術(shù)中肺保護性通氣策略的研究進展

張嘉琦,胡量子

武漢科技大學(xué)附屬天佑醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科,武漢 430064

急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)這一概念于1967年由Ashbaugh在國際上首次提出,同時表示呼氣末正壓通氣(positive end-expiratory pressure,PEEP)有利于ARDS患者肺不張、低氧血癥的改善。此后不久就有學(xué)者發(fā)現(xiàn),ARDS患者的肺部在機械通氣時存在不均一性[1],這就意味著存在局部跨肺壓較大、局部肺泡過度膨脹的情況,從而導(dǎo)致肺出血及透明膜的形成。然而直到Hickling等[2]在1990年發(fā)現(xiàn)允許范圍內(nèi)對二氧化碳分壓(PaCO2)、潮氣量、氣道壓力的限制能使ARDS患者病死率降低60%后,這個問題才得到重視,自此之后,研究人員開始尋找減少肺損傷的通氣方案。1993年美國胸科醫(yī)師學(xué)會共識會議上這一觀點再次得到強調(diào)。

全世界每年有超過2.3億接受外科手術(shù)的患者需要接受全身麻醉和機械通氣[3]。術(shù)后肺部并發(fā)癥(postoperative pulmonary complications,PPCs)會對臨床結(jié)局產(chǎn)生不利影響,因此預(yù)防圍術(shù)期肺損傷已成為衡量醫(yī)院康復(fù)質(zhì)量的一項指標(biāo)。早期關(guān)于保護性機械通氣的研究多集中在ARDS患者,或擴展到全麻患者的術(shù)中機械通氣中,小潮氣量、適當(dāng)?shù)腜EEP及肺復(fù)張策略(recruitment maneuvers,RM)有助于降低機械通氣對人體的不良影響。一項多中心、隨機對照試驗顯示,在接受腹部大手術(shù)的中、高風(fēng)險患者中,使用肺保護性通氣策略(lung protective ventilation,LPVS)組患者PPCs發(fā)生率顯著低于非保護性通氣組[4]。但也有研究者認為,在肺保護性通氣中,低水平PEEP會增加肺不張的概率,高水平的PEEP在降低了PPCs發(fā)生率的同時,也增加了機械通氣肺損傷(ventilator induced lung injury,VILI)的風(fēng)險[5]。到目前為止還沒有高質(zhì)量的證據(jù)及明確的指南來指導(dǎo)不同手術(shù)中的肺保護性通氣策略,尤其是非急性肺損傷/ARDS的全麻手術(shù)患者是否依然適用還需要更多證據(jù)支撐[6]。本文旨在歸納總結(jié)術(shù)中保護性通氣策略近幾年的最新進展及發(fā)展趨勢。

1 圍術(shù)期肺損傷的病理生理

對于外科的機械性肺損傷主要由術(shù)中、術(shù)后機械通氣造成,通常表現(xiàn)為圍術(shù)期肺部炎癥、肺換氣功能受損、影像學(xué)異常和呼吸衰竭等。

1.1肺不張 肺不張產(chǎn)生機制包括肺實質(zhì)受壓、肺泡氣體重吸收和表面活性劑功能受損幾方面:(1)全麻過程及藥物影響使膈肌和胸壁的外形及功能改變,導(dǎo)致胸模壓升高,部分肺實質(zhì)受壓,加上麻醉期間嘆息性反射消失,均增加了全麻期間肺不張的風(fēng)險;(2)高濃度吸氧可加重吸收性肺不張;(3)全麻的機械通氣操作和麻醉藥物科室表面活性劑受損。全麻導(dǎo)致的肺不張可持續(xù)長達48h,在此期間,塌陷的肺泡會增加肺內(nèi)分流及血管阻力、降低肺順應(yīng)性、增加肺損傷易感性,這些均是PPCs發(fā)生的危險因素。

1.2呼吸機所致?lián)p傷 機械通氣過程中產(chǎn)生的容積傷、氣壓傷、萎陷傷、生物傷最終均可發(fā)展成呼吸機所致肺損傷。當(dāng)潮氣量和高吸氣壓力較高時,肺泡過度膨脹,表面張力變大,當(dāng)超過肺泡組織的彈性力時,其中的組織血管撕裂產(chǎn)生炎癥反應(yīng),滲出增加,容積傷和氣壓傷均由此產(chǎn)生。萎陷傷是指在肺泡反復(fù)快速打開、塌陷過程中肺泡表面的剪切力導(dǎo)致的組織損傷。生物傷是指損傷后繼發(fā)的炎癥反應(yīng)及一系列生理病理變化,最終使肺順應(yīng)性下降、死腔量增加,進一步影響肺換氣功能[7]。

1.3ARDS ARDS的病理生理特征表現(xiàn)為急性期的滲出(肺泡毛細血管屏障受損,導(dǎo)致透過性變大),隨后是亞急性期的增殖,最后是慢性期的纖維化。其中許多因素均可能發(fā)生在圍術(shù)期,如機械性肺損傷、肺炎、吸入性肺損傷、輸血輸液、腹腔內(nèi)壓力、外科因素等[8]。

2 術(shù)中LPVS

中國“醫(yī)學(xué)名詞審定委員會呼吸病學(xué)名詞審定委員會”將LPVS定義為:機械通氣改善低氧血癥的同時,盡可能避免機械通氣導(dǎo)致的肺損傷和對循環(huán)功能的抑制,并可能最終降低ARDS等危重患者病死率的通氣策略[9]。

近年國際上已就如何定義術(shù)中肺保護通氣達成了一些共識,如使潮氣量設(shè)定≤8mL/kg、PEEP設(shè)定≥ 5cmH2O、用或不用肺復(fù)張策略定義為術(shù)中肺保護性通氣(intraoperative lung protective ventilation,IOLPV);將潮氣量>8mL/kg、PEEP<5cmH2O、不用肺復(fù)張策略定義為傳統(tǒng)通氣。

2.1低潮氣量通氣及允許性高碳酸血癥(permissive hypercapnia,PHY) 低潮氣量的應(yīng)用是肺保護策略中最重要的組成部分。潮氣量≥10mL/kg容易使局部肺泡過度膨脹,增加肺水腫和肺損傷的風(fēng)險。2019歐美多中心指南高級別推薦(BJA)建議ARDS患者潮氣量≤6mL/kg或盡量使吸氣平臺壓≤30～35cmH2O[10]。在2019新冠病毒肺炎危重型患者行有創(chuàng)機械通氣時,也建議采用小潮氣量4～8mL/kg(理想體重)和低吸氣壓力(平臺壓<30cmH2O)的LPVS,以降低VILI[11]。

大部分有關(guān)小潮氣量的研究都加5cmH2O以上的PEEP。一項研究表明僅使用小潮氣量不附加PEEP會增加肺炎發(fā)生率和30d病死率[12],因此,小潮氣量可能只是保護性通氣的一個必要組成部分,且根據(jù)患者的肺部并發(fā)癥發(fā)病風(fēng)險,具體數(shù)值也不能同一而論。

長時間小潮氣量通氣可能導(dǎo)致高碳酸血癥[13]。但又有研究表明低潮氣量可降低ARDS的病死率[14]。目前認為一定范圍的高碳酸血癥,即PHY,可減少缺血再灌注損傷,降低氧化應(yīng)激反應(yīng),增加心排出量,提高血氧分壓,減輕肺內(nèi)分流,起到肺保護作用[15-16]。但PHY應(yīng)維持一定限度,否則容易導(dǎo)致內(nèi)環(huán)境紊亂。多數(shù)研究認為應(yīng)控制PaCO2上升速度<10mmHg/h、PaCO2<65mmHg、pH值>7.20。因此,在臨床麻醉管理中,需綜合考慮各種因素,力爭發(fā)揮最佳保護效應(yīng)。

2.2PEEP PEEP主要通過防止肺泡的塌陷、反復(fù)開閉過程中受到的剪切傷來減少分流,改善肺部的順應(yīng)性,減少肺損傷[17]。然而較高的PEEP可對血流動力學(xué)產(chǎn)生影響,增加胸膜腔壓力,升高右心房壓力,減少靜脈回流,導(dǎo)致心輸出量下降。當(dāng)高PEEP復(fù)張塌陷的肺泡失敗時,PEEP的壓力就會與通壓力合并,增加吸氣末肺內(nèi)壓,增加其他肺泡過度擴張及損傷的風(fēng)險[18],因此適當(dāng)?shù)腜EEP水平十分重要。

2019年ARDS管理指南推薦所有患者應(yīng)在至少5cmH2O PEEP水平之上再做個體化調(diào)整[19],但目前術(shù)中LPVS中最佳PEEP的設(shè)置仍缺乏高質(zhì)量證據(jù)支撐。即便是相同體質(zhì)量指數(shù)(BMI)患者肺容量也相差甚大,加上不同人因為胸腔形態(tài)、體型、肺順應(yīng)性、跨肺壓、驅(qū)動壓等各不相同,最佳PEEP也不可能是個固定數(shù)值,可能需要個性化調(diào)節(jié)PEEP水平[20]。

傳統(tǒng)的方式是根據(jù)壓力容積曲線的低位折點上調(diào)2cmH2O來設(shè)置最佳PEEP,也可以通過觀察氣道平臺壓的變化選擇最佳PEEP,即通過上調(diào)PEEP水平使氣道平臺壓升高,直到氣道平臺壓的增加值≥PEEP的增加值,此時在此基礎(chǔ)上再將PEEP下調(diào)1～2cmH2O即可[21]。也有研究在膀胱癌術(shù)中通過尋找肺的最大靜態(tài)順應(yīng)性來滴定PEEP水平,結(jié)果顯示比起常規(guī)應(yīng)用6cmH2O PEEP水平,該方法降低了患者術(shù)后肺部并發(fā)癥的發(fā)生率和炎癥因子水平[22]。

2.3RM 通過間斷將氣道壓高于常規(guī)壓力使萎陷的肺泡復(fù)張,同時可以預(yù)防小潮氣量及全麻帶來的繼發(fā)性肺不張,改善氧合,尤其適用于一些肺部并發(fā)癥中高風(fēng)險患者,如過度肥胖、原發(fā)肺部疾病、胸外科及腹腔鏡手術(shù)患者。Choi等[23]認為在接受機器人輔助腹腔鏡前列腺切除手術(shù)的老年患者中,與單獨使用PEEP相比,增加RM可顯著減少圍術(shù)期肺部并發(fā)癥。Hu等[24]進行的一項Meta分析表明在胸外科手術(shù)患者中RM可能是一種可行的治療方法,可在不影響血流動力學(xué)的情況下,減少肺內(nèi)分流、改善靜態(tài)肺順應(yīng)性和PaO2/FiO2比值。Cui等[25]認為RM雖不能顯著降低ARDS患者病死率,但可以縮短住院時間,改善第3天的氧合。此外,在腹部、胸部、剖宮產(chǎn)等手術(shù)也有許多小型實驗提示RM的收益。近期Wei等[26]通過在接受減肥手術(shù)的肥胖患者中應(yīng)用RM發(fā)現(xiàn),無論是否聯(lián)用PEEP,RM均有利于改善患者術(shù)后早期氧合,縮短拔管時間;且無PEEP的RM組氣道壓更低,血流動力學(xué)損害也更小。但RM的應(yīng)用不論是對于ARDS患者還是全麻手術(shù)患者均存在很多爭議,因為不當(dāng)?shù)腞M反而會增加肺氣壓傷的風(fēng)險。2017年一項前瞻性研究結(jié)果顯示肺復(fù)張和PEEP滴定增加中重度ARDS患者28d全因病死率、6個月病死率及氣壓傷風(fēng)險[27]。

以往常采用手法肺復(fù)張,但此種方法不能維持較長時間正壓通氣,在轉(zhuǎn)換為機械通氣后,復(fù)張效果很快消失,導(dǎo)致肺泡再次塌陷,因此目前推薦機械通氣肺復(fù)張:(1)肺活量法:吸氣峰壓(peak inspiratory pressure,PIP)維持在35～50cmH2O,持續(xù)20～40s;其中,BMI<35kg/m2患者,PIP維持在35～40cmH2O;BMI>35kg/m2者,PIP維持在40～50cmH2O;(2)壓力控制法:壓力控制通氣(pressure controlled ventilation,PCV)時,保持吸氣壓與PEEP差值不變,每30s遞增PEEP 5cmH2O,直到PEEP達30cmH2O,持續(xù)30s,恢復(fù)基礎(chǔ)通氣;(3)容量控制法:容量控制通氣(volume controlled ventilation,VCV)時,應(yīng)根據(jù)理想體重從潮氣量6～8mL/kg和呼吸比1∶1起始,每3～6次呼吸遞增4mL/kg的潮氣量,直至吸氣平臺壓達30～40 cmH2O,在此水平上再進行3～6個循環(huán)呼吸后,即可達到充分的肺復(fù)張,然后降低潮氣量。

肺復(fù)張實施中的幾點建議:(1)使用較低高吸入氧分數(shù)(fraction of inspired oxygen,FiO2)有助于減少吸收性肺不張并保持肺泡持續(xù)開放;(2)在保持有效通氣的前提下,盡可能降低吸氣峰壓、吸氣時間和呼吸次數(shù);(3)可通過氧合、肺順應(yīng)性、驅(qū)動壓等指標(biāo)的改善來評估肺復(fù)張效果,效果較差時,可延長吸氣時相或增加吸氣平臺壓,重復(fù)實施肺復(fù)張[28]。

2.4吸入氧濃度 FiO2在全麻術(shù)中很常見,特別是氣管插管、拔管前。WHO為了減少手術(shù)感染,推薦在術(shù)中使用≥80%的FiO2[29]。但FiO2過高易造成吸收性肺不張,因此在機械通氣時或肺復(fù)張后未發(fā)生低氧血癥的情況下,一般不推薦給予高FiO2甚至純氧通氣。

有研究表明,30%的FiO2預(yù)充氧能夠減少麻醉誘導(dǎo)時肺不張的發(fā)生率[30]。最近一項研究,通過對數(shù)據(jù)庫信息大量統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),術(shù)中高FiO2通氣增加了主要肺部并發(fā)癥的發(fā)生率[31]。鑒于以上結(jié)果,建議僅在必要時使用高濃度氧,且注意監(jiān)測脈搏氧飽和度,通過調(diào)節(jié)PEEP及吸呼比等增加機體氧合,避免嚴重不良事件發(fā)生。

2.5其他圍術(shù)期肺保護措施 除了上述通氣過程中的肺保護性通氣策略的應(yīng)用,麻醉醫(yī)師還需要更多的“個體化”來達到肺保護的目的。如根據(jù)患者呼吸參數(shù)及氧飽和度靈活調(diào)整吸呼比、呼吸頻率、選擇合適的通氣模式等來改善患者的氧合及肺功能,從而減少肺部并發(fā)癥的發(fā)生風(fēng)險;恰當(dāng)?shù)娜萘抗芾砟茉诰S持血容量和滲透壓的基礎(chǔ)上避免肺水腫的發(fā)生;對長時間機械通氣的患者,可通過調(diào)整呼吸參數(shù)實施膈肌保護性通氣,改善膈肌功能;對肺部并發(fā)癥中高風(fēng)險患者可通過用藥,降低氣道阻力,減少炎癥因子釋放,從而改善氣道情況,保護其肺功能及氣道;術(shù)后鎮(zhèn)痛、咳嗽排痰、呼吸功能鍛煉、戒煙、營養(yǎng)支持等均有利于降低術(shù)后肺部并發(fā)癥發(fā)生率。

3 新興的監(jiān)測方法

隨著影像學(xué)的發(fā)展,超聲、電阻抗等技術(shù)也用于保護性通氣效果的評價及肺部呼吸參數(shù)的監(jiān)測。有學(xué)者提出,術(shù)中RM在超聲、電阻抗斷層成像等可視化技術(shù)指導(dǎo)下實施可減少氣壓傷的風(fēng)險,并可評估RM效果[32]。

3.1肺部超聲 CT作為觀察臨床肺復(fù)張效果的金標(biāo)準(zhǔn)不可能實現(xiàn)隨時隨地的動態(tài)監(jiān)測,因此,移動便捷、體積相對小巧、無輻射損害的床旁肺部超聲逐漸出現(xiàn)人們視野中,床旁超聲可以迅速觀察雙肺12個分區(qū),對肺部通氣狀態(tài)、心肺功能以及膈肌的運動狀態(tài)均能作出評估,而且床旁肺部超聲在診斷肺不張和檢測肺復(fù)張效果方面都有較好的敏感性及特異性[33],為呼吸機參數(shù)個體化的設(shè)置及呼吸機相關(guān)肺損傷的早期判斷提供了一定指導(dǎo)作用。

3.2驅(qū)動壓 驅(qū)動壓定義為平臺壓和PEEP的差值。Amato等[34]通過對ARDS患者的個體數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),通過呼吸機設(shè)置的改變而導(dǎo)致的△P降低與存活率增加密切相關(guān),是與生存率最相關(guān)的通氣變量。一項Meta分析也提示△P與術(shù)后肺部并發(fā)癥的發(fā)生有關(guān),且是保護性通氣對肺部并發(fā)癥發(fā)生影響的唯一顯著中介因素[35]。即使在健康肺的患者中依然適用,所以可以通過△P監(jiān)測來尋找合適的通氣參數(shù)設(shè)置。

在胸外科的手術(shù)中,為了獲得更好的視野或是操作本身涉及一側(cè)肺葉時,會使用單肺通氣(one-lung ventilation,OLV)。在OLV期間,由于側(cè)臥位增加健側(cè)肺不張的發(fā)生,使肺容量減少,加上患側(cè)肺的分流作用使氧合功能受損,增加了術(shù)中低氧血癥及術(shù)后PPCs的風(fēng)險[36]。Park等[37]一項研究表明,應(yīng)用驅(qū)動壓引導(dǎo)下個體化通氣(驅(qū)動壓最小時的PEEP水平)的PPCs發(fā)生率低于常規(guī)的胸外科保護性通氣策略。最近的一項隨機對照試驗也表明,在胸腔鏡手術(shù)中OLV時,滴定PEEP至一個低驅(qū)動壓能夠減少術(shù)中的分流[38]。這些僅僅是開始,還要更多的多中心、大樣本試驗來提供數(shù)據(jù)支持。

3.3電阻抗斷層掃描技術(shù)(electrical impedance tomography,EIT) 近幾年EIT已被應(yīng)用在多個醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中。EIT通過一條電極帶,在體表發(fā)射連續(xù)的小電流得到身體內(nèi)部的不同電阻抗分布圖,再根據(jù)不同組織的電阻情況計算成像,從而對機械通氣過程中肺容積的動態(tài)變化及肺組織的通氣分布均勻性進行評估[39],這樣就可在PEEP滴定時估計肺泡情況,防止肺泡的過度膨脹和塌陷的發(fā)生。

此外,EIT對于指導(dǎo)個體化PEEP的設(shè)定有很大幫助,可通過持續(xù)監(jiān)測肺部通氣情況來優(yōu)化床邊PEEP設(shè)置,確保RM操作開放肺泡且通過PEEP維持復(fù)張效果,改善肺通氣情況。Liu等[40]將100例老年患者分為兩組分別進行5cmH2O PEEP和EIT指導(dǎo)下的個體化PEEP,結(jié)果顯示EIT指導(dǎo)的個體化PEEP值可有效改善老年胸腔鏡手術(shù)患者單肺通氣時的氧合及肺呼吸參數(shù)。Pereira等[41]將EIT指導(dǎo)下的個體化PEEP應(yīng)用在腹腔鏡及開腹手術(shù)中,同樣可以減少術(shù)后肺不張(術(shù)后CT測量),同時對術(shù)中的氧合及驅(qū)動壓均有改善,使麻醉帶來的肺部負面影響降到最低。EIT還可以應(yīng)用在呼吸機各個參數(shù)的個體化設(shè)置上,個體化通氣策略將會是今后的發(fā)展方向,但仍需要更多的研究來提供高質(zhì)量的循證學(xué)證據(jù)。

Pereira等[41]通過實驗證明低水平固定PEEP(4cmH2O)可能不適用于所有患者,在麻醉期間單獨滴定PEEP改善術(shù)中和術(shù)后的肺功能,減少了肺不張,改善了術(shù)中肺部驅(qū)動壓、氧合及平均動脈壓。隨著重癥超聲和EIT在臨床廣泛應(yīng)用,通過動態(tài)評價肺在不同通氣條件下的肺萎陷和復(fù)張效果,描記EIT動態(tài)監(jiān)測肺萎陷和過度膨脹的臨界點優(yōu)化選擇PEEP,與傳統(tǒng)壓力容積曲線法比較,驅(qū)動壓和跨肺壓更低,肺順應(yīng)性更好[42]。最近的一項隨機試驗表明,在腹腔鏡根治性前列腺切除術(shù)中,與5cmH2O的PEEP相比,EIT指導(dǎo)的個體化PEEP在升壓及液體治療效果相似的情況下優(yōu)化肺局部通氣,改善了術(shù)中氧合[43]。

4 總結(jié)

醫(yī)學(xué)逐漸向精準(zhǔn)化、個體化的方向發(fā)展。但個體化通氣策略的設(shè)置絕不是一件簡單的事,除了肺的生理情況,還有個體在不同場景下所處的狀態(tài)。通過肺超聲、EIT等技術(shù)針對患者反應(yīng)性和手術(shù)種類,來找尋幾種能穩(wěn)定改善特定應(yīng)用群體預(yù)后的通氣策略,才應(yīng)是研究人員努力的方向。

作者貢獻聲明：張嘉琦:文獻檢索、文章選題、撰寫及修改;胡量子:文章審校及修改