機械通氣：血流動力學治療的手段

機械通氣作為維持呼吸功能的重要措施，保證肺泡通氣、改善氧合、維持肺容積和降低呼吸功，已經成為重症患者重要治療手段[1]。機械通氣不僅能夠改善呼吸功能，而且通過胸腔內壓力及肺容積的改變，直接影響患者血流動力學[2]。

既往常常把機械通氣對血流動力學的影響錯誤理解為機械通氣的副作用，但是近年來隨著對機械通氣作用機制的深入了解，機械通氣對血流動力學的影響已經成為重症患者血流動力學治療的重要手段。

一、機械通氣對血流動力學的影響

機械通氣是通過改變胸腔內壓力及肺容積影響全身和肺血流動力學。自主呼吸是由於胸腔內負壓產生實現氣體交換，機械通氣是正壓通氣，使得胸腔內壓力由負壓轉為正壓，胸腔內大血管和心臟承受的壓力發生變化，導致血流動力學的變化。肺泡內容積和壓力的改變也導致肺局部血流動力學變化，從而影響全身血流動力學。

（一）對心臟前負荷的影響

機械通氣降低心臟前負荷的機制相對簡單。機械通氣通過增加胸腔內正壓，影響靜脈迴流，減少回心血量，降低心臟前負荷。靜脈迴流由平均體循環充盈壓和右房壓之差，以及靜脈迴流的阻力兩方面決定。

胸腔內壓力升高一方面導致右心房的壓力升高，進而減少靜脈迴流；另一方面導致上下腔靜脈血管的壓力增加，引起迴流阻力的升高，導致回心血流量的減少，從而降低心臟前負荷[3]。

（二）對心臟後負荷的影響

機械通氣對心臟後負荷的影響機制比較複雜。對左、右心室後負荷的影響機制不盡相同。機械通氣能降低左心後負荷，但對於右心後負荷還取決於機械通氣對於肺血管阻力的影響。

1．對左心後負荷的影響：

正壓通氣能夠降低左心後負荷。機械通氣通過增加胸腔內壓力降低左心室跨壁壓，從而降低左心後負荷[4]。自主呼吸時，由於胸腔內為負壓，左心室在收縮時需要客克服胸腔內負壓和動脈內的壓力之和，從而增加左心後負荷（圖1a）；正壓通氣時，胸腔內正壓能夠輔助左心室共同克服動脈內壓力，從而減輕左心後負荷（圖1b）。

圖1正壓通氣對左心後負荷的影響2．對右心後負荷的影響：

機械通氣不僅通過增加胸腔內壓力影響右心後負荷，還通過改變肺容積、糾正低氧血症和高碳酸血症影響肺血管阻力，影響右心後負荷。

正常生理狀況下，肺循環是個低阻力高順應性的系統。右心室壁薄、壓力低，對後負荷的耐受性差，輕度增加的肺血管阻力即可導致右心室過度負荷，同時由於右室的高順應性，過高的右室後負荷可導致右室急性擴張，導致急性肺心病發生。

正壓通氣通過改善通氣和肺容積，影響肺血管阻力進而影響右心後負荷。一方面，當存在低氧或酸血症時，肺血管阻力會明顯增加，機械通氣在改善氧合及高碳酸血症時能夠降低肺血管阻力，從而降低右心後負荷；另一方面，肺容積變化對肺血管阻力的影響，又取決於對肺泡毛細血管和肺泡間毛細血管阻力影響的綜合效應[5]。當肺容積減少時（比如存在肺不張、肺泡塌陷等），肺泡毛細血管是擴張的，但低氧導致的肺血管收縮反應使得肺血管阻力明顯增加（圖2a）；當肺容積逐漸增加時，肺泡間毛細血管受到肺組織的牽拉可降低肺血管阻力；當肺容積繼續增加時，肺泡會過度膨脹，肺泡毛細血管受到壓迫又增加肺血管阻力（圖2b）[6,7,8]。因此，肺容積對於肺泡毛細血管和肺泡間毛細血管的綜合效應會影響肺的血管阻力的變化，肺血管阻力在肺容積過小或者過大時都會明顯增加（圖2c），對於正常成人，當肺容積處於功能殘氣量位時，肺血管阻力最低。

圖2肺容積對肺血管阻力的影響二、機械通氣的血流動力學治療

在疾病狀態下，機械通氣對血流動力學的影響，會成為調整心臟前後負荷的重要手段，從而發揮血流動力學治療的作用。

（一）改善心功能

減輕心臟前後負荷，改善心功能是心功能不全的主要治療策略。機械通氣對血流動力學的影響正好符合心功能不全的治療原則，成為心功能不全的重要治療手段之一。

減輕心臟前負荷：患者發生心功能不全時，心臟前負荷升高導致心室每搏作功處於心功能曲線的平坦段甚至下降支，導致心輸出量進一步的下降，嚴重時引起心源性休克。臨床上常常採用限制液體輸注、利尿治療來降低心臟前負荷，治療心功能不全，但臨床起效較慢，而且有患者對利尿治療反應不好，影響心功能不全的治療。

機械通氣通過增加胸腔內正壓減少回心血量，從而迅速降低心臟前負荷，使心室搏出功回到心功能曲線的上升支，從而增加心輸出量，甚至無創機械通氣也能明顯改善心功能。左心功能衰竭患者在給予機械通氣治療後，患者的肺動脈嵌壓較前明顯降低，並且心輸出量較前明顯改善[9]。因此，機械通氣通過降低心臟前負荷從而改善心臟功能，成為糾正心功能不全的快速有效治療手段[10]。當然，治療過程中需要關注容量狀態的監測，避免容量不足的發生。

機械通氣降低心臟前負荷還成為心臟瓣膜疾病手術治療的輔助手段。機械通氣通過影響心臟收縮期和舒張期的形態及瓣膜的位置，有助於心臟瓣膜手術的實施。經皮二尖瓣成形術是治療二尖瓣返流的一項新技術，但往往由於二尖瓣前後瓣葉對合長度減少、瓣葉活動度降低等因素導致手術失敗。然而，近期的研究發現，手術中給予患者高呼氣末正壓（positive-end expiratory pressure，PEEP）能夠減少靜脈迴流和左心舒張末期容積，增加二尖瓣前後瓣葉的對合長度，進而提高手術的成功[11]。所以，優化機械通氣的設置，降低心臟前負荷還有助於提高心臟手術的成功率。

減輕心臟後負荷：心臟後負荷的增加是導致心功能惡化的原因之一。對於左心，機械通氣通過改變心室跨壁壓能夠減輕心臟後負荷，進而降低心臟做功。一項小規模的研究發現，對於接受主動脈內球囊反搏治療的急性左心衰竭患者，給予實施機械通氣聯合較高PEEP（PEEP 10 cmH2O）能夠幫助患者早期脫離主動脈內球囊反搏並且改善臨床預後[12]。進一步證實機械通氣有助於改善心功能不全。

機械通氣影響右心後負荷的作用尤其突出。一方面，機械通氣通過降低心室跨壁壓減輕心臟後負荷，另一方面，機械通氣通過改善氧合、糾正高碳酸血症、維持呼氣末肺容積，顯著降低肺動脈壓力，從而降低右心後負荷，防治急性肺心病。

（1）糾正低氧和高碳酸血症：

低氧血症及高碳酸血症能夠導致肺動脈壓力顯著升高，嚴重時導致急性肺心病的發生，酸中毒升高肺動脈壓力的作用甚至更為明顯，因此，迅速糾正酸中毒、糾正低氧血症具有重要臨床意義。既往的研究發現，機械通氣通過降低PaCO2並且增加血pH，能夠有效的降低肺動脈壓力，減輕右心後負荷；不僅如此，機械通氣還能通過糾正低氧血症降低肺動脈壓力，對於存在右向左分流和非右向左分流的患者，提高動脈血氧分壓和肺泡內氧分壓都能降低肺動脈壓力[13,14,15,16]。因此，機械通氣可以降低肺動脈壓力，降低右心後負荷。

（2）促進肺泡復張，維持肺泡容積：

機械通氣重要的作用之一就是促進肺泡開放，維持肺容積。急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）由於大量肺泡塌陷，導致肺血管阻力明顯升高、進而引起肺動脈壓力升高，會導致急性肺心病，甚至發展為梗阻性休克[17]。急性肺心病在中重度ARDS的發生率為22%，肺炎、驅動壓>18 cmH2O、氧合指數<150>2>48 mmHg是ARDS發生急性肺心病的高危因素。給予ARDS實施小潮氣量通氣、肺復張及適當的PEEP等保護性通氣策略，能夠促進塌陷肺泡的復張，維持肺泡容積從而降低肺動脈壓力[17,18,19,20]。需要注意的是，肺泡過度膨脹也是導致肺動脈壓力升高的重要因素，不適當的高PEEP和大潮氣量均會導致肺泡過度膨脹的發生，從而壓迫肺泡毛細血管，引起肺血管阻力增加，導致肺動脈壓力的升高[21]。所以，合適的機械通氣策略，是促進肺泡開放，維持肺容積，同時避免肺泡過度膨脹。

（二）指導容量評估治療

容量評估和治療是血流動力學治療的重要內容。實施容量治療的前提是評估機體的容量狀態，以及是否存在容量反應性。臨床常常使用的評估指標包括靜態指標和動態指標，動態指標的作用優於靜態指標。

機械通氣時氣道內壓力的周期性改變能夠引起胸腔內壓的變化，從而引起心臟前負荷周期性的改變，影響血流動力學的變化。機械通氣條件下的動態指標動脈脈壓變異度（pulse pressure variation，PPV）、每搏量變異度（stroke volume variation，SVV）和下腔靜脈變異度就是臨床常用指標。

機械通氣下PPV、SVV能較準確預測容量反應性。Paul等[22]對29項研究進行薈萃分析發現，PPV判斷補液反應性的敏感度為89%，特異度為88%，診斷比值比（Odd Ratio，OR）值為59.86。SVV判斷液體反應性的敏感度為82%、特異度為86%、診斷OR值為27.34。另一項單中心、前瞻性、觀察性研究發現，46例接受機械通氣的膿毒症患者，以SV≥15%作為液體反應陽性標準，SVV用於區分容量反應組與容量無反應組的閾值為10%（敏感度為96.15%，特異度為100%，AUCROC0.96，95%CI0.859～0.996），PPV 用於區分容量反應組與容量無反應組的閾值為12%（敏感度為100%，特異度為100%，AUCROC1.00，95%CI0.93～1.00）[23]。因此，機械通氣有助於評估容量反應性。

機械通氣時下腔靜脈變異度對容量反應性也具有較好預測價值。胸腔內壓力的變化會引起相應腔靜脈內壓力的改變，而腔靜脈內壓力的改變能夠指導臨床進行容量反應性的評價[24]。既往研究發現，在給予7 ml/kg機械通氣下，使用超聲觀察重症感染患者下腔靜脈呼吸變異指數變化，發現下腔靜脈呼吸變異指數為18%可以作為區別機械通氣患者是否存在容量反應性的閾值[25]。所以，根據機械通氣時下腔靜脈呼吸變異指數可以指導重症患者容量反應性的評估和治療。

三、基於血流動力學變化的機械通氣設置

機械通氣的病理生理學目標是維持氧合、支持肺泡通氣、增加肺容積和降低呼吸功，所以在血流動力學不穩定時，機械通氣首先是保證氧供的重要支持手段。針對不同血流動力學分類的休克，機械通氣的設定也有不同。

（1）低血容量性休克和分布性休克：

這兩種類型的休克表現為血容量的減少或血管容量的增加導致組織器官灌注不足，因此，機械通氣應設置為小的潮氣量和維持肺泡開放較低的PEEP，從而避免正壓對循環的不利影響。

（2）心源性休克：

基於機械正壓通氣能夠降低左心前後負荷有助於改善心功能，因此，在心源性休克狀況下，合適的PEEP水平和潮氣量有助於心功能的輔助治療。

（3）梗阻性休克：

臨床常見梗阻性休克的病因為肺栓塞，機械通氣往往是治療肺栓塞導致梗阻性休克的重要手段，一方面，可以維持患者氧合，另一方面，機械通氣對於右心功能有輔助作用，能夠降低右心前負荷和室壁張力，為肺栓塞進一步的治療贏得時間，機械通氣的設定需要依據血流動力學的監測，以不增加肺動脈壓力即右心後負荷為目標。

由於機械通氣通過胸腔內壓和肺容積影響血流動力學的變化，因此，通過監測胸腔內壓和功能殘氣量有助於機械通氣的優化，但目前仍需要進一步的研究證實。

可以看出，機械通氣已經不單單是重症患者呼吸治療的主要手段，也是血流動力學治療的重要措施，清晰深入了解機械通氣治療的基本原理，掌握患者病理生理變化，合理設置呼吸機參數，機械通氣一定是重症患者重要的器官支持和器官保護手段。

參考文獻略

本文原載於《中華重症醫學電子雜誌》2016年第2期

轉載：ICU空間

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