聯絡人：陳昌文 通訊處：704台南市勝利路138號 國立成功大學醫學院附設醫院內科
急性呼吸窘迫症候群病患之呼吸器吐氣末陽壓 及潮氣容積之設定 — 一個持續爭論的議題
曲長科 陳昌文1
彰濱秀傳紀念醫院
胸腔內科
1國立成功大學醫學院附設醫院
內科
前言
急性呼吸窘迫症候群自從1967年1首次提出 以來，已有不少的研究著重於病理生理學及治 療方面的探討。呼吸器的使用扮演著非常重要 的角色。根據ARDS Network試驗2,3的結果，使 用較低潮氣容積的保護性換氣策略對病患較為 有利，但適當的吐氣末陽壓究竟是多少，則仍 無共識。此外，在臨床應用上，即使給與較低 的潮氣容積，死亡率依舊偏高，其中緣由為何
？我們嘗試以 "嬰兒肺" 的觀念來解開上述疑 問。
什麼是 "嬰兒肺"
近二十年來，隨著電腦斷層檢查的普及化，
使得我們對於急性呼吸窘迫症候群的肺部病變 分佈有更準確的瞭解。病變在胸部 X光所顯示 的是均勻分佈。非常意外地，藉由電腦斷層我 們知道實際上病變是呈非均勻分佈，而且是在
摘 要
急性肺傷害(acute lung injury) /急性呼吸窘迫症候群(acute respiratory distress syndrome)是 加護病房常見之病症。呼吸器對此類病患而言是一個救命的工具，但也可能引發進一步的肺 部傷害（即呼吸器引發之肺傷害，ventilator-induced lung injury）。其中吐氣末陽壓(positive end-expiratory pressure, PEEP)及潮氣容積(tidal volume，VT)之設定猶如一把雙面刃。一方面 它可改善病患之氧合狀態；另一方面又可能造成肺泡過度擴張引發壓力性創傷(barotrauma)，
容積性創傷（volutrauma）及生物性創傷（biotrauma）。眾所週知，較低的潮氣容積及較大 的吐氣末陽壓對病人預後可能較為有利，但對個別病患而言，同樣的設定卻會導致不同的結 果，亦即每個病患的安全範圍不盡相同。如何針對個別病患達到最理想之設定正考驗著臨床 醫師。"嬰兒肺" (baby lung)的觀念有助於我們對個別病患做出更適當，更安全的呼吸器設 定。
關鍵詞：急性呼吸窘迫症狀群 (Acute respiratory distress syndrome) 嬰兒肺 (Baby lung)
吐氣末陽壓 (Positive end-expiratory pressure) 壓力指數 (Stress index)
呼吸器引發之肺傷害 (Ventilator-induced lung injury) 保護性換氣策略 (Protective-ventilation strategy)
重力依賴側(dependent part)為甚。經由相素的計 算，電腦斷層可將肺部分為正常換氣，換氣不 良，過度充氣及無換氣等區，並可測量各區的 體積及重量。在嚴重呼吸窘迫症候群的病人，
正常換氣區域的肺部重量約與5-6歲的健康孩童 相當。"嬰兒肺" 的觀念由此延伸而來。
最近更發現，急性呼吸窘迫症候群的病患，
其肺順應性（compliance）與 "嬰兒肺" 區域大 小呈正相關4。這顛覆了傳統的印象，也證明了 急性呼吸窘迫症候群的病患其肺部並非全部很 硬，相素計算正常換氣的肺接近正常順應性，
亦即特異性順應性 (specific compliance) 正常。
換句話說，可換氣的肺部組織區域變得較小才 是急性呼吸窘迫症候群病患的主要問題。
起初認為 "嬰兒肺" 位於非重力依賴側的肺 部區域，因此開始嘗試俯臥姿勢(prone position)，
期藉由增加 "嬰兒肺" 的血流量，改善病患的氧 合狀態。可是當再追蹤電腦斷層時，發現正常換 氣的區域亦隨之重新分佈。這告訴我們，"嬰兒 肺" 並不是肺部特定的解剖區塊，而是一個從肺 部功能觀點出發的概念。
每位急性呼吸窘迫症狀群的病患，
其 "嬰兒肺" 大小都一致嗎？
這個問題的答案當然是否定的。簡而言之，
呼吸器引發之肺傷害其成因就是 "嬰兒肺" 承受 了過大的壓力（stress, 即穿透肺部系統的壓力，
transpulmonary pressure）及形變（strain, 肺潮氣 量/嬰兒肺(吐氣末肺容積)）5。
一般認為形變值介於0.8到1之間是安全的範 圍5，雖然這個看法仍有待證實。當我們用電腦 斷層或肺功能算出 "嬰兒肺" 的容積後，應據此 以設定適當的潮氣容積。傳統觀念所設定的低 潮氣容積（6 ml/Kg），對某些急性呼吸窘迫症 候群病患可能仍然過大。這或許是造成呼吸窘 迫症候群死亡率依然偏高的原因。
如何評估嬰兒肺容積 (baby lung, end-expiratory lung volume)
嬰兒肺的容積要如何評估是現今所要面對 的關鍵問題。雖然胸部電腦斷層可以提供我們
正確的結果6，但在臨床應用上，卻受到輻射暴 露，運送及醫療花費等問題限制，而無法全面 常態實施。
近 年 來 ， 不 斷 的 嘗 試 尋 找 其 他 的 替 代 方 案。例如：氮氣洗出（nitrogen washout）或氦 氣稀釋法(helium dilution)7,8，是最常見的方式。
Chiumello等人用Engström Carestation呼吸器 (Datex-Ohmeda,Inc.,USA)以改良式氮氣洗出入法 (modified nitrogen washout/washin)測出的吐氣末 肺容積(EELVNW)與電腦斷層的結果相較(EELVCT)，
兩者呈線性相關(EELVNW=189.0+0.896*EELVCT, r=0.975; p<0.0001)，因此初步認為Engström Carestation技術是可靠的評估方式9。它解決了電 腦斷層所面臨的限制，將來在臨床上應可更為 廣泛的使用。
吐氣末陽壓對 "嬰兒肺" 的影響
從以上可知 "嬰兒肺" 實際上指的就是在吐 氣末了仍維持開啟狀態的肺泡組織。藉由吸氣 過程的肺泡容積新增技巧(recruitment maneuver)，
部份原本塌陷的肺泡重新開啟，"嬰兒肺" 的容 積隨之增加。吐氣末陽壓有助於讓這些重新開 啟的肺泡於吐氣末期持續維持開啟的狀態。雖 然增加 "嬰兒肺" 的區域有助改善穿透肺部系統 的壓力分佈不均的情形，但吐氣末陽壓亦有可 能造成原本即已開啟的肺泡過度擴張，導致呼 吸器引發之肺傷害。由此可知，吐氣末陽壓對 急性呼吸窘迫症候群的病患而言，猶如一把雙 面刃。
分析常流速 (constant flow)下的壓 力 ／ 時 間 曲 線 ： 運 用 "壓力指數"
(stress index)減少呼吸器引發之肺 傷害
在常流速的狀況下，排除最初因呼吸道阻 力造成之呼吸道壓力非線性化增加後(最初0.05 秒)，呼吸道開啟壓力(airway opening pressure, Pao)與時間關係可以一指數方程式表示，此時主
要影響呼吸道開啟壓力之因素為呼吸系統順應
性10,11。若順應性隨時間降低，代表發生過度充
氣的情況，壓力／時間關係則呈凹面朝上的曲
圖一：設定適當吐氣末陽壓流程圖
線；反之，若順應性隨時間增加，代表發生潮 氣肺泡容積新增(tidal recruitment)，則壓力／時 間關係呈凹面朝下的曲線11。在這些狀況下，呼 吸道開啟壓力與時間的指數方程式如下：
Ｐao＝a·tb+c
其中t為時間，係數a為尺標因子(scaling factor)。係數c為時間0秒時之壓力值。係數b即 為壓力指數11。當壓力指數等於1時，壓力／時 間即呈線性關係。意味著在整個潮氣充氣過程 中，順應性維持不變。當壓力指數小於1時，壓 力／時間即為凹面朝下的曲線。意味著在潮氣 充氣的過程中，由於潮氣肺泡容積新增之故，
順應性逐漸增加。當壓力指數大於1時，壓力／
時間則為凹面朝上的曲線，意味著由於潮氣肺 泡容積過度膨脹造成順應性逐步降低11。
動物實驗的結果，壓力指數與組織傷害及 前發炎細胞激素(pro-inflammatory cytokine)呈U 型關係12。在壓力指數等於1時，組織傷害及細 胞 激 素 濃 度 最 低 。 因 此 ， 將 壓 力 指 數 維 持 在 0.9-1.1之間，可將呼吸器引發之肺傷害降至最 低。
在一個兔子的急性呼吸窘迫症候群研究模 型中13，Nakane等人比較維持壓力指數等於1及 依NIH ARDSnet的保護性換氣策略，究竟何者可 將呼吸器引發之肺傷害降至最低。動物被隨機 分成三組：壓力指數組(VT 6 mL/kg，調整PEEP 以使壓力指數維持等於１)，NIH ARDSnet組(VT 6 mL/kg，根據ARDSnet所訂數值調整PEEP)及 高潮氣容積併低吐氣末陽壓組(VT 10-12 mL/kg, PEEP 1-2 cmH2O)。三小時後，發現在NIH ARDSnet組及高潮氣容積併低吐氣末陽壓組之 呼吸系統機械性（respiratory mechanics）均隨時 間惡化。僅壓力指數組維持在基準不變。在肺 部重力依賴側的interleukin-8的濃度，壓力指數 組顯著低於NIH ARDSnet組。組織學檢查亦發現 呼吸器引發之肺傷害發生率在壓力指數組明顯 低於其他兩組。在呼吸窘迫症候群的病人方面
，初步結果亦顯示，根據壓力指數調整呼吸器 的結果，比起標準NIH ARDSnet保護性換氣策略 有較低的彈性（elastance）及較多的肺泡容積新 增14,15。
如何選擇適當的吐氣末陽壓
何謂適當的吐氣末陽壓，這是臨床上所面 對的一項難題。首先，根據電腦斷層的結果，
急性呼吸窘迫症候群的病人大致可分為兩個族 群：一、肺部病變呈局部分佈。二、肺部病變 呈散在性分佈16,17。
第一類的病患若使用ARDSnet所建議那麼 高的吐氣末陽壓，通常壓力指數會大於1.1，易 因壓力分佈不均導致正常換氣的肺泡過度擴張 造成傷害18。因此必需採用相對較低的吐氣末陽 壓，以減少呼吸器引發之肺傷害。
第二類的病患，因病變呈廣泛性分佈，其 肺部局部承受過大壓力的機會較小，呼吸器的 設定策略以儘可能讓所有的肺泡重新開啟為目 標。此類病患，即使給與較高的吐氣末陽壓，
造成肺泡過度擴張的風險依舊很低19,20。因此可 將吐氣末陽壓調高。安全範圍是不要使高原壓力 (plateau pressure)超過壓力－容積曲線(pressure- volume curve)的上轉折點(upper inflation point)3。 給與吐氣末陽壓的另一個目的是在維持血 氧飽合度大於90％的前題下，儘可能的將氧氣 濃度（FiO2）降至60％以下，以減少氧毒性。因 此在調整吐氣末陽壓的過程中，動脈血氧分析 的結果是不可或缺的。圖一是選取適當吐氣末 陽壓時，所建議採取的流程圖。
結論
較低的潮氣容積，適當的吐氣末陽壓及俯 姿勢是現今對急性呼吸窘迫症候群患者所採 取的保護性換氣策略。然由於每位病患的 "嬰兒 肺" 大小不一，傳統認為以每公斤體重給與6毫 升的方式所設定的較低潮氣容積，對某些病患 而言仍然過大．因此潮氣容積的設定必需視 "嬰 兒肺" 的容積而給與個人化的設定。至於最適當 的吐氣末陽壓則需考慮壓力指數的大小而定。
然而此設定方式是否對死亡率及呼吸器使用天 數等造成影響，仍需進一步的大型試驗加以驗 證。
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Positive End-expiratory Pressure and Tidal Volume in the Acute Respiratory Distress
Syndrome — A Continuous Controversy
Chang-Ke Chu, and Chang-Wen Chen1
Department of Chest Medicine, Chang Bing Show Chwan Memorial Hospital, Chang-Hua, Taiwan, R.O.C. ;
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