通氣重癥患者呼吸衰竭的最常見原因是肺部感染,、膿毒癥和神經系統(tǒng)疾病,。主要目標是保持和減輕呼吸負荷的負擔，糾正氣體交換異常,，維持酸堿平衡,。然而，在許多情況下觀察到呼吸中樞涉及的患者需求與機械通氣呼吸支持之間的不相容性,，這導致患者呼吸機不同步步（PVA）,。呼吸動力和努力的重要性是影響治療結果、持續(xù)時間和急性呼吸衰竭恢復時間的因素之一,。此外,，呼吸動力和努力的存在是一把雙刃劍?；颊吆粑筛纳品尾粡埖膹蛷?，促進氧合，防止膈肌廢用性萎縮,。另一方面,，剩余的高呼吸驅動可能會產生更多的呼吸努力和更多的潮式呼吸，這背離了肺膈保護策略的原則,，并可能導致患者自傷肺部,。

為了使通氣危重病人的治療取得成功，我們必須了解呼吸驅動和努力的生理學,。呼吸驅動是來自中央大腦的神經信號的生理結果,，通過呼吸神經肌肉傳遞神經、肌肉和器官產生的神經信號表現為呼吸功,，更廣為人知的是呼吸努力,。因此，我們將呼吸努力定義為驅動呼吸肌的機械輸出,。它是由來自前 B?tzinger 復合體的呼吸中間神經元信號引起的,，前 B?tzinger 復合體也稱為 PreB?tC 神經元細胞,，位于腦干腹外側延髓和 B?tzinger 復合體之間。在吸氣時,，它向延髓和腦橋中與呼吸相關的延髓運動前區(qū)傳遞信號,，然后通過頸椎 C3-C5 中的神經發(fā)出運動輸出，控制呼吸系統(tǒng)肌肉,、膈肌收縮,，并突然終止 PreB?tC 信號， 當呼氣開始時同時激活外側副面核（如圖 1 所示）,。

一般來說,，在危重病人中，有多種原因可使呼吸驅動增加,，且呼吸驅動與呼吸努力呈同向關系,。四個因素影響呼吸驅動和努力，由中央皮層驅動和位于髓質腹側表面（也稱為后梯形核）的特定中樞神經化學感受器貢獻,。

首先,，高碳酸血癥可以刺激中樞和外周化學感受器，通常在任何導致通氣不足的原因中發(fā)現,，增加死腔,，增加肺和胸壁彈性或增加二氧化碳 (CO2) 的產生。CO2 通常可以擴散穿過血腦屏障,，這些受體對 pH 水平的變化很敏感,，而 pH 水平也取決于腦脊液 (CSF) 中的氫質子濃度 ([H+])。PaCO2 的一些增加超過正常設定點的 5 mmHg 為健康受試者提供了強烈的刺激呼吸,。此外，PaCO2下降到低于設定點的幾mmHg將抑制呼吸驅動,。

其次,，低氧血癥可以刺激頸動脈分叉處稱為頸動脈體的外周化學感受器，從而更容易檢測到 PaO2,、PaCO2 和 pH 值的任何不平衡,。主要機制由肺內分流、V/Q 不匹配或 VO2/DO2 比率增加來解釋,。當 PaO2 低于 80 mm Hg 時,，呼吸驅動會受到刺激，當 PaO2 低于 60 mmHg 時,，呼吸驅動會顯著上升,。在高碳酸血癥和酸中毒中發(fā)現了類似的顯著驅動力增加，提供了協同反應效應的強大貢獻,。

第三,，胸壁、肺,、呼吸肌泵和氣道包含機械感受器,。在某些情況下，尤其是肺水腫,、肺纖維化和再吸收性肺不張,，它們會通過迷走神經纖維接收緩慢適應的拉伸感受器信號，其中一些涉及 Hering-Breuer 反射,。這種反射終止吸氣并促進高潮氣呼氣,。

最后，由高級大腦皮質功能（如疼痛,、激動,、譫妄和恐懼）產生的情緒和行為反饋通常會為機械通氣患者提供高呼吸驅動和努力?？偠灾?，不當的呼吸驅動和努力，無論是過高還是過低,，都會直接或間接地對患者造成不利影響,。

不當的高呼吸驅動和努力會導致幾個問題，例如過度的同心或偏心負荷引起的膈肌損傷（肌外傷）。偏心呼吸肌負荷更為關鍵,。它發(fā)生在延長期間而不是縮短期間的收縮期間,。這種類型的傷害在PVA中很常見，造成的傷害也較多,。此外,，劇烈的呼吸努力會導致肺損傷，即患者自殘性肺損傷 (P-SILI),，主要與高跨肺壓有關,。P-SILI 可在伴有或不伴有患者-呼吸機不同步 (PVA) 的情況下發(fā)生。然而,，雙觸發(fā)在 P-SILI 中起著至關重要的作用,，導致肺應力應變或內源性 PEEP 增加。我們在圖 2 中展示了過度呼吸努力的總結,。

低呼吸努力,，特別是在使用鎮(zhèn)靜藥物或肌肉松弛劑進行機械通氣期間，會影響隔膜的功能和肺部,。它抑制引起呼吸機相關的膈肌功能障礙（VIDD）的膈肌神經營養(yǎng)因子,。一項研究表明，超過 30% 的通氣患者出現膈肌變薄,，導致呼吸機脫機過程中出現問題，成為依賴呼吸機的患者,。

另外,，Goligher 等人發(fā)現，大約 41% 的患者在使用呼吸機的第一周內膈肌厚度減少了 10% 以上,，這與使用呼吸機的時間更長以及危重癥患者的并發(fā)癥有關,。此外，該研究得出結論,，前三天膈肌厚度分數的適當變化 15-30% 與最短的機械通氣持續(xù)時間相關,。總之,，過度或低呼吸努力可能會影響機械通氣期間的患者,。因此，有必要為機械通氣患者保持最佳呼吸努力,。

P-SILI造成的肺部損傷最早是由Leo Lobe在1928年提到的,，描述了吸入時胸腔內的高負壓使肺部毛細血管內的液體沉淀進入肺泡，導致肺充血和水腫,。另外,，Moore和Binger報告說，阻塞性氣道疾病患者（如氣管狹窄）在過度吸氣時胸腔內的負壓可能導致肺充血和水腫,。1936年,，Barach等人在狗身上做了一個觀察性的動物實驗，通過對著阻塞物吸氣來制造胸內負壓,。結果顯示肺部充血和水腫,，特別是在下葉和外圍肺區(qū)。然而,，沒有明顯的充血,，呼氣時發(fā)現有出血的肺泡，單獨抵抗正壓。此外,，Dreyfuss等人證明,，在用負壓機械呼吸機（NPV）模擬高自發(fā)呼吸力的胸內負壓通氣的小鼠肺部，變形引起的肺泡上皮細胞損傷明顯增加了高氣道壓力和高潮氣量,。

Mascheroni 等人的另一項研究是在綿羊身上進行的,，通過將水楊酸鈉注射到羊的枕骨大池中來引起過度換氣。結果,，實驗動物出現肺充血,；同時，在接受鎮(zhèn)靜劑,、肌肉松弛劑和腹帶以最小化呼吸努力的動物中沒有觀察到這樣的結果,。有趣的是，吉田等人研究了一種嚴重肺損傷的動物模型,。他們指定多沙普侖刺激干預組的自主呼吸,，并指定另一組通過注射泮庫溴銨在沒有呼吸努力的情況下呼吸。然后,，兩組均進行肺保護性機械通氣,，小潮氣量5-7 ml/kg，PEEP 9-11 cmH2O,。結果顯示,，接受肌肉松弛劑而沒有食道壓（Pes）負偏轉（Pes）的小組在支氣管肺泡灌洗中表現出較少的中性粒細胞、炎癥細胞和蛋白質,。此外,，肺部樣本的病理結果顯示，肺泡和間質組織的損傷較少,。這些結果可以解釋,，P-SILI與過度的呼吸努力有關，它增加了跨肺壓（PL）和肺部壓力,，加劇和惡化了肺部損傷,。此外，胸膜負壓（Ppl）同時增加跨肺壓（PL）和潮氣量（Vt）導致跨膜血管壓力增加,，引起ARDS的肺充血和損傷,。

另一種涉及 P-SILI 存在的機制是 ARDS（異質性肺）中的擺動現象，如圖 2 所示,。Yoshida 等人報道了在嚴重受傷的肺部患者中存在擺動現象,。擺動由電阻抗斷層掃描顯示，顯示在高自主努力期間從腹側區(qū)移動到背側區(qū)的空氣體積,。氣體的移動導致重力依賴肺區(qū)的潮氣量過高,，導致肺過度擴張損傷,。這種影響在潮氣量小于 6 ml/kg的患者中仍然存在。

P-SILI 也已在 PVA 中得到證實,。PVA 的存在,，尤其是在雙重觸發(fā)中，與呼吸疊加導致的過多潮氣量導致的死亡率上升有關,。值得注意的是,，盡管沒有呼吸努力，呼吸疊加仍可能發(fā)生,，正如在被動通氣患者中由被動胸腔吹氣引起的膈肌收縮所引起的反向觸發(fā)所見,。這種 PVA 與過度鎮(zhèn)靜有關，并通過呼吸堆積提高 PL 和 Vt,。因此,，區(qū)分兩種不同類型的 PVA 對于提供適當的管理至關重要,。需要插入食管導管或測量膈肌的電活動以確定特定類型的 PVA,。

通常，雙重觸發(fā)可以通過在容量控制通氣（VCV）或壓力控制通氣（PCV）模式下增加吸氣時間或在壓力支持通氣（PSV）模式下減少峰值流量的循環(huán)閾值百分比（E-sense）來解決,。然而,，如果調整后的機械呼吸機設置不能糾正PVA，另一個選擇是給予他們鎮(zhèn)靜劑或肌肉松弛劑以消除高呼吸驅動,。另一方面,，對于反向觸發(fā)，這個問題將通過減少鎮(zhèn)靜劑或肌松劑來解決,。

監(jiān)測病人的呼吸努力的重要性旨在評估和保護他們免受過度吸氣努力的影響,，這可能導致前面提到的進一步的并發(fā)癥。在這一部分中,，一些呼吸努力監(jiān)測的例子,，如食道壓（Pes）監(jiān)測、P0.1,、氣道閉塞壓（Pocc）,、膈肌超聲、膈肌電活動（EAdi）和鎮(zhèn)靜量表將在下一段中解釋,，它們放大了實現病人最佳呼吸支持和鎮(zhèn)靜目標的目的,。

此外,，WOB可以根據以下參數計算：

1）食道壓-時間乘積（PTPes）被認為是測量吸氣努力的可靠的金標準,，因為它接近于吸氣肌肉能量消耗的計算，其中PTP值在50-100cmH2O/s/min之間可能與氧氣消耗和可接受的呼吸努力相關,。

2) 通過計算 WOB 的呼吸功 = ∫Pmus · dV

合適的 Pmus 值還沒有明確定義,，但對于健康人來說，在靜息狀態(tài)下,，5-10 cm H2O 的 Pmus 是安全的,，可以防止膈肌萎縮。

通常,，Pcw 會很低,。因此，我們可以估計ΔPmus 近似于ΔPes,；因此,，ΔPes 可以用與 Pmus 相同的方式解釋，其中可以使用 3-8 cmH2O 范圍內的值,。ΔPes 小于 2-3 cmH2O 提示過度輔助,。另一方面，大于 8-12 cmH2O 的值有利于輔助不足,。

食道測壓法可以測量 PL,，它與肺部壓力直接相關。但是,，它有一些缺點,。首先,，它需要插入和解釋的專業(yè)知識。其次,，在肺部異質性患者中,，PL 的測量值會低估依賴肺區(qū)的實際肺應力。此外,，食管導管并不是每家醫(yī)院都有,，而且價格昂貴。但是,，在可用性的情況下,，ΔPes、Pmus,、PTPes 和 WOB 的最佳值如表 1 所示,。

P0.1是指在吸氣開始的前100毫秒（ms）的氣道閉塞壓力。它可以監(jiān)測非自主呼吸的努力,。如果呼吸機安裝了這個功能,，可以在床邊進行，不需要額外的設備,。否則,，P0.1可以在患者開始吸氣時的呼氣末閉塞動作中進行測量（圖4）。在這個過程中,，P0.1必須在100毫秒處手動記錄,，這可能需要特定的設備或軟件來分析波形。然而,，P0.1是一個可靠的參數，用于評估中央呼吸驅動和非自主呼吸努力,。P0.1值在1.5-3.5 cmH2O之間被認為是最佳的呼吸努力,。如果數值大于3.5 cmH2 O表示吸氣過度，敏感度為80-92%,，特異度為77-89%,。

除了 P 0.1 之外，Pocc 的測量可以在呼氣末阻塞操作期間進行,。如圖 4 所示,，當患者在此操作過程中產生吸氣努力時,，會出現最大負壓。該結果與胸膜壓力擺動有關,；因此,，它可用于估計 Pmus 和 PL。預測計算的 Pmus 等于 0.75× ΔPocc,，而 ΔPL=（氣道峰壓 - PEEP）–（2/3× ΔPocc）,。

這種測量是非侵入性的，可以在床邊通過機械呼吸機的內置功能完成,，例如吸氣負壓 (NIP) 測量,。但是，如果無法進行 NIP 測量,，則必須使用專用設備在呼氣末閉塞動作過程中記錄 ΔPocc,，然后需要使用波形分析軟件。ΔP 值應介于 -10 至 -15 cmH2O 之間,。但是,，如果低于 -20 cmH2O，則表示吸氣用力過大,。

膈肌超聲可用于在膈肌增厚分數 (TFdi) 的定量測量下評估患者與呼吸機的相互作用,。它可以在 B 模式或 M 模式下計算為潮式呼吸期間膈肌厚度相對于呼氣末厚度的吸氣增加百分比 [TFdi =（吸氣末厚度 - 呼氣末厚度）/呼氣末厚度 × 100%]，如圖 5 所示,。該參數與吸氣力相關,。

最佳 TFdi 范圍為 15%-30%,。因此,，如果該值小于 15%，則應關注過度輔助,；大于 40% 的值表示輔助不足,。

膈肌超聲是一種完全無創(chuàng)的操作。在有超聲波機的地方,，可以在床邊進行,。如果由訓練有素的醫(yī)生進行，則可靠性很高,。因此,，需要培訓。

膈肌電活動 (EAdi) 通過插入食道氣體管并直接測量來自膈肌的信號,，通過神經電呼吸肌監(jiān)測來測量呼吸努力,。該方法可檢測人機不同步時間,，有助于醫(yī)務人員調整機械呼吸機，增強同步性,。

如圖 6 所示,，一些呼吸機具有特殊模式，例如神經調節(jié)通氣輔助 (NAVA),，它可以通過導管測量 EAdi,。NAVA 模式已被證明可以減少患者與呼吸機的不同步。然而,，這種模式要求內驅力和努力在同一個方向上發(fā)揮作用,。因此不適用于神經系統(tǒng)疾病。而且,，如果咽部或頜面部結構出現問題,，可能會導致食管胃管插入出現問題，造成損傷,。

由于最佳 EAdi 因人而異,，因此沒有特定的閾值來確定輔助或輔助不足,。因此，趨勢用于調整輔助通氣,。此外，在給定的 EAdi 下,，不同的 Pmus 將根據個體出現,。這意味著 EAdi 不能用于預測 Pmus。然而,，每個患者都屬于他/她自己的恒定 Pmus/EAdi 比率,。在這種情況下，Pmus 可以個性化,。

除了測量上述參數外,，還可以使用里士滿激越-鎮(zhèn)靜量表 (RASS) [51] 通過鎮(zhèn)靜水平評估呼吸努力,。RASS 的鎮(zhèn)靜水平如表 2 所示。

RASS的范圍是-5到+4,。然而,，在大多數機械通氣患者中，輕度鎮(zhèn)靜的目標約為-1至0,。在需要鎮(zhèn)靜藥物的機械通氣患者中進行的一項研究顯示,，這種方法可以使呼吸機持續(xù)時間縮短5天（P<0.001），以及住院時間分別縮短9天（P<0.001）,，并顯著降低住院費用,。此外，由于它可以在除此之外的地方進行,，不需要任何額外的設備,，所以很方便和容易處理。

此外,，在 Karamchandani 等人的研究中還發(fā)現 RASS 與 BIS 相關,。然而，Dzierba 等人最近的一項研究報告說 RASS 和 P0.1 之間沒有關系,。此外,，這項研究表明，與 P0.1 < 0.2 或 > 1.0 相比,，0.2-1.0 之間的 P0.1 與較少的無呼吸機天數相關,。

總之，機械通氣期間不適當的呼吸努力會給患者帶來危險,。即使這個問題是一個新的醫(yī)學視角,；然而，適當的監(jiān)測以找到最佳目標以幫助患者進行適當的呼吸努力將有益于患者的結果,，因為呼吸肌萎縮和損傷,、P-SILI 和過度鎮(zhèn)靜的風險較低。盡管如此,，進一步的研究仍然需要確認這些好處,。