在当今的医学领域，肺部疾病成为了美国的 “夺命杀手” 之一，严重的肺部疾病常常需要借助机械通气（MV）来挽救患者生命。这就使得探寻最佳的机械通气设置变得至关重要，关乎患者的安全与康复。

此前，人们为了降低机械通气导致的肺损伤（VILI）风险，采用了肺保护性通气策略，比如减小潮气量、增加呼气末正压（PEEP）。但这又带来了新的问题，潮气量减小容易造成肺不张（部分肺组织塌陷），而肺不张会让机械通气效果大打折扣，还可能因为肺泡过度膨胀（压力和张力过大）以及肺泡开闭循环（atelectrauma）对肺部造成伤害。于是，肺复张手法应运而生，它的主要目的就是重新打开塌陷的肺泡，避免肺不张。

目前，逐步递增复张手法（EM）和持续充气复张手法（SIM）是两种常用的肺复张手段。EM 是通过逐步增加 PEEP 来实现肺泡的复张，而 SIM 则是通过持续充气使肺部充分复张。然而，究竟哪种方法才是打开肺部塌陷区域的 “最佳钥匙”，一直是医学界争论不休的话题。EM 虽然安全性较高，但实施起来比较耗时，还需要人工操作；SIM 虽然在很多呼吸机上都有设置，使用方便，但根据急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的相关指南，它可能会导致肺部损伤，延长患者术后恢复时间，所以现在已经不被推荐使用了。

之前也有不少研究想要搞清楚这两种复张手法的特点和效果。有的研究用磁共振成像（MRI）观察 EM 过程中空气在肺部的分布情况，发现它能打开较小的肺泡群；还有的研究通过压力 - 容积曲线评估 SIM 后的肺力学变化，发现它能在一定程度上保护肺部免受损伤。不过，这些研究都只能提供某个时间点的 “快照”，无法持续观察肺部的变化情况，也就很难搞清楚肺部不均匀充气和过度膨胀是怎么发生、怎么发展的。

为了深入了解这些问题，来自美国加利福尼亚大学河滨分校的 M. Shankel、T. M. Nelson 等研究人员在《Respiratory Research》期刊上发表了一篇名为 “Lung recruitment mechanics: coalescing tissue strains with organ expansion” 的论文。他们通过研究发现，EM 在肺部复张过程中表现得更加均匀，相比 SIM，它能更好地避免肺部过度膨胀和压力不均匀的情况，这为临床选择更合适的肺复张方法提供了重要依据。

在这项研究中，研究人员用到了几个关键技术方法。他们首先设计了一个定制的机电系统，这个系统就像一个 “超级助手”，能收集肺部的压力 - 容积曲线。同时，他们还结合了数字图像相关（DIC）技术，这个技术就像是给肺部组织变形情况安装了一个 “高清摄像头”，可以量化组织层面的连续变形，把肺部组织的微小变化都记录下来。另外，他们还运用了统计学方法，通过参数未配对 t 检验和 Spearman 相关性检验，来分析不同复张手法下各项数据之间的差异和相关性。

下面我们来详细看看他们的研究结果。

研究人员对比了 EM 和 SIM 在充气过程中的各种数据。在肺容积随时间变化（VT）方面，EM 就像一个急性子，能让肺容积更线性、更快速地增加；而 SIM 则相对缓慢一些。从压力 - 容积（PV）曲线来看，两者都呈现出非线性的凸曲线，但 SIM 的曲线一开始比较平缓，后面变得陡峭，就像坐过山车先缓缓爬坡，然后突然加速；EM 的曲线则相对更稳定。在压力 - 时间（PT）曲线方面，EM 的线性更好，R2 值达到 0.98，而 SIM 的 R2 值只有 0.94。而且，EM 的起始顺应性和 R2 线性拟合值更高，SIM 的充气顺应性更高，不过两者的峰值压力和静态顺应性并没有显著差异。这就好比两个运动员，EM 起跑更快（起始顺应性高），而 SIM 在比赛过程中加速更猛（充气顺应性高）。

随着肺部容积的增加，两种通气手法下的局部应变都在增大。但 EM 的应变变化比较规律，像一个稳步上升的斜坡，在充气过程中斜率会逐渐减小；而 SIM 的应变变化就没那么规律了，到最大充气时表现出更大的异质性，就像一条崎岖不平的山路。从应变分布的直方图来看，EM 在不同充气量下，应变分布都比较对称、单一，就像一个整齐排列的队伍；而 SIM 在低应变值区域的肺表面占比较高，直到最大充气时应变分布才变宽，像是一群原本松散的人突然聚集在一起，但又没那么整齐。从所有样本的箱线图也能看出，EM 各项指标的增加比较均匀，而 SIM 的 75 百分位数指标增加幅度比 25 百分位数大得多，导致四分位数间距更大。在最大充气时，EM 的主应变直方图显示大部分表面分数集中在平均应变附近，很少有超过 40% 主应变的情况；而 SIM 的主应变分布范围更广，超过 40% 主应变的数量明显增加。副应变直方图也呈现出类似的趋势，不过 SIM 在 0% 副应变附近有一个明显的峰值。另外，EM 和 SIM 的应变各向异性分布趋势几乎相同。

在最大充气时，SIM 的 75 百分位数、90 百分位数和应变范围的应变值都比 EM 大，不过平均应变和中位数没有显著差异。这说明 SIM 虽然平均应变和 EM 差不多，但高应变值的情况更多。从平均应变、75 百分位数应变和 90 百分位数应变随压力和时间的变化来看，它们都和 PV 曲线、VT 曲线趋势相似，但 SIM 在高压力下斜率增加更明显，峰值也更大。通过相关性检验发现，90 百分位数应变值与 PT 曲线线性拟合的 R2 值呈显著负相关，与充气顺应性呈显著正相关，与起始顺应性呈中等负相关趋势。这就像一个复杂的关系网，各个因素之间相互影响。

综合研究结果和讨论部分，这项研究有着重要的意义。研究人员通过将肺部的全局压力 - 容积曲线和局部组织应变联系起来，第一次详细对比了 EM 和 SIM 这两种肺复张手法的连续力学过程。他们发现这两种手法在器官层面的起始顺应性、充气顺应性以及压力 - 时间曲线的线性程度上都存在显著差异，这些差异又和局部应变分布的变化密切相关。从充气的均匀性来看，SIM 的充气过程不太均匀，有更多低表面应变区域，到最大充气时才扩展到高应变区域；而 EM 的 PV 曲线更线性，起始顺应性更高，说明它能更逐步、更均匀地实现肺泡复张，包括让之前关闭的远端肺泡也能更好地充气。从压力 - 时间曲线的线性度和时间依赖性来说，EM 的 PT 曲线线性拟合更好，对应着更均匀的局部应变响应；而 SIM 的 PT 曲线向下凹陷更明显，这和它不均匀的区域应变以及更高的剪切力、肺泡开闭循环风险有关。在应变分布和应力集中方面，SIM 的压力 - 容积变化更剧烈，更多肺表面会经历高应变值，这些高应变区域对应着高应力和高压力，更容易造成肺部损伤。虽然 SIM 在实际应用中已经不被推荐，但通过这项研究量化它的表现，能让我们更清楚地认识到它的危害，也进一步证实了 EM 在临床应用中的优势。尽管 EM 应用时间较长，但它能更好地适应之前的通气模式，在应用过程中可以通过调整压力和容积来更好地保护肺部。这项研究为未来优化肺复张手法的应用提供了重要的理论基础，后续研究可以基于这些实验结果开发更完善的有限元呼吸模型和预测工具，帮助医生为不同病情阶段的患者选择更安全的肺复张方法，减少急性呼吸窘迫综合征等疾病带来的肺部损伤，为患者的健康保驾护航。