呼吸机相关性肺损伤
随着呼吸机在临床上应用越来越普遍，呼吸机相关性肺损伤（VALI）的发生率也逐渐增高，据文献报道高达15%。VALI是机械通气（MV）的一种严重并发症，在病理上不仅表现为肺泡外气体，还包括肺泡上皮和血管内皮的广泛破坏、肺水肿和肺不张等弥漫性肺损伤，若发现和处理不及时可导致死亡。
一、诱发因素及发病机制
（一）发病机制
1．肺泡外气体
形成机制是由于MV时高肺泡压（Palv）或高容量使得肺泡和周围间质的压力梯度过度增大，导致肺泡破裂，气体进入周围血管外膜，形成肺间质气肿（PIE），又因纵隔内平均压比周围肺间质低，气体沿支气管血管鞘进入纵隔，随着纵隔内气体积聚和压力增高，气体可沿着其周边的间隙进入皮下组织、心包、腹膜后和腹腔；如果纵隔胸膜破裂或胸膜下张力性气囊破裂，气体则进入胸腔，从而形成纵隔和皮下气肿、心包和腹膜后积气及气胸和气腹等。如果肺间质内的压力高于周边静脉，气体可进入支气管静脉或直接进入肺静脉，形成肺静脉栓塞，再经体循环到达其他系统或器官形成全身性气体栓塞（如脑栓塞、冠状动脉栓塞等）。
2．弥漫性肺损伤
弥漫性肺损伤主要是因MV时高Palv和（或）高容量使得肺组织过度牵拉或因终末小气道和肺泡随MV周期性地开放与关闭，导致肺泡上皮和血管内皮的机械性损伤，并进一步引起肺泡-毛细血管膜通透性增加、肺水肿、出血、透明膜形成和炎性细胞浸润等类似于急性呼吸窘迫综合征的病理改变。此外，MV还通过灭活肺表面活性物质和增加肺微血管的滤过压等途径参与上述病理改变的形成。
（二）诱发因素
一般认为，VALI的发生既与呼吸机本身的因素有关，也与患者因素有关。
1．呼吸机因素
（1）吸气峰压（PIP）：PIP是MV的直接动力，主要用于克服气道的黏性阻力和胸廓与肺的弹性阻力。目前的研究多认为高PIP同VALI相关，但也有研究得出不同的结论，造成这些研究结果不一致的原因之一可能是部分PIP消耗在克服呼吸道阻力上，结果Palv并无显著升高，故未导致VALI的发生。
（2）平台压（Pplat）：Pplat是吸气末停顿或屏气时的压力，为克服胸廓和肺的弹性阻力及使气体在通气管路中压缩的压力之和。Pplat与Palv接近，因而是形成气压伤的重要因素之一。肺扩张程度取决于跨肺压（Ptp＝Palv-Ppl），Ppl为胸腔内压。据测定，使正常肺达到肺总量的Ptp为3.34～3.92 kPa。Ppl为0时，Palv大于2.94～3.34 kPa可能导致肺组织过度扩张而诱发VALI。为安全起见，美国胸科医师学会推荐MV时Pplat应小于3.34 kPa。实际上，Ppl可受多种因素影响，如患者胸壁和肺的顺应性降低时Ppl可增加（大于0），引起VALI的Pplat极限值可能相应地提高，此可部分解释有关Pplat与VALI的关系文献报道结果不一致。
（3）通气容积：VALI不仅与高气道压有关，更与MV时肺容积的过度增加和肺组织过度扩张有关。目前的研究认为MV产生VALI的直接原因是高PIP所致肺容积过度增加和肺泡过度扩张而非PIP本身；是容积伤而非气压伤。
（4）呼气末正压（PEEP）：PEEP水平过高（大于1.47 kPa），一方面增加Ptp，引起VALI，另一方面减少心排血量，导致氧输送量减少和组织缺氧加重。传统上应用PEEP治疗ARDS时认为最低PEEP即最佳PEEP。近年的许多研究提示传统设置PEEP的方法多有不足。根据患者肺静态压力-容积（P-V）曲线，在起始段有一斜率突然增大的转折点，称为低位拐点（LIP），对应的压力称为低位拐点压力，代表打开呼气末塌陷的肺泡所需的压力，曲线的上方有一斜率突然降低的转折点，称为高位拐点（UIP），对应的压力称为高位拐点压力，代表多数塌陷的肺泡已经打开时的压力，中间为陡直段，P和V呈线性关系。研究显示设定PEEP大于Pinflex使呼气末肺泡处于扩张状态，可减轻上述切变力造成的肺损害。另外PEEP是否诱发VALI还与通气时的肺容积有关。CT扫描发现ARDS时可扩张肺组织仅有50%，另外50%为不参加通气的实变肺。传统MV治疗ARDS采用正常水平的VT（10～15 mL/kg）使PaCO2维持正常，结果单位可扩张肺组织所承受的肺容积与给正常肺20～30 mL/kg的VT通气时相当，加上残存肺泡的顺应性大小不一，使得某些局部肺泡过度扩张更严重。VT保持不变时，一定范围内递增PEEP使肺功能残气量（FRC）和肺容积逐渐增加，因而发生VALI的可能性电随之增加，这可能是以往一些实验发现PEEP不减轻ARDS的肺水肿，甚至加重肺损伤的原因之一。有研究发现将较高水平PEEP与低驱动压（Pphat-PEEP）和小VT联合使用，可避免肺容积的过度增加，对肺脏可能有保护作用。
（5）其他：有资料表明控制通气（C）较辅助通气（A）和自主通气（S）、定容通气较定压通气、IPPV较压力控制通气（PCV）、高频通气（HFV）和反比通气（IRV）较常规通气及MV过程中高平均气道压、高流速、高通气频率、高吸入氧浓度均易引起VALI。ARDS患者VALI的发生率还随MV时间的延长而增加。
2．患者因素
肺和胸壁结构发育不全，肺表面活性物质缺乏或失活者易发生VALI。ARDS、重度肺部感染、坏死性肺炎、弥漫性肺纤维化、重度阻塞性肺疾病（慢性阻塞性肺病、哮喘）等患者VALI的发生率也显著高于肺脏相对健康者。
二、病理生理
（一）参与VALI的细胞和炎症介质
1．细胞
研究表明在MV时，中性粒细胞、单核-巨噬细胞、肺泡上皮细胞等都可以产生和释放炎性介质，造成肺部炎症反应，引起肺损伤，从而参与VALI的发病。
2．炎症介质
国外有研究显示MV会导致肺部促炎因子（TNF、IL-6、IL-8、IL-10等）的释放，不同通气策略对肺部促炎细胞因子释放入血的影响不同。选择合适的通气策略可以减少肺部促炎因子的生成和释放，降低血清中促炎因子的浓度，后者与多器官功能衰竭（MODS）的发生率和病死率呈正相关。因此，合理的通气策略不仅可以减少VALI、MODS的发病，也可以降低患者的死亡率。
（二）机械力
机械刺激的信号被转导入细胞的过程中，细胞表面分子及细胞内的连接结构起重要作用。细胞通过细胞支架上的整合素与细胞外基质相连，MV时integrin等细胞表面黏附分子可被异常的机械力激活，它是细胞外机械信号和细胞内反应联系在一起的纽带，阻断它就可以阻止对机械力的反应。研究表明，机械力通过integrin既可造成细胞骨架变形，导致骨架解聚和肌球蛋白轻链的磷酸化，进而影响转录因子的活化和炎症因子的合成、释放；又可将机械信号直接传导到细胞核，调节细胞形态和细胞内的结构和功能。机械力还可以通过黏附复合物激活黏附激酶（FAK），FAK的活化触发了一系列第二信使酶链反应，包括FAK自身的磷酸化及磷脂酶D、C、A2的激活，磷脂酶使DAG和IP3产生增加并激活PKC，最终导致丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联的激活。(https://www.daowen.com)
（三）细胞膜的破坏
细胞膜的破坏会诱发炎症反应，维持细胞膜的完整性对于细胞内外信号传递起着重要作用。研究显示过大的潮气量可以造成肺泡Ⅱ型上皮细胞胞膜的破坏，导致胞内游离Ca2+大量外流，细胞外Ca2+浓度升高，Ca2+通过细胞间的单层裂隙进入未受损的Ⅱ型上皮细胞，并激活PKC，最终活化c-fos。通过c-fos途径引发肺内炎症反应，导致肺损伤。另外，细胞膜损伤性的断裂能直接介导NF-κB激活。
（四）VALI的细胞内信号传导系统
VALI时细胞感受外部异常机械力刺激后，细胞内信号传导系统激活，包括第二信使的产生、蛋白磷酸化程度的改变、蛋白酶级联系统的放大。其中丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路和NF-κB通路是VALI发病最重要的信号转导通路。
三、临床表现
（一）肺间质气肿
在肺泡外气体中，PIE出现最早，发生率也最高，有报道ARDS患者PIE的发生率高达88%，多分布在肺组织结构相对正常的非坠积区域。少量PIE对心肺功能可无明显影响，广泛性PIE时因大基肺间血管受挤压，导致肺循环阻力和肺内分流增加，严重者出现肺水肿和急性右心衰竭。胸部X线检查可早期发现PIE，表现为肺脏前中部、心脏周围和膈肌上方斑点状透亮影，也可表现为朝向肺门的放射状条形透亮带或血管周围低密度晕轮等。
（二）纵隔气肿、皮下气肿
文献报道37%的PIE患者可相继发生纵隔气肿，患者往往突然感到胸骨后疼痛并放射到两肩部，重者可压迫腔静脉，回流受阻，至循环衰竭。正位胸片可见一侧（多为左侧）或两侧的纵隔胸膜的被气体所推移而成线条状阴影，与纵隔的轮廓平行，在线条状阴影的内侧有透亮的气体。纵隔气肿常沿纵隔筋膜面进入颈部的皮下软组织并可蔓延到胸部和腹部形成皮下气肿，皮下气肿是纵隔气肿向外减压的结果，一般对患者没有严重影响。
（三）气胸
气胸是常见的最严重的MV并发症。据报道肺功能正常患者MV时气胸的发生率为3%～5%，而ARDS患者则高达60%。通常临床气胸的诊断并不困难。常规立位摄片时胸腔内气体多集中在肺尖部，易于发现，而危重患者多数是床边仰卧位或半卧位片，其X线影像的变化要复杂得多，常导致漏诊，后经胸部CT或发展为张力性气胸后才被发现。
（四）气体栓塞
气体栓塞的临床表现与气体量和所在部位有关。轻者临床表现隐蔽不易发现，重者可引起严重后果。Bricker等报道70例外伤后接受MV治疗的患者中肺静脉气体栓塞的发生率为11.4%，经食管超声心动图检查有助于诊断。
（五）弥漫性肺损伤
MV诱发的弥漫性肺损伤常与肺内原有基础病变相重叠而难以区分。换言之，在MV期间，即使患者肺功能进行性恶化，有时也无法判断是VALI还是原有疾病的自然进展，故很难做出确切的统计。
四、诊断
在接受MV的患者中，VALI的总发生率为4%～15%。VALI多见于有急性（如ARDS）或慢性（如重度肺气肿）肺疾病的患者，多发生在使用较大VT（＞12 mL/kg）或高PIP（＞4.90～5.88 kPa）、高Pplat（＞3.43 kPa）时。临床上患者突然出现烦躁、呼吸困难、血压下降、气道压进行性升高（定容通气时）和肺顺应性进行性下降时应考虑到发生VALI的可能性。
五、治疗
针对VALI的发生机制，在临床上如何根据患者情况调节潮气量和PEEP是减少VALI的关键，相应的肺保护性通气策略应达到下述要求。
1．应使更多肺泡维持在开放状态以减少肺萎陷伤，其实质是PEEP的调节。
2．在PEEP确定后，为了避免吸气末肺容积过高，就必须对潮气量进行限制，使吸气末肺容积和压力不超过某一水平，以减少容积伤和气压伤。
临床上常运用允许性高碳酸血症（PHC）策略，即把MV潮气量设为6～8 mL/kg，或尽量使平台压不超过30～35 cmH2O，在对潮气量和平台压进行限制后，分钟肺泡通气量降低，PaCO2随之升高，但允许在一定范围内高于正常水平。应注意到PHC策略是为了防止气压伤而不得已为之的做法，毕竟高碳酸血症是一种非生理状态，清醒患者不易耐受，需使用镇静或肌松剂。而对脑水肿、脑血管意外和颅内高压则列为禁忌。另外，在实施PHC策略时应注意PaCO2上升速度不应太快，使肾脏有时间逐渐发挥其代偿作用。一般认为pH＞7.20是可以接受的，如低于此值，应适当少量补碱。
张力性气胸是危及接受MV患者生命的重要原因之一。无论哪一种类型的气胸，一旦确诊，应立即放置胸腔引流管排气减压，以避免向张力性气胸的转化，并同时实施压力-容量限制型通气模式，减少漏气量和支气管胸膜瘘的形成。对于其他类型的VALI，虽然不会危及患者的生命，也应该调整通气参数减少肺脏过度牵拉，且应密切随访胸部X线，防止发生气胸。
（李杨栋）