食道压监测在重症患者中应用研究进展

张波 黄美霞 童晨 曾红美 李玲玲

胸膜腔内压是脏层胸膜与壁层胸膜之间潜在腔隙的压力,简称胸腔压,胸腔压是区分肺与胸壁力学特性的重要参数。测量胸腔压的金标准是在胸膜腔中置入压力传感器直接进行测量,但由于创伤性大、技术要求高等原因导致该方法在临床中难以施行。食道压(esophagus pressure,Pes)作为间接反映胸腔压的替代值,已被证实在指导机械通气患者呼气末正压(positive end-expiratory pressure,PEEP)设置[1]、监测人机交互作用[2]、优化保护性肺通气策略和撤机[3]等方面有重要作用。尽管Pes能够更好地了解呼吸系统力学特征并为机械通气患者带来诸多好处,但是由于受Pes导管置入时位置校准、气囊充气量滴定及对测量结果解读差异性影响,导致接受有创机械通气的急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)患者Pes监测使用率不足1%,且临床研究多集中在国外有创机械通气患者[4]。本文对Pes监测技术方法及临床应用情况进行综述,以期为临床应用提供参考。

一、食道压监测导管置入与校准

1. 置入食道压导管

打开导管包装后,用几毫升空气(不超过制造商推荐容积)进行气囊初始充气和放气,防止气囊与导管粘附而导致测量误差。置管时,使用石蜡油润滑导管,并在患者鼻腔和口咽处使用局部喷雾麻醉,患者取仰卧位或半卧位,头部向前倾斜以促进导管顺利置入。导管初始置入深度为鼻尖到耳垂再到胸骨的距离,常规深度约50～60 cm,气囊到达胃内后,使用注射器按照厂家推荐容量予气囊充气[5]。对于无自主呼吸控制通气患者,可于吸气相在患者腹部进行连续轻轻挤压,Pes会监测出 “锯齿样”颤动波形,则提示气囊位于胃内。对于存在自主呼吸的患者,在吸气相出现气道压下降,而Pes升高,也可判定气囊位于胃内[6]。随后,将导管缓慢退回食道,Pes波形上会出现心脏伪影(距门齿距离约为35-45 cm)。在昏迷、深度镇静等无自主呼吸患者,吸气相由于呼吸机送气导致胸腔压力增高,Pes波形为正向波;当患者存在自主呼吸时,由于患者吸气努力导致胸腔压力降低,Pes波形可由正向波转为负向波;当患者触发呼吸机送气但不持续努力时,Pes波形首先出现负向波,继而出现正向波[7]。

2. 食道压导管气囊位置校准

食道中下三分之一为自主运动性较弱的肌性结构,受力均匀,顺应性高,能够准确传导胸腔压力变化,同时能够避免外部结构对食道的非均匀压迫,因此该部位测得的Pes近似为胸腔压力。为了确保导管气囊位置合适精准测量Pes,Baydur等[8]对存在自主呼吸患者进行阻断试验,其原理是在患者呼气末进行气流阻断,此时整个呼吸系统和人工气道及呼吸机管路内压力处于平衡状态,当患者在阻塞期间做出吸气努力时,Pes变化(ΔPes)与气道压变化(ΔPaw)应相等,即ΔPaw与ΔPes的比值应该接近于1。该比值介于0.8-1.2则表明气囊处于合适位置,否则应重新校准气囊位置。上述方法只能用于存在自主呼吸的患者,在镇静和瘫痪的患者中,可在呼气末阻断气流并用双手轻推患者肋骨,记录ΔPaw和ΔPes并计算其比值,该方法称为正压阻断试验[9],正压阻断试验和和Baydur阻断试验能够满足不同临床条件下患者应用需求,且结果具有高度的一致性。陈晗等[10]对食道测压管进行改造,通过封闭测压管远端开口,并在球囊下重新留置侧孔,进行多次注气并寻找出现Pes扰动波的位置以寻找球囊处于理想位置。该方法不受患者有无自主呼吸状况干扰,可简化导管气囊定位操作流程。Massion等[6]使用无气囊测压导管连接加压充气回路,只需要简单的校准和冲洗程序,便可稳定、准确、可重复测量Pes。

3. 确定气囊最佳充气量

准确测量Pes不但需要将导管气囊放置在合适的位置,同时应保持合适的气囊充气容积。气囊充气过多会导致数值偏高,充气不足则导致无法有效传导胸腔压力变化而使测得数值偏低,因此气囊最佳充气量应使气囊贴合食道壁准确传导周围压力变化,这是保证测量结果准确的关键。临床中气囊最佳充气量存在一定差异,主要受导管的长度、直径、顺应性和气囊周围压力影响[11]。通过体外研究测试六款常见商用Pes导管,发现5/6的导管会因气囊粘附出现压力伪影,4/6导管气囊充气过多导致较大测量误差,且气囊过度膨胀时机械性能会随着时间推移而发生变化[12]。Justin等[13]比较了不同类型导管在密封腔室内压力测量情况,发现较小的充气容积会低估高腔室压力下的腔室压力,而较大的充气容积会高估较低腔室压力下的腔室压力。使用最佳充气容积技术导致的平均总误差范围为-0.53 至-0.10cmH2O。尽管在制造商推荐的气囊充气范围内,仍可观察到吸气和呼气期间测得的Pes和跨肺压存在高度差异性。因此,需对气囊充气容积进行个体化滴定以确保测量准确性。

临床中通过向气囊内注入不同容积气体并分别描绘吸气末和呼气末气囊压力-容积曲线(P-V曲线),分别标记呼气末压力-容积曲线线性部分的下限和上限容积为Vmin和Vmax,二者中间线性部分吸气末Pes与呼气末Pes差值最大处的填充容积即为气囊最佳充气容积。呼气末P-V曲线中间线性段的斜率为食道壁弹性(Ees),通过计算气囊工作容积导致食道壁产生的弹性回缩力([Vx-Vmin]×Ees)能够校准Pes,从而提高Pes测量的准确性,其中Vx=给定的充气量[14]。Sun等[15]通过在玻璃室内模拟不同水平的气囊周围压力,并使用小容积气囊导管进行气囊容积测试,发现食道气囊压力-容积曲线评估Ees和Pes校准方法在小容积气囊中依然适用。

二、食道压监测临床应用

跨肺压(transpulmonary pressure,Ptp)是扩张肺泡的直接压力,作为由食道压衍生出的机械通气重要监测指标,通过Pes评估Ptp能够帮助患者进行机械通气个体化参数设定,也是指导肺保护性通气治疗策略的重要参数。以下内容介绍使用食道压及其衍生变量实现肺保护性通气目标及其在无创正压通气(noninvasive positive pressure ventilation,NPPV)和经鼻高流量氧疗(high flow nasal cannula,HFNC)中的临床应用。

1. 食道压指导PEEP滴定

ARDS组织学特征为肺水肿、透明膜形成和肺泡出血;呼吸力学表现为呼吸系统顺应性降低、生理死腔和分流增加导致顽固性低氧[16]。PEEP能够减少肺泡内液体渗出,从根本上减轻肺水肿,同时促进塌陷的肺泡复张,改善通气/血流比值,进而改善患者临床症状。然而,过高的PEEP会造成肺泡过度扩张,诱发呼吸机相关性肺损伤(ventilator induced lung injury,VILI),而过低的PEEP无法防止肺泡塌陷。既往研究表明,呼气末Ptp水平维持在2～4 cmH2O能够最大程度的减少肺泡塌陷[17]。一项针对61名ARDS受试者的单中心随机试验对比Pes滴定PEEP及依据ARDSnet低PEEP-FIO2表格法指导PEEP设置,发现Pes指导PEEP滴定组患者接受了更高的PEEP,患者氧合指数及呼吸系统顺应性发生显著改善[18]。在后续EPVent-2试验中,通过对200名中重度ARDS受试者比较Pes滴定PEEP及采用经验性高PEEP-FIO2策略,发现Pes指导PEEP滴定组未改善患者机械通气天数和28天死亡率[1]。研究结果与EPVent试验不一致的可能原因一方面是患者来源不同,EPVent试验中肺外源性的ARDS(可复张性更好)比例更高,后者研究中则主要是肺内源性ARDS;另一方面,ARDS患者中气道动态陷闭发生率为30%～40%[19],呼吸力学参数的测定会受到陷闭气道的影响,包括呼气末Ptp,进而干扰PEEP滴定结果。后续通过对EPVent-2试验进行再分析发现,与经验性高PEEP组相比,Pes指导PEEP组对生存的影响因多器官功能障碍的严重程度而异,当PEEP滴定呼气末跨肺压接近0 cmH2O时患者存活率更高[20]。对创伤性颅脑损伤合并ARDS的患者,通过Pes指导PEEP滴定,能够在不影响平均动脉压及颅内压的同时更加有效改善肺顺应性、加速肺功能恢复[21]。

2. 食道压指导保护性肺通气

作为保护性肺通气的基础,小潮气量通气通过最大限度的减少肺泡过度膨胀降低ARDS患者死亡率[22],与肺泡过度膨胀密切的指标为高平台压力(Pplat>30 cmH2O)和高驱动压力(ΔP>15 cmH2O)。由于不同患者胸壁顺应性和胸腔压力存在差异性,Ptp能够消除胸壁对呼吸系统影响,是指导肺保护性通气的主要参数[23]。Liou等[24]通过29例BMI中位数为45.8 kg/m2的ARDS患者,维持吸气末Ptp<20 cmH2O,4h后驱动压中位数从15cmH2O降低到13 cmH2O,SaO2/FIO2中位数从120提高到165。Ptp引导肥胖患者PEEP 滴定可用于安全地滴定PEEP并降低驱动压,避免肺损伤发生。Wang等[25]通过将需行静脉-静脉体外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)的ARDS患者随机分为Ptp导向PEEP滴定组和肺休息策略组, Ptp导向PEEP滴定组以气道峰压低于25 cmH2O,呼气跨肺压维持在0-5 cmH2O为目标滴定PEEP,肺休息策略组以10-15 cmH2O设定PEEP,发现Ptp导向PEEP滴定组显著降低ECMO支持期间的驱动压力、潮气量和机械功率而优化保护性肺通气策略,进而改善患者预后。

3.食道压监测人机同步性

人机不同步现象(patient-ventilator asynchrony,PVA)是指各种原因造成患者自主呼吸与机械通气不同步,发生率高达80%,是引起VILI的重要原因之一,常导致患者机械通气时间和住院时间延长及病死率增加[26]。常见的人机不同步包括无效触发、切换过早、反向触发(reverse triggering,RT)等,与单独使用压力-时间和流量-时间波形相比,Pes结合压力、流速波形能够更清晰准确地识别人机不同步现象。

无效触发,又称触发失败,指患者吸气努力产生膈肌电活动但未能触发呼吸机送气,长期存在会诱发膈肌功能障碍,Pes波形表现为呼气相出现负向偏转但呼吸机未送气[27];切换过早指患者吸气努力未结束之前呼吸机便切换为呼气,Pes波形表现为在呼气阶段出现负向摆动,当患者在呼气阶段保持强烈吸气努力时,可触发呼吸机第二次送气,产生呼吸堆积,导致潮气量增加;反向触发指呼吸机送气后诱发患者产生一定比例的周期性自主呼吸,又称为呼吸夹带(respiratory entrainment,RE),发生率为41.6%,反向触发导致呼吸堆积、潮气量增加导致VILI 发生[2]。Pes波形表现为呼吸机送气导致食道压被动上升,然后肌肉收缩引起食道压负向偏转。Pes在可视情况下识别和纠正触发、送气、切换和呼气相的人机不同步,能够优化呼吸机参数调整,增加人机协调性,改善患者预后[28]。

4. 指导呼吸机撤离

使用Pes联合其他生理参数能够量化机械通气患者撤机过程中的吸气努力和呼吸做功。食道压摆动值(ΔPes)和食道压-时间乘积(sPTPes)做为评估患者吸气努力的常见指标,撤机失败患者sPTPes呈进行性增加[29]。Jubran等[30]针对60名机械通气时长(20±4)天的患者研究表明,自主呼吸实验期间ΔPes较浅快呼吸指数(f/Vt)能够更好预测撤机试验失败,且较高的ΔPes(7.9-4.5 cmH2O)与撤机失败有关。在接受VV-ECMO的ARDS患者的病例报告中,过早开始自主呼吸导致呼吸驱动显著增加,产生高ΔPes(从2-35 cmH2O)[31],当患者呼吸频率<30次/分时ΔPes<15cmH2O可安全撤离ECMO[32]。同时,临床医生能够根据自主呼吸实验期间患者ΔPes变化识别撤机失败的潜在影响因素,如撤机引起的肺水肿或支气管痉挛等,并通过使用利尿剂、正性肌力药或支气管扩张剂进行相应治疗以避免撤机失败。

5. 食道压指导无创正压通气应用

Pes测量能够指导和管理无创正压通气临床应用。Kamerkar等[33]在儿科急性呼吸衰竭患者中应用Pes评估不同NIV模式对呼吸力学的生理学影响。Pes测量还用于比较不同NIV模式对健康成人呼吸模式的影响。Grieco等[34]使用Pes测量法对成人急性低氧型呼吸衰竭(acute hypoxic respiratory failure,AHRF)患者应用经鼻高流量湿化氧疗与NIV进行生理学效应比较。NIV失败通常发生在入院后24-48h内,早期预测NIV失败对于改善患者预后至关重要,Duan等[35]开发并验证了用于预测AHRF患者 NIV 失败的HACOR评分(心率、酸中毒、意识、氧合、呼吸频率),当使用NIV第一个小时后HACOR评分>5分常预示患者NIV应用失败。Pes相较于HACOR评分能够更早的观察NIV应用效果,Tonelli等[36]研究发现,应用NIV 2h后ΔPes减少10 cmH2O是AHRF患者成功应用NIV的准确预测指标。Steriade 等[37]通过对AECOPD导致急性呼吸衰竭需要进行NIV的患者进行Pes监测,发现ΔPes在应用NIV 24小时内下降最为明显。Pes测量能够直观量化患者呼吸努力及其对NIV应用效果观察,在指导NIV参数设置、使用时间及预测应用结局方面有重要意义。

6. 食道压指导HFNC应用

HFNC的主要生理机制包括提供加温加湿的高流量气体、清除鼻咽部解剖死腔减少二氧化碳重吸收、形成不同程度的呼气末正压效应降低患者吸气努力。通过对15名AHRF分别使用HFNC和氧气面罩,发现应用HFNC期间ΔPes和sPTPes显著降低[38]。对12名高碳酸血症COPD 患者进行15min NIV治疗后再使用HFNC,当HFNC流量为30 L/min时,sPTPes下降幅度和应用适当压力支持的NIV产生相似效果[39]。通过对19 名早产儿应用HFNC并进行Pes监测,当流量2-8 L/min时,相对应Pes范围为2-15 cmH2O。以呼气末Pes为因变量、HFNC流量为自变量的线性回归模型中,二者存在显著相关性:呼气末食道压(cmH2O)=1.18×HFNC (L/min) (r2=0.95,P<0.001)[40]。Guglielmo等[41]通过测量呼气末Pes压力(PesPEEP)和呼吸频率(RR Pes)以及压力率乘积PRP(PRP=RR Pes×ΔPes),发现当HFNC流量从0.5 L/kg/min调整至2 L/kg/min时,PRP中位数降低了78 cmH2O/min。其中PRP为评价患者呼吸努力指标,值越大表示努力量越大。Pes测量能够为HFNC所诱导的肺损伤提供生理学机制解释,而且能够更早更直观地评估HFNC使用期间患者吸气努力和呼吸做功,从而提升患者HFNC使用安全性和成功率。

三、总结与思考

Pes监测能够更好地解释患者从有创机械通气到NIV或HFNC的呼吸生理学机制。导管置入位置校准及气囊最佳充气量验证是获取准确可靠数据的关键。通过指导PEEP滴定能够避免重力依赖区肺泡塌陷,同时避免非依赖区肺泡过度膨胀而减少呼吸机相关性肺损伤。当患者存在自主呼吸时,Pes能够监测人机同步性并能够量化患者呼吸驱动。对于撤机患者,在自主呼吸实验期间量化患者吸气努力能够帮助临床医生更好地了解患者状况和寻找撤机成功的治疗方法。尽管Pes监测在临床中存在诸多益处,然而在使用及推广过程中仍面临一定挑战,如对监测设备的要求及对导管成本的限制;监测过程中各个环节的技术要求,如导管类型选择、导管置入、气囊填充、位置验证、压力收集、数据解读以及受外界环境变化和位置变化后的重复测量等;及适宜人群的选择,如肥胖、腹腔高压和ARDS患者的选择等。因此,未来应着眼建立食道压监测流程的规范化操作及质量控制环节,同时加大对该操作专职人员的理论及操作技能培训,以期使Pes监测技术为精准医学背景下机械通气患者个性化参数设置和优化治疗提供现实依据。