣壓力為最大值，呼氣末壓力取決于自發(fā)性PEEP值。此外，在整個APRV通氣模式過程中允許患者進行自主呼吸。
與APRV相似的模式：
與APRV模式相似的機械通氣模式是雙相氣道正壓通氣（BiPAP）和雙水平通氣。BiPAP與APRV模式的區(qū)別在于高氣道壓（Phigh）和低氣道壓（Plow）所占的時間。在BiPAP模式中，高氣道壓（P high）的時間通常短于低氣道壓（Plow）的時間。因此，為了避免肺泡塌陷，必須將低氣道壓（Plow）設(shè)置為大于零，同時分別設(shè)置一個高PEEP值和一個低PEEP值。
盡管BiPAP已知的高低壓力可能使它更容易被預(yù)測，但目前尚沒有研究表明APRV與BiPAP孰優(yōu)孰劣。
雙水平通氣與APRV模式工作原理相同，但雙水平通氣模式包含壓力支持的自主呼吸模式。壓力支持的使用可能會影響無支持的自主呼吸產(chǎn)生的積極的生理效應(yīng)。然而，這種模式可能對APRV模式下產(chǎn)生的嚴重高碳酸血癥有益。
4 APRV模式的初始呼吸機設(shè)置
如上所述，高氣道壓（P high）和處于高氣道壓的時間（Thigh）的設(shè)置是為了增加吸氣末肺容積、復(fù)張肺泡、改善氧合。低氣道壓（Plow）和處于低氣道壓的時間（Tlow）則調(diào)節(jié)呼氣末肺容積，他們的設(shè)置是為了防止肺泡塌陷并保證充足的肺泡內(nèi)通氣（表1）。
P high：在選擇初始高氣道壓時，我們通常在傳統(tǒng)模式下使用一種可接受的保護策略（如容量控制模式）來測量患者的氣道平臺壓。假如平臺壓低于30 cm H2O，則設(shè)定所得到的平臺壓為“Phigh”值。假如平臺壓高于30 cm H2O，設(shè)定30 cm H2O作為初始“P high”值，以此減少肺泡峰壓和肺組織過度膨脹的風(fēng)險。
P low：設(shè)置為0 cm H2O。
T high：初始設(shè)置為4s，必要時可調(diào)整。
T low：處于低氣道壓的時間可能是設(shè)置中最困難的一部分，因為它必須足夠短以避免肺泡塌陷，同時還需要肺泡在該時間內(nèi)完成充分的通氣。我們通常將該值的初始時間設(shè)置為0.6s至0.8s。
5 APRV模式呼吸機設(shè)置的調(diào)整
低氧血癥：
APRV模式中影響氧合的可控變量包括：
· 平均氣道壓（主要取決于P high和T high）
· 部分吸入氧濃度（FiO2）
不充分的氧合通常需要增加上述一項或兩項設(shè)置。
APRV模式中影響肺泡通氣的可控變量包括：
· 氣道壓力斜率（P high 減 P low）
· 氣道壓力釋放時間（T low）
· 氣道壓力釋放頻率。該頻率與呼吸機總周期相關(guān)，其方程為：frequency = 60/cycle time = 60/(T high + T low) 。
由以上方程可得，保持T low不變，調(diào)整T high即可改變氣道釋放頻率（肺保持膨脹時間越長，呼吸頻率就越低）。相反，一些呼吸機允許對頻率進行調(diào)整，這將使得Thigh成為獨立變量。APRV模式的目標是復(fù)張肺泡并改善氧合，因此我們通常不會改變氣道壓力斜率來增加通氣。
在臨床實踐中，醫(yī)生很少會通過計算每位患者的時間常數(shù)（t）來設(shè)置T low。因此，T low通常是根據(jù)呼吸機上的流速-時間曲線進行調(diào)整，當呼氣流量達到峰流量的40%時壓力釋放結(jié)束，約等于一個時間常數(shù)（圖3）。
高碳酸血癥：
肺保護性通氣策略中一個常見并可預(yù)測的并發(fā)癥為高碳酸血癥，由于其在一定范圍內(nèi)是可接受的，因此也被稱為“允許性高碳酸血癥”。在APRV模式中，一定程度的二氧化碳潴留并不罕見。當PaCO2異常增高時，我們通?？赏ㄟ^縮短Thigh來增加壓力釋放頻率。應(yīng)當注意的是，這樣的調(diào)節(jié)可能會使平均氣道壓減低從而影響肺泡復(fù)張。
自主呼吸：
APRV允許患者進行自主呼吸，這個優(yōu)勢將有助于患者增加呼吸機耐受性。一些關(guān)于ARDS患者使用APRV模式的研究中顯示，自主呼吸約占總分鐘通氣量的10%-30%，且自主呼吸有助于改善通氣灌注的匹配和氧合。我們通常會逐步增加患者鎮(zhèn)靜程度，使自主呼吸的目標至少達到總分鐘通氣量的10%。
6 APRV模式的報警
APRV的報警應(yīng)謹慎處理，避免因此造成肺泡塌陷。一些學(xué)者建議每次將Phigh降低2-3 cm H2O、T high延長0.5s至2.0s。
一旦P high達到16 cm H2O，T high為12s至15秒時，自主呼吸占大部分甚至全部分鐘通氣量，呼吸機模式可改為持續(xù)正壓通氣模式（CPAP）并降低支持力度。一般來說，當患者已行氣管切開，CPAP模式為5-10 cm H2O時，患者的精神狀態(tài)、氣道保護能力和氣道分泌物等均不是禁忌癥。
7 APRV模式中自主呼吸的生理影響
對呼吸系統(tǒng)的影響：
在自主呼吸過程中，膈肌收縮造成的最大位移能夠給機體提供最好的通氣。與自主呼吸患者相比，機械通氣患者吸氣時可提供呼吸的肺組織移動較小。
一項使用計算機斷層掃描（CT）的研究發(fā)現(xiàn)，使用呼吸機的急性肺損傷患者肺容積的減少主要位于下葉肺組織（依賴區(qū)域）。其機制可能為急性肺損傷導(dǎo)致肺組織的重量增加以及膈肌上移引起的下葉肺組織的被動塌陷。
目前已有的研究證實，擁有自主呼吸的ARDS患者與呼吸肌麻痹的患者（無自主呼吸、深鎮(zhèn)靜）的肺塌陷分布區(qū)域并不相同。特別是ARDS患者中，并非肺密度并非集中于呼吸機依賴區(qū)域。
APRV模式加上自主呼吸比單純機械通氣時氧合更好，這種影響至少部分歸因于肺組織的復(fù)張和肺通氣依賴區(qū)域的增加。
Putensen等比較了24例ARDS患者的通氣灌注分布情況，這些患者被隨機分配至具有自主呼吸模式的APRV組（自主呼吸大于總分鐘通氣的10%）、無自主呼吸設(shè)置的APRV組以及壓力支持通氣組（PSV）。研究發(fā)現(xiàn)，具有自主呼吸的APRV組改善了通氣灌注的匹配并增加了全身血流量。
Meumann等近期對具有自主呼吸設(shè)置的APRV模式和無自主呼吸設(shè)置的APRV模式對肺損傷動物模型中通氣灌注的影響進行了研究。具有自主呼吸設(shè)置的APRV模式增加了橫膈附近肺組織的通氣，主要為通氣依賴區(qū)域。自主呼吸對機械通氣的空間分布和肺灌注具有顯著的影響。
基于以上研究，我們通常使用沒有壓力支持的APRV模式。這個策略可以讓肺復(fù)張并擴張通氣依賴區(qū)域。
對心血管系統(tǒng)和血流動力學(xué)的影響：
Rasanen等在一個動物模型中比較了APRV模式、自主呼吸以及持續(xù)正壓通氣時的心血管功能差異。APRV模式和自主呼吸之間未發(fā)現(xiàn)心血管功能的差異。相比之下，持續(xù)正壓通氣將使血壓下降、容量減少、心輸出量降低并減少氧輸送。
Falkenhain等在一個隨后的病例報告中發(fā)現(xiàn)，一個需要機械通氣的患者的呼吸機模式從帶PEEP的間歇指令通氣模式改為APRV模式后，其心輸出量得到改善。
APRV模式對心血管功能無害處的可能歸因于該模式中的自主呼吸部分。自主呼吸時胸腔內(nèi)壓減?。ㄏ啾群粑÷楸詿o自主呼吸的患者），從而增加靜脈回流和心臟充盈，進而提高心輸出量和氧輸送。
Hering等比較了帶自主呼吸的APRV模式（自主呼吸至少占30%的總分鐘通氣）和無自主呼吸的APRV模式的12例急性肺損傷（ALI）的患者。研究結(jié)果顯示，帶有自主呼吸的APRV模式組中的患者腎血流量、腎小球濾過率和滲透壓間隙更高。
此外，Hering等還在肺損傷的動物模型中研究了帶有自主呼吸的APRV模式對腸血流量的影響。研究發(fā)現(xiàn)帶有自主呼吸的APRV模式可提高動脈氧合、全身血流動力學(xué)情況、胃和小腸區(qū)域灌注。
8 APRV模式的動物研究
Stock等最早于1987年發(fā)布有關(guān)狗的APRV研究。在該研究中，10只可能得了ARDS的狗被隨機分配至兩個組中，分別為APRV模式組和容量控制模式組（帶PEEP的哈佛呼吸機）。研究發(fā)現(xiàn)，與容量控制相比APRV可提供充足的肺泡通氣，具有更低的氣道峰壓，并提供更好的動脈氧合（在相同的潮氣量和平均氣道壓下）。
Martin等在七只患有急性肺損傷（ALI）的新生的羔羊上對壓力支持通模式、APRV模式、容量控制模式和自主呼吸模式四種呼吸模式進行研究發(fā)現(xiàn)，APRV模式與壓力支持通氣模式相比在維持氧合的情況下擴張肺泡通氣。APRV模式與容量控制模式相比還可使通氣水平維持在一個較低的氣道峰壓下。因此作者得出結(jié)論：在他們的急性肺損傷動物模型中，APRV模式是一個非常有效的維持氧合和支持肺泡通氣的模式，且它對心血管系統(tǒng)影響最小。
9 APRV模式的人類研究
Garner等研究了14例冠狀動脈血管重建術(shù)后的患者，給予容量控制模式（12ml/kg），然后當他們血流動力學(xué)穩(wěn)定時再給予APRV模式。在這些患者中，APRV模式和容量控制模式支持下的肺通氣功能和動脈氧合均無顯著差異，但容量控制模式的氣道峰壓更高。
Rasanen等設(shè)計了一項前瞻性、多中心的前后較差試驗，該試驗中入選的50例急性肺損傷（ALI）患者先接受傳統(tǒng)機械通氣，之后使用APRV模式。兩組患者均獲得充分的通氣和氧合。然而，在上述研究中，APRV組的氣道峰壓比傳統(tǒng)通氣組更低。
Davis等研究了15例需要機械通氣的ARDS患者，這些患者首先接受加用PEEP的間歇指令通氣模式，之后再使用APRV模式。結(jié)果顯示，APRV模式中氣道峰壓較低，但平均氣道壓更高。兩種模式在氣體交換和血流動力學(xué)影響上沒有顯著統(tǒng)計學(xué)差異。
Putensen等的一項基于前期發(fā)表數(shù)據(jù)的研究將30例多發(fā)傷患者隨機分為兩組，一組使用帶自主呼吸的APRV模式（n=15）72小時，另一組接受壓力控制通氣模式（n=15）72小時。APRV模式與肺順應(yīng)性、氧合改善和肺內(nèi)分流減少密切相關(guān)。有趣的是，APRV模式與壓力控制通氣相比，機械通氣時間更短（15天vs21天）、ICU主要時間更短（23天vs30天）、鎮(zhèn)靜藥物和血管活性藥物使用時間也更短。
值得注意的是，該研究中存在一個重要的混雜因素，接受壓力控制通氣模式的患者最初即已經(jīng)深鎮(zhèn)靜，這可能有利于APRV組。
Varpula及其同事進行了一項前瞻性隨機干預(yù)研究，以確定俯臥位通氣時APRV模式和具有壓力支持的壓力控制同步間歇指令通氣模式對氧合的影響是否存在差異。45例急性肺損傷患者在72小時內(nèi)被隨機分配并接受其中一種機械通氣模式。最終有33例患者接受并納入研究。所有患者每天均會接受俯臥位通氣1~2次，每次6小時。結(jié)果顯示，接受1次俯臥位通氣時，兩組間氧合無顯著差異。當接受2次俯臥位通氣后，APRV組氧合顯著改善。作者因此得出結(jié)論，使用APRV模式時俯臥位和允許自主呼吸對氣體交換有利。
Varpula等在2004年再次報道將58例急性肺損傷患者隨機分配并接受APRV或壓力控制同步間歇指令通氣模式。其結(jié)果顯示兩組在脫機時間、鎮(zhèn)靜時間、血液透析時間和ICU住院時間等重要臨床預(yù)后指標方面并無顯著差異。
Dart等在一項回顧性研究中報道了46例接受APRV通氣模式72小時的創(chuàng)傷患者，研究發(fā)現(xiàn)開始APRV模式進行通氣后，PaO2/FiO2比例得到改善，氣道峰壓則下降。
總之，大多數(shù)研究表明APRV模式可獲得生理學(xué)受益，改善臨床結(jié)局如氧合、鎮(zhèn)靜藥物使用、血流動力學(xué)變化和呼吸動力。然而，尚沒有研究報道APRV模式與傳統(tǒng)通氣模式相比可降低病死率。
10 APRV模式的爭議
過度牽張：使用APRV模式時一個主要的爭議時過度牽張肺實質(zhì)。重要的是要認識到，在選擇P high設(shè)置時，該變量不是決定潮氣量的唯一因素。自主呼吸可降低胸腔內(nèi)壓力。因此，跨肺壓則會增加（肺泡內(nèi)壓減去胸腔內(nèi)壓）。此時跨肺壓的增加將會導(dǎo)致更高的潮氣量、肺過度牽張和潮氣量相關(guān)肺損傷的風(fēng)險。
肺不張：如前所述，每一次呼吸循環(huán)時的氣道開放和閉合可能會對肺造成損傷。當呼氣末壓力低于低位拐點時最嚴重，此時病變的肺泡單位就可能塌陷。APRV模式下，氣道壓釋放至零。盡管自發(fā)性PEEP可能會保持一定的呼氣末壓力，但該蠶食是真正的不收控制的。
當患者無法自主呼吸時：另一個需要考慮的問題是，APRV模式的諸多優(yōu)勢均基于其自主呼吸那一組成部分。不幸的是，需要深度鎮(zhèn)靜或神經(jīng)肌肉麻痹的患者由于缺乏自主呼吸，可能會失去使用該模式的生理優(yōu)勢。
可能的禁忌癥：平均氣道壓增高導(dǎo)致的顱內(nèi)壓增高和大的支氣管胸膜瘺。
盡管APRV模式有一定的限制，但其展現(xiàn)了許多極具吸引力的優(yōu)勢，為不能耐受傳統(tǒng)機械通氣的患者提供了更多的選擇（完）。
