心臟手術(shù)體外循環(huán)期間通氣管理的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

張孟秋(綜述)，余 海(審校)

(四川大學(xué)華西醫(yī)院麻醉科，四川 成都 610041 )

2021年我國心血管外科手術(shù)總量超27萬例，其中體外循環(huán)(cardiopulmonary bypass,CPB)下手術(shù)總量超17萬例，均呈現(xiàn)明顯上升趨勢[1]。絕大多數(shù)心臟手術(shù)需采取正中胸骨切開、心臟停搏和主動(dòng)脈阻斷，以獲得靜止、無血的操作術(shù)野，這都將不可避免地會(huì)引發(fā)全身炎癥反應(yīng)，造成心肌組織缺血損傷和電生理損害[2-3]。發(fā)生缺血/再灌注損傷后，心肌組織釋放的促炎介質(zhì)、氧自由基、以及心功能不全本身也可能會(huì)導(dǎo)致肺損傷的發(fā)生[4-5]。此外，心臟手術(shù)尚存在其他多種炎癥應(yīng)激誘發(fā)因素，比如CPB預(yù)充液導(dǎo)致的急性血液稀釋、容量超負(fù)荷、CPB期間連續(xù)非搏動(dòng)性血流灌注、低體溫、全身肝素化以及CPB管道回路內(nèi)表面積過大等。肺臟尤其容易遭受全身炎癥反應(yīng)的打擊，急性肺損傷是CPB術(shù)后的常見并發(fā)癥，將導(dǎo)致氣體交換障礙、肺泡-毛細(xì)血管功能受損、通氣/血流比失調(diào)，往往表現(xiàn)為動(dòng)脈血氧分壓(arterial partial pressure of oxygen,PaO2)和氧合指數(shù)(oxygenation index,OI)下降。盡管心臟手術(shù)圍術(shù)期管理和技術(shù)不斷進(jìn)步和發(fā)展，如不停跳冠狀動(dòng)脈搭橋術(shù)、胸腔鏡輔助加小切口微創(chuàng)心臟手術(shù)、經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置入術(shù)等，但術(shù)后肺部并發(fā)癥(postoperative pulmonary complications, PPCs)/肺損傷仍然是心臟手術(shù)患者術(shù)后的主要并發(fā)癥和死因。因此，旨在減少CPB后肺損傷、促進(jìn)患者臨床轉(zhuǎn)歸的預(yù)防措施層出不窮。比如應(yīng)用中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶抑制劑如西維來司鈉和烏司他丁、肝素涂層回路、減少CPB管道回路與血液接觸的內(nèi)表面積(迷你化)、減少血制品輸注、專用濾器去除白細(xì)胞、改良超濾減輕液體超負(fù)荷等。而與臨床心血管麻醉醫(yī)生密切相關(guān)的措施，更多地體現(xiàn)在術(shù)中機(jī)械通氣管理上，肺保護(hù)性通氣策略被證實(shí)可降低心臟手術(shù)PPCs的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[6]，但關(guān)于CPB期間如何進(jìn)行通氣管理尚存在較大爭議[7-9]?；诖?，通過總結(jié)現(xiàn)有臨床研究證據(jù)，對CPB期間的通氣管理策略作一綜述。

1 CPB期間通氣管理模式

心臟手術(shù)圍術(shù)期保護(hù)性肺通氣策略可在CPB前后、重癥監(jiān)護(hù)室中均起到肺保護(hù)作用，在CPB期間存在不同的通氣管理策略，包括：停止通氣、持續(xù)氣道正壓(continuous positive airway pressure,CPAP)、小潮氣量(tidal volume,VT)通氣、間斷肺復(fù)張手法(vital capacity maneuvers,VCMs)以及通氣期間結(jié)合肺動(dòng)脈灌注。

1.1CPB期間無通氣 目前CPB期間常用通氣方式為無通氣，該通氣方式往往作為研究的對照組，即雙肺處于塌陷、靜止?fàn)顟B(tài)，有利于給外科醫(yī)生提供良好的操作視野，進(jìn)而加快手術(shù)進(jìn)程。然而，停止通氣后，肺循環(huán)中溶酶體的激活，可導(dǎo)致術(shù)后呼吸功能不全、急性呼吸窘迫發(fā)生率升高[10-11]。同時(shí)，塌陷的肺泡及小氣道，可影響到肺分泌物的正常排出，進(jìn)而導(dǎo)致氣道細(xì)菌繁殖，引起感染。

1.2CPB期間應(yīng)用CPAP 最早開始探討CPB期間行CPAP的是Berry等[12]，對比了CPB期間應(yīng)用5 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa)CPAP與保持肺完全靜止塌陷這兩種通氣管理模式，觀察受試者在CPB后幾個(gè)時(shí)點(diǎn)上肺泡-動(dòng)脈氧分壓差[(alveolar to arterial oxygen partial pressure difference,P(A-a)O2)]的差異。盡管在某個(gè)時(shí)點(diǎn)上，CPAP組患者的P(A-a)O2稍高于對照組，但在有創(chuàng)通氣時(shí)間等方面差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且樣本量過小(20例/組)。此后，陸續(xù)出現(xiàn)了一些探討不同水平CPAP對P(A-a)O2、OI、PaO2等氣體交換參數(shù)影響的研究[13-19]。Loeckinger等[14]應(yīng)用10 cmH2O CPAP與對照組比較，發(fā)現(xiàn)在CPB后4 h的肺內(nèi)分流量顯著減少，與其他研究相似，該研究樣本量偏少。在數(shù)年之后，Altmay等[16]和Figueiredo等[17]卻發(fā)現(xiàn)10 cmH2O CPAP并不能提高術(shù)后肺臟的氣體交換功能。與單獨(dú)應(yīng)用CPAP不同的是，Claxton等[20]還將5 cmH2O CPAP與肺復(fù)張手法相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)該通氣方式更有利于提高CPB后的PaO2。Zabeeda等[15]的研究設(shè)計(jì)分組則更全面，包括了無通氣組、不同吸入氧濃度(fraction of inspired oxygen，F(xiàn)iO2)下小VT高呼吸頻率(respiratory rate,RR)通氣組、及有無CPAP組(共5組，每組15例受試者)，結(jié)論是應(yīng)用純氧行5 cmH2O CPAP的患者，在CPB后5 min有著更高的PaO2。就現(xiàn)有研究結(jié)果而言，在CPB期間應(yīng)用CPAP的通氣策略，尚不能得出統(tǒng)一、令人信服的結(jié)論。值得注意的是，目前有一項(xiàng)單中心隨機(jī)對照研究正在實(shí)施，Bignami等[21]將受試者分為3組：無通氣組、5 cmH2O CPAP組和小VT(VT=2～3 mL/kg)低呼氣末正壓(positive end-expiratory pressure,PEEP)機(jī)械通氣組，主要指標(biāo)是術(shù)后OI<200的發(fā)生率。該研究有著足夠的樣本量(共870例)，且納入了三種常用的CPB通氣管理策略，該研究的實(shí)施將進(jìn)一步探明在CPB期間應(yīng)用不同通氣策略的優(yōu)劣。

1.3CPB期間應(yīng)用小VT的通氣策略 早期有8項(xiàng)臨床隨機(jī)對照試驗(yàn)探討了CPB期間小VT的通氣策略[22-29]，大多采用正常RR，將VT設(shè)置為3～5 mL/kg，而其中只有一項(xiàng)研究應(yīng)用低RR(5次/min)[29]。在該領(lǐng)域研究較多的是Beer等[22-25]，他們的研究表明，小VT(3～4 mL/kg)機(jī)械通氣組患者較對照組有著更低的炎性標(biāo)志物水平和更高OI。然而，沒有證據(jù)表明這種通氣策略有顯著的實(shí)際臨床效應(yīng)。Durukan等[29]發(fā)現(xiàn)，CPB期間行小VT、低RR、無PEEP的通氣策略，與對照組相比，在CPB后存在某些炎癥因子(如白細(xì)胞介素6等)減低的趨勢，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且該研究樣本量也偏少(共59例)。Gagnon等[28]比較了在CPB期間行3 mL/kg的小VT通氣與無通氣，得出的結(jié)果是：兩組患者在CPB后的OI和血流動(dòng)力學(xué)相關(guān)指標(biāo)上差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。另一項(xiàng)由Davoudi等[27]實(shí)施的研究表明，CPB期間應(yīng)用小VT的通氣策略，能提高CPB后患者的肺功能和氧合能力。該研究是對術(shù)前患者肺部基礎(chǔ)疾病進(jìn)行詳細(xì)描述的唯一試驗(yàn)，并將術(shù)前肺功能受損的患者排除在外。John等[26]研究則表明，CPB期間保持通氣(VT=5 mL/kg)的患者，術(shù)后機(jī)械通氣時(shí)間更短，并且肺損傷更輕。Orak等[30]研究者更推薦在CPB期間應(yīng)用VT為3～4 mL/kg的通氣策略，但他們試驗(yàn)的總樣本量只有60例，且同樣將氧化應(yīng)激標(biāo)志物作為主要指標(biāo)。上述研究多將主要指標(biāo)設(shè)定為反映氣體交換的某些中間指標(biāo)，而這些指標(biāo)本身具有很大的局限性，且試驗(yàn)樣本量少，難以說明實(shí)際臨床效應(yīng)。

近期發(fā)表的文獻(xiàn)則更關(guān)注患者實(shí)際預(yù)后轉(zhuǎn)歸，不再局限于某些炎性中間指標(biāo)，且設(shè)計(jì)更加規(guī)范、樣本量更大。Lagier等[31]發(fā)表了一項(xiàng)多中心隨機(jī)對照試驗(yàn)，該試驗(yàn)樣本量充足(共493例)，探討了在CPB期間應(yīng)用兩種通氣管理方式，即小VT通氣(VT=3 mL/kg，PEEP=8 cmH2O，RR=12次/min)聯(lián)合VCMs的“肺開放通氣策略”與無通氣，對患者PPCs發(fā)生率的影響，結(jié)果顯示兩組之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，因而他們認(rèn)為，在CPB期間保留小VT的通氣策略并不優(yōu)于無通氣。隨后Nguyen等[32]也發(fā)表的一項(xiàng)單中心隨機(jī)對照研究中，將1 501例受試者分為CPB期間的小VT通氣組(VT=3 mL/kg，PEEP=5 cmH2O，RR=5次/min)和無通氣組，結(jié)果也顯示兩組在PPCs發(fā)生率及病死率差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，同樣也得出了與Lagier等[31]類似的結(jié)論，但同時(shí)作者也提出，并沒有將術(shù)后疼痛管理、理療及其他呼吸力學(xué)相關(guān)參數(shù)等記錄并統(tǒng)計(jì)，而這些指標(biāo)的差異有可能會(huì)對PPCs發(fā)生率產(chǎn)生潛在影響。

在上述國外相關(guān)臨床研究中，均未見有關(guān)于FiO2的詳細(xì)設(shè)定說明，且納入的手術(shù)類型多數(shù)為冠狀動(dòng)脈搭橋術(shù)。而我國的心臟手術(shù)類型以瓣膜病變(28%)和先天性心臟病(26%)為主，冠狀動(dòng)脈搭橋術(shù)雖然呈現(xiàn)上升趨勢，但占比僅為21%[1]。據(jù)國內(nèi)一項(xiàng)隨機(jī)對照研究報(bào)道[33]，CPB期間應(yīng)用不同F(xiàn)iO2(30%或80%)行小VT(VT=2～3 mL/kg，PEEP=5～8 cmH2O，RR=10～12次/min)的通氣策略，與無通氣相比，患者術(shù)后PPCs發(fā)生率差異并無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。值得注意的是，在目前所有的隨機(jī)對照研究中，都沒有提到與通氣方式相關(guān)的嚴(yán)重不良事件，也間接地反映出在CPB期間保持小VT通氣是一項(xiàng)很安全的技術(shù)。

1.4CPB期間應(yīng)用VCMs VCMs是圍術(shù)期肺保護(hù)性通氣策略中關(guān)鍵性的一環(huán)，通過短暫持續(xù)的高水平氣道壓力，使不張的肺泡重新打開，從而能彌補(bǔ)小VT通氣所帶來的肺不張風(fēng)險(xiǎn)[34]。Tschernko等[35]研究表明，在CPB后行VCMs能夠降低患者術(shù)后肺內(nèi)分流和提高氧合能力。同樣應(yīng)用的是40 cmH2O峰值氣道壓力，他們的結(jié)論被Murphy等[36]證實(shí)，不同的是，Murphy的研究還表明，應(yīng)用VCMs的患者術(shù)后在重癥監(jiān)護(hù)室有創(chuàng)通氣時(shí)長也更低。Muslu等[37]同樣發(fā)現(xiàn)單次應(yīng)用40 cmH2O的峰值氣道壓力行VCMs能降低術(shù)后肺不張的發(fā)生。即使VCMs的應(yīng)用能給患者帶來益處，且被麻醉醫(yī)生所廣泛接受，但也有研究表示，VCMs可對患者產(chǎn)生潛在的血流動(dòng)力學(xué)波動(dòng)。Toth等[38]在給急性呼吸窘迫綜合征的患者應(yīng)用45 cmH2O的峰值氣道壓力行VCMs時(shí)發(fā)現(xiàn)，心指數(shù)會(huì)有短暫的降低。Celebi等[39]關(guān)注到，VCMs同樣持續(xù)30 s，高CPAP(40 cmH2O)組患者的平均動(dòng)脈壓更低，而應(yīng)用PEEP峰值20 cmH2O的患者，血流動(dòng)力學(xué)更平穩(wěn)且氧合能力更好?？梢钥闯?，行VCMs時(shí)壓力過大、持續(xù)時(shí)間相對過長，越有可能導(dǎo)致血流動(dòng)力學(xué)的波動(dòng)。過大的VCMs峰值壓力造成的血流動(dòng)力學(xué)波動(dòng)，在CPB后心肌脆弱時(shí)期，極易導(dǎo)致循環(huán)衰竭。由于目前在行VCMs時(shí)的峰值氣道壓力水平的設(shè)定沒有達(dá)成共識，心血管麻醉醫(yī)生在使用該技術(shù)時(shí)尤其需注意患者血流動(dòng)力學(xué)等變化。

1.5CPB期間通氣結(jié)合肺動(dòng)脈灌注 實(shí)施機(jī)械通氣時(shí)，通過增加患者的肺內(nèi)有效肺泡通氣量，進(jìn)而可提高氣體交換效率。肺臟呼吸功能的實(shí)現(xiàn)，不僅需要有效的肺泡通氣量，還應(yīng)同時(shí)具有匹配的肺泡血流，即：通氣/血流比。在CPB期間，肺臟的血供僅有支氣管動(dòng)脈提供，而小VT通氣方式近乎死腔量通氣，使得這種特殊的通氣方式在氣體交換上效率極差。CPB期間的通氣管理，更多的是保持肺的不塌陷狀態(tài)，減少復(fù)張性肺水腫、肺不張等的發(fā)生，但并不能減輕肺組織(肺泡)缺血缺氧、再灌注損傷。關(guān)于結(jié)合肺動(dòng)脈灌注和機(jī)械通氣策略的研究，主要針對不停跳心臟手術(shù)[40-41]。Macedo等[40]對不停跳心臟手術(shù)CPB期間，在行機(jī)械通氣的同時(shí)，外科醫(yī)生進(jìn)行肺動(dòng)脈插管并實(shí)施肺動(dòng)脈灌注，發(fā)現(xiàn)采用這種技術(shù)可提高患者術(shù)后的早期拔管率、減少術(shù)后有創(chuàng)通氣時(shí)長。然而，不停跳心臟手術(shù)術(shù)野不佳，CPB期間行肺動(dòng)脈灌注，目前技術(shù)尚不成熟，得不到有效推廣[42]。

2 結(jié)語與展望

心臟手術(shù)術(shù)后肺損傷發(fā)生的病理生理機(jī)制復(fù)雜，且尚未被完全闡明。圍術(shù)期肺保護(hù)性通氣策略作為減輕肺損傷措施中的一環(huán)，實(shí)施操作簡便易行，任何一個(gè)麻醉醫(yī)生都能掌握，不需要付出額外的費(fèi)用和精力?，F(xiàn)階段關(guān)于心臟手術(shù)CPB期間通氣管理策略的研究大多將目光集中在了某些生化指標(biāo)或中間指標(biāo)上，未關(guān)注到患者實(shí)際預(yù)后轉(zhuǎn)歸(如嚴(yán)重PPCs、病死率、住院時(shí)間等)，且多數(shù)研究樣本量偏小，很難得出CPB期間應(yīng)用哪種通氣策略可使患者預(yù)后更優(yōu)的結(jié)論?？偠灾诓挥绊懲饪菩g(shù)野操作的情況下，于CPB期間保留低水平CPAP或小VT的通氣策略，既安全又簡單，可能潛在地有益于患者預(yù)后。而CPB期間的通氣管理如何做到最佳：究竟采用何種通氣模式、通氣參數(shù)及FiO2如何設(shè)定等，要回答這些問題，仍需要更多設(shè)計(jì)良好的研究來進(jìn)一步證實(shí)。