引用本文： 錢穎, 謝永鵬, 沈葉菊, 楊娜, 劉克喜. 以機械功為導向的急性呼吸窘迫綜合征機械通氣新理念. 中國呼吸與危重監護雜志, 2020, 19(4): 418-421. doi: 10.7507/1671-6205.201912060 復制
急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）是重癥加強治療病房（intensive care unit，ICU）中常見的疾病。目前治療 ARDS 最有效的手段為基于生理學的肺保護性通氣[1]。研究表明機械通氣運用不當會導致呼吸機相關性肺損傷（ventilator-associated lung injury，VILI），目前包括小潮氣量（tidal volume，VT）、適當水平的呼氣末正壓（positive end-expiratory pressure，PEEP）、限制驅動壓（driving pressure，DP）等肺保護性通氣策略被證實可以降低病死率[2]。近 30 年來人們對 VILI 的認識層層遞進，在氣壓傷、容積傷以及應力、應變等前期研究的基礎上，機械功這一能夠較全面體現 VILI 的概念被提出，以限制機械功為導向的肺保護性通氣策略越來越受到重視。
1 限制 VILI 所面臨的主要困境
2000 年的研究發現在 ARDS 患者中使用小潮氣量通氣（6 mL/kg）可降低病死率，然而這一策略雖有利于減少肺損傷，但存在引起二氧化碳潴留、難以維持的氧合、導致肺不張等問題。一項全球性調查研究發現有 40% 的 ARDS 患者使用>8 mL/kg 潮氣量進行機械通氣，可見小潮氣量通氣策略在臨床并未被嚴格執行[3]。目前體外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）的應用可幫助實現小潮氣量通氣時的氣體交換，在 ECMO 的輔助下肺泡得到休息對肺而言可能是一種保護[4-5]。但 ECMO 的應用是否會獲益還存有很大的爭議，目前表明 ECMO 有效的高質量隨機對照研究很少，且最近一項針對重度 ARDS 患者的隨機對照研究發現，早期應用 ECMO 治療相較保護性機械通氣治療（后者在必要時可使用 ECMO 作為補救措施）不會明顯改善 60 天預后（死亡率 35% 比 46%，RR=0.76，P =0.09），但是由于該試驗本身具有一些局限性使得這一結論受到了質疑[6]。
因高氣道壓機械通氣可導致肺泡膜斷裂及氣胸，起初通過限制平臺壓（plateau pressure，Pplat）來減少氣壓傷，但大量的研究表明僅限制 Pplat 不能做到肺保護性通氣。后來 DP 的概念被提出，DP=Pplat－PEEP，研究發現 DP 與存活率密切相關，通過 DP 來指導潮氣量的調節體現了對呼吸系統順應性的考慮而非僅僅參考理想體重。但因 DP 同時受胸壁順應性和肺順應性的影響，對于腹高壓或胸壁運動受限患者，DP 將無法評估真實的肺應力，因此 DP 本身不能準確反映氣壓傷[7]。為了刨除胸壁的影響，跨肺壓（Ptp）作為一個僅反映肺組織承受壓力的指標被提出，Ptp 為肺泡內壓和胸腔內壓之差（靜態下可忽略氣道阻力的影響，肺泡內壓等同于氣道壓）。Ptp 數值上等于肺應力，肺應力是肺擴張的動力，它們的提出使得人們對 VILI 的認識更加深入，Ptp 也被認為是評估氣壓傷更優的指標[8]。若根據肺應變為 1.5 的安全限值進行推算，肺應力限制在 20 cm H2O（1 cm H2O=0.098 kPa）以內是相對安全的，即呼氣末 Ptp 限制在 20 cm H2O 以內[9]。目前最常通過監測食道壓（間接反映胸腔壓力）來推算 Ptp，根據 Ptp 可以更加個體化地評估跨肺驅動壓和指導 PEEP 的滴定，但出于操作的復雜性和對食道測壓法可靠性的擔憂，以及 ARDS 患者本身非均一分布的胸腔壓力，Ptp 指導保護性通氣的臨床應用受到了一定限制[10-11]。
PEEP 的應用雖然一定程度上增加了肺泡復張，改善了應力不均一性，但也無法避免“傷己”，高 PEEP 會導致部分肺泡過度膨脹造成應力集中，并且會增加肺內分流形成死腔。對于高 PPEP 是否可以降低病死率還存有爭議，目前國際指南僅條件性推薦中重度 ARDS 患者使用高 PEEP[12]。通過 CT 掃描發現，15 cm H2O 的 PEEP 并不能改善各種不同嚴重程度的 ARDS 患者潮汐式的肺泡塌陷和肺的不均一性[5]，而要達到改善作用可能至少需要 20 cm H2O 的 PEEP，這將以增加氣壓傷為代價降低萎陷傷[13]。有研究證明利用呼氣末 Ptp 指導 PEEP 的滴定雖然可改善患者氧合減少萎陷傷，但也會由于使用了較高的 PEEP 導致本身充氣良好的區域過度擴張從而增加氣壓傷的風險[14]，且相較 ARDSnet 的低/高 PEEP-FiO2 查表法并未顯示出可改善預后的優勢[15-16]。考慮到 PEEP 對于不均一性的肺組織具有兩面性，目前對于滴定 PEEP 的最佳方法以及具體限定范圍都沒有明確的結論。
2 VILI 的復雜性
由上可見，單考慮某個力學參數并不能有效地評估 VILI，單調控某一呼吸機參數并不能有效地做到肺保護性通氣，且常造成顧此失彼。從生物力學及 ARDS 病理生理的角度分析，VILI 關系到 VT、Ptp、吸氣流量、吸氣時間、呼吸頻率等眾多呼吸機參數，且最近的研究更加關注與潮汐式肺充氣過程相關的動態力學參數。
反復作用于肺組織的潮汐式應力（stress）和應變（strain）是導致 VILI 的根本因素，簡單來說它們之間存在正比關系：應力=K×應變，K 是彈性相關的比例常數[17]。對于肺而言，應力導致的應變等同于 Ptp 導致的肺充氣，這種關系可表示為 Ptp=ELRS×(VT+VPEEP）/FRC，ELRS 為呼吸系統彈性，VPEEP 代表 PEEP 導致的肺容積改變，FRC 表示平靜呼氣末肺容積。正常情況下應力應變成正比關系，但當肺容量達到肺總量水平時，應力應變將不再維持原本的線性關系，此時更易發生肺損傷，對于肺總量很小的 ARDS 患者這種損傷發生的幾率更大[18]。
ARDS 患者肺的不均一性及肺的黏彈性特點使得應力和應變的關系更加復雜，從生物力學的角度理解[19]，應力=Y×應變＋?×應變率，其中 Y 及?均為比例常數，應變率=應變/吸氣時間。由此可見，VILI 不僅與肺變形的幅度（應變）相關，也與肺變形的速度（應變率）相關[20]。應變率越大，肺充氣的不均一性越明顯，并且將導致局部遭受更強的機械能傷害，動物實驗已經發現低應變率導致的肺水腫患病率明顯小于高應變率[21]。應變率除與吸氣時間相關外，也與吸氣流量有關，因吸氣流量可影響肺充氣的快慢，所以吸氣流量過高時在“嬰兒肺”的異質性交界區應力集中效應更加明顯[22]。Santini 等[23]還發現高吸氣流量帶來的高氣道峰壓可導致肺組織遭受更大的應力并導致呼吸擺動。應變=（VT+VPEEP）/FRC，包括動態應變（dynamic strain）和靜態應變（static strain）兩部分，前者與 VT 有關，后者與外源性 PEEP 導致的容量變化有關。動物實驗發現動態應變比靜態應變更易造成肺損傷，這提示肺保護性通氣的關鍵是盡可能的限制動態應變，即限制 Ptp 導致的潮汐式肺膨脹[24-26]。但是應用了很高的 PEEP 靜態應變導致的 VILI 也不能忽視，有研究發現使用同樣的潮氣量行機械通氣時，低靜態應變組（低 PEEP）較高靜態應變組（高 PEEP）的血液含有更少的炎性因子和更低的葡萄糖代謝率，可見高靜態應變可加劇肺部的炎癥反應[27]。
從呼吸力學的角度評估，VILI 涉及到眾多力學參數，僅關注靜態力學參數（Pplat、PEEP、DP）或僅關注動態力學參數（潮氣量、呼吸頻率、吸氣流量）并不能從整體把握 VILI 的本質，而從應力和應變聯合的角度綜合考慮或許能更有效地減少 VILI。
3 機械功
自 2016 年以來，機械通氣帶來的的機械能（mechanical energy）損傷逐漸獲得重視[2]，機械能實際上是一段時間內呼吸機借助應力和應變的形式對呼吸系統所做的功，機械能傳遞到呼吸系統后轉化為動能和勢能，動能可使肺結構發生變形和結構破壞，并且可克服氣道阻力轉化為熱量，勢能則在吸氣過程中儲存于肺和胸廓的彈性組織，在呼氣過程中一部分釋放，而未得到釋放的能量作用于肺組織導致肺損傷[28-29]。Gattinoni 等[30]通過公式計算獲得單位時間呼吸機傳遞給呼吸系統的能量即機械功（mechanical power），由該定義可知機械功導致的 VILI 具有時間累積效應。他們根據經典的呼吸運動方程（1）進行推理得出機械功方程（2）如下。將該公式和傳統的 P-V 曲線法獲得的機械功進行比較，發現兩種方法應用于 ARDS 患者和非 ARDS 患者時計算值均相似，這方便了機械功的臨床應用和機械能量的直觀化評估[30]。
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（1）P 為總氣道壓力；ELRS 為呼吸系統彈性，VT 為潮氣量，ELRS?VT 為驅動壓；Raw 為氣道阻力，F 為吸氣流量，Raw?F 為氣道峰壓與平臺壓的差值。由該公式可知：作用于呼吸系統的機械功包括三大方面：驅動壓導致的形變做功，呼氣末正壓導致的形變做功，氣流對抗氣道阻力的做功。
（2）RR 指呼吸頻率；I: E 為吸呼比；Power 代表機械功，即 1 min 內呼吸機傳遞給整個呼吸系統的能量，單位為 J/min。
研究發現上述機械功計算公式的內部參數各占有不同的權重，機械功隨著潮氣量、吸氣流量、驅動壓增大呈 2 次冪函數增長，即其中任一項變為原來 2 倍時，機械功會變為原來 4 倍；機械功隨著呼吸頻率增加呈 1.4 次冪函數增長，而 PEEP 與機械功呈線性關系，斜率小于 0.3[30-31]。可見潮氣量、吸氣流量和呼吸頻率在動態的機械能損傷中占有更重要的地位。
近年的動物研究發現機械功越高，它造成肺損傷就越嚴重。Cressoni 等[32]通過動物研究發現機械通氣的呼吸頻率越高越容易導致肺損傷，即機械能的頻率累積效應。該研究還發現，固定的潮氣量和平臺壓配合不同的呼吸頻率給健康豬行機械通氣，當達到 12 J/min 的機械功時，僅部分肺區域出現肺水腫，當大于 12 J/min 時，所有實驗動物出現全肺水腫；而以固定的呼吸頻率配合不同的潮氣量行機械通氣時，仍發現只有機械功大于 12J/min 時才出現全肺水腫。由此可見，重要的不是哪一參數的直接影響，而是它在潮汐式的應變過程對總的機械功的影響，他們也由此推測 12 J/min 的機械功為造成豬 VILI 的閾值。考慮到 ARDS 患者肺損傷程度不同，“嬰兒肺”體積不同，胸廓順應性不同等原因，在人體中機械功的閾值將很難劃分。目前機械功與死亡率的關系已被報道，一項納入 731 例 ARDS 患者的研究發現，對于 ARDS 持續狀態的患者機械功一旦超過 22 J/min，28 天死亡率會明顯升高[33]。另外一項納入 8 000 多例重癥患者的研究發現，機械功一旦超過 17 J/min 且持續 48 h 以上，死亡率明顯升高[34]。除此之外，機械功與生物傷緊密相關。動物實驗發現低機械功組的肺內炎癥因子明顯低于高機械功組[35-36]，而對以往的研究數據進行二次分析發現，與 Ptp 相比，機械功與 IL-6 和雙調蛋白之間的聯系更加緊密[37]，可見機械功可能是導致肺部炎癥的更重要的原因。
機械功用于量化 VILI 一樣存在不足之處，雖然運動方程的各參數理論上占不同的權重，但不是所有參數都以確切的方式導致 VILI 的發生，例如[9-38]：氣流克服氣道阻力消耗的能量與肺泡的損傷很難聯系到一起，氣流本身承載的能量不一定導致 VILI；吸氣過程一部分能量以肺和胸廓的彈性勢能儲存下來，但部分會隨著呼氣而釋放并不會造成肺損傷；除此之外 PEEP 可驅動氣體排出而轉化為呼氣功，因此 PEEP 相關的能量會打折扣。由此可見，該機械功方程在評估損傷性機械能方面有瑕疵。除此之外 Huhle 等[39]在肯定了機械功價值的基礎上也指出了上述計算方程的不足，他們認為這種計算方法未包含 PEEP 相關的靜態彈性勢能（與靜態應變相關），而且由于參照的模型不夠合理 PEEP 與機械功并非成簡單的線性關系，而可能呈 U 形關系，所以該公式不能很好的評估 PEEP 在 VILI 中的作用。由以上不足可見該機械功方程還不夠精確和完善，還需進一步的推演和臨床驗證。
VILI 的發生取決于呼吸機與肺的相互作用，機械功的解讀和應用還應考慮到實際情況[28, 40-41]：① 可通氣肺容積的大小決定了單位肺組織分得能量的數量級，因此需要量化可通氣肺容積；② 應當區分肺和胸廓所消耗的能量，需要結合 Ptp 和肺順應性分析；③ 不同區域肺組織能夠承受的應變和應力范圍不同，應當區別對待，尤其是異質性交接區，這部分往往表現為應力集中，機械損傷效應將更加明顯；④ 當患者存在自主呼吸的時候，除了需要考慮呼吸機傳遞的能量，還需要考慮患者自身附加的能量。由此可見，個體化因素對于機械功的解讀非常重要，對于 ARDS 患者沒有完美的通氣策略，但是在把握整體原則的基礎上做到個體化的治療將更有益于患者。
機械功概念的提出是對 VILI 認識的又一次進步，它將幫助臨床醫生更好地理解肺保護性通氣。機械功及相關的動態力學參數（吸氣流量、吸氣時間、呼吸頻率等）將獲得更大的關注。隨著研究的進一步深入，機械功有可能成為評估 VILI 的新指標。
利益沖突：本文不涉及任何利益沖突。
急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）是重癥加強治療病房（intensive care unit，ICU）中常見的疾病。目前治療 ARDS 最有效的手段為基于生理學的肺保護性通氣[1]。研究表明機械通氣運用不當會導致呼吸機相關性肺損傷（ventilator-associated lung injury，VILI），目前包括小潮氣量（tidal volume，VT）、適當水平的呼氣末正壓（positive end-expiratory pressure，PEEP）、限制驅動壓（driving pressure，DP）等肺保護性通氣策略被證實可以降低病死率[2]。近 30 年來人們對 VILI 的認識層層遞進，在氣壓傷、容積傷以及應力、應變等前期研究的基礎上，機械功這一能夠較全面體現 VILI 的概念被提出，以限制機械功為導向的肺保護性通氣策略越來越受到重視。
1 限制 VILI 所面臨的主要困境
2000 年的研究發現在 ARDS 患者中使用小潮氣量通氣（6 mL/kg）可降低病死率，然而這一策略雖有利于減少肺損傷，但存在引起二氧化碳潴留、難以維持的氧合、導致肺不張等問題。一項全球性調查研究發現有 40% 的 ARDS 患者使用>8 mL/kg 潮氣量進行機械通氣，可見小潮氣量通氣策略在臨床并未被嚴格執行[3]。目前體外膜肺氧合（extracorporeal membrane oxygenation，ECMO）的應用可幫助實現小潮氣量通氣時的氣體交換，在 ECMO 的輔助下肺泡得到休息對肺而言可能是一種保護[4-5]。但 ECMO 的應用是否會獲益還存有很大的爭議，目前表明 ECMO 有效的高質量隨機對照研究很少，且最近一項針對重度 ARDS 患者的隨機對照研究發現，早期應用 ECMO 治療相較保護性機械通氣治療（后者在必要時可使用 ECMO 作為補救措施）不會明顯改善 60 天預后（死亡率 35% 比 46%，RR=0.76，P =0.09），但是由于該試驗本身具有一些局限性使得這一結論受到了質疑[6]。
因高氣道壓機械通氣可導致肺泡膜斷裂及氣胸，起初通過限制平臺壓（plateau pressure，Pplat）來減少氣壓傷，但大量的研究表明僅限制 Pplat 不能做到肺保護性通氣。后來 DP 的概念被提出，DP=Pplat－PEEP，研究發現 DP 與存活率密切相關，通過 DP 來指導潮氣量的調節體現了對呼吸系統順應性的考慮而非僅僅參考理想體重。但因 DP 同時受胸壁順應性和肺順應性的影響，對于腹高壓或胸壁運動受限患者，DP 將無法評估真實的肺應力，因此 DP 本身不能準確反映氣壓傷[7]。為了刨除胸壁的影響，跨肺壓（Ptp）作為一個僅反映肺組織承受壓力的指標被提出，Ptp 為肺泡內壓和胸腔內壓之差（靜態下可忽略氣道阻力的影響，肺泡內壓等同于氣道壓）。Ptp 數值上等于肺應力，肺應力是肺擴張的動力，它們的提出使得人們對 VILI 的認識更加深入，Ptp 也被認為是評估氣壓傷更優的指標[8]。若根據肺應變為 1.5 的安全限值進行推算，肺應力限制在 20 cm H2O（1 cm H2O=0.098 kPa）以內是相對安全的，即呼氣末 Ptp 限制在 20 cm H2O 以內[9]。目前最常通過監測食道壓（間接反映胸腔壓力）來推算 Ptp，根據 Ptp 可以更加個體化地評估跨肺驅動壓和指導 PEEP 的滴定，但出于操作的復雜性和對食道測壓法可靠性的擔憂，以及 ARDS 患者本身非均一分布的胸腔壓力，Ptp 指導保護性通氣的臨床應用受到了一定限制[10-11]。
PEEP 的應用雖然一定程度上增加了肺泡復張，改善了應力不均一性，但也無法避免“傷己”，高 PEEP 會導致部分肺泡過度膨脹造成應力集中，并且會增加肺內分流形成死腔。對于高 PPEP 是否可以降低病死率還存有爭議，目前國際指南僅條件性推薦中重度 ARDS 患者使用高 PEEP[12]。通過 CT 掃描發現，15 cm H2O 的 PEEP 并不能改善各種不同嚴重程度的 ARDS 患者潮汐式的肺泡塌陷和肺的不均一性[5]，而要達到改善作用可能至少需要 20 cm H2O 的 PEEP，這將以增加氣壓傷為代價降低萎陷傷[13]。有研究證明利用呼氣末 Ptp 指導 PEEP 的滴定雖然可改善患者氧合減少萎陷傷，但也會由于使用了較高的 PEEP 導致本身充氣良好的區域過度擴張從而增加氣壓傷的風險[14]，且相較 ARDSnet 的低/高 PEEP-FiO2 查表法并未顯示出可改善預后的優勢[15-16]。考慮到 PEEP 對于不均一性的肺組織具有兩面性，目前對于滴定 PEEP 的最佳方法以及具體限定范圍都沒有明確的結論。
2 VILI 的復雜性
由上可見，單考慮某個力學參數并不能有效地評估 VILI，單調控某一呼吸機參數并不能有效地做到肺保護性通氣，且常造成顧此失彼。從生物力學及 ARDS 病理生理的角度分析，VILI 關系到 VT、Ptp、吸氣流量、吸氣時間、呼吸頻率等眾多呼吸機參數，且最近的研究更加關注與潮汐式肺充氣過程相關的動態力學參數。
反復作用于肺組織的潮汐式應力（stress）和應變（strain）是導致 VILI 的根本因素，簡單來說它們之間存在正比關系：應力=K×應變，K 是彈性相關的比例常數[17]。對于肺而言，應力導致的應變等同于 Ptp 導致的肺充氣，這種關系可表示為 Ptp=ELRS×(VT+VPEEP）/FRC，ELRS 為呼吸系統彈性，VPEEP 代表 PEEP 導致的肺容積改變，FRC 表示平靜呼氣末肺容積。正常情況下應力應變成正比關系，但當肺容量達到肺總量水平時，應力應變將不再維持原本的線性關系，此時更易發生肺損傷，對于肺總量很小的 ARDS 患者這種損傷發生的幾率更大[18]。
ARDS 患者肺的不均一性及肺的黏彈性特點使得應力和應變的關系更加復雜，從生物力學的角度理解[19]，應力=Y×應變＋?×應變率，其中 Y 及?均為比例常數，應變率=應變/吸氣時間。由此可見，VILI 不僅與肺變形的幅度（應變）相關，也與肺變形的速度（應變率）相關[20]。應變率越大，肺充氣的不均一性越明顯，并且將導致局部遭受更強的機械能傷害，動物實驗已經發現低應變率導致的肺水腫患病率明顯小于高應變率[21]。應變率除與吸氣時間相關外，也與吸氣流量有關，因吸氣流量可影響肺充氣的快慢，所以吸氣流量過高時在“嬰兒肺”的異質性交界區應力集中效應更加明顯[22]。Santini 等[23]還發現高吸氣流量帶來的高氣道峰壓可導致肺組織遭受更大的應力并導致呼吸擺動。應變=（VT+VPEEP）/FRC，包括動態應變（dynamic strain）和靜態應變（static strain）兩部分，前者與 VT 有關，后者與外源性 PEEP 導致的容量變化有關。動物實驗發現動態應變比靜態應變更易造成肺損傷，這提示肺保護性通氣的關鍵是盡可能的限制動態應變，即限制 Ptp 導致的潮汐式肺膨脹[24-26]。但是應用了很高的 PEEP 靜態應變導致的 VILI 也不能忽視，有研究發現使用同樣的潮氣量行機械通氣時，低靜態應變組（低 PEEP）較高靜態應變組（高 PEEP）的血液含有更少的炎性因子和更低的葡萄糖代謝率，可見高靜態應變可加劇肺部的炎癥反應[27]。
從呼吸力學的角度評估，VILI 涉及到眾多力學參數，僅關注靜態力學參數（Pplat、PEEP、DP）或僅關注動態力學參數（潮氣量、呼吸頻率、吸氣流量）并不能從整體把握 VILI 的本質，而從應力和應變聯合的角度綜合考慮或許能更有效地減少 VILI。
3 機械功
自 2016 年以來，機械通氣帶來的的機械能（mechanical energy）損傷逐漸獲得重視[2]，機械能實際上是一段時間內呼吸機借助應力和應變的形式對呼吸系統所做的功，機械能傳遞到呼吸系統后轉化為動能和勢能，動能可使肺結構發生變形和結構破壞，并且可克服氣道阻力轉化為熱量，勢能則在吸氣過程中儲存于肺和胸廓的彈性組織，在呼氣過程中一部分釋放，而未得到釋放的能量作用于肺組織導致肺損傷[28-29]。Gattinoni 等[30]通過公式計算獲得單位時間呼吸機傳遞給呼吸系統的能量即機械功（mechanical power），由該定義可知機械功導致的 VILI 具有時間累積效應。他們根據經典的呼吸運動方程（1）進行推理得出機械功方程（2）如下。將該公式和傳統的 P-V 曲線法獲得的機械功進行比較，發現兩種方法應用于 ARDS 患者和非 ARDS 患者時計算值均相似，這方便了機械功的臨床應用和機械能量的直觀化評估[30]。
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（1）P 為總氣道壓力；ELRS 為呼吸系統彈性，VT 為潮氣量，ELRS?VT 為驅動壓；Raw 為氣道阻力，F 為吸氣流量，Raw?F 為氣道峰壓與平臺壓的差值。由該公式可知：作用于呼吸系統的機械功包括三大方面：驅動壓導致的形變做功，呼氣末正壓導致的形變做功，氣流對抗氣道阻力的做功。
（2）RR 指呼吸頻率；I: E 為吸呼比；Power 代表機械功，即 1 min 內呼吸機傳遞給整個呼吸系統的能量，單位為 J/min。
研究發現上述機械功計算公式的內部參數各占有不同的權重，機械功隨著潮氣量、吸氣流量、驅動壓增大呈 2 次冪函數增長，即其中任一項變為原來 2 倍時，機械功會變為原來 4 倍；機械功隨著呼吸頻率增加呈 1.4 次冪函數增長，而 PEEP 與機械功呈線性關系，斜率小于 0.3[30-31]。可見潮氣量、吸氣流量和呼吸頻率在動態的機械能損傷中占有更重要的地位。
近年的動物研究發現機械功越高，它造成肺損傷就越嚴重。Cressoni 等[32]通過動物研究發現機械通氣的呼吸頻率越高越容易導致肺損傷，即機械能的頻率累積效應。該研究還發現，固定的潮氣量和平臺壓配合不同的呼吸頻率給健康豬行機械通氣，當達到 12 J/min 的機械功時，僅部分肺區域出現肺水腫，當大于 12 J/min 時，所有實驗動物出現全肺水腫；而以固定的呼吸頻率配合不同的潮氣量行機械通氣時，仍發現只有機械功大于 12J/min 時才出現全肺水腫。由此可見，重要的不是哪一參數的直接影響，而是它在潮汐式的應變過程對總的機械功的影響，他們也由此推測 12 J/min 的機械功為造成豬 VILI 的閾值。考慮到 ARDS 患者肺損傷程度不同，“嬰兒肺”體積不同，胸廓順應性不同等原因，在人體中機械功的閾值將很難劃分。目前機械功與死亡率的關系已被報道，一項納入 731 例 ARDS 患者的研究發現，對于 ARDS 持續狀態的患者機械功一旦超過 22 J/min，28 天死亡率會明顯升高[33]。另外一項納入 8 000 多例重癥患者的研究發現，機械功一旦超過 17 J/min 且持續 48 h 以上，死亡率明顯升高[34]。除此之外，機械功與生物傷緊密相關。動物實驗發現低機械功組的肺內炎癥因子明顯低于高機械功組[35-36]，而對以往的研究數據進行二次分析發現，與 Ptp 相比，機械功與 IL-6 和雙調蛋白之間的聯系更加緊密[37]，可見機械功可能是導致肺部炎癥的更重要的原因。
機械功用于量化 VILI 一樣存在不足之處，雖然運動方程的各參數理論上占不同的權重，但不是所有參數都以確切的方式導致 VILI 的發生，例如[9-38]：氣流克服氣道阻力消耗的能量與肺泡的損傷很難聯系到一起，氣流本身承載的能量不一定導致 VILI；吸氣過程一部分能量以肺和胸廓的彈性勢能儲存下來，但部分會隨著呼氣而釋放并不會造成肺損傷；除此之外 PEEP 可驅動氣體排出而轉化為呼氣功，因此 PEEP 相關的能量會打折扣。由此可見，該機械功方程在評估損傷性機械能方面有瑕疵。除此之外 Huhle 等[39]在肯定了機械功價值的基礎上也指出了上述計算方程的不足，他們認為這種計算方法未包含 PEEP 相關的靜態彈性勢能（與靜態應變相關），而且由于參照的模型不夠合理 PEEP 與機械功并非成簡單的線性關系，而可能呈 U 形關系，所以該公式不能很好的評估 PEEP 在 VILI 中的作用。由以上不足可見該機械功方程還不夠精確和完善，還需進一步的推演和臨床驗證。
VILI 的發生取決于呼吸機與肺的相互作用，機械功的解讀和應用還應考慮到實際情況[28, 40-41]：① 可通氣肺容積的大小決定了單位肺組織分得能量的數量級，因此需要量化可通氣肺容積；② 應當區分肺和胸廓所消耗的能量，需要結合 Ptp 和肺順應性分析；③ 不同區域肺組織能夠承受的應變和應力范圍不同，應當區別對待，尤其是異質性交接區，這部分往往表現為應力集中，機械損傷效應將更加明顯；④ 當患者存在自主呼吸的時候，除了需要考慮呼吸機傳遞的能量，還需要考慮患者自身附加的能量。由此可見，個體化因素對于機械功的解讀非常重要，對于 ARDS 患者沒有完美的通氣策略，但是在把握整體原則的基礎上做到個體化的治療將更有益于患者。
機械功概念的提出是對 VILI 認識的又一次進步，它將幫助臨床醫生更好地理解肺保護性通氣。機械功及相關的動態力學參數（吸氣流量、吸氣時間、呼吸頻率等）將獲得更大的關注。隨著研究的進一步深入，機械功有可能成為評估 VILI 的新指標。
利益沖突：本文不涉及任何利益沖突。