胸腔積液及其引流引發(fā)的病理生理學(xué)效應(yīng)

張曉宏 任壽安

1山西醫(yī)科大學(xué),太原030001；2山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科,太原030001

胸膜的臟層和壁層之間有一個(gè)潛在腔隙,稱之為胸膜腔。正常人胸膜腔內(nèi)約有5～15 ml液體,可將兩層胸膜分開,并在呼吸運(yùn)動(dòng)時(shí)起潤滑作用。任何造成胸膜腔液體的濾出增多和/或再吸收減少的因素均可使胸膜腔內(nèi)液體增多,即稱之為胸腔積液。據(jù)統(tǒng)計(jì),全球每年約有2 400萬人受到胸腔積液的影響[1]。大量胸腔積液可導(dǎo)致胸膜腔壓力(pleural pressure,PPL)增加,并引發(fā)臨床癥狀(如呼吸困難和咳嗽)[2]。胸腔穿刺引流是清除胸腔積液和緩解臨床癥狀的常用方法。然而,胸腔積液引流的效應(yīng)是存在爭議的,如一些側(cè)重于呼吸功能的研究表明,胸腔積液的引流改善了氣血交換[3]；但是一些研究結(jié)果并非如此[4]。胸腔積液及其引流可對(duì)患者的氣血交換、心肺功能、膈肌功能、PPL等產(chǎn)生重大影響?，F(xiàn)對(duì)胸腔積液及其引流引發(fā)的病理生理學(xué)效應(yīng)進(jìn)行綜述。

1 胸腔積液及其引流對(duì)氣血交換的影響

1.1 胸腔積液對(duì)氣血交換的影響 胸腔積液常常會(huì)引起患者呼吸困難和低氧血癥。研究已表明肺內(nèi)分流、通氣/灌注不匹配是胸腔積液患者患低氧血癥的主要機(jī)制,且隨著積液的增多而惡化。Nishida等[5]向機(jī)械通氣豬的雙側(cè)胸膜腔內(nèi)分級(jí)遞增注入生理鹽水,發(fā)現(xiàn)PaO2隨著胸腔積液的增加而降低；肺內(nèi)分流隨著胸腔積液的增加而增加。Agustí等[6]對(duì)9例2周內(nèi)產(chǎn)生胸腔積液的患者使用多重惰性氣體消除技術(shù)亦證明了肺內(nèi)分流是胸腔積液引起低氧血癥的基礎(chǔ)。Michaelides等[7]依據(jù)胸腔積液的量對(duì)無實(shí)質(zhì)性肺疾病、自主呼吸的患者進(jìn)行分組,并測(cè)量不同體位下的動(dòng)脈血?dú)狻Ｑ芯堪l(fā)現(xiàn)大量胸腔積液患者在健側(cè)臥位時(shí)氧合最差,而少量胸腔積液患者在患側(cè)臥位時(shí)氧合最差。結(jié)果證實(shí)積液的量和患者體位都可通過改變通氣/血流比率進(jìn)而影響低氧血癥的程度。

1.2 胸腔積液引流對(duì)氣血交換的影響 胸腔積液引流可通過使塌陷的肺實(shí)質(zhì)重新擴(kuò)張來提高通氣/血流比率,從而有益于氧合的改善[8-9]。然而胸腔積液的引流對(duì)患者氣血交換的效應(yīng)尚未達(dá)成共識(shí),臨床效益存在矛盾與爭議。對(duì)31項(xiàng)研究(2 265例患者)進(jìn)行薈萃分析顯示危重患者胸腔積液引流后氧合得到改善[10]。相反,Kwok等[11]報(bào)道了3例惡性胸腔積液患者引流后出現(xiàn)呼吸障礙及低氧血癥,并最終確診為肺栓塞,他們認(rèn)為這與胸腔積液引流引起胸腔內(nèi)壓力變化有關(guān)；另一項(xiàng)研究結(jié)果顯示在機(jī)械通氣的患者中胸腔積液引流后氧合指標(biāo)僅在急性呼吸窘迫綜合征和急性肺損傷患者中得到顯著改善[12]；Doelken等[13]指出,在機(jī)械通氣患者中,胸腔積液引流后PaO2或P(A-a)O2[分別為96～102 mm Hg(1 mm Hg＝0.133 kPa)和226～217 mm Hg]亦沒有立即改善。

這些研究結(jié)果存在矛盾的主要原因可能是研究的病例中存在顯著的肺部病變差異(即感染、阻塞性肺疾病、顯著的占位病變等)。為了最大限度地減少肺部病變因素的干擾,Michaelides等[14]排除了最大直徑＞1.5 cm的肺實(shí)質(zhì)性病變患者,將122例患者分為中小量胸腔積液組和大量胸腔積液組,并分析引流前后氧合指標(biāo)變化。結(jié)果顯示:在中小量胸腔積液組中引流后PaO2顯著增加,而在大量胸腔積液組中術(shù)后PaO2立即出現(xiàn)顯著下降。該項(xiàng)研究證明了胸腔穿刺術(shù)后部分患者出現(xiàn)暫時(shí)性低氧血癥的合理性,這可能與液體靜水壓力和低氧誘導(dǎo)因子的作用有關(guān)。大量胸腔積液所產(chǎn)生的高靜水壓力(液體垂直高度決定[15]),通過胸腔穿刺術(shù)解除后,雖然壓縮的血管得以恢復(fù)灌注,但由于低氧誘導(dǎo)因子可導(dǎo)致肺泡Ⅱ型細(xì)胞表面活性蛋白表達(dá)減少[16],表面活性物質(zhì)的功能尚未得以改善,肺泡依然存在彈性阻力,故肺泡通氣減少,通氣/灌注失衡,造成低氧血癥。該研究提示大量胸腔積液引流時(shí)可能需要在術(shù)中、術(shù)后立即給氧。

胸腔穿刺術(shù)后氧合的改善亦與術(shù)后缺氧血管收縮的效率和肺不張復(fù)張的速率有關(guān)。Stecka等[17]跟蹤觀測(cè)虛擬患者的胸腔穿刺術(shù)相關(guān)的動(dòng)脈血?dú)庾兓?在胸腔穿刺術(shù)中測(cè)量經(jīng)皮氧分壓和二氧化碳分壓(PtcO2和PtcCO2)。數(shù)據(jù)顯示胸腔穿刺術(shù)會(huì)引起PtcO2的升高和降低；缺氧血管收縮的效率越好,則PtcO2下降幅度越??；肺不張復(fù)張的速率越快,則Ptc O2正?；娇?。胸腔積液引流使PPL降低,導(dǎo)致右下肺靜脈跨壁壓力升高,從而克服缺氧血管收縮,因此出現(xiàn)了肺分流,如果肺不張復(fù)張的速率較慢,分流持續(xù)存在；相反,如果肺不張復(fù)張的速率較快,則Ptc O2可恢復(fù)到正常值。

1.3 氣血交換可預(yù)測(cè)引流效果 胸腔積液引流可以影響患者氣血交換；反之,可以通過氣血交換指標(biāo)預(yù)測(cè)胸腔穿刺引流效果。一項(xiàng)回顧性研究分析了胸腔積液患者的臨床資料[18],根據(jù)引流1周后PaO2/吸入氧濃度比值(P/F)較引流前增加110%,將患者分為有效組和無效組。研究發(fā)現(xiàn)術(shù)前P/F比值較低的患者,胸腔積液引流是有效的。嚴(yán)重呼吸衰竭患者的肺順應(yīng)性往往較低,肺泡比健康肺更容易塌陷,低P/F比值組更有可能通過胸腔積液引流使肺泡再次充盈,分流率降低,從而獲得更好的氧合。因此P/F比值可作為臨床醫(yī)師判斷胸腔積液引流指征和時(shí)機(jī)的預(yù)測(cè)指標(biāo)。

2 胸腔積液及其引流對(duì)呼吸力學(xué)的影響

2.1 胸腔積液引流對(duì)呼吸力學(xué)指標(biāo)的影響 胸腔積液的存在改變了呼吸系統(tǒng)的機(jī)械特性,降低了跨肺壓[19]；胸腔積液引流可改善患者呼吸力學(xué)指標(biāo),包括呼氣末跨肺壓、呼吸系統(tǒng)順應(yīng)性、呼吸系統(tǒng)阻力和呼氣末肺容積[8]。國外一項(xiàng)研究在消除了一些可能影響測(cè)量評(píng)估結(jié)果的混雜因素之后,患者滿足了嚴(yán)格的同質(zhì)性標(biāo)準(zhǔn),并根據(jù)胸腔穿刺術(shù)前積液的多少將患者分組,結(jié)果顯示胸腔穿刺術(shù)后最大吸氣壓和最大呼氣壓都顯著增加[20]。Umbrello等[21]研究胸腔積液引流對(duì)機(jī)械通氣患者呼吸力學(xué)的影響,亦發(fā)現(xiàn)胸腔積液引流后口腔閉合壓和Pmusc指數(shù)(即吸氣末閉塞的平臺(tái)壓與呼氣末正壓和壓力支持之和之間的差)顯著降低、呼吸系統(tǒng)順應(yīng)性增加,且最大吸氣壓有所改善。故胸腔積液引流可明顯改善患者呼吸力學(xué)指標(biāo)。

2.2 胸腔積液及其引流對(duì)肺功能的影響 胸腔積液對(duì)肺功能的影響已經(jīng)在各種實(shí)驗(yàn)中得到了廣泛的研究。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明,胸腔擴(kuò)張是產(chǎn)生額外容量以容納積液的主要機(jī)制,并有助于保持肺容量。在麻醉犬中,胸腔內(nèi)注入生理鹽水可使胸腔容積增加2/3,但僅使功能殘氣量減少1/3[22],并得出結(jié)論胸腔積液主要引起胸腔容積的擴(kuò)張,而胸腔容積的增加主要是通過膈肌向下移位實(shí)現(xiàn)的。在大鼠中,雙側(cè)胸腔積液也增加了肋骨前后和側(cè)方的直徑[23]。同樣,在臨床試驗(yàn)中,胸腔積液引流后,潮氣量增加,但呼吸頻率下降、分鐘通氣量不變,肺活量無明顯增加,且肺活量的改善與引流量只有微弱的相關(guān)性[21]。

2.3 胸腔積液及其引流對(duì)膈肌功能的影響

2.3.1 胸腔積液對(duì)膈肌功能的影響 胸腔積液可改變膈肌的結(jié)構(gòu)和功能。向麻醉犬的雙側(cè)胸膜腔分次注射生理鹽水,發(fā)現(xiàn)胸腔積液使松弛的膈肌移位,導(dǎo)致膈肌長度-張力關(guān)系降低,膈肌產(chǎn)生壓力的能力顯著降低[24]。同樣,在臨床試驗(yàn)中使用超聲觀察到胸腔積液可導(dǎo)致膈肌的內(nèi)翻和反常運(yùn)動(dòng)[25]。膈肌功能的降低是胸腔積液的病理生理學(xué)的關(guān)鍵。正常的膈肌收縮使肺部擴(kuò)張,吸入空氣。存在胸腔積液時(shí),膈肌被推向肺底,導(dǎo)致靜息位置接近最大收縮位置,這減少了膈肌的額外移動(dòng),在極端情況下,還可看到膈肌倒置；且胸腔積液亦導(dǎo)致膈肌與肺分離,當(dāng)膈肌收縮時(shí),肺無法擴(kuò)張。

2.3.2 胸腔積液引流對(duì)膈肌功能的影響 通過對(duì)胸腔穿刺術(shù)前、術(shù)后的膈肌進(jìn)行超聲檢查,發(fā)現(xiàn)胸腔積液側(cè)膈肌功能減退,胸腔穿刺術(shù)后膈肌偏移、膈肌增厚明顯增加,且膈肌收縮、膈肌增厚和膈肌偏移的速度隨著胸腔積液引流量的增加而增加[21,26-27]。這是由于胸腔積液引流使膈肌負(fù)荷狀況、膈肌長度-張力關(guān)系得到了改善,減少了膈肌的機(jī)械損傷,恢復(fù)了膈肌運(yùn)動(dòng),膈肌收縮功能加強(qiáng),從而降低潮氣呼吸時(shí)的吸氣力,最終使患者的呼吸困難、呼吸功能得以改善。

2.3.3 呼吸困難與膈肌功能異常 胸腔積液相關(guān)的呼吸困難可能更多地與呼吸肌力學(xué)因素有關(guān),而不僅是胸腔積液所致的氣血交換障礙。膈肌功能異常是胸腔積液患者呼吸困難的重要原因。一項(xiàng)前瞻性研究對(duì)有癥狀的胸腔積液患者在胸腔穿刺術(shù)前和術(shù)后24～36 h進(jìn)行生理學(xué)參數(shù)評(píng)估[28]。發(fā)現(xiàn)膈肌運(yùn)動(dòng)異常與胸腔積液的出現(xiàn)有顯著相關(guān)性,引流前,50%的受試者的同側(cè)半膈出現(xiàn)平坦或外翻的超聲圖像；引流后大部分(94%)患者半膈呈正常圓頂狀；引流前膈肌運(yùn)動(dòng)減少或異常的患者中有相當(dāng)一部分在引流后呼吸困難評(píng)分得到了臨床意義上的改善。傳統(tǒng)的概念認(rèn)為,胸腔積液引流的益處在于引流可使原先被液體壓迫的肺擴(kuò)張,但這一觀點(diǎn)過于簡單。實(shí)際上,胸腔積液引流后肺活量的增加很小,與引流量和呼吸困難的改善沒有很好的相關(guān)性。膈肌運(yùn)動(dòng)異常是引流后癥狀緩解獨(dú)立預(yù)測(cè)因素。這有助于臨床醫(yī)師去判斷患者是否可以從胸腔積液引流中得到預(yù)期的效益,并為患者發(fā)生呼吸困難的潛在機(jī)制提供信息。

2.4 胸腔積液及其引流對(duì)PPL的影響

2.4.1 胸腔積液對(duì)PPL的影響 呼吸肌的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致PPL的周期性變化,而PPL的周期性變化是吸氣和呼氣的直接原因。正常的PPL在功能殘氣量下為－3～－5 cm H2O(1 cm H2O＝0.098 k Pa),這是由于肺和胸膜彈力相互抵消后產(chǎn)生的。PPL對(duì)保持肺部處于適當(dāng)?shù)某錃鉅顟B(tài)和胸腔內(nèi)的正常血液循環(huán)至關(guān)重要,亦是參與胸膜疾病病理生理的重要因素。

整個(gè)胸腔的PPL并不均勻。PPL存在垂直梯度,可能主要與重力有關(guān)。在胸腔積液動(dòng)物模型中,PPL隨著積液深度的增加而增加[5]。并且,不同胸腔積液患者的PPL是不同的。在一項(xiàng)對(duì)52例胸腔積液患者的研究中,Light等[29]發(fā)現(xiàn)PPL為－21～8 cm H2O。這種差異可能與患者并發(fā)的不同肺部疾病有關(guān)。

2.4.2 胸腔積液引流對(duì)PPL的影響 胸腔穿刺術(shù)使PPL降低。為了量化胸腔積液引流時(shí)的壓力變化,將PPL的變化除以引流液體的量定義為胸腔彈性阻力。胸腔穿刺前PPL的差異和胸腔彈性阻力具有診斷和預(yù)后價(jià)值,在肺彈性回縮正常、氣道通暢和臟層胸膜正常的胸腔積液患者中,PPL升高,胸腔彈性阻力降低；胸腔彈性阻力較高(＞25 cm H2O/L)、PPL降低,常見于陷閉肺(如惡性腫瘤)的患者,并與胸膜固定術(shù)的療效相關(guān)[30]；在氣道阻塞、肺彈性回縮增加或胸膜炎癥導(dǎo)致的肺不張患者中,PPL、胸腔彈性阻力增加。

2.4.3 胸膜腔測(cè)壓的臨床應(yīng)用 在治療性胸腔穿刺或氣胸引流過程中,胸膜腔測(cè)壓被用于跟蹤PPL的變化。胸膜腔測(cè)壓可用于診斷和區(qū)分各種類型的不可擴(kuò)張肺[31]；并可預(yù)測(cè)化學(xué)胸膜固定術(shù)的療效和使用留置胸膜導(dǎo)管進(jìn)行自發(fā)性胸膜固定術(shù)的可能性,從而為復(fù)發(fā)性胸腔積液患者提供姑息性治療方案[32]。治療性胸腔穿刺術(shù)中可能會(huì)出現(xiàn)胸部不適、咳嗽、復(fù)張性肺水腫等不良反應(yīng),這些與PPL下降有關(guān),而與胸腔積液引流量無關(guān)[33],因此可以預(yù)期的是,在胸腔穿刺術(shù)中進(jìn)行胸膜腔測(cè)壓可以預(yù)防一些并發(fā)癥,包括復(fù)張性肺水腫。然而最近一項(xiàng)前瞻性隨機(jī)試驗(yàn)中,研究者以患者為中心并結(jié)合臨床結(jié)果來評(píng)估胸膜腔測(cè)壓技術(shù)在治療性胸腔穿刺術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值。發(fā)現(xiàn)胸膜腔測(cè)壓并不能降低術(shù)中發(fā)生嚴(yán)重并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)、減少引流量或提高手術(shù)速度,也不能減少手術(shù)后患者的胸部不適或改善呼吸困難[34]。但胸膜腔測(cè)壓技術(shù)可為胸腔積液相關(guān)生理變化的研究提供一定的應(yīng)用價(jià)值。例如,Zielinska-Krawczyk等[35]利用胸膜腔測(cè)壓技術(shù)發(fā)現(xiàn)治療性胸腔穿刺術(shù)中咳嗽會(huì)引起PPL升高,而且即使在咳嗽停止后PPL的升高仍然持續(xù)存在,說明咳嗽可能通過防止PPL過度下降而對(duì)患者產(chǎn)生有利影響。

研究者可通過胸膜腔測(cè)壓技術(shù)來發(fā)現(xiàn)與胸腔積液相關(guān)的肺力學(xué)生理異常。Grabczak等[36]在成人胸腔積液患者中記錄并分析胸腔積液引流前后的胸膜腔壓力曲線(胸膜壓力脈沖),發(fā)現(xiàn)胸膜壓力脈沖有類似于脈搏描記線的微小擺動(dòng),胸膜壓力脈沖頻率與脈率完全一致,振蕩峰值反映心臟舒張期,這是一種新的胸膜現(xiàn)象,他們推測(cè)它可能與肺不張或肺和臟層胸膜順應(yīng)性降低有關(guān)。Zielinska-Krawczyk等[37]亦利用數(shù)字電子壓力計(jì)記錄引流過程中胸膜腔壓力曲線,并分析胸腔積液引流患者呼吸周期中胸膜壓力振幅(pleural pressure amplitude,PPLampl)和呼吸頻率的變化。得出結(jié)論:治療性胸腔穿刺術(shù)不僅可以影響PPL,而且可以使PPLampl發(fā)生顯著變化,與PPL相反,絕大多數(shù)患者的PPLampl穩(wěn)步增加,呼吸頻率也有所增加。他們認(rèn)為PPLampl的變化可能主要與肺和臟層胸膜的彈性特性有關(guān),隨著胸腔積液引流后PPL的降低,肺擴(kuò)張與肺容量的增加將導(dǎo)致維持潮氣量和分鐘通氣量所需的跨肺壓增加,且肺擴(kuò)張引起肺順應(yīng)性下降,故PPLampl與PPL呈顯著負(fù)相關(guān),PPLampl與胸膜彈性呈正相關(guān)。

3 總結(jié)

胸腔積液及其引流可對(duì)心肺系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響。肺內(nèi)分流、通氣/灌注不匹配是胸腔積液患者發(fā)生低氧血癥的主要機(jī)制,且會(huì)隨著積液的增多而惡化,但胸腔積液的引流對(duì)患者氣血交換的臨床效益存在爭議。引流后分鐘通氣量與肺容量未得到明顯改善,說明胸腔積液引起患者呼吸困難的機(jī)制并非是肺壓縮。胸腔積液引流后呼吸力學(xué)指標(biāo)和膈肌收縮功能的改善表明呼吸肌的長度-張力關(guān)系的改變是造成患者呼吸困難的主要原因；膈肌運(yùn)動(dòng)異常是引流后癥狀緩解獨(dú)立預(yù)測(cè)因素,這有助于臨床醫(yī)師去判斷患者是否可以從胸腔積液引流中得到預(yù)期的效益,并為患者發(fā)生呼吸困難的潛在機(jī)制提供信息。我們可通過胸膜腔測(cè)壓技術(shù)來探知胸腔積液對(duì)PPL的影響以及胸腔積液引流時(shí)PPL的變化,但最新研究得出胸膜腔測(cè)壓并不能減少在胸腔穿刺術(shù)中出現(xiàn)的并發(fā)癥及不良反應(yīng)。未來的研究應(yīng)積極探尋胸腔積液及其引流在病理生理學(xué)效應(yīng)方面產(chǎn)生爭議性結(jié)論的原因,并進(jìn)一步研究胸腔積液相關(guān)性呼吸困難的機(jī)制以及胸膜腔測(cè)壓是否可以減少手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突