新技术丨肺复张评估手段与临床应用|ards|动脉血|翻译|肺复张|通气|顺应性

监测肺复张

山东第一医科大学附属肿瘤医院麻醉科王秀芹译

目的

这篇综述探讨了肺复张的监测，包括技术、挑战、未来展望。

研究现状

用于评估肺复张的方法很多，包括：呼吸力学评估，动脉血气分析，肺影像学，食道压测量。佐证于动脉血气分析，呼吸力学评估有所滞后，复张-充气比在评估肺复张和提高机械通气指标设置非常有用。肺影像工具，如CT扫描，肺超声，电阻抗断层成像（EIT）都非常有实用性，尤其肺超声和EIT，既没有辐射，还可以床旁重复操作。通过呼气末跨肺压，食道压可以评估背侧肺塌陷倾向。尽管如此，这些方法需要高级专业知识人员解释其应用和阐释数据。但是，通过这些方法获得的信息，可以传输给机器学习，利用人工智能算法，改进临床决策过程。

结论

监测肺复张对管理患有严重肺部疾病病人至关重要，同时也是通气策略个体化框架的一部分。

关键词

动脉血气，人工智能，CT扫描，电阻抗断层成像，食管压，肺复张，肺超声，机器学习，呼吸力学

引言

监测肺复张在合理化通气策略，以及伴严重肺部疾病重症病人肺保护中都起着重要作用[1]。对于滴定呼气末正压（PEEP）也很重要，而PEEP对侵入性机械通气肺复张功能变化大的病人如ARDS[2] 是关键性因素。

从之前无气组织再次膨胀获得整个容积量化的定量肺影像[3]，到基于相应PEEP变化的潮气量顺应性改变的呼吸力学系统评估[4]，这些不同的方法学，虽然已在实践应用，但量化肺复张仍有争议。这些方法本质上是有区别的，比如呼吸力学的改善可能是源于增加了肺泡通气单元，或者是已经开放的肺泡单元具有较好的顺应性[5]。

这篇综述深入研究了肺复张监测的不同方面，包括技术，挑战，及未来展望。

关键点

● 由于评估时用的方法学不同，肺复张的定义不一致。

● 不同的方法用于评估肺复张。

● 肺复张评估工具需要专业人士使用并对数据给出解释。

● 评估肺复张的方法学和人工智能的整合对床旁制定决策实施有极大吸引力。

肺复张监测技术

不同的方法学用来评估肺复张，包括呼吸系统力学评估，动脉血气分析，肺影像，食道压测量（图1）

图1：评估肺复张的方法，这些方法同机器学习和人工智能的实现。ABGs 动脉血气，EIT 电阻抗断层成像，Pes 食道压

呼吸系统力学

不同的呼吸机参数里监测的项目有所不同，例如潮气量和驱动压。这两者都是呼吸系统顺应性的组成部分，理论上可以提供肺复张的重要信息。呼吸系统的顺应性被认为与ARDS病人存留有功能部分肺的数量有关[6]。然而，由于典型ARDS肺实质的不均一性，通过CT扫描测得的肺复张变化，与修正的肺顺应性相关性非常小[2]。当测量肺顺应性时，充气时可能会引起原本张开的肺泡过度膨胀而不张的肺泡单元再次膨胀，最终结局是两种相反作用的平衡。

可通过低流量充气-放气方法获得肺的静态压力-容积曲线，它可以估算肺的复张能力并可在病床旁复张[7-9]。压力-容积环上吸气和呼气支内的面积称为肺滞后，与肺复张相关[7-9]。近来评估滞后也被用于加强ARDS病人侵入性机械通气时PEEP递减实验的解释[10]。

基于滞后方法潮式复张可分为三种，：高潮气量式复张，减低PEEP时渐进性增加滞后面积；低潮气量式复张，在PEEP降低时没有滞后修正；最后一种是当PEEP低至某一特定值时从低到高双相潮式复张。这种方法在机械通气时有利，识别PEEP缓解潮式复张现象发生率，及能量在肺内消散[10]。

在ARDS病人中肺复张-膨胀比（R/I）被建议用于评估肺复张的潜力，仅次于PEEP[11]。在COVID-19 相关ARDS中，俯卧位通气后R/I比与呼吸系统顺应性变化相关。当从仰卧位转位俯卧位时，高复张病人显示出R/I的降低，并伴有顺应性、氧合、通气比例的改善。相反，正在行俯卧位的低复张病人始终是低R/I，仅有氧合的改善[12]。最近对机械通气ARDS病人数据的二次分析发现，PEEP诱导的复张能力（通过R/I评估获得）与PEEP诱导的肺复张有密切关联，如同CT扫描所见，并且不管仰卧还是俯卧位均如此[13]。俯卧位R/I增加说明使用高PEEP进一步复张的可能，但是俯卧位R/I的降低也预示高PEEP不会有更好的改善。Taeneka等论证了应用PEEP后，R/I在区别高或低肺复张区的潜力[14]。R/I允许应用个体化的通气策略，包括在俯卧位时低复张区低PEEP和高复张区高PEEP，从而避免肺塌陷或过度膨胀的恶化[14]。然而，在R/I和顺应性之间，过度膨胀和塌陷数量之间，有微弱的相关性[14]。Zhao[15]等认为R/I可能是肺复张同时肺过度膨胀的一个指数。R/I计算依赖一个线性趋势假设，不论潮式呼吸低PEEP时顺应性还是PEEP变化范围内的复张肺的顺应性。然而ARDS肺实质不均一性使得顺应性是非线性趋势，尤其是发生在高PEEP时过度膨胀的存在[16]。Grieco[17]等亦肯定这一现象，即继发于常规R/I手法肺复张的不均一性。在PEEP递减实验中，相较于初始的R/I操作标准5-15cmH2O PEEP, 作者提议使用更窄的PEEP范围，以更好的遵循肺动态应变粒状修正[17]。

动脉血气

动脉血气分析（ABGs），尤其是动脉氧分压(PaO2)和二氧化碳分压（PaCO2）,常用于床旁评估肺复张。但它易受某些因素强烈影响，如呼吸、循环、气体分布、弥散，与肺通气相关不大[18]。另外，研究显示，氧合与继发于PEEP修正的肺通气变化相关性不大[19-21]，尤其是使用外周氧饱和度(SPO2)和氧合指数(PaO2/FiO2)时，因为这些参数是FiO2依赖性的[22]。

在ARDS病人，如同以往研究所示，响应于PEEP调整的肺通气的改变是不均一的，也并不始终伴随通气和灌注的改变[23]。实际上，继发于PEEP增加的肺通气改善伴有三种形式的肺分流和通气/血流（V/Q）不匹配，包括正常通气肺数量的增加，同时肺分流改善而没有过度肺膨胀；高V/Q不匹配增加并伴有分流增加；或分流减少。在第一种情况下，分流的改善可以解释为肺复张的结果，或PEEP升高后非通气肺血流减少[24,25]。相反，在高V/Q不匹配情况下，由于血流再分布朝向非通气肺区域，继发于PEEP增加的胸内压的增加导致分流更加恶化[26]。此外，在COVID-19相关ARDS病人中，氧合的准确度进一步减低，尤其是病人表型特征依赖于呼吸系统机械特点与肺内分流的差异时[27]。

对监测肺复张，PaCO2可能更敏感，前提是分钟通气量是常数[28,29]。然而，尽管代谢刺激性干预引起CO2产生简短的变化，并迅速回到基线[30,31]，但是在危重病人PaCO2会深受不同代谢状态影响。PaCO2是ARDS病人强力预后因素[32,33]，与生理死腔结合计算通气比[34]，后者是一个有用的不良结局预测指标[35]。

肺影像

放射影像提供实时、立即可视的肺通气情况。肺CT扫描作为金标准可评估ARDS病人肺部情况，监测通气调整之后的通气变化[36]。通过CT扫描，基于Hounsfield Units测得的气体/组织密度将肺组织分类：无通气，弱通气，正常通气，高通气[37]，与气体/组织成分有关。另外，CT扫描使计算叠加压力成为可能，跨越肺从腹侧-背侧轴形成的静水压[37]。在ARDS病人，肺CT扫描可以获得重要信息，评估俯卧位后气体-组织比例变化，包括ARDS或COVID-19相关的ARDS病人已被证实[3，38]。在COVID-19相关的ARDS病人，CT扫描已被用来追踪复张手法和俯卧位后肺通气的变化[3]。根据是否得到再通气或无复张手法，CT扫描能特征化肺不张或肺实变区域无通气组织[3]。尽管有深入分析，也要考虑到CT扫描的局限性，包括风险和并发症，病人体动，组织机构挑战，及暴露于射线中，从而限制了其广泛应用[39]。

肺超声没有射线，易于使用，可重复在床旁应用，由于非侵入性而被广泛接受[40]。肺部超声检查可在急诊或其他指定地方实施，可对潜在肺部疾病定性，也可用肺超声评分（LUS）定量整体或局部通气情况[41]。在低和高PEEP时，局部LUS与组织密度相关性良好；但是整体LUS并不关联于无通气肺组织降低时肺复张[42]。为解决这一局限，作者建议，通过考虑涉及的胸膜线范围（>50%）和主要通气模式，可更好地特征化严重和完全丧失通气区域[42,43]。Cammarota[44]等评估了肺复张和俯卧位对COVID-19相关ARDS插管病人肺通气影响。整体和局部LUS随着复张手法和俯卧位而改变，通过超声，相应于复张手法和俯卧位，特征化肺无通气区为肺实变或不张区。COVID-19相关ARDS中，肺超声可有效预测俯卧位后的氧合[45]。在前部区域，肺超声评估LUS指数大于50%时肺通气丧失和仰卧位PaCO2升高可预测氧合指数上升不高于20mmHg[45]。

因而，肺超声在定义肺通气弱化程度方面起到重要作用。在一项对ARDS机械通气成人和新生儿队列研究中，整体LUS与顺应性成反相关，且与年龄无关[46]。近来，LUS-ARDS评分，结合前外侧区域肺通气异常和胸膜线异常程度可作为诊断ARDS的专一工具[47]。

另一个非侵入性床旁应用的肺影像工具是电阻抗断层成像（EIT）。EIT可提供动态、实时通气和灌注的影像，无论是整个肺还是其他特别关注区域（ROI）[40]。EIT可以综合分析肺通气不均一程度和呼气末肺阻抗，功能残气量或呼气末肺容量的代称。它也可以提供局部顺应性信息，低流量复张时局部低位和高位拐点[48]。之前的研究也提到依赖EIT分析用不同方法确定PEEP值[40]。基于EIT的理想PEEP，被定义为通过递减PEEP实验获得的塌陷与过度膨胀曲线上的交叉点，这是对体外膜肺氧合[49]和COVID-19相关ARDS病人的研究所得[50] 。基于6-24cmH2O PEEP增加之后可改善的塌陷范围，EIT也用于区分低、中、高复张区域。不考虑ARDS严重程度，肺复张能力从0.3-66.9%变化，基于EIT的PEEP变化从低复张10cmH2O到高复张15.5 cmH2O。基于EIT的PEEP确定法，在最低肺塌陷和肺不张之间，是目前最好的方法，该法认为与水平仰卧位相比，半卧位（床头抬高40。），可确保较低的去复张和肺通气不均一及更好的氧合[51]。

EIT和超声在机械通气病人撤机时应用普遍。与拔管成功病人相比，拔管失败病人伴有高LUS和低有效通气。拔管后，尽管LUS仍持续升高，整体异质性指数和可获得有效表面的改进在拔管失败之后可被观察到[52]。

评估食管压

在高级呼吸监测工具中，Pes被作为是胸膜压的替代，可估计肺表面周围环境的压力[40]。带充气气球的专用导管装置放于肺的顶底之间可测定Pes[53]。由于使用装置不同及病人差异，使得Pes测量受多个因素影响。为克服食管球囊充气影响，一种专门的方法被提议用来区分理想的充气容量以最大化Pes波动修正食管壁收缩产生的反应[54-59]。

Pes被用来计算跨肺压（PI），即实际扩张肺的压力。在机械通气下对人尸体和猪的实验研究中，同时获得胸膜压和Pes，根据直接方法[60]计算的PI近似于从吸气末到呼气末肺的中部到背侧扩张的压力[61]。吸气末非重力部分肺的压力相对应于通过弹力方法计算的跨肺压[61.62]。吸气末弹性回缩的跨肺压可评估过度扩张，呼气末PI可评估肺塌陷倾向[40]。最近研究显示，严重病态肥胖病人伴或不伴ARDS与非肥胖病人相比，有更高的呼气末Pes[63]。肥胖ARDS病人行机械通气时，正呼气末导向PI较负呼气末导向PI有更高存活率[64]。这一结论支持这样假说，即在机械通气期间，与非肥胖病人相比，肥胖病人必须要较高PEEP以对抗脂肪负荷，提高重力侧肺复张。

新兴技术

医疗技术的进步不断塑造肺复张监测的格局。人工智能和机器学习算法正在被研究以助力实时数据分析和决策支持。在这个背景下，一种通过CT扫描获得数据的机器学习方法能够将ARDS病人在开始机械通气时最初48小时分层为复张和非复张[65]。

更进一步，可穿戴装置和远程监测系统正在出现，使得持续监测肺复张甚至是在ICU外部成为可能。

结论

在个体化通气策略下，监测肺复张是管理严重肺部疾病病人的重要组成。虽然挑战持续存在，但新兴技术的出现为未来个体化监护提供希望。

作者：王秀芹

审阅：赵珂蕾

编辑：黄丽

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