NAVA呼吸模式在兒童先天性心臟病術(shù)后的臨床應(yīng)用

趙海濤 王亞芳

先天性心臟病(congenital heart disease，CHD)是嬰幼兒期常見的先天性疾病之一，發(fā)病率為4‰～9‰。患兒術(shù)前存在特殊的血流力學(xué)，肺部血管和氣道存在不同程度的解剖學(xué)變異加之手術(shù)對心功能的不利影響以及體外循環(huán)(cardiopulmonary bypass，CPB)對心肺功能的損害，機(jī)械通氣(mechanical ventilation，MV)是患兒術(shù)后麻醉恢復(fù)期、循環(huán)功能不穩(wěn)定期必不可少的治療手段。MV應(yīng)用目的是減輕呼吸肌負(fù)荷并提供足夠的氣體交換，間接減輕心肺負(fù)擔(dān)，快速恢復(fù)心肺功能。但部分危重患兒可因?yàn)椴∏樵蚧蛴泻粑鼨C(jī)依賴癥狀，需長時(shí)間機(jī)械通氣。另外，多種原因造成自主呼吸與機(jī)械呼吸不同步(人機(jī)對抗)和(或)呼吸機(jī)相關(guān)性肺損傷(ventilation-induced lung injury，VILI)，嚴(yán)重影響患兒術(shù)后心肺功能恢復(fù)，嚴(yán)重時(shí)可致死亡。將神經(jīng)調(diào)節(jié)輔助通氣(neurally adjusted ventilatory assist，NAVA)模式應(yīng)用于CHD術(shù)后患兒的輔助通氣，利用該模式的諸多優(yōu)勢，為今后的呼吸機(jī)治療開辟了新領(lǐng)域。

1 NAVA的工作原理

近年來對肺部病理學(xué)與呼吸機(jī)的研究促進(jìn)了新型呼吸模式的產(chǎn)生，目標(biāo)是充分的氧合與通氣，最小化VILI，促進(jìn)呼吸肌恢復(fù)并成功撤機(jī)。NAVA是一種新型呼吸輔助模式，呼吸機(jī)在吸氣相根據(jù)Edi按比例傳遞正壓。改變了以往由氣道內(nèi)力學(xué)變化觸發(fā)呼吸機(jī)工作的歷史，從理論上最大限度的降低了觸發(fā)延遲、人機(jī)不同步的發(fā)生率。NAVA的工作原理是在保留患者膈肌(最主要的呼吸肌，大約70%的呼吸功由其承擔(dān))自主活動(dòng)，也就是存在自主呼吸的情況下，通過監(jiān)測Edi信號來感知患者實(shí)際通氣需要，成比例的予以通氣輔助，提供合適的通氣支持。電活動(dòng)信號(electrical activity of diaphragm，Edi)由特制的經(jīng)鼻胃管及相關(guān)軟件獲得及分析。Edi是中樞神經(jīng)系統(tǒng)對膈神經(jīng)發(fā)放沖動(dòng)強(qiáng)度顯示，可以反映呼吸中樞對膈肌的驅(qū)動(dòng)。正常自主呼吸過程是:當(dāng)呼吸中樞發(fā)出呼吸驅(qū)動(dòng)，經(jīng)由膈神經(jīng)纖維傳導(dǎo)動(dòng)作電位到達(dá)神經(jīng)-肌肉耦聯(lián)接頭，引起膈肌的興奮，產(chǎn)生Edi，隨之膈肌收縮，產(chǎn)生呼吸動(dòng)作，促使肺泡內(nèi)氣體發(fā)生通氣交換。呼吸需求程度與呼吸肌的效能決定呼吸中樞的輸出程度(呼吸需求/呼吸肌效能=中樞神經(jīng)輸出)。在健康人群中，膈肌振幅較低，這顯示:呼吸-神經(jīng)結(jié)合是高效的，最大潛能的5%～8%被應(yīng)用即可滿足呼吸需求。在疾病患者中，膈肌效能降低，導(dǎo)致呼吸中樞輸出度增加以彌補(bǔ)生理呼吸需要的額外動(dòng)力。在COPD與脊髓灰質(zhì)炎患者中可見增大的Edi信號(≥40%)，反映了大部分膈肌儲備被應(yīng)用的事實(shí)［1］。見圖1。

圖1 Edi信號強(qiáng)度示意圖

由于Edi與膈神經(jīng)沖動(dòng)相關(guān)，雖然無法直接監(jiān)測呼吸中樞活動(dòng)或吸氣神經(jīng)元放電，但是監(jiān)測Edi可以了解呼吸中樞對膈肌的驅(qū)動(dòng)。NAVA的工作流程可以描述為對Edi信號的感知、傳輸和反饋過程。在實(shí)施NAVA通氣之前，必須在合適的位置安放探測電極收集患者Edi信號，這一點(diǎn)至關(guān)重要，確認(rèn)正確的Edi導(dǎo)管位置是NAVA呼吸機(jī)自帶的特殊功能。通過傳感器將信號傳送至安裝有NAVA相關(guān)軟件的呼吸機(jī)，呼吸機(jī)感知到這些信號以后，根據(jù)預(yù)設(shè)的觸發(fā)范圍和支持水平給予通氣支持。整個(gè)機(jī)械通氣周期的啟動(dòng)是直接基于患者的呼吸中樞驅(qū)動(dòng)，也就是患者本身實(shí)際的通氣需要，而不是傳統(tǒng)意義上的時(shí)間、流速或壓力的改變，從而保證了對患者合理的通氣支持水平，也最大限度地提高了人機(jī)協(xié)調(diào)性。由于整個(gè)工作原理發(fā)生了根本性變化，在NAVA模式下，無需設(shè)置壓力、流量觸發(fā)以及壓力、容量支持水平等參數(shù)，取而代之的是膈肌電觸發(fā)(Edi trigger)和 NAVA 輔助水平(NAVA level，表示為 cm H2O/μV)。

當(dāng)患者Edi強(qiáng)度達(dá)到預(yù)設(shè)的觸發(fā)水平(Edi trigger)時(shí)，就啟動(dòng)1次通氣，此時(shí)呼吸機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)的NAVA輔助水平給予與Edi信號波形類似的壓力驅(qū)動(dòng)。NAVA模式為非氣動(dòng)依賴模式，其呼氣觸發(fā)發(fā)生于Edi信號減至峰值的70%時(shí)，所以整個(gè)呼吸過程的啟動(dòng)、維持和吸呼氣轉(zhuǎn)換均由患者控制，實(shí)際發(fā)生的潮氣量則與患者Edi信號強(qiáng)度和肺順應(yīng)性相關(guān)。NAVA與其他普通機(jī)械通氣模式相比，只需設(shè)定Edi信號觸發(fā)水平和NAVA輔助水平，而不必預(yù)先設(shè)置壓力或流量觸發(fā)水平、壓力或者容量支持水平、波形、吸氣時(shí)間等參數(shù)。在健康志愿者的研究中顯示，在最大吸氣時(shí)，NAVA可以安全有效地為呼吸肌去負(fù)荷，且不會(huì)造成肺部過度膨脹，亦不會(huì)發(fā)生呼氣切換失敗。

2 NAVA水平

經(jīng)特殊的鼻胃管所獲得Edi數(shù)值經(jīng)處理決定吸氣相，表達(dá)為μV。NAVA輔助水平表達(dá)了一個(gè)轉(zhuǎn)換比率，即每μV的Edi可以將多少cm H2O的壓力傳遞給患者。例如，NAVA水平為1 cm H2O/μV，那么當(dāng)Edi是5 μV時(shí)將傳遞5 cm H2O的壓力。同樣，Edi是5 μV，但 NAVA 水平是2 cm H2O/μV，那么呼吸機(jī)將傳遞10 cm H2O壓力。假設(shè)肺部力學(xué)特性(肺順應(yīng)性與氣道阻力)是恒定的，應(yīng)用NAVA期間，當(dāng)增加NAVA輔助水平時(shí)，潮氣量也增加，一旦達(dá)到目標(biāo)后，將發(fā)生Edi降低或呼吸頻率降低的二者之一，以維持進(jìn)入肺部的壓力平衡，保持潮氣量穩(wěn)定。

3 MV與CHD患兒

先天性心臟病患兒呼吸功能可能因?yàn)閺淖笙蛴曳至饕鸬姆窝髟黾佣艿綋p害［2］。一些兒童心臟手術(shù)后肺阻力增加，嚴(yán)重者發(fā)展為術(shù)后呼吸衰竭。急性增加的肺動(dòng)脈壓也可產(chǎn)生明顯的肺部力學(xué)改變。在急性肺高壓期，氣道阻力增加43%且順應(yīng)性下降11%［3］。嚴(yán)重的肺高壓患者肺組織活檢標(biāo)本顯示支氣管平滑肌結(jié)構(gòu)混亂，暗示同樣的原因可引起支氣管痙攣。輔助心導(dǎo)管檢查可見，機(jī)械呼吸的患兒中肺血流量的增加與呼吸阻力的增長成正比［4］。患兒經(jīng)過增加肺血流的手術(shù)后肺部液體量將變?yōu)樵瓉淼?倍。另外，肺部因正壓通氣而擴(kuò)張引起自身前列腺素釋放，導(dǎo)致肺血管擴(kuò)張。這些因素都可導(dǎo)致肺部順應(yīng)性降低，氣道壓力增加，嚴(yán)重影響機(jī)械呼吸效果與氣體交換質(zhì)量，故呼吸功能不全廣泛存在于心臟術(shù)后患兒，嚴(yán)重影響患兒預(yù)后狀況。

另一個(gè)最常見的對肺部的不利影響是肺不張，據(jù)報(bào)道在經(jīng)過CPB的兒童患者中出現(xiàn)比例高達(dá)82%［5］，非心源性肺水腫與急性支氣管痙攣在經(jīng)歷了CPB的患兒與成人中均有報(bào)道［6］。

此外，在先天性心臟病患兒中，來自心臟和大血管的結(jié)構(gòu)變異造成對肺部的外部壓迫，也可對肺功能產(chǎn)生不利影響。

呼吸機(jī)相關(guān)性肺損傷(VILI)是機(jī)械通氣應(yīng)用中的嚴(yán)重并發(fā)癥，近年來備受臨床醫(yī)生重視。VILI是急性肺實(shí)質(zhì)損傷與肺組織炎性反應(yīng)，由于多種因素導(dǎo)致肺泡結(jié)構(gòu)受損，肺水腫、肺纖維化、肺泡表面活性物質(zhì)功能不全，加速肺功能不全的進(jìn)展［7］，其主要臨床表現(xiàn)為:縱隔氣腫、皮下氣腫、氣胸、張力性肺大泡等。有報(bào)道認(rèn)為其臨床發(fā)生率為5% ～15%［8］。VILI不僅僅造成肺局部損傷，還會(huì)引起機(jī)體全身性炎癥級聯(lián)反應(yīng)，從而致使肺部和肺外臟器損傷，甚至誘發(fā)多器官功能衰竭，臨床死亡率高［9］。

專家們提出了著名的“肺保護(hù)策略”，通過小潮氣量通氣(VT≤6 ml/kg)與PEEP的應(yīng)用等措施，減少VILI、降低患者的病死率。但是這種策略是以犧牲通氣量為代價(jià)的，臨床效果存在爭議［10，11］。

因此，這些因素都將影響CHD患兒術(shù)后呼吸功能的恢復(fù)，選擇最符合正常生理的機(jī)械呼吸模式顯得尤為重要。大部分先心病患兒能在術(shù)后24 h內(nèi)撤機(jī)，但對嬰幼兒(尤其是早產(chǎn)兒、低體重兒)、術(shù)前伴肺功能不全或PAH、復(fù)雜型先心病患兒，肺部力學(xué)的改變對血流動(dòng)力學(xué)有較明顯的影響，所以必須全面了解心臟手術(shù)的特點(diǎn)、心肺之間的相互作用和各種呼吸機(jī)模式的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇使血流動(dòng)力學(xué)最優(yōu)化的MV模式。

4 NAVA應(yīng)用于CHD術(shù)后患兒的優(yōu)點(diǎn)

4.1 提高人機(jī)協(xié)調(diào)性 NAVA是利用患者自身神經(jīng)反射控制呼吸機(jī)工作，在人機(jī)協(xié)調(diào)方面有兩層涵義。(1)患者自身呼吸努力的起始與終止和呼吸機(jī)送氣的時(shí)間點(diǎn)有良好的關(guān)聯(lián)。(2)呼吸機(jī)輔助送氣量與患者呼吸努力有良好的關(guān)聯(lián)。尤其對于兒童來說，NAVA輔助與Edi成比例非常重要。傳統(tǒng)模式下固定的觸發(fā)壓力、觸發(fā)潮氣量或時(shí)間未必可以很好的適應(yīng)患兒病情變化需要。盡管在熟練應(yīng)用的傳統(tǒng)呼吸機(jī)輔助方式時(shí)可以很少發(fā)生漏觸發(fā)、誤觸發(fā)，但在Beck等［12］觀察發(fā)現(xiàn)NAVA模式下沒有上述事件發(fā)生。在NAVA模式下，可將鎮(zhèn)靜鎮(zhèn)痛類藥物應(yīng)用達(dá)到最小化且保持人機(jī)同步性，對CHD術(shù)后患兒顯示出優(yōu)越性:(1)減少藥物對心臟及其它臟器功能的影響。(2)患兒更易自我控制，主動(dòng)咳嗽促進(jìn)痰液排出。

4.2 不受漏氣影響 為了評估在拔管后在易漏氣的非創(chuàng)傷性接口的情況下，NAVA是否能協(xié)調(diào)、成比例的協(xié)助通氣做了研究:結(jié)果是在相同的NAVA水平伴相同的PEEP水平情況下，由于Edi的不同而導(dǎo)致經(jīng)鼻非創(chuàng)傷性插管較經(jīng)口的氣管插管所產(chǎn)生的傳輸壓明顯升高，而PaO2和PaCO2并沒有變化，實(shí)驗(yàn)表明:NAVA不受漏氣的影響，可以有效的應(yīng)用在即使接口處存在漏氣非創(chuàng)傷性插管的病人，使呼吸機(jī)和患者的呼吸協(xié)調(diào)一致［13］。

4.3 有效減輕呼吸肌負(fù)荷 NAVA是一種受EAdi控制的機(jī)械通氣模式。最大吸氣的時(shí)候，壓力傳輸可能達(dá)到最大水平從而可能造成肺損傷。Sinderby等［14］的研究結(jié)果表明:在健康志愿者，在最大深吸氣的時(shí)候，NAVA可以安全有效的減輕呼吸肌負(fù)荷，不會(huì)影響呼吸周期，不會(huì)引起肺的過度擴(kuò)張。高水平的NANA可以最大限度的減輕膈肌的工作負(fù)荷，而EAdi仍然可以出現(xiàn)并能控制通氣。

4.4 有助于保護(hù)性機(jī)械通氣 近期研究發(fā)現(xiàn)NAVA與小潮氣量通氣策略都可以減輕急性肺損傷時(shí)VILI和肺外器官損壞。與常規(guī)機(jī)械通氣相比，NAVA能使氧合指數(shù)明顯改善，肺組織濕干重比減輕，血漿和肺泡灌洗液中白細(xì)胞介素(IL-8)、凝血因子、組織因子和纖溶酶原激活物抑制劑(PAI)1濃度明顯降低;而NAVA組心輸出量、尿量、腎臟肌酐明顯高于常規(guī)機(jī)械通氣組，肺外組織IL-8濃度最低。盡管NAVA組與小潮氣量組相比，上述參數(shù)沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但是大多數(shù)參數(shù)低于小潮氣量組［15］。小潮氣量組需要使用麻醉劑抑制呼吸，而NAVA組則不必使用，這將避免膈肌功能障礙以及藥物的其他不良反應(yīng)。在CHD術(shù)后患兒研究顯示，應(yīng)用PSV與NAVA維持同樣的PaCO2水平，NAVA所需PIP明顯低于PSV，提示對比PSV，NAVA更具潛在的肺保護(hù)作用。

4.5 指導(dǎo)PEEP選擇 在嬰幼兒及動(dòng)物的研究中發(fā)現(xiàn)可以利用Edi指導(dǎo)PEEP選擇。正常情況下，吸氣時(shí)Edi增高，稱為位相性Edi，呼氣時(shí)Edi消失。若在呼氣時(shí)Edi仍然存在，則稱為緊張性Edi，位相性Edi振幅低且不規(guī)則，提示可能有ALI的存在。緊張性Edi的產(chǎn)生通常與肺泡塌陷、肺水腫引起的迷走神經(jīng)反射激活有關(guān)，PEEP水平會(huì)影響緊張性 Edi的幅度［16］。Emeriaud等［17］研究表明，PEEP為0時(shí)，緊張性Edi明顯增加，應(yīng)用PEEP后，緊張性Edi降低，位相性Edi升高，是因?yàn)镻EEP應(yīng)用后陷閉的肺泡重新開放和功能殘氣量增加，肺水腫減輕，潮氣量增加，呼吸幅度增加，迷走神經(jīng)興奮性降低，使膈肌張力下降，活動(dòng)度增加。ALI時(shí)機(jī)械通氣目標(biāo)是:設(shè)定最佳PEEP與合適的潮氣量以改善肺部通氣與換氣功能，同時(shí)避免產(chǎn)生VILI。在實(shí)驗(yàn)中，對ALI兔使用Edi的動(dòng)態(tài)變化選擇PEEP水平，當(dāng)緊張性Edi最低時(shí)的PEEP水平，即為Edi決定的最佳PEEP水平。

4.6 指導(dǎo)機(jī)械通氣患者撤機(jī) 撤機(jī)失敗的患者常因呼吸負(fù)荷增加或膈肌收縮功能下降，引起呼吸中樞驅(qū)動(dòng)增加，導(dǎo)致撤機(jī)失敗［18］。由于Edi能夠較好的反映呼吸中樞驅(qū)動(dòng)與膈肌通氣效能，所以聯(lián)合潮氣量及氣道壓數(shù)值，膈肌電活動(dòng)有可能用于指導(dǎo)撤機(jī)工作［19］。有研究顯示，撤離呼吸機(jī)后需要重新進(jìn)行氣管插管或無創(chuàng)通氣的CHD術(shù)后患兒，在重新操作之前Edi信號強(qiáng)度明顯高于其他成功撤機(jī)患兒，暗示Edi是呼吸負(fù)荷量的指示，拔管后Edi持續(xù)增加的患兒可能需要再插管或無創(chuàng)通氣［20］。

4.7 有助于診斷膈肌功能不全 CHD手術(shù)過程中有損傷膈神經(jīng)的可能，術(shù)后患兒自主呼吸時(shí)Edi信號消失或太微弱，確認(rèn)Edi導(dǎo)管位置正確后，應(yīng)該考慮術(shù)后雙側(cè)膈神經(jīng)受損的可能，這有助于我們診斷術(shù)后膈肌功能不全。研究顯示膈肌功能不全常見于機(jī)械通氣的患者，且可能與導(dǎo)致撤機(jī)失敗相關(guān)［21］。盡管如此，呼吸機(jī)可自動(dòng)在1/2個(gè)呼吸暫停期內(nèi)將NAVA模式轉(zhuǎn)換為PSV模式，如果Edi再次出現(xiàn)，呼吸機(jī)將安全警告，人工可再次轉(zhuǎn)為NAVA模式。若全部呼吸暫停期內(nèi)無神經(jīng)或吸氣觸發(fā)，NAVA/PSV模式將被IPPV模式取代。在NAVA應(yīng)用與監(jiān)護(hù)期間，需要注意鎮(zhèn)靜藥物的應(yīng)用后可能產(chǎn)生呼吸中樞抑制導(dǎo)致Edi信號消失，應(yīng)注意鑒別。這點(diǎn)在新生兒與早產(chǎn)兒中尤為明顯，可能與其自身呼吸中樞尚未發(fā)育成熟有關(guān)。患兒鎮(zhèn)靜程度與Edi有負(fù)相關(guān)性，鎮(zhèn)靜過深會(huì)減弱患者呼吸中樞對膈肌的呼吸驅(qū)動(dòng)，延長機(jī)械通氣時(shí)間。所以適宜的鎮(zhèn)靜程度對于縮短機(jī)械通氣時(shí)間及住院時(shí)間有幫助。

5 NAVA模式的未來展望

NAVA是一種新型機(jī)械通氣模式，與以往由時(shí)間決定或患者氣道內(nèi)壓力、氣流速度變化而觸發(fā)呼吸機(jī)的傳統(tǒng)通氣模式不同，患者呼吸中樞直接控制呼吸機(jī)，吸氣觸發(fā)和呼氣轉(zhuǎn)換均由膈肌Edi變化控制，因而兩者的關(guān)系更緊密，反應(yīng)更迅速，大大減少傳統(tǒng)機(jī)械通氣模式所引起的人機(jī)對抗、反應(yīng)滯后、輔助不足或過度、誤觸發(fā)、漏觸發(fā)等問題。

應(yīng)用機(jī)械通氣時(shí)，臨床醫(yī)生應(yīng)該掌握呼吸系統(tǒng)的生理和病理生理機(jī)制以及患者和機(jī)器的相互影響，NAVA也不例外。以往研究中發(fā)現(xiàn)，NAVA組平均潮氣量為3 ml/kg，比傳統(tǒng)認(rèn)為具有肺保護(hù)效應(yīng)的6 ml/kg更低，這是NAVA模式產(chǎn)生肺保護(hù)效應(yīng)的根本原因嗎?同時(shí)我們又提出了疑問:肺保護(hù)策略通氣策略中最佳潮氣量是多少?6 ml/kg是否是最佳，還是因人而異?如果使用NAVA模式或許就只要患者利用自身的生物反饋體系自我選擇，這些有待臨床研究去探索。而對頻繁嘔吐(曾遇1例置入Edi導(dǎo)管后嚴(yán)重嘔吐，只能將導(dǎo)管撤出，應(yīng)用SIMV+PS傳統(tǒng)通氣模式)、呼吸中樞、膈神經(jīng)、神經(jīng)肌接頭處受損的患者是否能應(yīng)用NAVA及如何應(yīng)用則應(yīng)進(jìn)行更多的研究。NAVA技術(shù)在成為臨床常用技術(shù)之前我們還有很多工作要做。

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