翻译：叶瑞 编辑：杨靖
摘要
俯卧位是目前公认的治疗严重急性呼吸窘迫综合征（ARDS）最有效的方法之一。围绕俯卧位病理生理的演变与ARDS的历史密切相关。起初，俯卧位的焦点是认为灌注重新分布而使得氧合改善。然而，俯卧位背后的机制更为复杂。事实上，对俯卧位氧合和二氧化碳清除的积极影响可归因于更均匀的充气-通气、肺/胸廓形状不匹配以及胸壁弹性的变化。在过去的里，五个主要的试验从不同的理论、假设和设计开始，试图证明俯卧位的有效性，最终在不同的ARDS支持疗法中找到了它的决定性位置。
介绍
在呼吸强化护理的各种治疗方案中，俯卧位是将实验和临床观察、病理生理和随机临床试验进行整合的最佳实例。事实上，俯卧位的历史代表了当提出新的干预措施时应该遵循的理想模式：这个想法经过思考和描述，实验应用，讨论，提炼，最后在渐进的临床试验中进行测试，直到在治疗器械中找到它的最终位置。我们现在知道如何、为什么、以及在哪种情况下对患者起作用。
事实上，与pihl和Douglas之前的报道以及灌注分布理论相一致，当采用俯卧位时，PaO2显着增加，绝大多数患者的PaO2增加。然而,当我们把第一个CT扫描在俯卧姿势,令人惊讶的是，我们发现密度从背部重新分布到腹侧位置，排除了婴儿肺作为一个固定解剖室的假设，以及血流分流作为氧合改善的主要原因。(图1)。此外，在同一时期，Wiener等人的研究表明，俯卧位灌注均匀分布于整个肺，这一观察结果在后的实验设置中得到了证实。
图1.CT扫描显示俯卧位时肺密度由背侧向腹侧转移，仰卧位时密度完全反转。这就引出了“海绵模型”的概念。
因此，我们在俯卧位观察到的密度重新分布促使我们回顾俯卧位时氧合改善背后的理论，并提出不同的解释模型。这个被Bone RC称为“海绵模型”的模型，解释了俯卧位密度重新分布和维持呼气末正压（PEEP）复张的原因。简言之，在ARDS中，肺重量因广泛的水肿而增加，并假设静水压是相同的。肺重量的增加与肺依赖区的叠加压力的逐渐增加有关。这种压力通过最依赖肺区的气体含量的“挤出”效应导致肺塌陷，从而导致完全不张。俯卧位可以逆转过度施加的压力，使背侧区域“打开”，而腹侧区域容易塌陷。海绵模型和叠加压力理论也解释了PEEP的作用：当PEEP提供了超过叠加压力的肺泡内压力时，维持肺复张并保持肺开放。
俯卧位与气体交换机制
氧合
氧合可通过以下途径改善：
•更均匀的充气/通风分布。
•质量和形状影响。
•改善胸壁弹性。
更为均匀的充气/通气分布，如图2所示，俯卧位与仰卧位相比，使气组织比更为均匀，这在正常受试者和ARDS患者中都会发生：密度分布更为均匀意味着经肺扩张压力也会增加。俯卧位比仰卧位分布更均匀。事实上，在仰卧位时，非依赖性肺单位比依赖性肺单位更分散，当俯卧位应用时，这些差异会减弱。发生这种情况的机制可能与肺部需要使其形状适应胸腔的需要有关。例如，与胸腔的“球形”形状相比，非依赖性肺的“三角形”越多，排列这两个结构的拉伸越大。这大致描述了一种叫做“形状不匹配”的机制，其结果是腹侧区域比背侧区域扩张得更大。另一种机制与重力（肺重量）有关，重力作用是沿重力轴逐渐压缩肺单位。因此，在仰卧位时，形状不匹配和重力作用方向相同（非依赖性肺单位的扩张和依赖性肺单位的压缩）。这两种现象导致正常肺和ARDS肺的不均匀性。在俯卧位，形状不匹配和重力作用方向相反：形状不匹配倾向于扩大腹侧区域，俯卧位倾向于压缩这些区域。最后的结果是，依赖性和非依赖性肺单位的扩张在俯卧位比仰卧位更相似。这种均匀增加的结果是显而易见的。通气和灌注分布更均匀，可改善氧合。更重要的是，机械通气能量负荷造成的任何最终损伤都将比仰卧位更均匀地分布在俯卧位的肺实质上。
图2.形状失配与引力效应示意图。如果没有重力的假设，孤立的肺可以被认为是一个圆锥体，整个实质的肺泡单位大小相同。当肺被放入胸腔时，锥体需要适应更圆柱形的形状，这就在锥体的顶端施加了拉伸，从而导致该区域单位的大小增加。当重力增加时，肺下部的单位感受到上面单位的叠加压力，并有坍塌的倾向。如果病人是旋前的，重力效应和形状不匹配的作用方向相反，导致更均匀的通气分布。
肺的质量和形状
通常认为俯卧位后氧合的改善是由于肺的复张。然而，这一说法并不正确。事实上，在俯卧位的背侧区域观察到的肺开放总是与腹侧区域的部分闭合有关。事实上，当我们公布了10例俯卧位ARDS患者的第一批数据时，我们发现CT扫描的平均密度并没有随着位置的变化而变化。
因此，实际解释所观察到的效果的是肺背侧部分的复张和腹侧部分的复张之间的差异。这一差异与分流分数的变化有着严格的关系，因为灌注在俯卧和仰卧位置之间几乎没有变化，这在实验和人类中都是如此。如果我们考虑到海绵模型，肺部形状的作用是非常明显的（图3）。假设肺重量增加到一定程度，使背侧肺区域在肺高度的50%处受到压缩：由于患者俯卧时与重量相关的压缩力，肺在其高度的50%处（腹侧区域）塌陷，而高度的50%以上的区域（背侧区域）塌陷。将重新打开。气体交换的影响取决于质量的大小，质量在50%以上和50%以下。如果肺是完全圆的，上下50%的质量将完全相同。然而，由于形状大多是圆锥形（顶点朝向胸腔的腹侧部分），背侧50%的肺质量更多，这将在俯卧位重新开放。例如，一个有隆胸的病人是俯卧位的最佳反应者。因此，至少部分与俯卧位相关的反应严格依赖于患者的解剖形态。此外，还必须考虑心脏重量在可能的肺不张中的作用：当患者处于仰卧位时，其压迫尤其与左下叶相关，而在俯卧位时，这种影响消失。
图3.改善氧合的最初解释(A)，当患者旋前时，被认为不受ARDS影响的腹侧区域可能获得更多的血流，使V/Q比值最大化。证实的假设是B图中所示的。肺背侧组织的数量实际上比腹侧组织的数量要多。假设有一种叠加的压力能够使肺塌陷到其高度的50%以下，很明显，如果背侧50%变为非依赖性，则吸收的组织数量将大于腹侧部分(现在依赖)的组织数量(图B:U:上；L:下)。
胸壁弹性
仰卧位时，胸壁顺应性由前胸壁和横膈膜的相对弹性决定，因为胸廓后部与床接触。在俯卧位，横膈膜的整体弹性没有变化，而胸部的背部可以自由移动。由于胸部的解剖构造，背侧胸壁的顺应性低于前壁，因此俯卧位患者的整体胸壁顺应性降低。其结果是向腹侧和腹侧肺区的气体分布更好，这些区域的聚集率更高。因此，气体分布变得更加均匀。有趣的是，通过将体重放在仰卧位的胸部前部，可以观察到气体交换的类似影响，并随之增加氧合（未发表的数据）。这种操作减少了向腹侧区域的气体分布，同时将其增加到最依赖的区域。俯卧位时胸部整体柔韧性的变化解释了为什么这种动作与肺的弹性增加有关。呼吸系统力学对俯卧位的反应是容积控制通气时气道压力增加或压力控制通气时潮气量减少。实际上，在操作时，平台压可能不会增加，可保持不变，甚至会降得很低：这表明在容量控制的通气过程中肺得到复张。相反，在压力控制通气期间，如果俯卧位与肺复张相关，潮气量将保持恒定甚至增加。
二氧化碳清除
俯卧位时的paCO2可能保持不变、增加甚至减少。paCO2的改变取决于肺泡通气的改变及其与总通气肺容积的比率（即净肺活量）。俯卧位PaCO2的增加可能取决于以下两种不同的机制：
•肺泡通气减少（过度充气的肺单位顺应性较低，因此通气性较低；未经纠正的胸壁顺应性降低也可能导致肺泡通气减少）。
•肺灌注的相对变化。
相比之下，虽然发现PaCO2的减少与复张能力的增加有关，但PaO2的增加并不完全依赖于这种效果。一般来说，PaCO2的减少意味着死腔的减少。有趣的是，根据标准方法计算的生理死腔不仅包括实际死腔，而且部分还包括分流部分，增加肺泡和动脉PCO2之间的差异。因此，死腔反映了呼吸气体交换的整体改变，这可以解释为什么这是与最终结果更相关的变量之一。这一点在ARDS中得到了明确的证明。我们还发现，俯卧位导致的PaCO2降低与28天死亡率的降低有关。
临床试验
展示临床试验是如何遵循ARDS生理学知识的演变是有趣的。实际上，随机试验是大规模的演绎试验，其发展可概括为以下步骤：
1.从几个观测结果中引入了背景理论。
2.这个理论产生了一个假设。
3.这一假设在临床试验中得到了实验验证，设计合理可行。
4.如果实验是“否定的”，那么假设没有被证明，那么这个理论就必须被修正。
随后，我们将检查俯卧位试验的顺序，根据被认为是正确的或将被证明的理论对其进行分析，并讨论其试验设计的可行性。
1.Gattinoni等人
本研究于2001年出版，实际上于1995年设计，并于1996年至1999年进行。试验背后的理论是直截了当的：更好的氧合与更高的生存率相关、俯卧位可以提高氧合。假设俯卧位可以提高生存率。设计反映了对时间的了解：方案规定每天俯卧6小时，主要根据护士轮班选择时间。样本量设计用于检测俯卧位组死亡率下降20%。由于患者招聘速度缓慢，研究停止。值得注意的是，在研究的时候，普通的呼吸机设置为10毫升/千克的潮气量：所谓的保护性通气还需要提出。然而，这项研究清楚地表明背景理论（更好的氧合1/4更好的存活率）是错误的。俯卧位确实与更好的氧合有关，但对生存没有好处。有趣的是，即使试验总体呈阴性，也可以在Pao2/Fio2比率最低的四分之一里观察到俯卧位的一些优势。
2. Guérin等人
本试验的设计时间与前一次试验大致相同，对ARDS病理生理学的认识也相同。事实上，试验和假设背后的理论与Gattinoni等人的研究相同。结果推翻了这一假设及其背后的理论。同样，俯卧位改善了氧合，但治疗组和对照组的死亡率保持不变。有趣的是，不仅治疗ARDS患者，而且治疗低氧性急性呼吸衰竭患者。因此，严格来说，前两个试验并没有显示俯卧位“不起作用”。但他们表明，在两个试验中的时间范围内，在其他条件相似的情况下，更好的氧合本身不会导致结果的改善。注意，ARDS急性呼吸管理（ARMA）试验在29年后进行，基于不同的理论背景，清楚地表明氧合的改善与生存率的提高无关。
3. Mancebo等人
西班牙小组的试验设计代表了俯卧位试验背后理论的突破。事实上，尽管在设计该研究时，ARMA试验结果仍然不可用，但人们已经逐渐意识到机械通气过程中高容量和高压力可能产生的破坏性影响。因此，由于氧合而非机械通气本身是ARDS患者死亡率的一部分，因此尽可能延长俯卧位可能提供的“保护”时间似乎是合乎逻辑的。因此，应用俯卧位至少20小时；如果怀疑胸壁僵硬和/或潮气量低于10 ml/kg，则平台压力保持在35 cmH2O或40 cmH2O以下。这项研究因入选困难而中断，但有利于俯卧位（仰卧组死亡率为58%，俯卧组死亡率为43%；p=0.12）。
4.Taccone等人
在这项研究中，我们试图运用现有的最好的知识：这项研究背后的理论绝对是基于肺力学的。事实上，在设计试验时，很明显，俯卧位的可能优势在于肺均匀性的增加，压力和应变的分布更加均匀。知道与入组相关的困难。（在所有试验中，大约有0.25名患者每月每单位），我们决定使用与西班牙试验相同的方案，并提前计划最终将我们的研究与Mancebo等人的研究合并，如果患者数量太少的话。事实上，这项研究本身显示俯卧位的死亡率没有显着降低，但与Mancebo等人的数据相结合，表明俯卧位在大多数严重患者中提供了生存优势。然而主要期刊的审稿人拒绝采用这种方法，这项研究被发表为“一项消极的试验”。但似乎很清楚的是，支持重度ARDS患者俯卧位的信号很强，中度ARDS患者无优势。
5.Guerine等人
在本研究中，研究者应用所有最佳条件来检测与俯卧位相关的显着优势。所选患者的Pao2/Fio2低于150 mm Hg；因此，将中度ARDS分为两类（低于150 mm Hg的Pao2/Fio2值与明确的病理和临床表现相关，其严重程度不同于柏林定义的中度ARDS患者）。参加试验的重症监护室有明确的俯卧位经验，严格采用保护性肺通气。结果表明，在这一精确选择的人群中，俯卧位相比仰卧位有明显的好处。表1总结了所有这些试验的特点。
表1.俯卧位五项主要试验总结
适应症
我们认为俯卧位的适应证：患者的病情必须非常严重，仰卧位的标准机械通气可能会导致大量患者因区域性的压力和牵张，导致死亡率显着增加。值得注意的是，实际上机械通气也可以作为体外支持患者治疗的一部分。无论通气方式如何，俯卧位后肺均匀性的增加都会降低其潜在的危害。
禁忌症
对于解剖和严重程度特征允许标准机械通气（pao2/fio2>150mmHg）的患者，俯卧位作为长期治疗是无用的。在这种情况下，与俯卧位（意外拔管、压疮、导管移位、需要增加镇静）相关的可能风险大于其优势，这种优势只有在“婴儿肺”非常小，甚至仰卧位的“保护性”通气也有害的时才会显现出来。
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