單肺通氣時降低吸入氧濃度對肺損傷的影響

李彭依(綜述)，顧連兵(審校)

(1.江蘇省麻醉學(xué)重點實驗室 江蘇省麻醉與鎮(zhèn)痛應(yīng)用技術(shù)重點實驗室，江蘇 徐州221002； 2.江蘇省腫瘤醫(yī)院麻醉科，南京210009)

?

單肺通氣時降低吸入氧濃度對肺損傷的影響

李彭依1△(綜述)，顧連兵1,2※(審校)

(1.江蘇省麻醉學(xué)重點實驗室 江蘇省麻醉與鎮(zhèn)痛應(yīng)用技術(shù)重點實驗室，江蘇 徐州221002； 2.江蘇省腫瘤醫(yī)院麻醉科，南京210009)

摘要：單肺通氣(OLV)期間吸入純氧能使動脈血氧分壓維持在較高的水平，但也會導(dǎo)致吸收性肺不張和氧中毒。雖然OLV期間降低吸入氧濃度會使低氧血癥的發(fā)生率增加，但在充分評估圍術(shù)期患者全身情況下，適當(dāng)降低吸入氧濃度(FiO2)能夠減輕肺損傷。該文主要描述OLV期間氧中毒肺損傷的機制，介紹近年來OLV期間降低FiO2對肺損傷的研究現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：急性肺損傷；肺通氣；氧

近年來，隨著各方面技術(shù)的進步，對胸外科手術(shù)患者的年齡和合并癥的限制越來越少，平均住院時間也不斷縮短，但手術(shù)死亡率一直維持在相對穩(wěn)定的水平[1]。胸科手術(shù)后的主要致死原因也已經(jīng)從心臟并發(fā)癥轉(zhuǎn)變?yōu)榉尾坎l(fā)癥，如肺炎、肺膿腫、敗血癥及急性肺損傷(acute lung injury，ALI)等。ALI主要是手術(shù)操作和機械通氣造成的，其中單肺通氣(one lung ventilation，OLV)相關(guān)性肺損傷已成為目前研究的熱點。OLV致肺損傷的因素較多，如肺氣壓傷、肺容積傷、肺不張傷及缺血缺氧性損傷等[2]，由此發(fā)展而來的急性呼吸窘迫綜合征具有較高的病死率[3]?，F(xiàn)主要綜述OLV期間降低吸入氧濃度(fraction of inspired oxygen，F(xiàn)iO2)對肺損傷的影響。

1對氧中毒肺損傷認識的發(fā)展

早在1878年，Bert已經(jīng)描述了高壓氧對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響，隨后Lorrain-Smith研究了高壓氧對動物肺臟的損害，他們將動物暴露在300 kPa的 100% O26 h以上，最終動物死于高氧暴露導(dǎo)致的肺部疾病[4-5]。到了20世紀中期，隨著呼吸機的發(fā)展，它在為患者機械通氣時提供更高濃度O2的同時，患者氧中毒肺損傷逐漸成為了機械通氣的一個嚴重并發(fā)癥[6]，長時間吸入純氧會導(dǎo)致肺泡Ⅰ型細胞破壞、毛細血管內(nèi)皮細胞水腫、肺泡上皮細胞壞死以及鱗狀細胞化生等[7]，很多患者因此喪命。

近年來，人們普遍認可了吸入純氧對人體有不利的影響[8]，故全身麻醉時雙肺通氣多采用較低的FiO2，推薦不超過60%[9]。

2OLV時氧中毒致肺損傷的機制

2.1炎癥反應(yīng)大量炎性因子募集入肺是氧中毒肺損傷的一個重要原因。高氧促使炎性因子的趨化能力增加，而炎性因子的趨化能力與肺損傷程度呈正相關(guān)。腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)、白細胞介素(interleukin,IL)8、IL-6及IL-10等因子與術(shù)后感染和系統(tǒng)炎癥反應(yīng)密切相關(guān)，且能預(yù)測患者的住院時間[10]，這些因子之間的相互激活和級聯(lián)反應(yīng)是引起ALI的主要機制之一。TNF-α是由單核-巨噬細胞產(chǎn)生的一種致炎因子，與其他致炎因子形成復(fù)雜的免疫網(wǎng)絡(luò)，能夠誘導(dǎo)肺內(nèi)皮細胞活化、白細胞遷移、粒細胞脫顆粒和毛細血管滲漏。IL-8主要功能是趨化中性粒細胞，促進中性粒細胞黏附內(nèi)皮細胞和穿過血管壁。IL-6與IL-10是一對研究較多的致炎與抗炎因子，IL-6可能參與了肺水腫的形成[11]，而IL-10能抑制某些促炎因子(TNF-α、IL-6、IL-8等)的產(chǎn)生，防止機體發(fā)生繼發(fā)性的組織損傷。高氧還通過一系列炎性因子的激活和對信號通路的調(diào)節(jié)[12]，加重肺損傷。核因子κB是從成熟B淋巴細胞核中提取到的一種核蛋白因子，目前認為它對眾多基因尤其是涉及炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng)方面的基因表達起著關(guān)鍵性調(diào)控作用。而高氧能激活核因子κB[13]，進而調(diào)控一系列炎性因子活性，加重肺損傷。

文獻報道OLV期間降低FiO2，能明顯降低肺組織勻漿液中IL-8、IL-6、 TNF-α水平[14]。另有文獻報道，OLV期間降低FiO2至60%能夠減輕肺組織中核因子κB的水平，且非通氣側(cè)肺中核因子κB水平顯著高于通氣側(cè)肺[15]。

2.2氧化應(yīng)激反應(yīng)氧化應(yīng)激反應(yīng)是指機體遭受各種刺激時，體內(nèi)的活性氧類 (reactive oxygen species，ROS)生成過多，導(dǎo)致體內(nèi)氧化與抗氧化失衡，從而導(dǎo)致中性粒細胞浸潤，蛋白酶分泌增加，繼而導(dǎo)致細胞損傷的病理生理過程。有研究發(fā)現(xiàn)，隨著FiO2的增高，ROS也不斷升高[16]。Nagato等[17]發(fā)現(xiàn)高氧能夠?qū)е麓笫蠓螕p傷，這種損傷不僅發(fā)生在通氣側(cè)肺，也發(fā)生在非通氣側(cè)肺[18]。非通氣側(cè)肺在復(fù)張后經(jīng)歷了缺血/再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury，IR)。IR在氧化應(yīng)激損傷中也占有重要地位。Misthos等[19]對212例肺部手術(shù)患者的前瞻性研究發(fā)現(xiàn)，肺復(fù)張會引發(fā)嚴重的氧化應(yīng)激損傷，且產(chǎn)生的ROS的量與OLV的持續(xù)時間呈正相關(guān)。相比起來，機械通氣和手術(shù)創(chuàng)傷對ROS的影響較小。

丙二醛與超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)是臨床上常用的氧化與抗氧化指標(biāo)，測量其濃度可以間接反映體內(nèi)的氧化水平。丙二醛是脂質(zhì)過氧化的產(chǎn)物，也可以看作是自由基鏈反應(yīng)的終產(chǎn)物。肺癌患者的丙二醛水平經(jīng)常處于較高，切除癌腫以后常伴隨丙二醛下降[20]，表明肺癌患者對氧化應(yīng)激損傷更加敏感。SOD能夠有效清除氧離子自由基[21]，從而保護細胞和組織免受氧化應(yīng)激損傷。研究表明，與OLV期間吸入純氧相比，吸入50%的O22 h后即可出現(xiàn)血清中丙二醛水平降低、SOD水平升高[22]。

3OLV時降低FiO2的研究現(xiàn)狀

由于對低氧血癥的顧慮，OLV期間經(jīng)常吸入純氧。一方面吸入純氧能夠極大地提高動脈血氧分壓(arterial oxygen partial pressure，PaO2)，將PaO2維持在安全的范圍能夠降低術(shù)中嚴重心律失常的發(fā)生，并能促進傷口愈合，提高術(shù)后患者免疫力[23]；但另一方面，吸入純氧也未必一定能夠維持滿意的氧合，它可造成氧中毒和肺不張[24]。由于氧氣很容易吸收入血，易導(dǎo)致部分肺泡萎陷，造成通氣/血流比例失調(diào)，氧合下降。

關(guān)于OLV時應(yīng)采用多少FiO2，目前尚無定論。米勒麻醉學(xué)第6版[25]中提到吸入純氧的好處遠遠大于不良影響。米勒麻醉學(xué)中文《第7版》[26]，沒有明確推薦OLV時FiO2，但是建議OLV期間一旦發(fā)生低氧血癥，首先采取的措施是提高FiO2。

3.1實驗研究Olivant等[14]用20只幼豬模擬胸腔鏡手術(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)OLV 3 h后，與100% FiO2組比較，50% FiO2組肺組織中TNF-α、IL-6、IL-8水平降低，而SOD水平增加，表明50% FiO2減輕了肺部炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激損傷。游志堅等[13]的兔OLV模型試驗結(jié)果表明，60%的FiO2能減少肺組織勻漿液中核因子κB的活化，減輕肺損傷。

3.2臨床研究Verhage等[27]對30例食管癌患者擇期下行開胸手術(shù)，為了減少氧中毒和術(shù)后ALI，調(diào)節(jié)FiO2在 70%～100%，結(jié)果多數(shù)患者能夠維持動脈血氧飽和度(arterial oxygen saturation，SaO2)>92%，SaO2最低降至88%。

王繼嵐和張孟元[28]對60例經(jīng)左胸食管癌切除患者進行觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比吸入純氧，OLV期間吸入80%的O2能夠?qū)е卵逯蠭L-6、IL-8、丙二醛水平降低，SOD水平升高，進一步降低FiO2至60%，對無基礎(chǔ)心肺疾病的患者來說也是安全的。

Yang等[29]將100例美國麻醉醫(yī)師協(xié)會(American Society of Anesthesiologists,ASA)Ⅰ～Ⅱ級擬行開胸肺葉切除的患者隨機分為兩組：與傳統(tǒng)通氣組相比，保護性通氣組將FiO2由100%降低至50%，潮氣量由10 mL/kg降低至6 mL/kg，呼氣末正壓通氣由0 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa)提高至5 cmH2O。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)在OLV 時，雖然保護性通氣組有58%需要將氧濃度提高到100%以維持足夠的氧合，但其肺部并發(fā)癥(包括肺滲出和肺不張)的發(fā)生率均低于傳統(tǒng)通氣組。

Ahn等[30]在Yang等[29]研究基礎(chǔ)上又進行了深入研究。他們將試驗對象設(shè)定為ASAⅠ～Ⅱ級的擬行腔鏡下肺葉切除的患者，通氣方式同上。結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)兩組試驗對象血清中IL-6、 丙二醛水平的差異無統(tǒng)計學(xué)意義，認為可能的原因為所選擇試驗對象術(shù)前沒有炎癥反應(yīng)和損傷，且腔鏡手術(shù)是微創(chuàng)的，故沒有觸發(fā)炎性因子大量釋放，且所使用的硬膜外麻醉減輕了炎癥反應(yīng)。但是，作者同時指出血標(biāo)本中指標(biāo)反映全身炎癥反應(yīng)水平，肺泡灌洗液和肺組織勻漿液中相關(guān)炎性因子水平更能反映肺損傷程度。

4OLV期間降低FiO2的安全性評價

對于OLV期間的FiO2，目前仍然存在爭議。文獻報道，60%的FiO2有降低術(shù)后肺部感染的趨勢[3，31]，也有學(xué)者認為更低的FiO2(30%~50%)[32]既能維持滿意的氧合又能減輕肺損傷。當(dāng)OLV期間 FiO2為30%時，低氧血癥的發(fā)生率為100%[22]。

盡管OLV期間吸入較低的FiO2能夠減輕肺損傷，但是患者的安全仍然是首要問題，因此降低FiO2必須在保證足夠氧合的前提下進行。Olivant等[14]認為，OLV期間應(yīng)保證SaO2≥96%；Yang等[29]和Ahn等[30]認為必須保證脈搏血氧飽和度(pulse oxygen saturation，SpO2)≥95%，且需要調(diào)節(jié)其他參數(shù)維持動脈血二氧化碳分壓在35～45 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)，而Della和Coccia[32]與Karzai和Schwarzkopf[33]則認為只要能維持SpO2在90%以上，患者即能耐受OLV，應(yīng)盡量不用純氧。米勒麻醉學(xué)第7版[26]指出，OLV期間應(yīng)維持SaO2>90%(PaO2>60 mmHg)，并且對于沒有其他嚴重并發(fā)癥的患者來說，初期SaO2短暫處于80%也是可以接受的。一旦OLV期間發(fā)生任何的并發(fā)癥，采取的首要措施是提高FiO2至100%，如果在吸入純氧的情況下仍不能保證滿意的氧合，則間斷恢復(fù)雙肺通氣。

既往臨床研究中報道過的試驗對象多為ASAⅠ級或Ⅱ級的成年人，心功能Ⅰ～Ⅱ級的肺功能基本正常(一秒率≥80%或者一秒用力呼氣容積/用力肺活量≥0.7)，圍術(shù)期無慢性支氣管炎、哮喘、結(jié)核及呼吸道感染等，且其他系統(tǒng)功能都在代償范圍內(nèi)。而臨床上胸外科患者情況往往比較復(fù)雜，常存在多種缺氧高風(fēng)險因素，包括局部血流受限(如冠狀動脈粥樣硬化性心臟病和腦血管疾病)和攜氧能力受限(如貧血或心肺儲備低)的患者，他們對于OLV的耐受性往往較差，對于這類患者首要關(guān)注的仍是患者的安全，降低FiO2是否可行，仍然缺乏相關(guān)證據(jù)。大部分文獻將研究對象年齡控制在65歲以內(nèi)，臨床上兒童OLV期間降低FiO2是否合適，仍缺乏足夠的研究。

5結(jié)語

降低OLV期間FiO2可以減輕肺損傷，但是由于低氧血癥的顧慮及患者對OLV的耐受性的差異，并不是所有的患者都是適合的，在臨床操作中降低FiO2必須在保證患者足夠氧合的前提下進行。術(shù)中的動脈血氣分析對于保證患者安全是有必要的。多少水平的FiO2對于患者來說既是安全的又能減輕肺損傷，目前仍沒有一致的結(jié)論。

參考文獻

[1]Memtsoudis SG,Besculides MC,Zellos L,etal.Trends in lung surgery:United States 1988 to 2002[J].Chest,2006,130(5):1462-1470.

[2]萬梅方,顧連兵.單肺通氣致急性肺損傷的機制及研究進展[J].國際麻醉學(xué)與復(fù)蘇雜志,2013,34(4):348-351.

[3]Yoshimura T,Ueda K,Kakinuma A,etal.Bronchial blocker lung collapse technique:nitrous oxide for facilitating lung collapse during one-lung ventilation with a bronchial blocker[J].Anesth Analg,2014,118(3):666-670.

[4]Bean JW.Effects of oxygen at increased pressure[M].Physiol Rev,1945:1-147.

[5]Smith JL.The pathological effects due to increase of oxygen tension in the air breathed[J].J Physiol,1899,24(1):19-35.

[6]van Ooij PJ,Hollmann MW,van Hulst RA,etal.Assessment of pulmonary oxygen toxicity:relevance to professional diving;a review[J].Respir Physiol Neurobiol,2013,189(1):117-128.

[7]Cordingley JJ,Keogh BF.The pulmonary physician in critical care.8:Ventilatory management of ALI/ARDS[J].Thorax,2002,57(8):729-734.

[8]Bizzarro MJ,Li FY,Katz K,etal.Temporal quantification of oxygen saturation ranges:an effort to reduce hyperoxia in the neonatal intensive care unit[J].J Perinatol,2014,34(1):33-38.

[9]Boyle AJ,Mac SR,McAuley DF.Pharmacological treatments in ARDS; a state-of-the-art update[J].BMC Med,2013,11:166.

[10]Breunig A,Gambazzi F,Beck-Schimmer B,etal.Cytokine & chemokine response in the lungs,pleural fluid and serum in thoracic surgery using one-lung ventilation[J].J Inflamm (Lond),2011,8:32.

[11]Li T,Zhao B,Wang C,etal.Regulatory effects of hydrogen sulfide on IL-6,IL-8 and IL-10 levels in the plasma and pulmonary tissue of rats with acute lung injury[J].Exp Biol Med,2008,233(9):1081-1087.

[12]Fessel JP,Flynn CR,Robinson LJ,etal.Hyperoxia synergizes with mutant bone morphogenic protein receptor 2 to cause metabolic stress,oxidant injury,and pulmonary hypertension[J].Am J Respir Cell Mol Biol,2013,49(5):778-787.

[13]Eo SH,Cho H,Kim SJ.Resveratrol Inhibits Nitric Oxide-Induced Apoptosis via the NF-Kappa B Pathway in Rabbit Articular Chondrocytes[J].Biomol Ther (Seoul),2013,21(5):364-370.

[14]Olivant FA,Husain K,Wolfson MR,etal.Hyperoxia during one lung ventilation:inflammatory and oxidative responses[J].Pediatr Pulmonol,2012,47(10):979-986.

[15]游志堅,徐紅霞,彭浩炎,等.單肺通氣吸入不同氧分量對兔肺組織NF-κB的影響[J].國際麻醉學(xué)與復(fù)蘇雜志,2009,30(4):316-318,341.

[16]Brueckl C,Kaestle S,Kerem A,etal.Hyperoxia-induced reactive oxygen species formation in pulmonary capillary endothelial cells in situ[J].Am J Respir Cell Mol Biol,2006,34(4):453-463.

[17]Nagato A,Silva FL,Silva AR,etal.Hyperoxia-induced lung injury is dose dependent in Wistar rats[J].Exp Lung Res,2009,35(8):713-728.

[18]Sugasawa Y,Yamaguchi K,Kumakura S,etal.The effect of one-lung ventilation upon pulmonary inflammatory responses during lung resection[J].J Anesth,2011,25(2):170-177.

[19]Misthos P,Katsaragakis S,Milingos N,etal.Postresectional pulmonary oxidative stress in lung cancer patients.The role of one-lung ventilation[J].Eur J Cardiothorac Surg,2005,27(3):379-382; discussion 382-383.

[20]Fitzpatrick S,Acheson J,Curran P.Re-expansion pulmonary oedema and circulatory shock in a 20-year-old man[J].Eur J Emerg Med,2003,10(2):146-148.

[21]Tekinbas C,Ulusoy H,Yulug E,etal.One-lung ventilation:for how long[J].J Thorac Cardiovasc Surg,2007,134(2):405-410.

[22]李利平,劉瑤.FiO2對肺癌根治術(shù)患者Qs/Qt、氧化應(yīng)激和術(shù)后恢復(fù)的影響[D].長沙:中南大學(xué)湘雅醫(yī)院,2013.

[23]Cai C,Qiu G,Gong X,etal.Effects of erythromycin on gamma-glutamyl cysteine synthetase and interleukin-1beta in hyperoxia-exposed lung tissue of premature newborn rats[J].J Pediatr (Rio J),2014,90(5):493-499.

[24]Lytle FT,Brown DR.Appropriate ventilatory settings for thoracic surgery:intraoperative and postoperative[J].Semin Cardiothorac Vasc Anesth,2008,12(2):97-108.

[25]胡戈,閆紅.米勒麻醉學(xué)第6版[M].北京:北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社,2006:1899-1910.

[26]羅和國,胡衍輝,周濤譯,等.米勒麻醉學(xué)中文第7版[M].北京:北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社,2011:1846-1853.

[27]Verhage RJ,Boone J,Rijkers GT,etal.Reduced local immune response with continuous positive airway pressure during one-lung ventilation for oesophagectomy[J].Br J Anaesth,2014,112(5):920-928.

[28]王繼嵐,張孟元.肺保護性通氣策略及吸入氣氧濃度對單肺通氣肺損傷的影響[D].青島:山東大學(xué)醫(yī)學(xué)院,2012.

[29]Yang M,Ahn HJ,Kim K,etal.Does a protective ventilation strategy reduce the risk of pulmonary complications after lung cancer surgery:a randomized controlled trial[J].Chest,2011,139(3):530-537.

[30]Ahn HJ,Kim JA,Yang M,etal.Comparison between conventional and protective one-lung ventilation for ventilator-assisted thoracic surgery[J].Anaesth Intensive Care,2012,40(5):780-788.

[31]許仄平,顧連兵,王麗君,等.剖胸手術(shù)患者單肺通氣時降低吸入氧濃度的可行性[J].江蘇醫(yī)藥,2013,39(15):1765-1767.

[32]Della RG,Coccia C.Ventilatory management of one-lung ventilation[J].Minerva Anestesiol,2011,77(5):534-536.

[33]Karzai W,Schwarzkopf K.Hypoxemia during one-lung ventilation:prediction,prevention,and treatment[J].Anesthesiology,2009,110(6):1402-1411.

Effect of Decreasing Fraction of Inspired Oxygen on Lung Injury during One Lung VentilationLIPeng-yi1,GULian-bing1,2.(1.JiangsuProvinceKeyLaboratoryofAnesthesiology,JiangsuProvinceKeyLaboratoryofAnesthesiaanAnalgesiaApplicationTechnology,Xuzhou221002,China; 2.DepartmentofAnesthesiology,JiangsuProvinceCancerHospital,Nanjing210009,China)

Abstract:During one lung ventilation(OLV) the inhaled 100% O2can keep arterial oxygen partial pressure(PaO2) at a high level,however it may lead to inhaled atelectasis and oxygen toxicity.Although decreasing FiO2increased the incidence of hypoxemia during OLV,an intensive perioperative monitoring and appropriate low FiO2can be helpful to reduce acute lung injury.Here is mainly to describe the mechanisms of pulmonary oxygen toxicity during OLV,and introduce the recent research status of the influence of decreasing FiO2on lung injury during OLV.

Key words:Acute lung injury; Pulmonary ventilation; Oxygen

收稿日期:2014-11-10修回日期:2015-03-13編輯:薛惠文

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.20.028

中圖分類號：R614

文獻標(biāo)識碼:A

文章編號：1006-2084(2015)20-3720-03