肺電阻抗成像技術(shù)在個(gè)體化呼氣末正壓通氣中的應(yīng)用進(jìn)展

孫高悅, 李 云

(安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院 麻醉與圍術(shù)期醫(yī)學(xué)科, 安徽 合肥, 230601)

呼氣末正壓(PEEP)對改善患者機(jī)械通氣過程中的氧合、預(yù)防肺不張、改善呼吸系統(tǒng)力學(xué)指標(biāo)具有重要作用[1]。研究[2-4]表明,在機(jī)械通氣中,個(gè)體化PEEP較固定PEEP更能改善氧合和通氣分布,并能提高術(shù)中肺順應(yīng)性,降低氣道驅(qū)動壓及減少術(shù)后肺部并發(fā)癥。但如何理想設(shè)置個(gè)體化PEEP仍有較大爭議。傳統(tǒng)指標(biāo)如順應(yīng)性、驅(qū)動壓、壓力-容量曲線等都只能反映肺的總體通氣情況。電阻抗成像技術(shù) (EIT) 可以無創(chuàng)、實(shí)時(shí)、動態(tài)、連續(xù)監(jiān)測肺通氣情況,為個(gè)體化PEEP的設(shè)置提供安全、高效的方法。本文就EIT指導(dǎo)個(gè)體化PEEP臨床應(yīng)用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 EIT的概述和PEEP的作用

1.1 EIT的概述

EIT需要在胸壁周圍不低于第六肋間的位置放置16或32個(gè)電極,通過對電極施加較小的交流電,測量相鄰電極對產(chǎn)生的電壓,感應(yīng)呼吸過程中生物電阻抗變化,以獲得相應(yīng)的原始圖像[5], 然后采用特定算法,將獲得的原始圖像簡化為肺組織斷層圖像,生成EIT波形。EIT能夠評估肺通氣和灌注情況,并在動態(tài)條件下評估肺功能[5]。在臨床上, EIT可以用于評估慢性阻塞性肺疾病、肺纖維化、哮喘等患者的肺功能和區(qū)域通氣情況[6], 還可診斷氣胸、胸腔積液、肺栓塞等疾病[7-8], 并指導(dǎo)危重癥患者的撤機(jī)[9]以及新型冠狀病毒肺炎患者的治療[10]。此外, EIT可以指導(dǎo)單肺通氣、腔鏡手術(shù)、肥胖患者的術(shù)中機(jī)械通氣[11-13]、優(yōu)化肺移植術(shù)后患者的機(jī)械通氣[14]及評估患者術(shù)后肺不張的發(fā)生情況[12]。

1.2 PEEP的作用

麻醉過程中,機(jī)械通氣可增加肺不張的發(fā)生率。PEEP的應(yīng)用可預(yù)防肺泡萎陷,促使萎陷的肺泡再次復(fù)張,改善術(shù)中氧合[15-16]。但過低或過高的PEEP水平都會對肺泡產(chǎn)生不良影響。過低的PEEP可能會使肺泡膨脹不良,降低肺泡順應(yīng)性; 而過高的PEEP水平會導(dǎo)致肺泡過度膨脹,增加通氣不均勻性,造成呼吸機(jī)相關(guān)性肺損傷(VILI)的產(chǎn)生[17]。此外,低水平的PEEP會導(dǎo)致術(shù)中低氧血癥的發(fā)生,而高水平的PEEP則會增加術(shù)中血流動力學(xué)的波動和血管活性藥物的使用[18]。機(jī)械通氣中個(gè)體化PEEP可以降低驅(qū)動壓,增加氧合指數(shù)和依賴區(qū)的通氣量,防止肺泡重復(fù)開閉[12, 19]。

2 EIT指導(dǎo)個(gè)體化PEEP的設(shè)定

2.1 根據(jù)EIT參數(shù)指導(dǎo)PEEP設(shè)定

2.1.1 根據(jù)區(qū)域順應(yīng)性(Cr)進(jìn)行設(shè)定: 肺泡萎陷或過度膨脹均會造成肺順應(yīng)性降低,造成肺氧合下降。區(qū)域生物阻抗的變化與區(qū)域潮氣量密切相關(guān),因此可以利用生物阻抗變化與驅(qū)動壓來計(jì)算區(qū)域順應(yīng)性。

COSTA E L等[20]開發(fā)了1種EIT的算法,即估計(jì)在最大肺復(fù)張之后進(jìn)行遞減性PEEP滴定期間區(qū)域順應(yīng)性的變化,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測,最高PEEP水平下區(qū)域順應(yīng)性的降低可能是由于肺泡過度膨脹,而最低PEEP水平下區(qū)域順應(yīng)性的降低是由于肺泡萎陷。基于區(qū)域順應(yīng)性的變化,通過計(jì)算遞減滴定PEEP過程中整個(gè)肺萎陷和過度膨脹的百分比,并繪制相應(yīng)曲線,曲線交點(diǎn)對應(yīng)的PEEP值被定義為最佳PEEP。LIU K等[11]采用COSTA E L等[20]的研究方法對胸腔鏡手術(shù)單肺通氣的老年患者采用遞減法設(shè)置個(gè)體化PEEP, 結(jié)果顯示, EIT組測出的個(gè)體化PEEP均值高于固定PEEP(5 cmH2O)組,且能夠改善患者單肺通氣時(shí)的氧合及優(yōu)化呼吸力學(xué)。

PEREIRA S M等[21]在進(jìn)行腹部手術(shù)的患者中,通過EIT利用基于區(qū)域順應(yīng)性的肺萎陷和過度膨脹百分比曲線指導(dǎo)設(shè)定最佳PEEP。不同于COSTA E L等[20]研究,其將最佳PEEP設(shè)置為距肺萎陷和過度膨脹曲線交叉點(diǎn)最近的PEEP值,結(jié)果表明,個(gè)體化PEEP值與固定PEEP值(PEEP=4 cmH2O)相比,可以改善術(shù)中氧合,降低驅(qū)動壓,減少術(shù)后肺不張。一項(xiàng)研究[22]對入住ICU的新型冠狀病毒肺炎相關(guān)急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)患者采用PEREIRA S M等[21]方法進(jìn)行EIT滴定,結(jié)果顯示,與PEEP-FiO2表推薦的PEEP比較, EIT滴定PEEP水平較高。

2.1.2 根據(jù)呼氣末肺阻抗(EELI)設(shè)定: 平靜呼氣末尚存留于肺內(nèi)的氣體量即為功能殘氣量。功能殘氣量可以緩沖呼吸過程中肺泡氣氧分壓和二氧化碳分壓的變化幅度,有利于肺換氣; 此外,肺泡內(nèi)殘留部分氣體,有利于肺泡膨脹。研究[17]顯示, EELI的變化與呼氣末肺容量具有良好的相關(guān)性。肺復(fù)張之后, EELI下降則表明PEEP水平不足。

ERONIA N等[3]對低氧血癥患者在ARDSNet表推薦PEEP基礎(chǔ)上進(jìn)行了EIT指導(dǎo)個(gè)體化PEEP滴定。先將PEEP設(shè)置為ARDSNet表推薦的PEEP, 在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行1次40 s肺復(fù)張,計(jì)算△EELI(EIT監(jiān)測下肺復(fù)張30 s后和10 min后EELI的差值),進(jìn)行遞減或遞增PEEP的滴定。在△EELI 末下降不超過△EELI初值10%時(shí)設(shè)置為個(gè)體化PEEP。該水平PEEP能夠維持肺復(fù)張后的肺泡膨脹。結(jié)果顯示,EIT設(shè)置的個(gè)體化PEEP值高于ARDSNet表推薦的PEEP值,個(gè)體化PEEP對氣體交換和降低驅(qū)動壓有積極作用。

2.1.3 根據(jù)感興趣區(qū)域(ROI)設(shè)定: 肺部通氣時(shí)可分為依賴區(qū)和非依賴區(qū)。仰臥位平靜呼吸時(shí),由于重力原因,腹側(cè)的非依賴區(qū)胸腔內(nèi)負(fù)值較大,且不受臟器壓迫,因此肺泡通氣要優(yōu)于依賴區(qū)[23]; 使用PEEP可以改善依賴區(qū)的通氣。因此,可以將EIT圖像從腹側(cè)向背側(cè)水平分成4個(gè)等高的區(qū)域,分別命名為ROI1、ROI2、ROI3、ROI4, 其中ROI1+ROI2為非依賴區(qū), ROI3+ROI4為依賴區(qū)。將潮氣呼吸引起的全肺阻抗變化設(shè)置為100%,而每個(gè)感興趣區(qū)域在潮氣呼吸時(shí)的阻抗變化以占全肺阻抗變化的百分比表示。通過分析這4個(gè)ROI的阻抗變化,可以將肺內(nèi)通氣較為均勻時(shí)的PEEP值設(shè)置為個(gè)體化PEEP。

HE X Y等[24]利用EIT圖像中的ROI指標(biāo)對腹腔鏡手術(shù)患者進(jìn)行個(gè)體化PEEP滴定; 在機(jī)械通氣后,逐步遞增PEEP, 同時(shí)利用EIT進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。將背部即依賴區(qū)ROI3、ROI4達(dá)到最大,而腹側(cè)即非依賴區(qū) ROI1和ROI2達(dá)到最小時(shí)的PEEP值設(shè)置為最佳PEEP。研究結(jié)果顯示,在氣腹期間EIT監(jiān)測下個(gè)體化設(shè)置PEEP可以改善氧合。

2.1.4 根據(jù)整體不均勻性 (GI) 指數(shù)設(shè)定: 機(jī)械通氣往往造成肺內(nèi)通氣不均勻,仰臥位下非依賴區(qū)的通氣往往優(yōu)于依賴區(qū),不均勻的肺部通氣會增加VILI的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。ZHAO Z Q等[25]證實(shí)GI指數(shù)和肺內(nèi)通氣情況具有良好的相關(guān)性。GI指數(shù)能夠量化肺內(nèi)潮氣量的分布,其計(jì)算方式為: 每1次呼吸循環(huán)中,肺通氣區(qū)域中位阻抗值與任意2個(gè)時(shí)間點(diǎn)的像素差絕對值之和,除以肺總阻抗值的變化。GI指數(shù)越低,表明肺內(nèi)通氣分布越均勻。利用標(biāo)準(zhǔn)化潮氣量的差值,計(jì)算區(qū)域面積下的GI指數(shù),可以將最佳PEEP設(shè)置為GI指數(shù)最低,即肺內(nèi)通氣較為均勻時(shí),有助于制訂個(gè)體化通氣策略,優(yōu)化患者術(shù)中機(jī)械通氣方案[26-27]。

ZHAO Z Q等[28]對ARDS患者利用GI指數(shù)設(shè)定個(gè)體化PEEP, 采用PEEP遞增法,且每個(gè)呼氣末的PEEP水平維持10次呼吸周期。通過離線分析得到了GI指數(shù)圖像,將GI指數(shù)最小時(shí)(即通氣較為均勻時(shí))設(shè)置為最佳PEEP。其研究結(jié)果表明,利用GI指數(shù)根據(jù)肺內(nèi)通氣均勻性選擇個(gè)體化PEEP是合理可行的。

此外, HE H W等[29]采用區(qū)域順應(yīng)性與GI指數(shù)相結(jié)合的方式對ARDS患者進(jìn)行個(gè)體化PEEP滴定,若過度萎陷和膨脹百分比曲線交點(diǎn)落在相鄰步長PEEP之間,則將整體不均勻性指數(shù)最低的PEEP設(shè)為個(gè)體化PEEP。研究結(jié)果顯示, EIT組患者病死率下降6%, 表明早期利用EIT對ARDS患者進(jìn)行的個(gè)體化PEEP設(shè)置對臨床預(yù)后有積極影響。

2.1.5 根據(jù)區(qū)域通氣延遲指數(shù)(RVDI)設(shè)定: 不均勻的通氣能夠增加局部肺泡的應(yīng)力和應(yīng)變,提高VILI的發(fā)生率,因此區(qū)域通氣的監(jiān)測至關(guān)重要。EIT可以通過測量吸入氣體引起的區(qū)域阻抗變化和通氣時(shí)間的關(guān)系來可視化通氣分布延遲程度[30]。

區(qū)域通氣延遲時(shí)間定義為全肺阻抗曲線開始變化時(shí)(即吸氣開始時(shí))到局部阻抗達(dá)到該區(qū)域局部阻抗最大值40%時(shí)的時(shí)間。因局部區(qū)域延遲時(shí)間取決于吸氣時(shí)間,通常以吸氣時(shí)間來標(biāo)準(zhǔn)化。RVDI定義為所有像素的局部區(qū)域通氣延遲時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)差[31]。RVDI可以比較肺部充氣時(shí)肺泡開放的均勻程度,因此可以利用此項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行個(gè)體化PEEP的滴定。

NESTLER C等[13]對在全麻下進(jìn)行手術(shù)的肥胖患者采用EIT監(jiān)測下的RVDI進(jìn)行個(gè)體化PEEP滴定; 在低流量通氣的過程中,將初始PEEP設(shè)定為26 cmH2O, 進(jìn)行遞減,離線計(jì)算各PEEP水平下的RVDI, 將 RVDI最低水平時(shí)的PEEP值設(shè)置為個(gè)體化PEEP。研究結(jié)果顯示,該個(gè)體化PEEP水平能夠改善肥胖患者的氧合和通氣分布,降低驅(qū)動壓。GIRRBACH F等[32]對機(jī)器人輔助下腹腔鏡前列腺切除術(shù)患者采用RVDI滴定個(gè)體化PEEP值; 在容量控制通氣的模式下,將初始PEEP設(shè)置為20 cmH2O, 采用遞減的滴定方式。通過計(jì)算各個(gè)PEEP水平下的RVDI值,將個(gè)體化PEEP設(shè)置為RVDI最小時(shí)的PEEP值。EIT指導(dǎo)個(gè)體化PEEP相比于固定PEEP值,可以改善拔管前氧合,增加呼氣末肺容量。

2.1.6 根據(jù)靜默區(qū)(SS)設(shè)定: EIT可以動態(tài)觀察肺內(nèi)通氣分布,通常將肺內(nèi)通氣不良的區(qū)域稱為SS, 該參數(shù)與肺復(fù)張成反比。因此,利用EIT觀察肺總SS的變化,可以減少肺不張的發(fā)生,增加通氣均勻性,是滴定個(gè)體化PEEP的1種方法。

SCARAMUZZO G等[33]比較2種個(gè)體化PEEP的滴定方式對20名接受機(jī)械通氣的ARDS患者的生理影響,分別是EIT組和呼氣末跨肺壓組。其中EIT指導(dǎo)PEEP組將肺總SS即通氣不良或不通氣區(qū)域小于等于15%的PEEP水平選為最佳PEEP, 結(jié)果顯示所有患者的PEEP水平均不同?；加蟹蝺?nèi)源性ARDS患者的EIT指導(dǎo)的PEEP水平低于呼氣末跨肺壓組,而肺外源性ARDS患者則相反。

2.2 不同EIT參數(shù)指導(dǎo)個(gè)體化PEEP應(yīng)用的比較

多種EIT參數(shù)可以指導(dǎo)滴定術(shù)中個(gè)體化PEEP, 但是不同的EIT參數(shù)由于生理特性不同,測出的個(gè)體化PEEP數(shù)值也有差異[34]。BITO K等[34]比較依賴區(qū)通氣和肺萎陷與過度膨脹百分比得出的個(gè)體化PEEP水平,結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前者的PEEP水平高于后者時(shí),拔管后需要進(jìn)行吸氧的患者較少,患者的肺部通氣分布較好。GIRRBACH F等[31]比較了根據(jù)GI指數(shù)、RVDI及ROI這3個(gè)參數(shù)滴定的個(gè)體化PEEP, 結(jié)果顯示,相較于RVDI得出的PEEP水平,使用GI指數(shù)和ROI測出的PEEP值更高。此外,有研究[27]顯示, GI指數(shù)和EELI滴定的個(gè)體化PEEP水平可能會偏高。目前,臨床上對于EIT指導(dǎo)個(gè)體化PEEP的滴定通常選用單一參數(shù),未來需要研究證實(shí)是否多項(xiàng)參數(shù)聯(lián)合用于EIT指導(dǎo)個(gè)體化PEEP的滴定對機(jī)械通氣患者更有益。

2.3 EIT與其他方式聯(lián)合指導(dǎo)個(gè)體化PEEP設(shè)定

目前,臨床上常使用肺順應(yīng)性法滴定個(gè)體化PEEP。但在利用肺順應(yīng)性法指導(dǎo)PEEP滴定過程中,不同PEEP水平上可以出現(xiàn)2個(gè)相似的最佳順應(yīng)性。研究[35]結(jié)果顯示, EIT通過獲取肺阻抗變化得到肺通氣圖像觀察肺局部順應(yīng)性變化,可以為利用肺靜態(tài)順應(yīng)性參數(shù)滴定PEEP提供補(bǔ)充,以選擇最佳PEEP。SLOBOD D等[36]對3例低氧性呼吸衰竭的患者,通過將跨肺壓和EIT監(jiān)測相結(jié)合的方式,量化壓力支持通氣期間肺泡萎陷和過度膨脹程度用于滴定個(gè)體化PEEP。研究表明,這種滴定個(gè)體化PEEP的方式是可行的。此外,研究[37]顯示,將EIT測量獲得的呼氣末肺容量與壓力-容量曲線相結(jié)合,采用階梯PEEP法滴定個(gè)體化PEEP同樣具有一定臨床意義。 不同的個(gè)體化PEEP滴定方式可能代表不同呼吸指標(biāo),EIT與其他方式相結(jié)合,可以綜合不同方式的優(yōu)點(diǎn),有利于選擇最佳的個(gè)體化PEEP水平。

3 臨床應(yīng)用局限性

3.1 EIT儀器的影響

EIT的原理是通過施加電流測量電壓,以觀察區(qū)域生物阻抗變化,因此EIT的監(jiān)測可能對裝有起搏器或除顫器設(shè)備的患者造成影響,手術(shù)中的電磁設(shè)備同樣也會對EIT監(jiān)測產(chǎn)生干擾。

3.2 EIT平面的局限性

EIT是通過電極獲得肺內(nèi)生物阻抗變化獲得像素圖像,觀察肺內(nèi)通氣分布。但EIT指導(dǎo)PEEP過程中,電極的位置通常放置在同一平面,因此EIT僅能觀察1個(gè)切面的通氣情況,而對于體內(nèi)有可能存在肺泡萎陷和過度膨脹的情況通常被掩蓋。

3.3 EIT電極位置

EIT獲得的阻抗變化與區(qū)域通氣潮氣量具有很好的相關(guān)性。研究[38]表明,潮氣量與阻抗回歸曲線斜率存在個(gè)體差異,這種差異取決于絕對肺容積和測量平面。因此,第5或第6肋間水平的EIT電極放置位置可能不適用于所有患者。此外,EIT電極推薦放置位置通常不低于第6肋間,若患者術(shù)野較高、胸部創(chuàng)傷會對EIT的測量造成一定的影響。

4 總 結(jié)

臨床研究表明,個(gè)體化PEEP與固定PEEP相比,能夠改善術(shù)中氧合,降低驅(qū)動壓,減少肺泡的重復(fù)開閉。相較于肺超聲法、食道測壓法、壓力-容量曲線法、肺順應(yīng)性法等設(shè)定個(gè)體化PEEP的方式, EIT指導(dǎo)個(gè)體化PEEP的設(shè)定具有可視化、實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測肺內(nèi)通氣情況等優(yōu)點(diǎn)。EIT進(jìn)行個(gè)體化PEEP的滴定時(shí),多個(gè)參數(shù)聯(lián)合是否優(yōu)于單一參數(shù)滴定,以及EIT與其他個(gè)體化PEEP滴定方法聯(lián)合是否優(yōu)于單獨(dú)使用EIT等問題還需進(jìn)一步探討。