机 械 通 气 诱 导 的 膈 肌 功 能 异 常 广 东 省 医 学 科 学 院 广 东 省 人 民 医 院 张 红 璇
主 要 内 容 VIDD 概 述 VIDD 的 发 病 原 因 VIDD 的 发 病 机 制 VIDD 的 临 床 诊 断 VIDD 的 防 治 VIDD 的 展 望 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 2 页 / 共 42 页
概 述 机 械 通 气 (Mechanical Ventilation,MV) 自 50 年 代 开 展 以 来 成 了 危 重 病 人 治 疗 的 里 程 碑! 但 : 它 也 是 一 把 双 刃 剑 有 利 方 面 不 利 方 面 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 3 页 / 共 42 页
概 述 有 利 方 面 : 支 持 气 体 交 换 逆 转 呼 吸 肌 疲 劳 预 防 脓 毒 血 症 时 的 肌 纤 维 损 伤 减 少 休 克 时 呼 吸 肌 血 流 的 窃 流 现 象 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 4 页 / 共 42 页
概 述 机 械 通 气 (Mechanical Ventilation,MV) 自 50 年 代 开 展 以 来 成 了 危 重 病 人 治 疗 的 里 程 碑! 但 : 它 也 是 一 把 双 刃 剑 有 利 方 面 不 利 方 面 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 5 页 / 共 42 页
机 械 通 气 通 过 正 压 使 肺 膨 胀 而 维 持 肺 泡 通 气, 从 而 充 当 人 工 呼 吸 肌 的 作 用 机 械 通 气 迫 使 膈 肌 不 同 程 度 的 制 动 (Faurouxet al.. 1998), 从 而 迅 速 导 致 膈 肌 萎 缩 和 无 力 (Purro et al.. 2000; Vassilakopoulos et al.. 1998) 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 6 页 / 共 42 页
概 述 不 利 方 面 : 导 致 感 染 氧 中 毒 气 压 伤 气 道 损 伤 导 致 心 血 管 功 能 受 损 和 通 气 诱 导 的 肺 损 伤 (VILI, Ventilator Induced Lung Injury) 产 生 机 械 通 气 诱 导 的 膈 肌 功 能 异 常 (VIDD) 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 7 页 / 共 42 页
What is VIDD? 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 8 页 / 共 42 页
呼 吸 运 动 生 理 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 9 页 / 共 42 页
通 气 的 影 响 因 素 气 道 上 气 道 ( 鼻 鼻 窦 咽 喉 等 ) 下 气 道 ( 气 管 支 气 管 细 支 气 管 ) 呼 吸 肌 : 膈 肌 ( 主 要 的 呼 吸 肌 ) 肋 间 肌 和 胸 锁 乳 突 肌 等 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 10 页 / 共 42 页
横 膈 肌 Ⅰ 型 肌 纤 维 不 容 易 疲 劳 Ⅱ 型 肌 纤 维 容 易 疲 劳 面 积 约 350cm 2, 呼 吸 动 力 主 力, 静 息 呼 吸 ¾ 2014-03-14
通 气 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 12 页 / 共 42 页
呼 吸 过 程 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 13 页 / 共 42 页
概 述 机 械 通 气 诱 导 的 膈 肌 功 能 异 常 ( ventilator induced diaphragmatic dysfunction, VIDD) 以 膈 肌 收 缩 力 下 降 并 进 行 性 加 重 为 其 主 要 特 征, 临 床 上 主 要 表 现 为 脱 机 困 难 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 17 页 / 共 42 页
VIDD--- 最 早 是 由 加 拿 大 的 两 位 学 者 Vassilakopoulos 和 Petrof (2004) 命 名 的! VassilakopoulosT,Petrof BJ, Ventilator-induced diaphragmatic dysfunction. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 2004;169:336-341. 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 18 页 / 共 42 页
VIDD 的 发 现 及 其 病 理 Sanford Levine 注, 报 告 用 脑 死 亡 器 官 捐 献 者 14 例 作 研 究 组, 在 心 血 管 循 环 停 止 前 或 任 何 器 官 捐 献 之 前 取 其 标 本, 机 械 通 气 18 至 69 小 时 对 照 组 8 例, 肺 部 局 限 肿 瘤 作 外 科 手 术 时 作 膈 肌 活 检 的 标 本, 机 械 通 气 限 定 2 至 3 小 时 进 行 比 较 研 究 结 果 : 与 对 照 组 膈 肌 标 本 比 较, 研 究 组 膈 肌 标 本 慢 速 膈 肌 纤 维 (slow-twitch fibers ) 的 横 截 面 面 积 减 少 57%(P=0.001) 快 速 膈 肌 纤 维 (fast-twitch fibers ) 的 横 截 面 面 积 减 少 53%(P=0.01), 肌 纤 维 横 切 面 明 显 缩 小 结 论 : 机 械 通 气 时 间, 也 即 膈 肌 完 全 不 活 动 的 时 间 达 到 18 至 69 小 时 将 导 致 人 类 膈 肌 肌 纤 维 的 显 著 性 萎 缩 注 : Levine S, Nguyen T, Taylor N, et al. Rapid disuse atrophy of diaphragm fibers in mechanically ventilated humans. N Engl J Med, 2008, 358(13): 1327-1335. 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 19 页 / 共 42 页
加 拿 大 学 者 Martin,A.D.,Smith,B.K. 在 研 究 长 期 ( 平 均 6.5w) 上 机 的 病 人 脱 机 困 难 或 脱 机 失 败 (FTW) 的 过 程 中 分 析 得 出 了 VIDD Martin,A.D.,Smith,B.K., et al. Inspiratory muscle strength training improves weaning outcome in failure to wean patients: a randomized trial. Critical Care 2011,15:R84. 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 21 页 / 共 42 页
应 用 机 械 通 气 时 有 20%~25% 患 者 遭 遇 到 撤 机 困 难 Daniel Martin A, Smith B K, Gabrielli A. Mechanical ventilation, diaphragm weakness and weaning: a rehabilitation perspective[j]. Respiratory physiology & neurobiology, 2013, 189(2): 377-383. 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 22 页 / 共 42 页
发 病 原 因 VIDD 的 发 病 原 因 : 机 械 通 气 模 式 : 控 制 通 气 是 引 起 VIDD 最 直 接 最 主 要 的 因 素 不 完 全 的 控 制 性 通 气 ( 压 力 支 持 通 气 ) 是 否 就 可 以 幸 免? 机 械 通 气 时 间 : 动 物 实 验 显 示 机 械 通 气 早 期 (>6h) 即 可 引 起 膈 肌 功 能 障 碍, 并 呈 时 间 依 赖 性 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 23 页 / 共 42 页
Both high level pressure support ventilation and controlled mechanical ventilation induce diaphragm dysfunction and atrophy. Hudson MB, Smuder AJ, Nelson WB, Bruells CS, Levine S, Powers SK. Source Department of Applied Physiology and Kinesiology, Center for Exercise Science, University of Florida, Gainesville, FL, USA. Abstract OBJECTIVES: Previous workers have demonstrated that controlled mechanical ventilation results in diaphragm inactivity and elicits a rapid development of diaphragm weakness as a result of both contractile dysfunction and fiber atrophy. Limited data exist regarding the impact of pressure support ventilation, a commonly used mode of mechanical ventilation-that permits partial mechanical activity of the diaphragm-on diaphragm structure and function. We carried out the present study to test the hypothesis that high-level pressure support ventilation decreases the diaphragm pathology associated with CMV. METHODS: Sprague-Dawley rats were randomly assigned to one of the following five groups:1) control (no mechanical ventilation); 2) 12 hrs of controlled mechanical ventilation (12CMV); 3) 18 hrs of controlled mechanical ventilation (18CMV); 4) 12 hrs of pressure support ventilation (12PSV); or 5) 18 hrs of pressure support ventilation (18PSV). MEASUREMENTS AND MAIN RESULTS: We carried out the following measurements on diaphragm specimens: 4-hydroxynonenal-a marker of oxidative stress, active caspase-3 (casp-3), active calpain-1 (calp-1), fiber type cross-sectional area, and specific force (sp F). Compared with the control, both 12PSV and 18PSV promoted a significant decrement in diaphragmatic specific force production, but to a lesser degree than 12CMV and 18CMV. Furthermore, 12CMV, 18PSV, and 18CMV resulted in significant atrophy in all diaphragm fiber types as well as significant increases in a biomarker of oxidative stress (4-hydroxynonenal) and increased proteolytic activity (20S proteasome, calpain-1, and caspase-3). Furthermore, although no inspiratory effort occurs during controlled mechanical ventilation, it was observed that pressure support ventilation resulted in large decrement, approximately 96%, in inspiratory effort compared with spontaneously breathing animals. CONCLUSIONS: High levels of prolonged pressure support ventilation promote diaphragmatic atrophy and contractile dysfunction. Furthermore, similar to controlled mechanical ventilation, pressure support ventilation-induced diaphragmatic atrophy and weakness are associated with both diaphragmatic oxidative stress and protease activation. Crit Care Med. 2012 Apr;40(4):1254-60. 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 24 页 / 共 42 页
发 病 原 因 VIDD 的 发 病 原 因 : 肺 容 积 过 高 : 肺 容 积 增 加 引 起 膈 肌 初 长 度 缩 短, 膈 肌 收 缩 力 下 降, 从 而 引 起 VIDD 膈 肌 本 身 的 特 性 : 膈 肌 极 易 发 生 废 用 性 萎 缩 的 特 性 可 能 是 促 进 VIDD 又 一 重 要 因 素 其 他 因 素 : 营 养 不 良 低 氧 血 症 电 解 质 紊 乱 及 血 流 动 力 学 紊 乱 等 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 25 页 / 共 42 页
发 病 机 制 1 膈 肌 收 缩 能 力 下 降 : 机 械 通 气 导 致 膈 肌 收 缩 能 力 下 降 的 机 制 可 能 为 肌 纤 维 蛋 白 浓 度 的 减 少, 收 缩 蛋 白 或 细 胞 骨 架 蛋 白 的 异 常 和 ( 或 ) 兴 奋 - 收 缩 耦 联 功 能 的 障 碍 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 26 页 / 共 42 页
发 病 机 制 2 膈 肌 萎 缩 : 机 械 通 气 可 引 起 膈 肌 萎 缩, 主 要 有 以 下 3 个 途 径 : 1 肌 纤 维 蛋 白 合 成 减 少 2 肌 纤 维 蛋 白 分 解 增 加 3 膈 肌 纤 维 细 胞 的 凋 亡 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 27 页 / 共 42 页
动 物 实 验 已 证 实 以 下 分 子 细 胞 学 机 制 导 致 膈 肌 溶 解 (Jaber et al.,2011a; Powers et al.,2011b): 泛 素 蛋 白 酶 途 径 半 胱 天 冬 酶 途 径 自 噬 溶 酶 体 途 径 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 28 页 / 共 42 页
发 病 机 制 3 氧 化 应 激 反 应 : 机 械 通 气 引 起 的 氧 化 应 激 是 膈 肌 萎 缩 及 膈 肌 收 缩 能 力 下 降 的 一 个 重 要 因 素 : 1 促 进 肌 纤 维 水 解 ( 钙 激 酶 及 UPP 活 性 增 强 ) 2 损 伤 蛋 白 增 强 其 对 蛋 白 酶 体 的 敏 感 性 3 加 速 蛋 白 酶 体 的 核 心 成 分 20S 对 氧 化 修 饰 蛋 白 的 降 解 4 氧 化 物 质 增 多 促 进 膈 肌 萎 缩 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 29 页 / 共 42 页
发 病 机 制 4 肌 纤 维 重 塑 : 机 械 通 气 可 改 变 不 同 类 型 的 膈 肌 纤 维 比 例 以 及 肌 纤 维 的 原 有 结 构, 导 致 膈 肌 纤 维 重 塑 : 1 一 种 肌 纤 维 向 另 一 种 纤 维 的 转 变 :I 型 肌 纤 维 ( 慢 收 缩 抗 疲 劳 纤 维 ) 比 例 明 显 减 少,I 型 纤 维 区 域 出 现 共 表 达 I 型 及 II 型 纤 维 ( 快 收 缩 纤 维 ) 的 杂 交 纤 维 明 显 增 多 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 30 页 / 共 42 页
发 病 机 制 4 肌 纤 维 重 塑 : 2 肌 纤 维 的 萎 缩 或 肥 大, 肌 纤 维 所 占 比 例 的 改 变 : 机 械 通 气 后 I 型 和 II 型 膈 肌 纤 维 横 截 面 积 均 缩 小, 但 II 型 纤 维 萎 缩 幅 度 更 大, 使 I 型 纤 维 所 占 比 例 相 对 增 加 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 31 页 / 共 42 页
发 病 机 制 5 肌 纤 维 结 构 的 损 伤 : 肌 纤 维 结 构 的 完 整 是 保 证 其 正 常 收 缩 的 生 理 基 础, 其 结 构 的 损 伤 势 必 引 起 膈 肌 收 缩 力 下 降 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 32 页 / 共 42 页
VIDD 的 诊 断 标 准 : 临 床 诊 断 1 控 制 性 机 械 通 气 (controlled mechanical ventilation CMV) 治 疗 一 段 时 间 的 病 史 2 典 型 的 临 床 表 现 是 :CMV 治 疗 一 段 时 间 后, 患 者 撤 机 失 败. 这 种 撤 机 失 败 与 患 者 呼 吸 肌 功 能 不 全 相 关 联 3 在 ICU 病 房 中, 排 除 其 他 已 知 引 起 呼 吸 肌 无 力 的 原 因 如 : 休 克 脓 毒 血 症 营 养 不 良 电 解 质 紊 乱 和 后 天 获 得 性 神 经 肌 肉 障 碍 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 33 页 / 共 42 页
VIDD 防 治 1 机 械 通 气 策 略 的 选 择 : 控 制 通 气 易 引 起 呼 吸 肌 废 用 性 萎 缩 VIDD 的 发 生, 辅 助 通 气 能 减 少 废 用 性 萎 缩 及 VIDD 的 发 生, 尽 量 使 用 辅 助 通 气 模 式, 保 留 自 主 呼 吸, 减 少 控 制 通 气 时 间, 尽 早 脱 机 2 药 物 干 预 : 应 用 蛋 白 酶 抑 制 剂 ( 阻 断 蛋 白 酶 对 膈 肌 纤 维 的 分 解 ) 及 辅 助 性 抗 氧 化 剂 ( 维 生 素 E 和 维 生 素 C) 可 以 防 治 VIDD 的 发 生 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 34 页 / 共 42 页
VIDD 防 治 3 呼 吸 肌 功 能 训 练 (Martin,AD. 等 ): 对 于 反 复 撤 机 失 败 的 患 者 有 计 划 地 进 行 呼 吸 肌 功 能 训 练 可 预 防 和 逆 转 膈 肌 萎 缩, 从 而 防 治 VIDD 的 发 生 4 神 经 电 刺 激 的 作 用 :a. 动 物 实 验 -- 膈 神 经 刺 激 b. EDP 的 使 用 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 35 页 / 共 42 页
Martin et al. Critical Care 2011, 15:R84: Inspiratory Muscle Strength Training (IMST) improves weaning outcome in failure to wean patients : a randomized trial 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 36 页 / 共 42 页
VIDD 防 治 3 呼 吸 肌 功 能 训 练 (Martin,AD. 等 ): 对 于 反 复 撤 机 失 败 的 患 者 有 计 划 地 进 行 呼 吸 肌 功 能 训 练 可 预 防 和 逆 转 膈 肌 萎 缩, 从 而 防 治 VIDD 的 发 生 4 神 经 电 刺 激 的 作 用 :a. 动 物 实 验 -- 膈 神 经 刺 激 b. EDP 的 使 用 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 37 页 / 共 42 页
MUSCLE NEVER 2013 Mar 20. doi: 10.1002/mus.23850. [Epub ahead of print] Phrenic nerve stimulation protects against mechanical ventilation-induced diaphragm dysfunction in rats. Yang M, Wang H, Han G, Chen L, Huang L, Jiang J, Li S. Source Department of Anesthesiology, First People's Hospital, School of Medicine, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200080, China. Abstract Introduction: We investigated a novel application of phrenic nerve stimulation (PNS) in diaphragm dysfunction induced by mechanical ventilation (MV). Methods: Twenty-one Sprague- Dawley rats were randomly assigned to 3 groups: spontaneous breathing, 18-h controlled MV, and 18-h controlled MV with PNS. Upon completion of the experimental protocol, diaphragm contractility, gene expression of insulin-like growth factor-1 (IGF-1) and ubiquitin ligases, and serum IGF-1 levels were analyzed. Results: Compared with the spontaneously breathing rats, impaired diaphragm contractile function, including force-related properties and force-frequency responses, were pronounced with MV. Furthermore, MV suppressed IGF-1 and induced muscle ring finger 1 mrna expression in the diaphragm. In contrast, PNS counteracted MV-induced gene expression changes in the diaphragm and restored diaphragm function. Conclusion: PNS exerted a protective effect against MV-induced diaphragm dysfunction by counteracting altered expression of IGF-1 and ubiquitin ligase in the diaphragm. 2013 Wiley Periodicals, Inc. Copyright 2013 Wiley Periodicals, Inc., a Wiley company. PMID: 23512776 [PubMed - as supplied by publisher] LinkOut - more resources Full Text Sources John Wiley & Sons, Inc. 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 38 页 / 共 42 页
VIDD 防 治 3 呼 吸 肌 功 能 训 练 (Martin,AD. 等 ): 对 于 反 复 撤 机 失 败 的 患 者 有 计 划 地 进 行 呼 吸 肌 功 能 训 练 可 预 防 和 逆 转 膈 肌 萎 缩, 从 而 防 治 VIDD 的 发 生 4 神 经 电 刺 激 的 作 用 :a. 动 物 实 验 -- 膈 神 经 刺 激 b. EDP 的 使 用 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 39 页 / 共 42 页
新 一 代 膈 肌 起 搏 器 (EDP) 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 40 页 / 共 42 页
EDP 的 使 用 EDP 的 使 用 : EDP 是 External Diaphragm Pacemaker, 体 外 膈 肌 起 搏 器 的 缩 写 EDP 在 临 床 应 用 过 程, 发 现 可 协 助 依 赖 呼 吸 机 的 患 者 撤 离 呼 吸 机 ; 帮 助 不 能 拔 除 气 管 内 套 管 患 者, 克 服 气 道 阻 力, 成 功 拔 除 气 管 内 套 管 以 上 临 床 经 验 提 示 了 EDP 在 防 治 VIDD 的 潜 力! 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 41 页 / 共 42 页
展 望 机 械 通 气 不 仅 可 导 致 肺 损 伤 VIlI, 亦 可 导 致 呼 吸 肌 尤 其 是 膈 肌 的 衰 竭 和 损 害 VIDD; 膈 肌 不 是 一 个 生 物 学 上 的 惰 性 器 官, 不 能 轻 易 的 被 呼 吸 器 所 取 代 ; 需 要 加 强 这 一 领 域 的 研 究, 明 确 VIDD 的 发 生 机 制, 以 及 在 机 械 通 气 期 间 如 何 预 防 和 逆 转 VIDD 的 发 生 发 展 具 有 中 国 自 主 创 新 专 利 的 EDP 能 否 在 未 来 VIDD 的 预 防 和 治 疗 中 起 革 命 性 作 用? 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 42 页 / 共 42 页
EDP 专 著 --- 陈 家 良, 张 红 璇 主 编 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 43 页 / 共 42 页
欢 迎 提 出 宝 贵 意 见! 2014-03-14 广 东 省 医 学 科 学 院 / 广 东 省 人 民 医 院 www.e5413.com 第 44 页 / 共 42 页