[摘要]脑损伤可分为原发性脑损伤与继发性脑损伤｡继发性脑损伤后遗症所带来的身体与心灵的创伤是我国目前高医疗负担的一个重要原因之一｡机械通气是一把双刃剑,在挽救生命的同时也能带来一些并发症,例如机械通气肺损伤､脑损伤｡机械通气运用恰当时,可以治疗重症脑损伤患者,尤其是呼吸中枢受损的患者｡然而,使用不恰当时会加重原有的脑损伤或者使无脑损伤的患者造成脑损伤｡对近年来机械通气与脑损害之间关系的研究进展作一综述｡趋向针对机械通气的最佳模式以及脑保护策略的最佳设置是目前研究的热点｡
[关键词]机械通气;脑损伤;研究进展
    机械通气在临床中运用十分广泛,尤其针对呼吸功能受损以及全麻呼吸抑制的患者｡机械通气作为呼吸支持治疗的重要手段,挽救了无数呼吸功能严重受损的患者｡然而,机械通气运用不当时也会成为一种损伤性因素,可引起机械通气相关性肺损伤与脑损伤｡在临床工作中往往更加关注患者的氧合指数,而对脑功能损伤的关注偏少,其实机械通气操作不当带来的颅高压､脑水肿､酸中毒等对中枢神经系统的损伤不可忽视｡因此,如何正确使用机械通气来维持肺氧合功能与脑保护之间的最佳平衡是目前研究的热点｡国内外关于机械通气引起脑损伤的研究主要针对以下几个方面:机械通气模式､呼吸机参数设置､低碳酸血症以及高碳酸血症､机械通气维持时间｡
    脑损伤患者脑血流量(CBF)的各个调节机制均发生变化,机械通气是否对脑损伤患者存在“二次打击”作用,关键在于机械通气是否影响CBF以及引起具有神经毒性的炎症因子释放｡高血压脑出血患者脑血管自身调节障碍､高热及颅内压升高等原因,可引起早期脑组织缺血､缺氧,导致其氧分压下降[1]｡早期机械通气治疗能改善高血压脑出血术后患者的低氧血症,提高患者的生存质量,值得在高血压脑出血术后患者的临床救治中应用｡高血压脑出血术后可发生呼吸中枢受抑制或神经源性肺水肿,以及分泌物或呕吐物误吸造成的肺通气功能障碍,影响高血压脑出血术后患者预后日[2-3]｡因此,机械通气与脑损伤是相互关联的,机械通气可以治疗重症脑损伤患者的低氧血症,同时使用不当时会加重脑损伤,造成“二次打击”损伤｡本文将着重对机械通气与脑损伤之间的关系予以综述｡
1机械通气模式
1.1 高频通气模式
    高频振荡通气(high—frequen.cy oscillatory ventilation,HFOV)产生的振动潮气量(VTo)相当于或小于死腔潮气量,振动潮气量小,但能达到有效通气,然而有相关临床研究表示其存在有远期的脑损伤作用｡一项多中心研究表明,82例患儿接受HFOV治疗,其中29例出现了脑室出血(intraventricular hemorrhage,IVH),发生率高达36%｡其中更有6例患儿出现了Ⅲ-Ⅳ级严重的IVH｡David等与Bennett等研究中,共有9例创伤性脑损伤患者接受HFOV的治疗,其中3例患者在治疗的开始阶段出现颅内压升高｡高频喷射通气(highfrequencyiEtventIlatioN,HFJV)治疗早产儿呼吸窘迫综合征的研究显示,在低容量通气组IVH发生率有增加趋势,相比常频通气治疗组IVH的发生率增高(22.2%VS.8.8%),这说明高频喷射通气模式相对于常频通气更容易导致脑损伤｡一项偏早期的荟萃分析(包括3776例早产儿的17个高频通气的随机对照研究)发现,高频与常频通气相比并未减少死亡或支气管肺发育不良(BPD)的发(OR=0.87,95%C10.75-1.00),Ⅲ-IV级颅内出血发生情况比较差异无统计学意义(OR=1.14,95%C10.96-1.37),前者气胸的发生率更高,以上结果提示,无论是高频通气还是常频通气都会引起机械通气相关性颅内出血,从而引起颅内压的升高,导致脑损伤,但是两者之间差异无统计学意义。以上关于脑损伤的研究结果与近期的-项荟萃分析的研究结果有所不同｡该荟萃分析(包括3652例早产儿的17个高频通气的随机对照研究)的结果表明,有两项研究未采用高频通气,其Ⅲ-Ⅳ级颅内出血以及脑室周围白质软化(periventricular leukomalacia,PVL)明显增高｡导致这种不同结果的原因可能是上世纪80年代后期至90年代初期的临床研究中,对二氧化碳水平认识不够,临床中经常出现高二氧化碳水平,因此临床试验中高频通气组与常频通气组都较容易发生IVH与PVL,因此两组之间的脑损伤发生率变化不大｡
1.2容量控制通气模式

   (volume-controlled ventila.tion,VCV) 一项采用雌性猪的通气研究发现,高潮气量(high tidal,HT)组乳酸值比低潮气量(10w tidal,LT)组在容量控制通气后2､4､8h后明显增高,分别为2h[(3.4±1.4)mmol/LVS.(1.1±O.5)mmol/L],4h[(2.4±0.8)Mmol/LVS.(1.0±0.7)mmol/L],8h[(1.9±0.6)mm01]LVS.(1.O±0.4)mmol/L)];白细胞介素-6(IL-6)在HT组容量控制通气后2､4 h明显增高,分别为2h[(279.7±187.1)pg/mLVS.(45.4±101.6)pg/mL],4h[(591.6±480.2)pg/mLVS.(66.7±137.7)pg/mL];与LT组比较,白细胞介素-8(IL-8)在HT组容量控制通气后2､8h后也有增高的趋势,2h(2785.8±2246.1VS.349.1±5 10,4),8 h(2752.5±3597.9VS.2.2±2.7)｡乳酸-直被认为是中枢神经系统能量代谢的废产物,同时也是脑缺氧的-个重要指标｡中枢神经系统产生的乳酸需要通过血液系统清除,乳酸的积聚被认为是脑缺血､脑缺氧等病理情况下脑损伤的重要因素之一｡由此可见,大潮气量通气更容易引起乳酸的增加以及炎症因子的释放,导致机械通气相关性的脑损伤｡同样的研究结果在大鼠实验上也得到体现,HV组比LV组的肿瘤坏死因子-∂明显增高,此外扣带皮层与丘脑的c-fos阳性细胞也明显增多｡大潮气量容量控制通气能驱动呼吸道病毒感染性大鼠的炎症机制,造成二次损伤｡尽管大､小潮气量都能驱动炎症机制,但是大潮气量能导致更多的炎症细胞和细胞因子流人支气管肺泡内,从而增加机械通气的“二次打击”肺损伤｡y-氨基丁酸(GABA)受体参与了肺损伤后肺水清除的过程,大潮气量所致肺损伤模型中,GABA的含量明显增加,但其中具体机制尚未得到阐明｡GA-BA是中枢神经系统中主要的抑制性神经递质,参与大脑皮质､海马､丘脑､基底神经节和小脑对人体多种功能的调节作用｡大潮气量所致肺损伤引起体内的GABA含量增加,从而抑制中枢神经系统的多项调节活动,当量增加到-定程度时会造成脑损伤,这种损伤作用可通过GABA受体拮抗剂荷包牡丹碱阻断｡
2呼吸机参数的设置
2.1 潮气量
    目前关于不同潮气量导致的肺损伤研究较多,但对于远隔部位的脑损伤研究较少｡对急性呼吸窘迫综合征(ARDS)大鼠采用不同容量机械通气来观察脑损伤的作用机制,结果发现低容量(Lv)组比高容量(HV)组脑组织中巨噬细胞炎性蛋白(MIP-2)､IL-6及S-looβ蛋白含量明显降低,MIP-2､IL-6及s-100β的过量表达都会对脑神经有毒害作用｡
2.2呼气末正压通气(PEEP)的设置
    PEEP能减少静脉回流,在一定范围内会增加颅内静脉压及颅内压,改善通气,提高动脉血氧饱和度,但同时也会减少心输出量及降低动脉血压｡以上这些因素会导致颅内灌注压的降低,从而减少CBF｡PEEP运用于重型颅脑损伤伴ARDS,PEEP水平在5-15cm H₂O范围内会引起可接受的脑和全身血流动力学的改变,包括颅内压(ICP)的增高(从15mmHg增加到18mmHg),脑灌注压(CPP)的降低(从78mmHg减少到72mmHg)｡然而当PEEP设置超过15cmH₂O时,则会引起相应的脑损伤｡不同呼气末正压水平对肺复张患者脑灌注压及血流动力学的影响有所不同｡临床研究n81显示,采用压力控制通气模式进行肺复张,逐步提升PEEP,在6例合并有肺损伤与脑损伤的患者中,有2例分别在3cmH₂O(1cmH₂O=0.098kPa)和6cmH₂O PEEP水平出现MAP､CPP显著降低｡
2.3吸呼比(I/E)
    对急性脑卒中患者行机械通气,调整呼吸参数I/E比分别为1:2,l:1,2:1,PEEP设置5.3-10.6 cm H₂O,结果发现I/E的变化并不引起ICP与CPP的明显改变｡
3低碳酸血症与高碳酸血症
3.1低碳酸血症
    在临床上使用呼吸机治疗脑损伤患者,其主要目的是改善氧合,其次是为了减少颅内容量,人为过度通气可造成低碳酸血症｡低碳酸血症可通过收缩颅内动脉降低CBF,减少脑血管容(CBV),从而降低ICP｡创伤性脑损伤(TBI)患者低碳酸血症同时也会影响CBF,PaCO₂每减少1mm Hg,CBF则减少3%｡然而低碳酸血症对于脑损伤患者带来更多的是损伤而不是受益｡严重低碳酸血症会增加N-甲基-D-天冬氨酸受体介导的神经毒性,并提高神经元的多巴胺含量,尤其在纹状体,这可能会恶化再灌注损伤,尤其是未成熟的脑｡Haubrich等的研究表明,短期适量的低碳酸血症可以优化大脑的自我调节功能,从而少量的增加脑灌注｡这种方法尤其适用于伴有大脑自我调节功能受损的患者｡低碳酸血症目前在临床上往往作为脑损伤患者的-种比较普遍的管理方法｡尽管如此,没有任何证据(除开早期经验等)证明在任何情况下低碳酸血症会提高神经系统的预后｡反之,低碳酸血症可以导致或加重脑缺血,恶化脑损伤,并直接或间接导致其他器官的损伤｡一项针对蛛网膜下腔出血(67%)､颅内出血(24%)和外伤性脑损(10%)采用人为的低碳酸血症研究表明,在研究期间脑组织缺氧(BTH)的发生率为22.5%(490/2179)｡BTH发生的频率随着呼气末二氧化碳(ETCO₂)的减少而逐渐增加,正常ETCO₂(35-44mmHg)的发生率为15.7%,患者ETCO₂<25mm Hg时BTH的发生率为33.9%(P<0.001)。

3.2高碳酸

    高碳酸血症对中枢神经系统的影响,主要包括增加CBF､颅内压,导致头痛､脑水肿等一系列脑损伤症状｡严重高碳酸血症由于细胞内外酸化和(或)细胞内钙稳态受损而可能加重神经元损伤陋｡一项早期的研究发现,对32例GCS评分为7分的颅脑外伤患者行人工过度通气,结果发现基础PCO₂值与ICP变化率呈明显的正相关(r=0.49,P<0.01),这提示在一定范围内,基础PCO值越高,ICP随着单位PCO₂值的增加变化越大｡但是未有研究提示PCO₂与ICP之间存在确切的函数关系｡Hagen等在出生<32周胎龄和存活至少24h的极低出生体质量儿中的研究发现,采用允许性高碳酸血症策略的婴儿与血碳酸正常的婴儿相比IVH的趋势并没有增加(OR=1.0｡95%C1 0.59-1.8)｡并且不管使用何种呼吸策略,患儿后期的行为和功能评分差异无统计学意义｡
4机械通气时间
    Thomas等研究早产儿中的极低体质量儿发现,出生28d内的早产儿连续应用呼吸机通气者比间歇性呼吸机治疗者,在1岁发生严重脑损伤和神经运动发育障碍的患儿比例显著增高(18/30例VS.1/ll例,P<O.01)｡其中8例出生早期超声检查证实有颅脑损伤者均发生严重脑发育障碍或死亡｡另外-项研究表明,IL-6､IL-8及乳酸等随着通气时间的增加(2､4､8h)也逐渐增加,这说明通气时间越长,产生的脑损伤物质越多｡ARDS患者长期进行机械通气后出院时可产生认知功能障碍,长期跟踪发现,认知功能障碍可发生在出院后2个月､6个月､1年甚至6年｡

    另一项研究表明,78%ICU患者出院时存在认知功能障碍,出院后2年内有48%患者存在认知功能障碍,出院后6年仍然有25%患者存在认知功能障碍｡这项研究同样发现,ICU中长期机械通气患者发生认知功能障碍以记忆力减退为主,其次是行为改变､反应速度减慢及注意力不集中口引｡无论临床还是基础领域针对机械通气与脑损伤之间关系的研究都将逐渐成为医学的一个热点,但是它们之间的确切关系错综复杂,从不同的角度人手可以得到不同的结果｡甚至还有细胞的氧化应激也参与其中,抗氧化剂能显著抑制机械牵张引起的肺细胞内各种细胞因子与炎症因子的上调,机械牵张力作用于肺上皮细胞能显著激活还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶的活性,使细胞内产生大量的活性氧簇(ROS)｡ROS一旦过量则会对细胞产生直接损伤作用,同时释放人血透过血脑屏障参与脑内炎症反应,导致多种致炎因子的表达增加,造成脑损伤｡对于同时合并有脑损伤与肺损伤的患者,肺组织细胞凋亡在颅脑伤合并吸人性肺损伤患者病理过程中可能具有重要作用｡相对于没有吸人性肺损伤的患者,颅脑伤合并吸人性肺损伤患者的肺组织细胞凋亡率明显增高｡

    近年来,更有学者提出,机械通气所致脑损伤与脓毒性脑病(SE)的发生机制具有相似之处｡目前,针对脑保护机械通气的最佳设置并没有相关指南,以往众多的动物与临床研究还尚有争议｡机械通气与脑损伤之间的关系尤为重要,只有正确处理好氧合指数与脑保护的关系,才能真正改善重症患者的预后｡因此,深入研究机械通气与脑损伤之间的关系,将进一步推动国内有关呼吸机的研究和临床工作的开展｡
参考文献
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