±s表示，所有数据用SPSS 19．0统计软件进行统计分析，均数比较采用t检验，所有资料均进行正态性检验,P<0.05为差异有统计学意义。·基础研究·
【摘要】目的 研究不同平台压参数设置下，急性肺损伤(acute lung injury, ALI)家猪的跨肺压(transpulmonary pressure)等呼吸力学参数，明确平台压30cmH2O能否全面准确反应ARDS呼吸力学情况。方法 将6只健康家猪麻醉、进行外科手术后，按照以下不同实验状态进行机械通气： A组平台压<30cmH2O、B组平台压>30cmH2O伴腹内高压(intra-abdominal hypertension, IAH)。观察不同分组通气参数设置下，肺应力、平台压等呼吸力学标。结果 呼吸力学： A组肺应力为(15.07±1.47)cmH2O高于 B组(10.92±1.28)cmH2O；B组胸壁弹性阻力与呼吸系统弹性阻力之比(Ecw/Ers)为(0.36±0.06)高于A组(0.24±0.05)；B组肺顺应性(Cdyn)为(13.38±2.79)ml/cmH2O，明显高于A组(10.26±1.18)ml/cmH2O ；差异均有统计学意义(P<0.01)。B组胸壁顺应性(Ccw)为(43.12±8.00)ml/cmH2O，低于A组(63.28±36.71)ml/cmH2O，差异均有统计学意义(P<0.01)。结论 单纯以平台压30cmH2O作为机械通气的标准，不能准确地反映ARDS患者肺部的呼吸力学。腹内高压时，需要更高的平台压来改善氧合状况。肺应力和应变是真正反应ARDS肺呼吸力学的指标，将肺应力和应变理论引入临床，有利于为ARDS患者制定更加安全、合理的通气策略。
【关键词】急性呼吸窘迫综合征; 肺应力; 肺应变; 平台压
急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)是导致危重患者死亡的主要疾病之一，以呼吸困难、呼吸急促、缺氧、迅速发生呼吸衰竭为特点，常发生于严重感染、休克、创伤及烧伤等疾病过程中，以肺容积减少、肺顺应性降低、严重的通气/血流比例失调为病理生理特征。1967年，ARDS的概念首次被Ashbaugh等[1]学者首次提出， 尽管经过了数十年的研究，机械通气仍然是其唯一的支持性治疗手段。由机械通气本身造成的肺损伤，称为呼吸机相关性肺损伤(ventilator-induced lung injury， VILI)[2]。应力和应变是生物工程领域的一组概念，不符合生理的应力和应变会导致VILI。“应力”(stress)指分布于物体内部对抗外力的，单位面积产生的力。“应变”(strain)指，由应力导致的物体相对于其原始形态发生的改变，应力=k×应变(k为常数)[7]。在临床应用中，肺应力等同于跨肺压(transpulmonary pressure， ptp)，肺应变等同于ΔV(Vt+Vpeep)/FRC(functional residual capacity, FRC)，ptp(stress)=Espl(specific lung elastance) ×strain(ΔV/FRC)，specific lung elastance为肺组织特异性弹性阻力，在人的肺组织中，约为13.5cmH2O(1cmH2O=0.098kPa)。肺应力和应变是真正反映肺组织承受张力及容积变化的力学指标。由于ptp以及FRC在临床测量中，可行性较差，临床常用平台压和潮气量来代替肺应力和应变。Chiumello等[3]学者在临床研究中证实，平台压和潮气量不能准确代替肺应力和应变。
在由于平台压30cmH2O为临床常用的肺保护性通气评价指标，本研究首次以平台压30cmH2O为标准分组，通过观察分析ALI家猪在不同平台压参数设置下产生的跨肺压等呼吸力学参数，探究平台压30cmH2O是否能够全面准确地反应ARDS患者肺部的呼吸力学状况，加深对VILI机制的理解。
1.1 实验动物
健康雄性家猪6只，体质量(20±2.96)kg，由同济大学附属第十人民医院动物实验中心提供。家猪用氯胺酮5mg/kg，盐酸塞拉嗪注射液4mg/kg，咪达唑仑0.25mg/kg肌肉注射诱导麻醉后，1%戊巴比妥0.25ml/(kg·h)持续静脉泵注，维持麻醉。阿曲库胺0.1mg/kg间断静脉推注，进行肌松。实验过程中，静脉补充葡萄糖氯化钠注射液 15ml/(kg·h)，维持平均动脉压 90mmHg(1mmHg=0.133kPa)以上。实验结束，静脉推注戊巴比妥，处死动物。
1.2 动物手术
气管切开，置入直径7mm的气管插管导管，接Avea呼吸机(美国Carefusion公司)，压力控制通气模式，吸入氧浓度(FiO2)100%。食管切开，置入食管压测量管，连Avea呼吸机。右侧颈内静脉置入双腔深静脉导管，用于静脉给药，及补液。右侧股动脉置Picco导管，用于监测动脉压以及抽取动脉血气。胸膜腔置双腔深静脉导管，一端夹闭，另一端连压力传感器。腹腔置双腔深静脉导管，连压力传感器。
1.3 动物分组及造模方法
6只家猪根据交叉设计原理，在实验过程中随机分为2组： A 组平台压<30cmH2O(吸气压 28cm，PEEP 0cm)；B组平台压>30cmH2O组(吸气压15cm，PEEP 20cm，腹内压20cm)。呼吸机设置： 压力控制模式，呼吸频率： 20次/min，FiO2∶100%，I∶E=1∶2。在每种参数设置下，机械通气10min，观察其肺应力及应变。每种干预结束后，使气道峰压达到40cmH2O，保持30s，进行洗脱[4]。
ALI模型: 家猪在基础状态稳定30min后，由气管插管内注入0．1mol/L 稀盐酸1～2ml/kg(左侧卧，注入50%；右侧卧注入50%)，每10min抽取一次血气，直至P/F<100mmHg，稳定保持30min，造模成功。
IAH模型： 参照Gustavo 等[5]的实验步骤，腹腔置入双腔深静脉导管，主管连压力传感器，接监护仪。侧管与持续正压管路连接，通过一个“Y型”连接器，与一个通气管连接，将通气管浸没于装满水的量筒中。通过控制水柱的高度，调节持续正压的大小，直至监护仪显示IAP为15mmHg。
1.4 监测指标
1.4.1 氧合指标 抽取动脉血气，测定动脉氧分压(PaO2)、动脉二氧化碳分压(PaCO2)、pH等。
1.4.2 呼吸力学指标 气道压(paw)、肺应力(stress)、跨肺压(ptp)、肺动态顺应性(Cdyn)等。
1.5 统计学处理
数据以±s表示，所有数据用SPSS 19．0统计软件进行统计分析，均数比较采用t检验，所有资料均进行正态性检验,P<0.05为差异有统计学意义。
6只家猪均造模成功，无1例发生气胸和死亡。B组氧合指标PaO2为(89.81±29.21)mmHg,高于A组(74.2±8.3)mmHg。A组AaO2为(579.71±10.83)mmHg，高于B组(505.1±54.74)mmHg，见表1。血流动力学显示： B组心率为(114.63±16.48)次/min，明显高于A组(104.6±20.41)次/min。B组平均动脉压为(123.38±9.75)mmHg，高于A组(113.88±2.67)mmHg， 差异有统计学意义(P<0.01)。呼吸力学显示： A组肺应力为(19.68±1.74)cmH2O，高于B组(12.91±1.90)cmH2O，差异有统计学意义(P<0.01)。B组胸壁弹性阻力与呼吸系统弹性阻力之比(Ecw/Ers)为(0.36±0.06)，明显高于A组(0.24±0.05)。A组气道峰压为(29.06±0.24)cmH2O，明显低于B组(35.98±0.29)cmH2O，差异有统计学意义(P<0.01)。B组肺顺应性为(13.38±2.79)ml/cmH2O，高于A组(10.26±1.18)ml/cmH2O，差异有统计学意义(P<0.01)。B组胸壁顺应性(Ccw)为(43.12±8.00)ml/cmH2O，低于A组(63.28±36.71)ml/cmH2O，差异均有统计学意义(P<0.01)，见表2。
表1 不同分组的氧合和血流动力学改变
Tab.1 Gas exchange and hemodynamics of different groups 
±s)
参 数A组B组P值pH7.21±0.057.07±0.060.002PaO2/mmHg74.2±8.389.81±29.210.065PaCO2/mmHg55.31±4.2587.38±22.110.008AaO2/mmHg579.71±10.83505.1±54.740.101HR/(次·min-1)104.6±20.41114.63±16.48<0.01MAP/mmHg113.88±2.67123.38±9.75<0.01
HR: 心率;MAP: 平均动脉压
表2 不同分组的呼吸力学改变
Tab.2 Respiratory mechanics of different groups 
±s)
参 数A组B组P值Pplat/cmH2O2835Vt/(ml·kg-1)16.26±1.5211.29±2.27<0.01Ppeak/cmH2O29.06±0.2435.98±0.29<0.01stress/cmH2O15.07±1.4712.91±1.90<0.01Ecw/Ers0.24±0.050.36±0.06<0.01Cdyn/(ml·cmH2O-1)10.26±1.1813.38±2.79<0.01Ccw/(ml·cmH2O-1)63.28±36.7143.12±8.00<0.01
Pplat: 气道平台压; Ppeak: 气道峰压;stress: 肺应力;Ers: 呼吸系统弹性阻力; Ecw: 胸壁弹性阻力;Ccw: 胸廓顺应性; Cdyn: 肺顺应性
在临床上，由于操作简便，常用潮气量和平台压来评估肺的膨胀状态[6]。在平静状态下，气道压(吸气末气道压=平台压)近似于肺泡内压，其中一部分用来膨胀胸壁(Ppl)，另外一部分用来膨胀肺泡(ptp)，即Paw=Ppl+ptp，ptp=Paw-Ppl。ptp的大小取决于EL/Ers(EL+Ecw)比值的大小，即ptp=Paw×(EL/Ers)[7]。在本研究中，B组平台压(35cmH2O)虽高于A组(30cmH2O)，但由于其胸壁弹性阻力与呼吸系统弹性阻力比值(Ecw/Ers)显著升高，使EL/Ers比值下降，其肺应力显著低于A组。这与Chiumello等[3]学者的研究结果一致。Chiumello等将不同病因来源的机械通气患者广泛纳入其临床研究，发现平台压和潮气量不能准确地代替肺应力和应变。在ALI/ARDS患者中，EL/(EL+Ecw)比值的范围是0.33～0.92，在内科和外科机械通气患者中，EL/(EL+Ecw)比值的范围是0.36～0.95。这提示，对于一个既定的平台压(如30cmH2O)，其所产生的肺应力的范围为10～28cmH2O。其中一个可能因素是，肺外源性或高BMI的ARDS患者常伴有腹内压升高，胸壁弹性阻力占呼吸系统弹性阻力比值上升较为明显，肺内源性ARDS患者，则表现为肺弹性阻力明显上升[8-9]。本研究中，B组Ecw/Ers值为(0.36±0.06)，显著高于A组(0.36±0.06)。指南推荐ARDS机械通气患者，将平台压≤30cmH2O作为参照标准，将减小VILI发生率。在本研究中，平台压≤30cmH2O组，并未符合指南预期，相反，平台压高于30cmH2O组(C组)产生了更小的肺应力，说明在机械通气中，不能完全通过平台压这一复合指标推测肺部是状态膨胀，将肺应力、应变理论纳入临床应用，有利于加深对VILI发生机制的理解。
腹内高压(intra-abdominal hypertension， IAH)是ICU患者常见的并发症之一[10]。有多中心的流行病学调查表明，约50%的重症患者腹内压(intra-abdominal pressure, IAP)为12mmHg或更高数值[11]。由于腹部膨胀，腹内高压的ARDS患者的胸壁弹性下降。升高的腹内压导致了胸壁的僵硬以及胸壁和呼吸系统顺应性的下降[12]，肺实质被压缩，引起肺容量减少，引起有效通气面积减少，引起器官氧供减少，故此时应设置更高的PEEP以阻止肺容量的减少。本研究中，B组胸壁顺应性为(43.12±8.00)ml/cmH2O，明显低于A组(63.28±36.71)ml/cmH2O。这与之前研究相符，说明腹内高压对肺部呼吸力学确实能够产生较大的影响。Regli等[13]在实验研究中发现用IAP滴定PEEP可用来阻止呼吸末肺容量的减少。Yang等[14]将患者分为腹内高压组与非腹内高压组，分别用ARDSnet以及跨肺压2种通气策略滴定PEEP，研究发现与ARDSnet组比，用跨肺压滴定PEEP组能够改善腹内高压患者的氧合以及呼吸力学情况[14]。在本研究中，B组家猪氧分压为(89.81±29.21)mmHg，明显优于A组(74.2±8.3)mmHg，说明腹内高压时，需要更高的平台压来改善氧合。
单纯以平台压30cmH2O作为机械通气的标准，不能准确地反映ARDS患者肺部的呼吸力学。腹内高压时，需要更高的平台压来改善氧合状况。肺应力和应变是真正反映ARDS肺呼吸力学的指标。将肺应力和应变理论引入临床，有利于为ARDS患者制定更加安全、合理的通气策略。
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Role of lung stress and strain in acute lung injury swine model during mechanical ventilation
【Abstract】Objective To investigate the respiratory mechanics including lung stress and lung strain of the pigs with acute lung injury (ALI) under different plateau pressures. Methods ALI was induced in 6 pigs under anesthesia, and mechanical ventilation was performed after surgery. Respiratory mechanics including lung stress and plateau pressure were measured under two experimental conditions: the plateau pressure was <30cmH2O in group A, while the plateau pressure >30cmH2O with a intra-abdominal hypertension (IAH) at the same time in group B. Results The lung stress of group A was higher than that of group B (9.68±1.74)cmH2Ovs(12.91±1.90)cmH2O,P<0.01. The ratio between chest wall elastance and respiratory system elastance (Ecw/Ers) of group B was higher than that of group A (0.36±0.06vs0.24±0.05,P<0.01). The lung compliance (Cdyn)of group B was higher than group A (3.38±2.79)ml/cmH2Ovs(10.26±1.1)ml/cmH2O,P<0.01；while the chest wall compliance (Ccw)of group A was higher than group B (3.28±36.71)ml/cmH2Ovs(43.12±8.00)ml/cmH2O,P<0.01. Conclusion Plateau pressure 30cmH2O may not reflect the global respiratory mechanics; patients with IAH need elevated plateau pressure to improve oxygen condition. Lung stress and strain should be used as physiological indicators to establish a more reasonable and safe strategy for mechanical ventilation.
【Key words】acute respiratory distress syndrome; lung stress; lung strain; plateau pressure
doi：10.16118/j.1008-0392.2015.02.008
收稿日期：2014-09-02
【中图分类号】R 56
【文献标志码】A
【文章编号】1008-0392(2015)02-0033-04