中南大学湘雅医院重症医学科
冯清 彭倩宜 翻译 张丽娜 校对
摘要：创伤性颅脑损伤(TBI)是全世界发病率和死亡率的重要原因之一。TBI患者常伴有肺部并发症和急性呼吸窘迫综合征(ARDS)，与不良的临床结局有关。创伤患者TBI和ARDS之间的关系已被大量研究证实。急性脑损伤伴有肺损伤的患者的机械通气具有重大的挑战性，因为颅脑外伤患者的管理策略与目前公认的呼吸管理策略相冲突。在本综述中，我们将探讨合并ARDS的TBI患者通气管理的最佳策略，重点关注存在冲突的领域。我们将讨论如何在TBI患者中使用呼吸管理策略，如保护性通气、高呼气末正压(PEEP)、俯卧位、肺复张通气策略(RMs)，以及目前用于ARDS的急救技术(包括体外膜肺氧合)。此外，我们还将讨论液体、血液动力学和血红蛋白管理的一般原则。目前，关于成人TBI合并ARDS患者使用的呼吸管理策略的安全性及有效性的数据尚不足，因此呼吸管理策略的选择最好根据具体情况和当地专业知识决定。
关键词:创伤性颅脑损伤;急性呼吸窘迫综合征(ARDS);呼气末正压(PEEP);体外膜肺氧合(ECMO)
急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是一种危及生命的疾病，其特征是难治性低氧血症和肺部实变。根据最新的柏林定义，ARDS被定义为急性低氧血症性呼吸窘迫综合征，在一周内新发的或较前进展的呼吸道症状，且不能完全用心衰解释，胸部X线片上表现为双侧阴影(表1,图1)。ARDS的主要病理改变之一是肺组织炎症。在柏林定义中，不再使用急性肺损伤(ALI)的定义，也不再要求进行肺动脉楔压测量，因为ARDS可能与心力衰竭或液体过负荷引起的静水压型肺水肿共存，此外由于置管风险，肺动脉导管的价值受到质疑(表2)。
几种通气策略已被证明可用于ARDS人群，包括使用小潮气量(TV)肺保护通气，限制平台压力不超过30cmH2O,允许性高碳酸血症，俯卧位，使用高呼气末压力(PEEP)，肺复张通气策略(RMs)，体外膜肺氧合(ECMO)和体外二氧化碳清除(ECCO2R)。
这些策略的有效性已经在一些患者中得到证实，包括麻醉和重症监护期间;然而，它们在神经重症患者中的使用仍然不确定，因为这些肺保护通气策略大多与颅内高压风险增加有关。
脑和呼吸动力学之间关系密切，因此机械通气可能对脑灌注造成影响，并且可能导致医源性继发性脑损伤。ARDS在神经重症患者中很常见，且肺损伤与临床结局不良和ICU住院时间延长相关。
创伤性颅脑损伤(TBI)是导致死亡率和发病率增高的主要原因，并且是40岁以下患者最常见的死亡原因(图2)。
根据最近发表的脑外伤协会指南，TBI人群的主要目标是避免缺氧和脑灌注不足。中心目标是通过维持足够的脑灌注压(CPP)和脑氧输送来预防缺氧导致的继发性损伤。
脑外伤患者经常需要机械通气，并且呼吸衰竭可能是多因素导致的(吸入性肺炎，与胸部创伤相关的肺挫伤，神经源性肺水肿，输血相关的急性肺损伤(TRALI))等。
当发生TBI合并ARDS时，呼吸管理可能非常具有挑战性，因为通气目标在这两者中经常发生冲突。
肺复张通气策略(RMs)，俯卧位和高PEEP的使用可以通过减少通气–血流不匹配，以及通过打开塌陷的肺泡减少肺内分流来改善肺气体交换和呼吸力学。然而，它们可能通过影响颈静脉流出和阻止颅内静脉回流到右心房而导致颅内高压。此外，它们可以增加ICP并降低平均动脉压，从而导致CPP降低。
关于TBI合并ARDS的患者的管理缺乏文献支持，因此对这些患者需要根据实际情况选择策略。
本综述的目的是回顾TBI合并ARDS患者的不同通气策略。
动脉氧分压
TBI后对大脑真正重要的是避免低氧血症，长期以来，低氧血症被确定为TBI后的重要继发性损伤并且与预后不良有关。PaO2目标可以根据脑组织氧分压(PbO2)或颈静脉饱和度(SjvO2<50％)制定。IMPACT研究证实了低氧血症对TBI死亡率和不良预后的影响，该研究的数据库纳入了追溯到20世纪80年代的超过9,000名TBI患者。IMPACT研究显示动脉低氧血症可导致脑氧输送减少，脑血管舒张,ICP增加。健康志愿者的经颅多普勒研究发现脑血管扩张的拐点在PaO2=58mmHg或SpO2为90％。目前的指南建议避免PaO2<60mmHg和维持正常氧饱和度。因此,ARDSNet的PaO2目标55-80mmHg似乎太低而不能安全地应用于TBI患者。
PaCO2和小潮气量
ARDSNet试验显示，与潮气量12mL/kg的患者相比，接受6mL/kg潮气量的ARDS患者的死亡率和机械通气天数降低。正如预期的那样，使用较低通气量的患者的平均PaCO2高于常规组患者(44vs.40mmHg),ARDS患者通常接受保护性通气，导致允许性高碳酸血症。然而，高碳酸血症与脑血管舒张相关并增加ICP，这在TBI患者中可能是危险的，并且低碳酸血症已被认为是降低ICP的有用策略。根据脑外伤协会指南，不建议将PaCO2<25 mmHg的长期预防性过度通气作为降低ICP的一线治疗，在脑外伤后的最初24小时内应避免过度通气，因为此时脑血流(CBF)往往严重减少。过度通气可以是有害的，因为严重的低碳酸血症和随后的脑血管收缩可加重脑组织缺氧并损伤脑的顺应性和血流速度;如果使用过度通气，推荐进行颈静脉氧饱和度(SjO2)或脑组织氧分压(BtpO2)测量以监测氧输送(IIB推荐)。Grubb等人证明脑血容量(CBV)与PaCO2呈线性相关。因此，在TBI患者中，标准治疗是使通气量达到低碳酸血症水平(PaCO2在33.75和37.5mmHg之间,相当于4.5-5KPa),但这可能对ARDS是不利的。此外，TBI患者的高通气量与ARDS的发生有关，研究表明，ARDS的发生比例随着初始通气量的增加而增加，特别是平均通气量≥10mL/Kg。
当ARDS和TBI共存时，需要在CO2控制和肺保护之间找到平衡。在TBI中使用保护性通气策略可能没有绝对的禁忌症; PaCO2值应根据ICP来个体化设定。此外，通过多模式脑监测，如脑微透析导管或脑氧电极等，如果显示大脑代谢保持完好，可以允许重症患者接受更高的PaCO2。
呼气末正压通气
PEEP的使用在TBI患者中被认为是有争议的，因为PEEP导致平均胸内压升高可以减少脑静脉回流并因此增加ICP(图3)。Starling Resistor（可折叠管）比Hagen-Poiseuille定律(刚性管)更好地描述了ICP增加时的脑灌注变化。因此，瀑布原理最能描述静脉流出;这意味着只有当CVP超过ICP(瀑布边缘)时，脑静脉下游压力才受CVP的限制。如果PEEP和CVP低于ICP，它们不会影响有效的下游压力。一些研究者发现，如果PEEP值低于ICP值，那么相关的胸腔内压力增加不会导致ICP升高。观察性研究发现，急性卒中和蛛网膜下腔出血(SAH)患者的高PEEP与脑自动调节功能受损时CPP降低和CBF降低有关。然而，他们证明了导致CPP下降的主要机制是PEEP依赖的MAP减少。当MAP恢复时,CPP和CBF返回其基线。Marcia等人证明，当在合并ARDS的脑外伤患者中增加PEEP时，对ICP的影响存在显着差异，这取决于PEEP的应用是否引起肺泡过度充气或肺泡复张。当PEEP引起肺泡复张时，主要影响是PaCO2降低，随后ICP降低。当PEEP引起肺泡过度充气时效果相反。
在一项前瞻性研究中，更高水平的PEEP应用于重型颅脑外伤或SAH伴有正常或呼吸系统顺应性下降的患者。在具有正常顺应性的患者中，PEEP的增加引起CVP增加，但导致MAP、CPP和大脑中动脉的平均速度的降低。作者得出结论，监测呼吸系统顺应性可能有助于避免PEEP对ICP的负面影响。
ARDS患者的最佳PEEP水平仍不确定。发表的ARDSnet研究发现，与标准ARDSnet通气方案相比，更高的PEEP策略无益处。因此，目前使用PEEP治疗ARDS可能适合TBI患者，前提是MAP得以维持并且需要严格关注CPP和ICP的任何变化。当决定增加TBI患者的PEEP时，有必要确保MAP稳定性和密切监测脑参数，主要是ICP和CPP。
肺复张通气策略
肺复张通气策略是能够改善氧合和肺泡复张以及优化通气-灌注不匹配有效策略。然而，肺复张通气策略可能对ICP产生不利影响，因为它可以通过减少颈静脉血流量和增加胸内压，中心静脉压(CVP)并阻止脑静脉回流到右心房导致脑自动调节功能障碍的患者ICP显着升高(图3)。
Nemer等在一项对合并ARDS的SAH和TBI患者的随机对照实验中研究了肺复张通气策略的作用，发现压力控制性肺复张不会损害ICP或CPP，同时可以改善氧合。这表明在TBI患者中可以谨慎使用肺复张通气，注意确保血流动力学稳定并密切监测脑参数。
俯卧位通气
已知俯卧位通气可改善ARDS患者PaO2/FiO2的比值。最近公布的一项大型多中心前瞻性随机研究(PROSEVA试验)数据显示，与仰卧位相比，俯卧位治疗的ARDS在28天和90天后死亡率显着降低。最近由Guérin等人进行的荟萃分析建议，在P/F<150mmHg的ARDS患者中使用俯卧位。这些建议基于Mancebo等人进行的一项研究，该研究表明，随着患者俯卧位时间延长(平均17小时)，死亡率从58％降至43％。在TBI患者中，俯卧位对ICP存在严重影响，并且还存在技术困难，例如ICP螺钉和引流管的移除或移位的风险，以及ICP监测和引流的困难。TBI患者的推荐体位是头正中位并抬高30°位置。因此，这组患者以前被排除在利用俯卧位改善氧合作用的研究外。Thelandersson等人的初步研究证明，俯卧位不会导致对ICP的不良影响。在这项研究中，作者纳入了12名机械通气并进行ICP监测的患者;将患者置于俯卧位3小时，然后将其转回仰卧位。研究证明，在不改变颅内参数的情况下，对TBI合并颅内顺应性下降的患者进行俯卧位可显着改善PaO2,SpO2和呼吸系统顺应性。
Nekludo等发现在俯卧位治疗期间TBI患者的氧合有所改善，ICP略有增加，MAP也有轻度增加。由于MAP的增加程度大于ICP，这导致俯卧位的CPP得到改善。在他们的研究中，作者还观察到，与肺部ARDS相比，肺外起源的ARDS病例似乎对俯卧位的反应更好。在Roth等人的最近一项研究中证明，在俯卧位期间，ICP有中度但显着的升高。然而，在俯卧位前后的氧合呈现明显的改善，氧合和PbO2的增加远远超过ICP的改变。综上所述，当ARDS和TBI同时存在时，没有明确的证据决定是否对患者进行俯卧位；然而，当低氧血症对常规通气治疗无效时，尝试俯卧位通气似乎是合理的。俯卧位对ICP的影响应该实时连续观察，如果ICP增加过高，则需要额外的方法来治疗ICP的增加或降级到不同的通气策略。我们不建议对患有额叶挫伤的患者进行俯卧位治疗，因为与俯卧位直接相关的局部压力增加可能会影响周围区域的灌注。
一氧化氮(NO)
因为一氧化氮具有肺血管舒张作用，吸入NO可通过重新建立足够的通气灌注匹配来治疗难治性低氧血症。在随机临床试验和荟萃分析中，NO已被证明可在24小时治疗期间改善氧合，但缺乏有关改善预后和死亡率的可靠数据。此外，还研究了其对肾功能的不利影响。Papadimos等证明了吸入一氧化氮在呼吸系统之外的抗炎作用，并推测它可能在TBI合并ARDS时有益。然而，脑外伤后一氧化氮的作用似乎很复杂，并且与三种不同的一氧化氮合成酶亚型相关：iNO,eNO和nNO。在急性期，从浸润的白细胞释放或由诱导的一氧化氮合成酶产生的氧化亚氮导致继发性损伤，例如自由基产生的增加。随后有研究发现一氧化氮似乎通过改善CBF起到保护作用。现有证据表明，eNOS来源的NO在脑外伤后具有神经保护作用，而iNOS合成的NO则加重进一步损伤。尽管围绕脑损伤后的NO功能障碍存在争议，但有动物证据表明，直接吸入NO或间接使用NO供体增加脑NO水平具有神经保护作用。更好地了解NO通路的作用可能促进新的药物治疗的发展。
体外二氧化碳清除（ECCO2R）
在ARDS患者中使用小潮气量（6mLs/kg预测体重）和最大吸气平台压力30 cmH20可能导致过度充气和高碳酸血症。ECCO2R可能用于调节传统通气导致的呼吸性酸中毒。虽然使用ECCO2R可以降低二氧化碳，但缺乏随机对照试验的证据。最多病例的一项研究纳入了90名患者，通过使用动静脉(AV)ECCO2R改善氧合和减少PaCO2。另一个病例较少的研究描述了5例TBI患者使用AV ECCO2R:所有患者PaO2/FiO2比例均有所改善,PaCO2降低，其中一部分患者的ICP也随之增加。体外循环所需的抗凝剂剂量低于ECMO;然而，颅内出血的风险仍然很大。在对接受ECCO2R治疗的TBI患者的初步研究中，没有发现抗凝引起的并发症(脑或脑外)。此外，该设备无需额外肝素即可运行，因为组件是肝素结合的，尽管CO2交换器需要更频繁地更换。然而，由于纳入该研究中的患者数量较少，因此需要进行更大规模的前瞻性试验，以进一步阐明该设备在神经重症患者中的作用。
体外膜肺氧合(ECMO)
静脉-静脉ECMO通过半透膜提供气体交换，并最大限度降低机械通气引起的创伤，使肺脏得以休息。对于常规通气治疗难以治愈的严重呼吸衰竭患者，ECMO可能是一种有效的策略。为了避免管路的凝固，患者需要在插管之前用大剂量肝素进行抗凝，然后肝素输注以维持ACT180-200s或PTT40-50 s。因此，ECMO的主要并发症是出血，其发生率为17％~21.3％。ECMO装置的技术改进，例如离心泵技术和全肝素涂层回路，可显着减少出血并发症；然而，ECMO仍然被认为是颅内或活动性出血患者的禁忌症。有多例关于严重胸部和脑部损伤的多发伤患者在ECMO治疗下进行成功的开颅手术的报道，报告了良好的神经学结果。在Yen等人的病例报告中，患者在运行ECMO时未使用全身肝素进行抗凝，仅使用肝素结合管路。Robba等人报道了4例创伤患者实行ECMO，没有出现ECMO相关的并发症。Mullenbach等还建议在多发伤合并呼衰的患者当肺保护性通气无效时使用无肝素的ECMO，即使这些患者存在严重的TBI。目前，ECMO仅在数量有限的中心医院可实行，但尽管与这种治疗相关的并发症很多(出血、ECMO期间获得性血管性血友病)，应将其视为治疗难治性呼吸衰竭的选择，甚至在创伤患者中也是如此，未来更大规模的研究应该集中在这组患者的适应症，治疗管理和肝素的使用上。
激素
ARDS的发展和严重程度与炎症反应失调有关，其预后与持续性炎症和异常纤维增生有关。皮质类固醇是炎症的有效调节剂和纤维化抑制剂，自ARDS定义以来一直用于改善预后。当然，没有证据表明短时间使用高剂量类固醇有助于预防(82-85)或治疗ARDS。在ARDS晚期使用类固醇的临床试验结果有争议；因此，还需要一些研究来确定长期使用低剂量皮质激素治疗无症状性ARDS是否有益。然而，ARDS的病因很多；类固醇可能对某些ARDS病因有益，而对其他病因则无益。例如，与卡氏肺孢子虫相关的ARDS应给予类固醇治疗，因为高质量的随机对照试验证明，类固醇治疗可以降低呼吸衰竭和死亡的风险。不幸的是，大多数其他的ARDS病因缺乏这种水平的证据。尽管使用类固醇治疗甲型H1N1流感相关性ARDS是研究的焦点，但多数观察队列研究的报告都表明这种治疗有害。对于TBI患者，使用类固醇来调节疾病过程也可能有作用。然而，现在不建议使用类固醇来改善预后或降低ICP，并且在患有严重TBI的患者中，高剂量甲基强的松龙与死亡率增加相关并且是禁忌。(1级建议,严重TBI管理指南,第4版)。重型颅脑损伤试验后的皮质类固醇随机化(CRASH)(93)旨在提供关于类固醇对TBI患者影响的高质量证据。这是一项大型多中心试验，研究了10,000多名TBI患者。参与者随机接受2g静脉注射甲基强的松龙，0.4mg/h维持48小时，另一组是安慰剂。来自CRASH研究的数据显示甲基强的松龙有害，不良结局组(死亡和严重残疾组)的患者死亡率较高且皮质类固醇治疗的患者较多。
液体平衡和血红蛋白目标
许多研究已经证实了ARDS患者的体液平衡与结果恶化之间存在关联。来自ARDS网络液体和导管治疗试验的数据支持在ARDS中使用保守的液体管理策略，已显示改善氧合指数和肺损伤评分，减少无呼吸机天数和ICU住院时间。然而，在一些患者中，特别是那些需要高平均气道压力的严重急性呼吸窘迫综合征患者，低血容量可能会因肺内分流增加而加剧低氧血症，而谨慎使用液体治疗可能会使临床获益。赵等率先测试液体平衡对短期TBI预后的影响，他们证明低和高液体平衡均与短期预后差和TBI患者ICP不稳定相关。低(在午夜计算的<637 mL液体平衡)和高(在午夜计算的>3,673 mL)液体平衡的患者与不良预后相关。高液体平衡患者急性肾损伤和难治性颅内高压的发病率也较高。低液体平衡患者的累积体液平衡与短期预后呈负相关，而高液体平衡组的累积体液平衡与短期预后呈正相关。高液体平衡与短期结果不良独立相关，包括急性肾损伤和TBI患者的难治性颅内高压。严重疾病早期的液体不足可能导致组织灌注不足和缺血，而过量的静脉液体可加重组织水肿的发展。在任何时间，最佳的液体容量有助于维持组织活力。这些数据表明为TBI患者维持适当的液体平衡至关重要。过度的液体输入可能加剧继发性脑损伤，如水肿，颅内高压和血脑屏障的破坏，导致更糟糕的结局。然而，液体治疗对于容量复苏、维持CPP和预防继发性脑损伤是必要的。贫血在重症监护病房(ICU)中非常普遍，高达95％的重症患者在第3天出现血红蛋白(Hb)水平异常。同样，20％至53％的患者接受红细胞(RBC)输血以纠正ICU住院期间的贫血。然而，同种异体RBC输血带来的风险可能会对临床结局产生不利影响。有证据表明，对于一般医疗/外科ICU人群采用较低的输血阈值是安全的。这导致了ICU中红细胞输注模式的改变，目前大多数指南建议在没有严重并发症的患者，输血的血红蛋白水平在70g/L左右，以尽量减少同种异体血液的输入。然而，在这些研究中，特定患者群体（例如神经危重症患者）的代表性不足，因此该结果不适用于这些患者。神经重症患者可能不适于较低输血阈值，因为氧输送受损是脑缺血和继发性脑损伤的关键可改变因素。TBI患者脑氧输送的最佳Hb水平尚不清楚。最近公布了两项神经重症患者（蛛网膜下腔出血）指南；一个建议治疗贫血，但没有提到阈值，另一个建议输血，以达到80-100g/L的血红蛋白水平。有趣的是，TBI患者管理指南并未涵盖这一主题。此外，现有研究结果存在不一致，贫血和红细胞输注都与神经重症患者的不良临床结局相关。贫血与TBI患者的不良结局相关，尽管其他研究尚未证实这种关系。最近的微透析研究表明，当Hb值低于90g/L时，SAH和TBI患者的脑代谢受损，但众所周知，RBC输血能改善TBI患者的某些生理指标，如脑组织氧分压。
结论
肺和脑的交互作用对TBI和ARDS患者的呼吸机管理提出了重要挑战。保护性肺通气和呼吸策略的有益作用在重症监护和手术室中都已明确。然而，这些方法在神经重症患者中的应用是存在矛盾，因为这类患者具有特定的需求和呼吸机目标。此外，血流动力学和一般管理(包括Hb目标和液体平衡)在这类患者中也存在冲突。大脑多模式监测的使用可用于评估脑血流动力学并评估ARDS患者中常用的呼吸管理策略的效果。在这些患者中，主要是在重型颅脑外伤患者中，需要同时监测脑和呼吸系统，以便寻找最佳策略并避免并发症。
未来还需要根据证据制定统一的诊断和治疗指南，以改善患者的临床结局。
