机械通气可导致急性膈肌萎缩和损伤，这与不良的临床结果相关。虽然肺保护性通气的重要性和影响已被广泛认识和确立，但膈肌保护性通气的概念最近已成为一种潜在的辅助治疗策略。这一观点是在欧洲重症监护医学会胸膜压力工作组召开的一次国际专家会议上讨论得出的，根据越来越多的证据有关损伤机制，概述了用于机械通气的肺和膈肌综合保护方法的概念框架。本研究提出了基于呼吸力和患者呼吸机同步性的膈肌保护目标。讨论了膈肌保护和肺保护在某些情况下可能发生的冲突；我们强调，当发生冲突时，肺保护必须优先于膈肌保护。在机械通气过程中，监测呼吸功能对于同时保护膈肌和肺至关重要。为了实施肺和膈肌保护性通气，需要新的监测方法，设置呼吸机和滴定镇静。此外，选择性的膈神经刺激和辅助技术也可能在未来的临床决策支持中发挥重要作用。由于干预的复杂性，评估这种新范式的临床影响将是一个挑战。肺和膈肌保护性通气的概念提供了一个令人信服的新机会，大大改善了危重病人的临床结果。
机械通气可导致医源性肺损伤的可能性在18世纪首次被认识到；保护肺免受损伤已成为公认的优先事项。机械通气对膈肌的医源性损伤在20世纪80年代首次被描述，但至今还没有确定的方法来保护机械通气期间的膈肌。从这个角度，我们讨论了如何改进现有的机械通气方法，以防止呼吸机引起的膈肌萎缩、损伤和由此引起的呼吸机依赖，同时保持肺保护性通气，这种方法我们称之为肺和膈肌保护性通气。一般来说，这些问题的机制和临床后果是合理的，但仍不确定能否有效地预防膈肌萎缩和损伤，以及这是否能显著改善临床结果。
损伤机制
机械通气可通过多种假定的相互作用途径引起肺和膈肌损伤（图1）。有几个术语用来指代这些机制及其后果（表2）。肺损伤主要是由呼吸机（呼吸机诱导的肺损伤，VILI）或呼吸肌肉（患者自身造成的肺损伤，P-SILI）引起的机械应力和应变介导。
膈肌萎缩和损伤（“肌肉损伤”）可能通过几种机制发生。最成熟的机制是过度辅助性肌损伤：通过呼吸机辅助过度卸压膈肌使吸气力减少或减少到非常低的水平，从而通过多种细胞途径导致废用性萎缩；这一现象在临床上有很好的记录。其他可能的机制主要由实验证据和一些最近的临床数据支持。由于呼吸机辅助不足而引起的过度膈肌负荷可导致急性肌肉炎症和损伤（协助不足的肌肉创伤，尤其是在脓毒症和全身炎症的情况下，这会增加膈肌的脆弱性。当膈膜在呼气相收缩时，它也会受到潜在的有害偏心（拉长）负荷。这种偏心收缩可能发生在呼气制动、非同步双水平通气（气道压力释放通气）和特定形式的患者-呼吸机不同步，如反向触发、过早循环和无效努力。在实验动物中，这种偏心负荷具有高度的伤害性（偏心性肌肉创伤）。最后，初步实验观察表明，通过应用高PEEP维持膈肌相对较短的长度可能会导致急性肌节脱落（“纵向萎缩”））。这反过来可能损害肌肉的长度张力，PEEP在脱机期间减少（呼气性肌肉创伤）。
膈肌保护目标
基于我们对膈肌损伤机制的不断发展的理解，可以提出几个膈肌保护性通气靶点（表3）。
目标1：保持适度的吸气努力（可能很重要）
吸气力水平与静息安静呼吸相一致，有可能避免膈肌萎缩和负荷性损伤。有几条证据支持这一目标。触发呼吸机触发所需的非常低的吸气努力不足以防止膈肌萎缩。适度的膈肌收缩（例如在静息呼吸或膈神经起搏间歇刺激期间）似乎足以减轻膈肌萎缩并恢复膈肌体积。另一方面，避免过度呼吸可能会防止潜在的负荷引起的膈肌损伤。可接受呼吸力的确切上限是不确定的，尽管应将用力保持在足够低的水平，以将张力时间指数值保持在0.12-0.15以下（张力时间指数是一个无量纲指数，量化了呼吸肌肉上相对于力产生能力和占空比的负荷大小和持续时间）。这意味着食道压力在10-15cmH2O以下波动（假设患者最大吸气压力为30-50cmH2O，吸气时间约为呼气时间的50%）。成功脱离通气的病人通常表现出相对较低的吸气力（食道压力波动4-10cmH2O）在T管试验和拔管后，表明这种水平的努力是可持续的和无害的。相比之下，自发呼吸试验失败的患者通常表现出更高水平的努力，这表明这些水平是不可持续的。重要的是要认识到，与损伤相关的力的上限可能随膈肌产生力的能力、肌肉炎症的存在和肌肉灌注而变化。
与较低或较高的增厚分数值相比，介于15-30%的膈肌增厚分数（与休息时呼吸的健康受试者相似）与最短的机械通气持续时间相关。此外，这种联系是由膈肌厚度随时间的变化所介导的，证实（但不证实）机械通气与呼吸力不足或过度、膈肌萎缩和损伤以及不良临床结果相关的因果关系。虽然这些临床观察没有证实因果关系，但这些数据结合大量实验证据表明，缺乏或过度呼吸努力的有害影响，表明适度的吸气力可能是机械通气期间膈肌保护的最佳目标。事务委员会达成强烈共识，即维持适度的呼吸力可防止膈肌萎缩；有适度共识认为，避免过度的呼吸力可防止负荷所致的损伤。
目标2：保持呼气周期同步（可能很重要）
偏心收缩可能会发生多种形式的不同步（例如，过早的循环，反向触发，呼气时无效的努力）。当检测到时，这些不同步通常可以通过确保呼吸机在患者吸气努力结束的同时循环到呼气来避免。对气道压力和流量波形的密切检查表明，在呼吸机进入呼气阶段之前或之后，患者的吸气力是否停止。通过食道压力或膈肌电活动信号直接监测呼吸力，可以促进检测呼气循环不同步。努力的幅度可能是这种受伤风险的一个重要决定因素，但决定这种风险的阈值目前尚不清楚。
目标3：避免过度呼气制动（可能很重要）
膈膜持续收缩激活进入呼气相被称为“呼气制动”或“吸气后用力”。健康受试者呼气制动水平较低，在存在明显肺不张和肺弹性增加的情况下，增加呼气制动以维持呼气末肺容量，可能会对膈肌产生潜在的巨大偏心负荷，可通过应用足够的PEEP进行衰减。到目前为止，在床边检测和监测呼气制动以及确定吸气后负荷是否过大的方法还没有很好的定义。这个目标在很大程度上仍然是理论上的；急性低氧性呼吸衰竭患者呼气制动的大小尚不清楚。
保护肺的同时保护膈肌
在一些患者中，维持患者呼吸努力保护膈肌，可能对维持肺保护带来挑战。管理中度或重度急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者的自主呼吸受到广泛重视。事实上，由于死腔、代谢性酸中毒、肺实质受体的刺激、脑干炎症和皮层刺激，病人呼吸动力和精力可能非常高。
在这种情况下，监测呼吸功能对于维持肺保护很重要。在自主呼吸过程中，呼吸机显示的气道压力可能大大低估了循环肺压力的真实大小；必须考虑呼吸肌肉施加到肺的压力（图2）。损伤性区域循环应力和应变的风险取决于呼吸力的大小。因此，自主呼吸时的肺保护主要需要注意呼吸功能、潮气量和肺膨胀压（跨肺）。
呼吸驱动可能过度，可能导致高肺压力，伴有或不伴有高潮气量。即使潮气量得到充分控制（例如，使用容量控制通气），在呼吸用力过大的情况下，局部肺压力也可能过大。此外，高呼吸驱动引起的呼吸堆积不同步也会显著增加肺压力。因此，适当的肺保护有时需要抑制呼吸肌肉的力量。在许多病人中，呼吸驱动力和用力可以通过镇静剂在一定程度上得到控制；镇静对驱动力和用力的影响是否充分应密切监测。在一些病人中，单独使用镇静剂并不能充分减轻病人的努力，应考虑神经肌肉阻滞。在这种情况下，应优先考虑肺部保护。根据最近一项临床试验的结果，不能推荐对所有中/重度ARDS患者进行常规神经肌肉阻滞。在这种情况下，其他控制呼吸驱动的策略，如调节通气设置，可能会被证明是有效的。
由于维持患者的呼吸努力而导致肺损伤的风险在患者之间可能有很大的差异。生物和肺机械不均一性导致产生肺损伤所需的应力和应变各不相同；伴有肺部炎症、功能残余容量和肺顺应性显著降低（从而导致驱动压力升高）的ARDS患者的风险可能最高。相反，保持自主呼吸有时可以降低周期性肺应激，并通过肺不张改善通气的均匀性。
专家组成员一致认为，当发生冲突时，肺保护必须优先于膈肌保护，因为肺保护性通气可提高死亡率。
如何实施肺和膈肌保护性通气？
肺和膈肌保护性通气的概念性方法如图3所示。
监测
基于上述机制和目标，膈肌保护通气策略的基础是密切监测患者的呼吸努力。专家们一致认为，在机械通气期间应定期评估呼吸力（表1）。
呼吸频率对呼吸负荷和呼吸力的变化不敏感，不应依赖呼吸频率来监测呼吸力。食道压力计可直接测量患者的呼吸力和驱动跨肺压力（循环肺压力），并可直接指导通气设置（图2）。三个简单的测量也可以在任何呼吸机上进行，而不需要额外的监测设备来评估努力和驱动力以及由此产生的肺压力。首先，呼吸驱动可以用气道阻塞压力（P0.1）量化。第二，单次呼吸-呼气闭塞（Pocc）期间气道压力波动的大小可以检测到过度的呼吸肌肉用力和过度的动态肺应力。第三，吸气末阻塞可用于评估压力支持中的平台压力和驱动压力，仔细评估呼气肌收缩，或成比例模式。这些不同的测量如图2所示。
膈肌电活动（EAdi）可持续监测膈肌的活动。由于信号中明显的个体间变异性，没有特定的目标值
可确定EAI（尽管低于10μV的值几乎总是异常低）。然而，呼吸肌压力可以通过测量Pocc和EAdi之间的比率来估计。超声波也被证明是一种信息丰富的技术，用于评估呼吸肌的活动和功能。一种特殊的通气模式，PAV+，可以无创地估计呼吸肌肉的力量。
机械通气机设置
关于膈肌保护，通气模式的应用和监控可能比模式本身的选择更重要。理论上，比例辅助模式应该有助于膈肌保护目标的实现：通过改善患者-呼吸机的相互作用来减少不同步，并防止过度协助，因为没有保证的最小潮气量。在一项研究中，NAVA与膈肌功能的改善有关，但在一项临床试验中，没有观察到临床结果的显著改善，这可能是因为该模式是在膈肌损伤已经发生后应用的。
在肺和膈肌保护法中，吸气压力、流量和循环的设置应考虑到
1）由此产生的患者吸气力水平，
2）动态肺应力，
3）气体交换的充分性。
对于临床医生来说，在设置呼吸机时，了解患者努力的决定因素是至关重要的。吸气力对容积控制通气中峰值流速和模式的变化以及吸气压力和压力目标模式循环的变化作出响应。在相对适度的PaO2范围内增加FiO2可降低某些患者的呼吸驱动力，而不会达到高氧血症患者呼吸机不同步通常可以通过调整吸气触发设置、当前吸气时间或循环标准来解决。
在某些患者中，应用较高的PEEP可以降低肺和膈肌损伤的风险：通过增加肺不张依赖区域来减少整体和局部循环性肺应力，减少吸气用力和缓解呼气制动，PEEP可能具有重要的保护作用。然而，患者对PEEP的反应有明显的差异，这种情况下需要谨慎的个体化管理。
镇静
镇静对呼吸驱动的影响需要特殊的监测：镇静深度与膈肌活动相关性差，不能作为呼吸驱动的替代物。如果过量的呼吸努力持续，尽管有足够的镇痛或呼吸机滴定，镇静剂可以有效地减弱潜在的伤害性驱动力和努力。
不同的镇痛剂和镇静剂对呼吸模式和驱动力的影响应该是临床医生所熟悉的：阿片类药物主要抑制呼吸频率，增加机械通气时呼吸暂停的风险，异丙酚主要减少呼吸努力而不是呼吸频率。苯二氮卓类药物对呼吸模式的影响与异丙酚相似，但具有更高的谵妄风险和延长机械通气时间。右美托咪定是一种选择性α-2激动剂，在不降低呼吸驱动力的情况下提供镇静、抗焦虑和镇痛作用。
尽管镇静通常用于治疗不同步，但专家组一致认为，只有当过度的呼吸驱动导致患者-呼吸机交互作用不良时，并且只有在解决了呼吸驱动的其他来源（例如峰值流量和压力设置、PEEP，代谢性酸中毒、疼痛等）。可通过减轻镇静以获得自发呼吸节律来减轻反向触发。
辅助疗法
可能需要额外的干预措施来控制更严重患者的呼吸驱动。体外二氧化碳清除可以减少呼吸驱动力和呼吸力，有可能在自主呼吸时促进肺保护性通气。部分神经肌肉阻滞可减轻对呼吸机滴定或镇静无反应的过度呼吸努力，但不完全消除膈肌活动，但长期维持部分神经肌肉阻滞的可行性尚不清楚。如果不能解除镇静以获得自发的膈肌活动，膈神经刺激允许膈肌在呼吸驱动力很小或缺乏时受到控制的激活。
验证假设
膈肌保护性通气对患者重要预后的影响需要评估，这就提出了几个实质性的挑战。首先，缓解膈肌萎缩和损伤的干预措施对预后的影响在患者之间可能有很大的差异，这取决于患者预后不良的风险、膈肌萎缩或损伤的个体风险、肺损伤的竞争性风险以及是否存在其他驱动结果的竞争机制。例如，最近的数据表明，膈肌萎缩主要发生在基础膈肌质量较高的患者。这个病人异质性的问题是一个有充分记录和广泛讨论的挑战临床试验在ICU。试验可以解释这种异质性，只要通过病人选择和预先指定的亚组分析得到充分的认识。贝叶斯适应性临床试验设计可能非常适合于有效地识别最有可能受益于或受到膈肌保护性通气策略损害的患者亚群。
第二，膈肌保护性通气是一个“复杂干预”的范例：它涉及多个相互作用的组成部分（监测、通气、镇静、辅助），需要多个利益相关者（医生、呼吸治疗师、护士、制造商）的行为改变，并需要广泛的定制对个别病人。任何此类干预的试验都很有可能因为实施困难而未能发现重要的临床益处，而不是真正缺乏益处。与干预相关的复杂行为变化可能“削弱”日常护理，降低明显的治疗效果。标准化可能很困难，干预设计可能需要适应当地的ICU实践。这些挑战在重症监护病房并不新鲜；仔细的过程评估和使用替代试验设计，如集群随机化或阶梯楔形设计，可能有助于克服这些挑战）。
第三，对于忙碌的临床医生来说，从三个维度（气体交换、肺压力和呼吸努力）来优化通气和镇静可能是非常耗时和困难的。临床决策支持系统可通过基于规则或基于模型的算法提供呼吸机设置和镇静的实时指导，从而促进肺和膈肌保护性通气。这些模型可以通过机器学习和人工智能技术在个体患者身上进行调整。这样的系统已经被设计来优化机械通气；在临床环境下的初步试验提供了有希望的结果，随机试验正在进行中。
结论
本文概述了一种保护肺和膈肌的机械通气方法，重点在于优化呼吸力和同步性，以防止膈肌萎缩和损伤，同时保持肺保护。越来越多的证据支持这样一种观点，即在机械通气期间保护膈肌（连同肺）可能会改善患者的预后。在一些情况下，监测呼吸力或驱动力对肺保护和膈肌保护都是有益的。这种方法对床边临床医生提出了新的挑战，需要一个广泛的研究计划来探索这种复杂干预的可行性、安全性和效益，特别是在具有相当大的通气性肺损伤风险的患者中。肺保护性通气和膈肌保护性通气在临床上是否能有效实施，以及这种方法是否能改善危重病人的预后，仍有待证实。
Figure1.Mechanismsofinjurytothelunganddiaphragmduringmechanicalventilation.Ventilatorsettingsandsedationexert
