重症心脏超声在评估机械通气撤机失败中的研究现状

陈文秀 穆心苇

·综述·

重症心脏超声在评估机械通气撤机失败中的研究现状

陈文秀 穆心苇

机械通气是重症患者重要的呼吸支持手段，机械通气时间延长或缩短均会对患者造成不利影响。因此，准确地评估及判定撤机时间是重症患者治疗过程中的重点及难点。撤机过程可引起心血管及呼吸系统的一系列病理生理变化：如胸内压显著下降、呼吸功增加、肾上腺素能激活、低氧血症、高碳酸血症等，它们被认为是撤机所致心原性肺水肿的主要机制。最新的一系列研究提示，患者的心功能可能是影响撤机成败的关键因素之一。重症心脏超声近年来在许多疾病中均得到了广泛的研究与应用。最新研究提示，重症心脏超声能够帮助预测撤机失败，并且诊断是否为心原性原因引起。因此，重症心脏超声可能能够为指导成功撤机提供新思路。

机械通气； 通气机撤除法； 重症心脏超声

机械通气是危重症患者常用的一种生命支持手段，各种原因所致的呼吸衰竭均需使用机械通气，以维持气道通畅、改善通气和氧合、降低呼吸肌做功，从而维持生命，为治疗原发疾病创造条件。随着呼吸机使用时间的延长，其并发症如呼吸道感染、气压性损伤等发生率会明显增加，因此当患者原发病去除或气道情况、心肺功能改善后应及早撤机拔管。机械通气撤机和最小化机械通气时程一直是临床治疗上的一个研究热点。自主呼吸试验(spontaneous breathing trail，SBT)是临床上撤机前的常规检查，用于评估有创机械通气患者能否成功撤机拔管。最新的一系列研究提示，患者从正压机械通气状态转变为自主呼吸状态时，胸内压(intrathoracic pressure，ITP )发生改变，会对心肺功能产生不良影响，患者能否撤机成功一定程度上取决于患者撤机前的心功能水平，因此，对于患者撤机前心功能的评估尤为重要[1]。B型利钠肽(brain natriuretic peptide，BNP)和 N末端B型利钠肽原(N-terminal pro-brain natriuretic peptide，NT-proBNP)作为心脏标志物，在机械通气撤机方面的指导作用得到了广泛的关注，相关研究表明BNP可以预测机械通气患者的撤机结果，有助于提高拔管成功率[1]；NT-proBNP有助于鉴别诊断撤机失败的原因是否为心原性因素[2]。影响撤机成败的因素是多方面的，撤机介导的心功能不全是撤机失败的最常见原因；此外，膈肌功能障碍、肺通气丢失和胸腔积液等因素也是导致撤机失败的常见原因。因此，及时准确地发现这些因素并进行积极干预是提高撤机成功率的关键[3]。近年来，随着超声技术的不断发展，它已经成为重症医师评估心肺衰竭的重要床旁工具。重症超声可以评估撤机过程中患者心脏、肺、膈肌、胸膜等脏器的基础状态及变化情况，在机械通气撤机过程中的应用得到越来越多临床医师的关注。本文主要就重症心脏超声在评估重症患者机械通气撤机失败的心原性因素方面做一综述。

1 机械通气撤机时机的把握

重症患者因肺部感染、脓毒症、急性心力衰竭等各种因素所致的呼吸衰竭，均需使用机械通气来进行呼吸支持。机械通气很大程度上降低了重症患者的病死率。然而，机械通气时间的延长往往会导致呼吸机相关并发症(如呼吸机相关性肺炎、呼吸机相关性膈肌功能不全、血流动力学不稳定、呼吸机相关性气压伤、睡眠障碍等)的发生率明显增加，甚至导致呼吸困难和呼吸停止[4]。长时间机械通气还可能会导致呼吸机依赖，长时间气管内插管可能会导致气道黏膜损伤、水肿，甚至肉芽肿形成。而撤机过早，又可能会因患者氧供不足、气道保护功能尚未恢复导致撤机失败，增加患者的再插管率或病死率。因此，撤机过早或过晚均可能导致患者撤机失败，进而延长患者的机械通气时间及重症监护室(intensive care unit，ICU) 停留时间，增加患者的医疗负担、病残率及死亡率。由此可见，准确地把握撤机时机在机械通气过程中显得至关重要。当引起患者急性呼吸衰竭的病因解除、患者自主呼吸功能恢复后，临床医师应尽快评估撤机安全性并撤机拔管，撤机时机的把握对于临床医师而言是一大挑战。

2 机械通气撤机失败的原因

机械通气撤机成败受很多因素影响，有时候并非单一因素，而是多因素同时作用。Heunks和van der Hoeven[5]将引起撤机失败的原因按“ABCDE”归纳为：呼吸道及肺功能障碍(airway and lung dysfunction)、脑功能障碍(brain dysfunction)、心功能障碍(cardiac dysfunction)、膈肌功能障碍(diaphragm dysfunction)、内分泌和代谢功能障碍(endocrine dysfunction)。

近几年来大量研究表明，心脏功能障碍是撤机失败中最常见的原因之一，尤其是左心室舒张功能障碍，被认为是撤机失败的关键因素[6]。机械通气患者在撤机过程中由正压通气状态转为负压通气状态时，心血管系统及呼吸系统会发生一系列病理生理变化：ITP显著下降、呼吸功增加、肾上腺素能激活、低氧血症、高碳酸血症等，它们被认为是撤机所致心原性肺水肿的主要机制[7]。ITP的下降会导致系统静脉回流增加，继而增加右心室前负荷、中心血容量和左心室前负荷，它还能增加左心室后负荷。撤机过程中，患者呼吸肌做功增加，呼吸肌耗氧量也随之增加，这会导致其他重要脏器氧供的减少、心脏做功和心肌耗氧量的增加[8]。从机械通气转为自主呼吸状态时，患者精神紧张可能会使肾上腺素能激活，从而导致静脉血流重新分配，增加静脉回流和右心室前负荷，增加中心血容量及左心室前负荷，此外，肾上腺素能激活，患者系统动脉压及心率增加，使得心肌耗氧量增加[9]。而这些机制均会对心脏功能造成一定影响：首先，系统静脉回流增加会导致左心室前负荷增加；其次，因为系统动脉压的增加及ITP的下降，左心室后负荷增加；低氧血症、高碳酸血症以及高流量通气，会导致肺血管收缩，肺循环阻力增加，使右心室后负荷增加，右心室扩张，通过双心室交互机制，最终导致左心室顺应性下降；最后，由于心肌耗氧量的增加，导致心肌缺血，心肌收缩功能下降。左心室前、后负荷的增加及左心室顺应性的降低会导致左心室充盈压升高。目前很多学者用心脏彩超去评估左心室舒张功能障碍在撤机介导的心力衰竭中的重要性，Moschietto等[10]的研究表明，在SBT前存在左心室舒张功能障碍的患者，无论其左心室收缩功能是否正常，都存在着更高的撤机失败风险。

此外，气道阻力升高，呼吸系统顺应性下降以及气体交换受损会增加呼吸功，最后导致撤机失败。Vassilakopoulos等[11]研究发现，在不同群体中，SBT失败者其气道阻力明显高于SBT成功者。临床上目前多用胸部X线片、纤维支气管镜来评估患者的气道及肺部功能以指导撤机。脑功能障碍主要指的是谵妄、抑郁、焦虑、睡眠剥夺等状态。Jeon等[12]是迄今为止首个用意识模糊评估法(confusion assessment method，CAM)-ICU量表来评估谵妄与撤机结果之间关系的，他们的研究发现谵妄与撤机困难独立相关，且可导致机械通气时间延长，而且，谵妄患者拔管失败率和再插管风险明显升高。临床上现在可通过神经系统查体、头颅CT、头颅磁共振、脑电图、CAM-ICU量表等来评估患者脑功能情况以指导撤机。目前，“重症监护室获得性衰弱”(intensive care unit-acquired weak，ICUAW)这个概念得到了广泛关注，重症患者可能因为脓毒症、多脏器功能衰竭、高血糖、长期制动等因素，导致神经、肌肉病变[13]。 Dres等[14]研究发现，ICUAW患者的肢体肌肉和膈肌功能障碍与ICU停留时间及不良结果有关，且膈肌功能障碍发生率为肢体肌肉功能障碍发生率的两倍，直接对撤机造成不良影响。机械通气介导的膈肌功能障碍(ventilator-induced diaphragmatic dysfunction，VIDD)是通过自噬等机制导致膈肌萎缩和收缩功能障碍，有研究表明仅仅18～24 h的机械通气便可导致膈肌功能障碍，VIDD与撤机失败息息相关[15-16]。超声能够直接观测到左、右半膈肌及它们随着呼吸周期运动的情况。膈肌在吸气过程中的移动度(excursion，E)和膈肌在吸气时候的增厚分数(thickening fraction，TF)这两个超声参数已被广泛应用于临床来评估膈肌功能[3，17]，长程机械通气患者膈肌功能的评价对撤机有很好的指导意义。内分泌和代谢功能障碍也是机械通气撤机失败的一个因素，肾上腺皮质功能不全、营养不良、电解质紊乱等均可增加撤机失败率[5]，临床上常规检测激素、血脂、蛋白、电解质等生化指标以辅助了解患者整体情况，进一步指导撤机。

3 重症心脏超声评估机械通气撤机

床旁超声已经成为重症医师评估心肺功能的有效工具，其在临床上的应用越来越广泛，重症超声评估机械通气撤机过程便是一项创新性的应用。重症超声可以评估撤机过程中患者心脏、肺、膈肌、胸膜的基础状态及变化情况，重症医师可以用重症心脏超声评估患者机械通气撤机失败的心原性原因，进而指导撤机。

心功能障碍被认为是撤机失败的常见原因，更有学者认为其是撤机失败的主要原因[18]。但是，心脏原因导致撤机失败的发生率仍不十分明确。由于心脏负荷增加与呼吸负荷增加两者之间有很强的相互作用，故很难评估心原性因素所致撤机失败的发生率。Cabello等[19]研究发现，在76例SBT失败患者中，心脏相关撤机失败占42%。撤机过程中，ITP下降，抑制左心室功能，同时增加静脉回流和左心室缺血，进而导致左心室舒张功能障碍，导致心原性肺水肿，最终导致呼吸衰竭。重症心脏超声可以测量左心室舒张功能和收缩功能，故可以用于评估撤机过程中的左心室功能状况。左心室舒张功能障碍及收缩功能障碍均与撤机失败相关，但左心室舒张功能被认为占主导地位[20]。

评估舒张功能要求重症医师有丰富的经验，能够正确地使用脉冲多普勒(pulsed wave Doppler，PWD)和组织多普勒影像技术(tissue Doppler imaging，TDI)[21]。用PWD记录二尖瓣血流情况，E波代表心室舒张早期，A波代表心室舒张晚期，其波动特征根据心室舒张功能和充盈压决定，而二尖瓣环的TDI可以分别评估左心室舒张功能(e′波代表舒张早期)和左心室充盈压(E/e′)。对于患有二尖瓣疾病(二尖瓣反流、二尖瓣狭窄、二尖瓣钙化、人工二尖瓣等)和限制性心包炎的患者，尚未证实可以应用E/e′来评估左心室充盈压[22]。而对于心房颤动患者，我们仍然可以用E/e′来评估左心室充盈压[22]。

撤机失败由多种因素引起，心功能障碍只是众多原因之一，所以单用重症心脏超声来预测撤机失败不够准确，而且尚未有一个确切的数据来帮助确定患者是否能够拔管。但是，在SBT前用重症心脏超声能够识别撤机失败高危人群。重症心脏超声通过E/A增加，E波减速时间(deceleration time of E wave，DTE)减少，E/e′增加来评估左心室舒张功能和左心室充盈压的改变[23]。Caille等[24]研究表明，在117例患者中，SBT失败者为23例，其中因心原性原因撤机失败者20例，撤机失败者在SBT前测得的左心室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)更低，DTE更短，E/e′更高。Moschietto等[10]的研究包括68例患者，在SBT前和SBT期间，撤机失败组测得的E/e′值高于撤机成功组，而两组之间的LVEF差异无统计学意义。左心室舒张功能障碍可以用多普勒超声心动图(Doppler echocardiography，DE)来评估分级，一般分为3级。通常，我们把患者划分为3类，第1类是心室舒张功能正常者；第2类是心室舒张功能轻度障碍者，即Ⅰ级舒张功能障碍；第3类是心室舒张功能中重度障碍者，即Ⅱ～Ⅲ级舒张功能障碍。Papanikolaou等[6]研究报道，撤机失败在心室舒张功能正常、轻度障碍和重度障碍的患者中的发生率分别为35%、57%和80%。由此可见，在机械通气撤机过程中，重症心脏超声不仅可以预测撤机失败，还可以帮助诊断撤机失败是否由心原性原因引起。然而，Gerbaud等[25]研究报道，在心力衰竭人群中，撤机失败组和撤机成功组的超声心动图数据和NT-proBNP值无明显差异。因此，重症心脏超声在心力衰竭人群中的应用可能有限。

总而言之，心原性撤机失败与左心室收缩功能和左心室舒张功能障碍相关。重症心脏超声可以用于诊断和预测心原性撤机失败，这类失败可能并发心原性肺水肿。然而，迄今为止，尚无临床随机试验表明应用重症心脏超声指导撤机，对于缩短撤机时间和改善患者生存预后是否有好处。因此，重症心脏超声在临床撤机过程中的指导价值仍需进一步研究证实。

4 小结

在机械通气撤机过程中应用重症心脏超声可以帮助临床医师进行综合分析，识别撤机失败的心原性原因，并采取相关临床治疗措施。但尚未有研究证实应用重症心脏超声可以改善患者的临床结局，而且其测量准确性很大程度上依赖于重症医师的超声水平。重症心脏超声是否能够改善患者的撤机结局，以及如何与其他临床指标相结合还需要进一步研究。随着重症心脏超声的快速发展及不断改进，重症心脏超声在机械通气撤机的诊断及治疗中必将占据重要地位。

利益冲突：无

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(本文编辑：谭潇)

Criticalcareechocardiographyintheevaluationofweaningfailurefrommechanicalventilation

ChenWenxiu，MuXinwei

DepartmentofCriticalCareMedicine，NanjingFirstHospitalAffiliatedtoNanjingMedicalUniversity，Nanjing210006，China

Correspondingauthor：MuXinwei，Email：18951670877@163.com

Mechanical ventilation is one of the important life support therapies. Mechanical ventilation may be harmful to critically ill patients when it is prolonged or shortened from the appropriate period. Thus，it is important and difficult to assess and judge the time of weaning in the clinical course of treatment. Weaning progress can cause a series of pathophysiological changes in cardiovascular and respiratory systems，such as decreased intrathoracic pressure，increased respiratory function，adrenergic activation，hypoxemia，hypercapnia，etc.，all of which are considered as the main mechanisms for cardiogenic pulmonary edema. Recent studies indicate that cardiac function may be one of the key factors that affecting the weaning outcomes. Critical care echocardiography have been widely studied and applied in many diseases. Latest studies found that critical care echocardiography could be used in predicting weaning failure and diagnosing whether it is cardiogenic. Therefore，Critical care echocardiography may be able to provide new ideas for guiding successful weaning.

Mechanical ventilation； Ventilator weaning； Critical care echocardiography

穆心苇，电子信箱：18951670877@163.com

10.3969/j.issn.1007-5410.2017.04.015

2017-03-29)

210006 南京医科大学附属南京医院 南京市第一医院重症医学科