食道壓監測在重癥患者中應用研究進展

張波 黃美霞 童晨 曾紅美 李玲玲

胸膜腔內壓是臟層胸膜與壁層胸膜之間潛在腔隙的壓力,簡稱胸腔壓,胸腔壓是區分肺與胸壁力學特性的重要參數。測量胸腔壓的金標準是在胸膜腔中置入壓力傳感器直接進行測量,但由于創傷性大、技術要求高等原因導致該方法在臨床中難以施行。食道壓(esophagus pressure,Pes)作為間接反映胸腔壓的替代值,已被證實在指導機械通氣患者呼氣末正壓(positive end-expiratory pressure,PEEP)設置[1]、監測人機交互作用[2]、優化保護性肺通氣策略和撤機[3]等方面有重要作用。盡管Pes能夠更好地了解呼吸系統力學特征并為機械通氣患者帶來諸多好處,但是由于受Pes導管置入時位置校準、氣囊充氣量滴定及對測量結果解讀差異性影響,導致接受有創機械通氣的急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)患者Pes監測使用率不足1%,且臨床研究多集中在國外有創機械通氣患者[4]。本文對Pes監測技術方法及臨床應用情況進行綜述,以期為臨床應用提供參考。

一、食道壓監測導管置入與校準

1. 置入食道壓導管

打開導管包裝后,用幾毫升空氣(不超過制造商推薦容積)進行氣囊初始充氣和放氣,防止氣囊與導管粘附而導致測量誤差。置管時,使用石蠟油潤滑導管,并在患者鼻腔和口咽處使用局部噴霧麻醉,患者取仰臥位或半臥位,頭部向前傾斜以促進導管順利置入。導管初始置入深度為鼻尖到耳垂再到胸骨的距離,常規深度約50～60 cm,氣囊到達胃內后,使用注射器按照廠家推薦容量予氣囊充氣[5]。對于無自主呼吸控制通氣患者,可于吸氣相在患者腹部進行連續輕輕擠壓,Pes會監測出 “鋸齒樣”顫動波形,則提示氣囊位于胃內。對于存在自主呼吸的患者,在吸氣相出現氣道壓下降,而Pes升高,也可判定氣囊位于胃內[6]。隨后,將導管緩慢退回食道,Pes波形上會出現心臟偽影(距門齒距離約為35-45 cm)。在昏迷、深度鎮靜等無自主呼吸患者,吸氣相由于呼吸機送氣導致胸腔壓力增高,Pes波形為正向波;當患者存在自主呼吸時,由于患者吸氣努力導致胸腔壓力降低,Pes波形可由正向波轉為負向波;當患者觸發呼吸機送氣但不持續努力時,Pes波形首先出現負向波,繼而出現正向波[7]。

2. 食道壓導管氣囊位置校準

食道中下三分之一為自主運動性較弱的肌性結構,受力均勻,順應性高,能夠準確傳導胸腔壓力變化,同時能夠避免外部結構對食道的非均勻壓迫,因此該部位測得的Pes近似為胸腔壓力。為了確保導管氣囊位置合適精準測量Pes,Baydur等[8]對存在自主呼吸患者進行阻斷試驗,其原理是在患者呼氣末進行氣流阻斷,此時整個呼吸系統和人工氣道及呼吸機管路內壓力處于平衡狀態,當患者在阻塞期間做出吸氣努力時,Pes變化(ΔPes)與氣道壓變化(ΔPaw)應相等,即ΔPaw與ΔPes的比值應該接近于1。該比值介于0.8-1.2則表明氣囊處于合適位置,否則應重新校準氣囊位置。上述方法只能用于存在自主呼吸的患者,在鎮靜和癱瘓的患者中,可在呼氣末阻斷氣流并用雙手輕推患者肋骨,記錄ΔPaw和ΔPes并計算其比值,該方法稱為正壓阻斷試驗[9],正壓阻斷試驗和和Baydur阻斷試驗能夠滿足不同臨床條件下患者應用需求,且結果具有高度的一致性。陳晗等[10]對食道測壓管進行改造,通過封閉測壓管遠端開口,并在球囊下重新留置側孔,進行多次注氣并尋找出現Pes擾動波的位置以尋找球囊處于理想位置。該方法不受患者有無自主呼吸狀況干擾,可簡化導管氣囊定位操作流程。Massion等[6]使用無氣囊測壓導管連接加壓充氣回路,只需要簡單的校準和沖洗程序,便可穩定、準確、可重復測量Pes。

3. 確定氣囊最佳充氣量

準確測量Pes不但需要將導管氣囊放置在合適的位置,同時應保持合適的氣囊充氣容積。氣囊充氣過多會導致數值偏高,充氣不足則導致無法有效傳導胸腔壓力變化而使測得數值偏低,因此氣囊最佳充氣量應使氣囊貼合食道壁準確傳導周圍壓力變化,這是保證測量結果準確的關鍵。臨床中氣囊最佳充氣量存在一定差異,主要受導管的長度、直徑、順應性和氣囊周圍壓力影響[11]。通過體外研究測試六款常見商用Pes導管,發現5/6的導管會因氣囊粘附出現壓力偽影,4/6導管氣囊充氣過多導致較大測量誤差,且氣囊過度膨脹時機械性能會隨著時間推移而發生變化[12]。Justin等[13]比較了不同類型導管在密封腔室內壓力測量情況,發現較小的充氣容積會低估高腔室壓力下的腔室壓力,而較大的充氣容積會高估較低腔室壓力下的腔室壓力。使用最佳充氣容積技術導致的平均總誤差范圍為-0.53 至-0.10cmH2O。盡管在制造商推薦的氣囊充氣范圍內,仍可觀察到吸氣和呼氣期間測得的Pes和跨肺壓存在高度差異性。因此,需對氣囊充氣容積進行個體化滴定以確保測量準確性。

臨床中通過向氣囊內注入不同容積氣體并分別描繪吸氣末和呼氣末氣囊壓力-容積曲線(P-V曲線),分別標記呼氣末壓力-容積曲線線性部分的下限和上限容積為Vmin和Vmax,二者中間線性部分吸氣末Pes與呼氣末Pes差值最大處的填充容積即為氣囊最佳充氣容積。呼氣末P-V曲線中間線性段的斜率為食道壁彈性(Ees),通過計算氣囊工作容積導致食道壁產生的彈性回縮力([Vx-Vmin]×Ees)能夠校準Pes,從而提高Pes測量的準確性,其中Vx=給定的充氣量[14]。Sun等[15]通過在玻璃室內模擬不同水平的氣囊周圍壓力,并使用小容積氣囊導管進行氣囊容積測試,發現食道氣囊壓力-容積曲線評估Ees和Pes校準方法在小容積氣囊中依然適用。

二、食道壓監測臨床應用

跨肺壓(transpulmonary pressure,Ptp)是擴張肺泡的直接壓力,作為由食道壓衍生出的機械通氣重要監測指標,通過Pes評估Ptp能夠幫助患者進行機械通氣個體化參數設定,也是指導肺保護性通氣治療策略的重要參數。以下內容介紹使用食道壓及其衍生變量實現肺保護性通氣目標及其在無創正壓通氣(noninvasive positive pressure ventilation,NPPV)和經鼻高流量氧療(high flow nasal cannula,HFNC)中的臨床應用。

1. 食道壓指導PEEP滴定

ARDS組織學特征為肺水腫、透明膜形成和肺泡出血;呼吸力學表現為呼吸系統順應性降低、生理死腔和分流增加導致頑固性低氧[16]。PEEP能夠減少肺泡內液體滲出,從根本上減輕肺水腫,同時促進塌陷的肺泡復張,改善通氣/血流比值,進而改善患者臨床癥狀。然而,過高的PEEP會造成肺泡過度擴張,誘發呼吸機相關性肺損傷(ventilator induced lung injury,VILI),而過低的PEEP無法防止肺泡塌陷。既往研究表明,呼氣末Ptp水平維持在2～4 cmH2O能夠最大程度的減少肺泡塌陷[17]。一項針對61名ARDS受試者的單中心隨機試驗對比Pes滴定PEEP及依據ARDSnet低PEEP-FIO2表格法指導PEEP設置,發現Pes指導PEEP滴定組患者接受了更高的PEEP,患者氧合指數及呼吸系統順應性發生顯著改善[18]。在后續EPVent-2試驗中,通過對200名中重度ARDS受試者比較Pes滴定PEEP及采用經驗性高PEEP-FIO2策略,發現Pes指導PEEP滴定組未改善患者機械通氣天數和28天死亡率[1]。研究結果與EPVent試驗不一致的可能原因一方面是患者來源不同,EPVent試驗中肺外源性的ARDS(可復張性更好)比例更高,后者研究中則主要是肺內源性ARDS;另一方面,ARDS患者中氣道動態陷閉發生率為30%～40%[19],呼吸力學參數的測定會受到陷閉氣道的影響,包括呼氣末Ptp,進而干擾PEEP滴定結果。后續通過對EPVent-2試驗進行再分析發現,與經驗性高PEEP組相比,Pes指導PEEP組對生存的影響因多器官功能障礙的嚴重程度而異,當PEEP滴定呼氣末跨肺壓接近0 cmH2O時患者存活率更高[20]。對創傷性顱腦損傷合并ARDS的患者,通過Pes指導PEEP滴定,能夠在不影響平均動脈壓及顱內壓的同時更加有效改善肺順應性、加速肺功能恢復[21]。

2. 食道壓指導保護性肺通氣

作為保護性肺通氣的基礎,小潮氣量通氣通過最大限度的減少肺泡過度膨脹降低ARDS患者死亡率[22],與肺泡過度膨脹密切的指標為高平臺壓力(Pplat>30 cmH2O)和高驅動壓力(ΔP>15 cmH2O)。由于不同患者胸壁順應性和胸腔壓力存在差異性,Ptp能夠消除胸壁對呼吸系統影響,是指導肺保護性通氣的主要參數[23]。Liou等[24]通過29例BMI中位數為45.8 kg/m2的ARDS患者,維持吸氣末Ptp<20 cmH2O,4h后驅動壓中位數從15cmH2O降低到13 cmH2O,SaO2/FIO2中位數從120提高到165。Ptp引導肥胖患者PEEP 滴定可用于安全地滴定PEEP并降低驅動壓,避免肺損傷發生。Wang等[25]通過將需行靜脈-靜脈體外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)的ARDS患者隨機分為Ptp導向PEEP滴定組和肺休息策略組, Ptp導向PEEP滴定組以氣道峰壓低于25 cmH2O,呼氣跨肺壓維持在0-5 cmH2O為目標滴定PEEP,肺休息策略組以10-15 cmH2O設定PEEP,發現Ptp導向PEEP滴定組顯著降低ECMO支持期間的驅動壓力、潮氣量和機械功率而優化保護性肺通氣策略,進而改善患者預后。

3.食道壓監測人機同步性

人機不同步現象(patient-ventilator asynchrony,PVA)是指各種原因造成患者自主呼吸與機械通氣不同步,發生率高達80%,是引起VILI的重要原因之一,常導致患者機械通氣時間和住院時間延長及病死率增加[26]。常見的人機不同步包括無效觸發、切換過早、反向觸發(reverse triggering,RT)等,與單獨使用壓力-時間和流量-時間波形相比,Pes結合壓力、流速波形能夠更清晰準確地識別人機不同步現象。

無效觸發,又稱觸發失敗,指患者吸氣努力產生膈肌電活動但未能觸發呼吸機送氣,長期存在會誘發膈肌功能障礙,Pes波形表現為呼氣相出現負向偏轉但呼吸機未送氣[27];切換過早指患者吸氣努力未結束之前呼吸機便切換為呼氣,Pes波形表現為在呼氣階段出現負向擺動,當患者在呼氣階段保持強烈吸氣努力時,可觸發呼吸機第二次送氣,產生呼吸堆積,導致潮氣量增加;反向觸發指呼吸機送氣后誘發患者產生一定比例的周期性自主呼吸,又稱為呼吸夾帶(respiratory entrainment,RE),發生率為41.6%,反向觸發導致呼吸堆積、潮氣量增加導致VILI 發生[2]。Pes波形表現為呼吸機送氣導致食道壓被動上升,然后肌肉收縮引起食道壓負向偏轉。Pes在可視情況下識別和糾正觸發、送氣、切換和呼氣相的人機不同步,能夠優化呼吸機參數調整,增加人機協調性,改善患者預后[28]。

4. 指導呼吸機撤離

使用Pes聯合其他生理參數能夠量化機械通氣患者撤機過程中的吸氣努力和呼吸做功。食道壓擺動值(ΔPes)和食道壓-時間乘積(sPTPes)做為評估患者吸氣努力的常見指標,撤機失敗患者sPTPes呈進行性增加[29]。Jubran等[30]針對60名機械通氣時長(20±4)天的患者研究表明,自主呼吸實驗期間ΔPes較淺快呼吸指數(f/Vt)能夠更好預測撤機試驗失敗,且較高的ΔPes(7.9-4.5 cmH2O)與撤機失敗有關。在接受VV-ECMO的ARDS患者的病例報告中,過早開始自主呼吸導致呼吸驅動顯著增加,產生高ΔPes(從2-35 cmH2O)[31],當患者呼吸頻率<30次/分時ΔPes<15cmH2O可安全撤離ECMO[32]。同時,臨床醫生能夠根據自主呼吸實驗期間患者ΔPes變化識別撤機失敗的潛在影響因素,如撤機引起的肺水腫或支氣管痙攣等,并通過使用利尿劑、正性肌力藥或支氣管擴張劑進行相應治療以避免撤機失敗。

5. 食道壓指導無創正壓通氣應用

Pes測量能夠指導和管理無創正壓通氣臨床應用。Kamerkar等[33]在兒科急性呼吸衰竭患者中應用Pes評估不同NIV模式對呼吸力學的生理學影響。Pes測量還用于比較不同NIV模式對健康成人呼吸模式的影響。Grieco等[34]使用Pes測量法對成人急性低氧型呼吸衰竭(acute hypoxic respiratory failure,AHRF)患者應用經鼻高流量濕化氧療與NIV進行生理學效應比較。NIV失敗通常發生在入院后24-48h內,早期預測NIV失敗對于改善患者預后至關重要,Duan等[35]開發并驗證了用于預測AHRF患者 NIV 失敗的HACOR評分(心率、酸中毒、意識、氧合、呼吸頻率),當使用NIV第一個小時后HACOR評分>5分常預示患者NIV應用失敗。Pes相較于HACOR評分能夠更早的觀察NIV應用效果,Tonelli等[36]研究發現,應用NIV 2h后ΔPes減少10 cmH2O是AHRF患者成功應用NIV的準確預測指標。Steriade 等[37]通過對AECOPD導致急性呼吸衰竭需要進行NIV的患者進行Pes監測,發現ΔPes在應用NIV 24小時內下降最為明顯。Pes測量能夠直觀量化患者呼吸努力及其對NIV應用效果觀察,在指導NIV參數設置、使用時間及預測應用結局方面有重要意義。

6. 食道壓指導HFNC應用

HFNC的主要生理機制包括提供加溫加濕的高流量氣體、清除鼻咽部解剖死腔減少二氧化碳重吸收、形成不同程度的呼氣末正壓效應降低患者吸氣努力。通過對15名AHRF分別使用HFNC和氧氣面罩,發現應用HFNC期間ΔPes和sPTPes顯著降低[38]。對12名高碳酸血癥COPD 患者進行15min NIV治療后再使用HFNC,當HFNC流量為30 L/min時,sPTPes下降幅度和應用適當壓力支持的NIV產生相似效果[39]。通過對19 名早產兒應用HFNC并進行Pes監測,當流量2-8 L/min時,相對應Pes范圍為2-15 cmH2O。以呼氣末Pes為因變量、HFNC流量為自變量的線性回歸模型中,二者存在顯著相關性:呼氣末食道壓(cmH2O)=1.18×HFNC (L/min) (r2=0.95,P<0.001)[40]。Guglielmo等[41]通過測量呼氣末Pes壓力(PesPEEP)和呼吸頻率(RR Pes)以及壓力率乘積PRP(PRP=RR Pes×ΔPes),發現當HFNC流量從0.5 L/kg/min調整至2 L/kg/min時,PRP中位數降低了78 cmH2O/min。其中PRP為評價患者呼吸努力指標,值越大表示努力量越大。Pes測量能夠為HFNC所誘導的肺損傷提供生理學機制解釋,而且能夠更早更直觀地評估HFNC使用期間患者吸氣努力和呼吸做功,從而提升患者HFNC使用安全性和成功率。

三、總結與思考

Pes監測能夠更好地解釋患者從有創機械通氣到NIV或HFNC的呼吸生理學機制。導管置入位置校準及氣囊最佳充氣量驗證是獲取準確可靠數據的關鍵。通過指導PEEP滴定能夠避免重力依賴區肺泡塌陷,同時避免非依賴區肺泡過度膨脹而減少呼吸機相關性肺損傷。當患者存在自主呼吸時,Pes能夠監測人機同步性并能夠量化患者呼吸驅動。對于撤機患者,在自主呼吸實驗期間量化患者吸氣努力能夠幫助臨床醫生更好地了解患者狀況和尋找撤機成功的治療方法。盡管Pes監測在臨床中存在諸多益處,然而在使用及推廣過程中仍面臨一定挑戰,如對監測設備的要求及對導管成本的限制;監測過程中各個環節的技術要求,如導管類型選擇、導管置入、氣囊填充、位置驗證、壓力收集、數據解讀以及受外界環境變化和位置變化后的重復測量等;及適宜人群的選擇,如肥胖、腹腔高壓和ARDS患者的選擇等。因此,未來應著眼建立食道壓監測流程的規范化操作及質量控制環節,同時加大對該操作專職人員的理論及操作技能培訓,以期使Pes監測技術為精準醫學背景下機械通氣患者個性化參數設置和優化治療提供現實依據。