高频振荡通气在成人急性呼吸窘迫综合征治疗中的应用研究

张焕梅，吴丽芬，黄 欢

超过正常机体呼吸频率4倍的通气称高频通气。20世纪60年代作为一种能够改善通气和氧合，并可避免机械控制通气部分并发症的新型通气模式引入临床，其中高频振荡通气是目前研究最广且最有临床应用价值的高频通气。急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是急性肺损伤（ALI）最严重的形式，虽然近年医疗技术及认识的进步使得病人死亡率有所降低，但还是很高［1］，至今仍无有效治疗药物，机械通气治疗仍是主要治疗手段之一，但是机械通气治疗过程中经常会加重肺部损伤，导致所谓的机械性肺损伤（VILI）。近年有人提出的肺保护通气策略包括：小潮气量高呼气末正压（PEEP）通气［2］，开放肺策略［3］、允许性高碳酸血症［4］等，机械通气引起的相关性损伤不断被人们认识。如何减少这方面的损伤，人们做了很多研究，其中高频振荡通气在急性肺损伤和ARDS治疗方面的应用研究最受关注［5］。现将其工作原理、肺保护机制及临床应用情况综述如下。

1 工作原理

1．1 通气机制 高频振荡通气是一种新型通气模式，其气体是通过高速气流偏流（30L～60L）进入机体，氧气的供给、二氧化碳的排除及气体湿化都是靠偏置气流来实现的。在呼吸环路中存在一个可以往返运动的活塞，活塞的往返运动产生正弦波，并形成一定频率和振幅的振动压，其叠加于偏流气体形成气道压［6］。高频振荡通气是将氧合和通气分开，氧合变化主要是通过调节吸入氧浓度和平均气道压，通气主要是通过调节振荡频率和振荡压力波幅（ΔP）实现［7］。吸入一定的氧浓度，氧合与平均气道压和肺容量呈正相关，增加偏流的流速和吸呼比，也会改变平均气道压和远端肺泡压力来改变氧合；而增加ΔP和降低呼吸频率都可以增加潮气量，从而增加二氧化碳的排除，反之，可影响二氧化碳的排除。高频振荡通气具有其独一无二的工作方式，那就是它采用主动呼气［8］，也就是与控制通气（CMV）相比呼气相时机器又将气体从肺内主动抽出，所以，高频振荡通气可以有效地将潴留的二氧化碳很快从肺中排出。

1．2 气体交换机制 高频振荡通气与传统通气有着独特的气体交换机制［9］，其可以以较小的潮气量实现气体交换，满足机体氧合，其机制主要包括：①团块运动（bulk convection）；②心源性震动（cardiogenic mixing）；③不对称的流速剖面（asymmetric velocity profiles）；④泰勒扩散（Taylor dispersion）；⑤肺的摇摆（turbulence）；⑥并行通气（collateral ventilation）；⑦分子弥散（molecular diffusion）。正因为这些独特的气体交换方式使得高频振荡通气在改善氧合方面有着很强的优势。

2 肺保护机制

急性肺损伤在临床上较常见，其发展到一定程度出现ARDS，死亡率极高［10］。至今还没有特别有效的治疗手段，机械通气作为其治疗的重要手段之一，在维持病人生命的同时机械治疗可能加重肺损伤，为了减小相关损伤，很多人在这方面做出很多研究，提出了肺保护通气策略。20世纪60年代有人开始研究高频通气，而高频振荡通气就是其中一种，其工作机制很多符合了提出的肺保护策略。很多机制能够引起急性肺损伤，主要包括气压伤（barotrauma）、容量伤（volutrauma）、剪切伤（atelectrauma）、生物伤（biotrauma）和氧中毒（oxygen toxicity）等。所以，提出的很多策略，包括允许性的高碳酸血症目的很清楚，就是在满足病人氧合的同时使用最小的潮气量并维持肺开放，从而减少机械对肺的损伤，最终转化为减少生物伤，起到肺保护作用［11］。多中心研究表明，使用小潮气量加肺复张的机械通气对ARDS病人是安全的，并且可以有效改善其氧合，对临床是有利的［12，13］。首先，高频振荡通气与常规通气相比，高频振荡通气在通气期间气道内维持一个已调节的平均气道压（mPaw），高频振荡通气环路初始部位压力很大，但到气道末端压力大部分被削减［14］，削减的程度与频率、管径和吸呼比有关，高频振荡通气没有峰压，减少了气压伤的发生。其次，CMV即使小潮气量（≤6mL／L）通气，对于ARDS病人的“婴儿肺”就相当大，而产生容量伤。由于其较高的频率及气体交换机制，使用极小潮气量就可以满足气体交换，通常可以小于解剖无效腔量（1mL／kg～3 mL／kg），所以，较少产生容量伤。第三，由于高频振荡通气期间维持气道一个较高平均气道压但不超过有害性的气道峰压水平并且频率较大，肺在没有完成塌陷时再次被膨胀，所以呼吸周期中剪切力很小，对肺损伤也较小［15］，但是为了较好的肺复张去设定一个适当的平均气道压比较难。压力大些复张自然可能会好些，但是每个病人病情不同，可能适合这个病人的压力就会导致另一个病人的肺过度膨胀甚至气胸。为了避免这些情况，近年的研究通过测量食管内压力而得出跨肺压可用于指导临床机械通气［16］。较小的潮气量和较好的肺复张仅是改善ARDS病人生存率链接上的第一环，高频振荡通气进一步可以减少肺的炎症反应和损伤。很多实验已证实这一点，包括对透明膜、支气管上皮细胞损伤和炎症反应的研究［17，18］。因为其主动的呼气机制，所以，不用牺牲高碳酸就可以达到肺保护的作用。由于以上众多因素，高频振荡通气在改善氧合方面比较有优势，相对CMV氧中毒也很少发生。

3 临床应用

3．1 临床试验 开始主要用于儿童方面的临床研究也比较多，在20世纪90年代初，Wilford医疗中心应用SensorMedics 3100B通气机进行了一项非随机的临床试验，受试对象是应用常规通气模式失败的严重ARDS成年病人［19］。在这项试验中，17例ARDS成年病人接受高频振荡通气治疗，病人主要由脓毒血症和肺炎引起，平均PaO2／FiO2比为68mmHg，氧合指数（OI）为48，急性生理功能和慢性健康状况评分系统Ⅱ（APACHEⅡ）评分为23分。应用后病人的氧合指数都得到改善，ARDS病人30d的生存率约为47%，而且越早使用高频振荡通气生存率越高。此后很多研究组陆续发表他们使用高频振荡通气的情况，研究对象从5例～42例，高频振荡通气多作为ARDS常规通气治疗失败的补救措施，这些研究一般都说明高频振荡通气能改善氧合，但死亡率无明显改善。Derdak等［20］完成了第一个多中性随机对照ARDS高频振荡通气实验，在这项试验中，ARDS成人（PaO2／FiO2＜200mmHg及PEEP≥10cmH2O）被随机分为高频振荡通气组（n＝75）和常规通气组（n＝73）。虽然这项实验不能强有力地指出二者死亡率的差别，但发现了一个不是很明显的趋势，即高频振荡通气组相对常规组30d的死亡率有所改善（30d的总体死亡率为37%与52%，P＝0．098）。而在气压伤、气管导管阻塞及严重血流动力学改变方面两组差异无统计学意义。Bollen等［21］发表了另一篇61例小样本的随机对照研究，该研究中不能发现高频振荡通气与CMV对于ARDS早期治疗在安全性及有效性方面有很显著的差异，由于病例收集困难和Derdak等［20］实验的完成，该实验提前结束，所以，两组基础状况产生差异（高频振荡通气组37例，CMV组24例），因此该研究数据结果受到质疑。在以往ARDS的试验中已证实，PaO2／FiO2比不能预测病人生存率，而有两个主要因素能预测ARDS病人病死率：一是进行传统通气方式治疗的时间，另一个就是基础氧合指数［22］。在成人，至今仅有2篇随机对照实验，所以，高频振荡通气在临床使用的研究还有很长路要走，是否可以改善氧合并提高ARDS病人生存率还需大量的研究。

3．2 高频振荡通气应用技术 根据实际情况，ARDS病人使用常规通气不能改变低氧血症情况皆可考虑使用高频振荡通气，而且越早使用可能越能提高存活率［23］。一般认为需要FiO2≥60%且平均气道压＞24 cmH2O通气的ARDS病人要考虑高频振荡通气，尤其是达不到肺保护性通气的目标使吸气平台压维持在＜30cmH2O～35cmH2O时。认为常规通气的平均气道压≥24cmH2O是考虑切换为高频振荡通气的合理阈值，因此，当高频振荡通气的平均气道压被减弱到这水平时使用高频振荡通气的病人一般切回常规通气（首先确定FiO2已经降低到40%～50%）。在开始使用高频振荡通气前吸清病人的气道和保持气道通畅是非常必要的。黏液或血凝块使气管导管内径变小或阻塞可大大妨碍振荡波的传递并导致通气困难。

振荡过程中还需要适当的镇静、镇痛和肌松，开始应用高频振荡通气时是否需要设定较高的平均气道压（一种保持肺泡持续膨胀的复张措施）如40cmH2O维持40s～60s还不是很明确［24］。高频振荡通气期间决定氧合的主要是平均气道压，考虑提高平均气道压应该再次评估病人血容量状况，升高的胸膜腔内压和降低的前负荷导致血压下降的潜在因素也应考虑到。平均气道压开始设定一般比常规通气高5cmH2O，血流动力学不稳定的病人开始设定可能与常规相同或高2cmH2O～3cmH2O，但具体调节可以测量食管内压来进行［16］。在切换为高频振荡通气后FiO2通常设定为100%，然后逐渐减低以维持脉搏血氧饱和度（SpO2）≥88%，如果降低FiO2无法达到满意的SpO2值，那么间隔30min～60min将平均气道压升高3 cmH2O～5cmH2O。一般通过Sensor Medics 3100B能使用最大平均气道压是45cmH2O～55cmH2O，有支气管胸膜瘘或气管套囊漏的病人如不增加偏流想获得预期平均气道压可能有点困难。PaCO2消除主要取决于振荡的压力幅度和频率。增加振荡的压力和降低频率将增加潮气量使PaCO2降低，反之PaCO2会升高。振荡的压力初始设定一般是使病人胸到大腿中部之间振荡的数值，或依据经验高于常规通气病人PaCO2数值20cmH2O～30cmH2O，通常初始频率设定为5Hz。在开始高频振荡通气后15min～20min测量动脉血气以便查看PaCO2趋势，随后一般间隔30 min～60min查1次直到其稳定。高频振荡通气期间，血流动力学稳定的病人一般保持头高位30°左右，病人的头颈部必须处理好以保证在气管导管和呼吸环路之间形成平滑的接触面。俯卧位已成功应用于成人高频振荡通气，并被证明能够改善氧合［25］，如果想要俯卧位，应该在开始高频振荡通气前就完成，因为振荡环路不易改变。

当病人氧合得到改善，在考虑降低平均气道压之前首先考虑降低FiO2，减少氧中毒的发生。降低平均气道压之前我们尝试将FiO2降低到40%而SpO2维持在90%以上。达到目标后开始降低平均气道压，每4h～6h降低2cmH2O～3cmH2O。在病人试图停用高频振荡通气时不要很快降低平均气道压，如果肺重新塌陷和低氧合发生时，需花费很长时间亦难重获丢失的容量。高频振荡通气转换CMV的指证有：吸入氧浓度小于40%，平均气道压在15cmH2O～20 cmH2O，压力幅度小于40cmH2O，符合上述条件的病人可转成CMV通气，转换后一般将CMV的FiO2上调10%。但以上数据皆参考国外资料，由于国内还缺少这方面的资料，在使用时要根据实际情况调节。

3．3 高频振荡通气期间的并发症 由于平均气道压比较高，很容易导致气压伤和引起血流动力学改变。在高频振荡通气过程中发现气胸还是很困难的，因为呼吸机的背景声很大并且没有正常所能听到的呼吸音，通过听诊来发现气胸比较困难。当机体振荡匀称性改变及压力幅度升高等情况发生时应高度重视是否发生了气胸，因为这随时可能危及病人生命，必要时可以通过胸片来诊断。通气过程中还可能出现低血压［26］，因为该通气方式可能大大增加胸膜腔内压，加上镇静药的使用，均可能导致血压降低，可以根据情况适当地补液或使用升压药。在高频振荡通气过程中由于每分气流量较大，所以，足够的气道湿化是必要的，不然可能导致气道阻塞。由于长期使用镇静药及缺乏有效的呼吸过滤装置，很容易导致气道及肺部感染。

4 小结

过去数十年已经有一些研究表明高频振荡通气可以改善ARDS病人的氧合及降低炎症反应，但是结论还存在差异，而且没有明显地提高病人的生存率，所以，无论在动物或临床研究都还需努力，特别是在国内该方面的研究几乎是空白。除了ARDS病人的使用，现已有在烧伤病人麻醉过程中使用，而且被证明是简单可行的［27］。随着高频振荡通气呼吸机本身技术的改进（譬如噪声的减弱、过滤装置的改进等）以及新的镇静肌松药物的发现（静脉输注即时半衰期很短），根据其通气肺保护机制，是否可以用于普通病人包括手术病人来减少没有必要的肺损伤，还需进一步的研究。

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