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急性呼吸衰竭

急性呼吸窘迫综合征（ARDS)是急性呼吸衰竭最常见的类型，机械通气是其主要的支持治疗手段。尽管机械通气技术、策略不断改进，但 ARDS 病死率仍居高不下，呼吸机相关性肺损伤（VILI) 与此密切相关。

肺应力（stress)和应变 (strain) 能直接反映肺组织的力学变化，过高的应力和应变是导致 ARDS 患者产生 VILI 的本质，因此肺应力和应变在 ARDS 机械通气治疗中越来越受到关注。现基于肺应力和应变的概念、与 VILI 的关系、在 ARDS 治疗中的应用等做一综述。

1 . 肺应力和应变的概念及两者间的相互关系: 肺应力和应变是直接反映肺组织力学变化的指标。肺应力是扩张肺组织的直接作用力，其值与跨肺压相等，即气道压与胸膜腔内压差值。临床上可通过测量食道压间接反映胸膜腔内压。应变是在应力作用下肺组织发生的线性形变，即呼吸过程中肺容积的改变量与参照肺容积的比值。

对于 ARDS 患者，设置呼气终末正压（PEEP)可能会影响参照肺容积，PEEP—方面可促进肺复张而增加呼气末的肺容积，另一方面可能导致肺泡过度膨胀。由于不同患者肺的可复张性不同，PEEP 引起的参照肺容积改变不同，目前无法准确估算 PEEP 产生的应变。

据此，应变有两种计算方法，如果把 PEEP 产生的容积（PEEP volume) 作为过度膨胀肺容积的一部分，则应变 =(潮气量 PEEP volume)/ 功能残气量；如果把 PEEP volume 作为复张肺容积的一部分，则应变 = 潮气量 /(功能残气量 PEEP volume)。临床上根据氮气洗入 / 洗出的原理测定功能残气量及呼气末肺容积。肺应力和应变去除了胸壁弹性阻力等的影响，更直接反映肺组织的力学变化。

肺应力和应变存在等比的数学关系。根据 Hooke 定律，对通气的肺组织而言，应力 =K?应变。对外科术后患者、内科患者、急性肺损伤 (ALI) 患者及 ARDS 患者进行研究发现，在不同 PEEP 的情况下，随着潮气量增加,4 组患者的肺应力和应变均逐渐增加，但应力和应变的比值 K(即特殊肺弹力）保持不变，且在 4 个组中无明显差异，均为 13 cmH20 (1 cmH20 =0.098 kPa)。因此，肺应力和应变的比值保持不变，且和ARDS 病因、PEEP 设置等无关。

2. 肺应力和应变与 ARDS 患者 VILI 的关系：肺组织的结构特性决定肺应力和应变与 VILI 相关。肺组织中承受应力和应变的结构为细胞外基质，细胞外基质由蛋白质和多糖组成，它的机械性能和弹力蛋白及胶原蛋白有关。弹力蛋白能相对于原长度伸长 1. 5 倍，与肺的弹性特征有关。

而胶原蛋白不能伸长，它在静息时处于折叠状态，随着吸气过程 而打开到最大程度, 并能防止肺过度膨胀，影响肺总量。由于细胞外基质直接承受应力，而肺泡上皮细胞和毛细血管内皮细胞与这些细胞外基质连结在一起，机械通气时当肺应力和应变超过生理限度，就会导致 VILI。

非生理性应力和应变导致VILI。从细胞水平看，非生理性的应力和应变可致肺实质细胞尤其是肺泡上皮细胞结构破坏，出现凋亡和坏死。此外，应力可引发细胞内和细胞间信号转导级联反应。细胞内细胞骨架（肌动蛋白和肌球蛋白轻链）重排、细胞间紧密连接（ocdudin、ZO-1 等）损害可导致肺泡上皮的通透性增加，出现高通透性肺水肿及弥漫性炎症反应，受损上皮细胞进一步通过整合素、离子通道、黏附分子等激活力学信号转导通路，促发免疫炎症反应，最终导致 VILI。

这种细胞物理刺激向化学信号的转变称为力学转导。有研究显示，在 ALI 且合并有高肺应变（> 0.27) 的患者, 其肺泡灌洗液中白细胞介素 -6(IL-6) 和白细胞介素 -8(IL-8) 的浓度是低肺应变患者的 4 倍。此外，通过对健康猪的研究发现, 肺应变 >1.5 - 2、应力 >23 cmH20 时出现明显 VILI。