先心病嬰幼兒體外循環心臟手術前后呼吸機械力學的變化

趙璧君 雷蘭萍 金振曉 熊紅燕 高照波 陳敏 鄧超 陳濤

先天性心臟病患兒常常伴有呼吸功能機械參數的異常。許多研究表明肺血流增加和肺動脈高壓會引起肺順應性降低和氣道阻力增高。其可能的機制在于：1)肺血管充血擴張壓迫鄰近的支氣管，阻礙支氣管內氣體流動[1]，并改變呼吸系統的粘彈性[2]；2)肺動脈高壓引起血管和支氣管平滑肌同時出現肥厚，導致支氣管收縮[3]；3)心臟血容量過負荷，左房壓升高導致肺間質水腫[4]。低溫體外循環對肺功能也有影響[5]。體外循環本身可以引起肺血管內皮系統結構和功能損傷[6]，導致肺動脈高壓患兒術后肺血管阻力增高[7]，血管外肺水增多[8]。嬰幼兒體外循環術后肺不張發生率超過80%[9]。體外循環時間越長，患兒年齡越小，肺損傷越嚴重[10-11]。嬰幼兒先心病手術后呼吸機械力學變化相關的資料報道較少，結論往往互相矛盾。比較術前和術后患兒肺機械力學參數變化的相關研究納入病例較少，而且患兒年齡差異很大。本研究的目的是比較3月以內患兒體外循環手術前后肺動態順應性(dynamic respiratory compliance)和全肺阻力(total respiratory resistance)的變化。我們的假設是體外循環會引起患兒呼吸機械力學參數的顯著變化，長時間低溫體外循環會導致呼吸機械力學功能受損。

1 研究對象和方法

3個月以下，預計在體外循環下行先心病外科矯治的患兒納入研究。芬太尼10～20ug/kg，咪唑安定0.1～0.3mg/kg和潘克羅尼0.2mg/kg全麻，經鼻氣管插管，經測試15cmH2O壓力下不漏氣。所有患者采用西門子900C呼吸機輔助呼吸，呼吸機管路型號相同。機械通氣10min以上，手術開始前進行肺功能測試，測試系統采用BICORE CP-100。該系統可以直接測定氣道壓和氣體流率，自動計算動態順應性(mL/cmH2O)和全肺阻力[cmH2O/(L·s)]。

脫離體外循環，完成關胸后，再次進行肺功能測定。患兒轉移到ICU，穩定1h，第三次進行肺功能測定。患兒相關信息如年齡、體重、術前胸片是否合并肺部浸潤性改變、術前機械通氣、術前合并肺血流增高、體外循環時間、主動脈阻閉時間、術中是否采用深低溫停循環(DHCA)等參數同時采集。體外循環復溫時，所有患兒采用常規，體外循環結束后采用改良超濾，濾除多余水分，記錄超濾量。根據胸片、超聲心動圖資料，判斷肺血流情況，將患兒分為肺血流增加組和肺血流正常或降低組。

術前、術后、ICU肺動態順應性和全肺阻力數據采用重復測量變量方差分析，組間相互比較采用Post hoc分析Fisher’s least significant difference(LSD)方法，P＜0.05為差異有統計學意義。逐步回歸方法篩選影響肺動態順應性和/或全肺阻力變化的最顯著參數。獨立變量t檢驗方法檢測組間數據差異顯著性，配對t檢驗檢測肺動態順應性和全肺阻力的組間差異。

2 結果

2007年12月～2008年11月，共納入99例患兒。患兒的一般情況見表1，手術種類見表2。肺動態順應性變化受到肺血流量變化、主動脈阻閉時間和患兒年齡的影響，全肺阻力的變化受到肺血流量變化和患兒年齡的影響(表3)。由于肺血流量變化和患兒年齡對呼吸機械作用的影響最明顯，這兩個因素進行單獨分析。新生兒和肺血流增高患兒呼吸機械力學變化相似，術前均表現為肺順應性偏低而全肺阻力偏高，術后全肺阻力明顯改善。與肺血流量正常而年齡較大患兒相比，新生兒和肺血流量增高患兒術前肺順應性偏低，手術對肺順應性沒有影響。術后，肺血流量正常患兒肺順應性降低，但是全肺阻力沒有變化。年齡和肺血流量變化對呼吸機械力學參數的影響見表4。體外循環時間，術中超濾量對呼吸機械參數沒有影響。主動脈阻閉時間長短與肺順應性降低相關，但是對全肺阻力變化沒有影響。

表1 患兒一般情況(n=99)

表2 手術方法

表3 影響肺機械力學參數變化的因素

3 討論

本研究是主要發現有：1)術前肺血流增多的患兒，術后肺順應向顯著改善；2)新生兒術后肺順應性改善尤其明顯；3)術前肺血流量正常或者偏低的患兒，體外循環心臟手術后肺順應性降低。與肺血流量正常或者降低的患者相比，肺血流量增高患兒術前呼吸機械參數明顯降低，肺順應性較低而全肺阻力較高，而心臟畸形矯治完成后全肺阻力立即降低，但是肺動態順應性沒有改變。相反，肺血流量正常或者降低的患兒術前呼吸機械力學參數較好，術后肺動態順應性降低，而全肺阻力不變。

表4 年齡和肺血流量對呼吸機械力學的影響

呼吸機械力學參數的測量包括呼吸系統的彈性成分(肺和胸壁)和限制性成分(氣道和肺組織對氣流的阻力)。肺組織的可擴張性描述為順應性(即容量變化/壓力變化)，靜態肺順應性的測量是給予一定潮氣量后，呼吸暫停，然后測定壓力獲得。動態肺順應性的測量是給予一個潮氣量后，測定肺內壓力的變化計算后得出。動態肺順應性同時受到彈性成分和限制性成分的影響。全肺阻力測定的是氣流通過氣道時的阻力和肺組織變形產生的阻力。

呼吸機械力學參數異常是先心病患兒體外循環心臟手術后長時間呼吸機輔助呼吸的預測因素之一，呼吸阻力的增加是心臟術后長時間呼吸功能不全的相關因素。DiCarlo等[13]測定了26例先心病術后嬰幼兒的呼吸機械力學參數，發現全肺阻力的增加是二次插管的預測因素。本研究中，肺血流量增高的患兒，全肺阻力從術前的95cmH2O/(L·s)降低到術后的72cmH2O/(L·s)。Greenspan等[14-15]的研究表明，與主動脈縮窄矯治術后的患兒比較，手術建立左向右分流的患兒術后氣道阻力顯著增高，術后恢復期顯著延長。

肺血流量增高患兒的呼吸機械力學參數變化也見于其他報道[2,16-20]，觀察對象多是鎮靜狀態下的自主呼吸的兒童，采用心導管、超聲心動圖、胸片等手段確定肺血流量、肺動脈壓和肺血管充血。多數研究表明肺血流量增加會引起肺順應性降低和全肺阻力增高。這些肺機械力學參數變化主要原因是肺血流量增高[19]、肺動脈高壓[18,20-21]，或者是二者共同引起[16-17]。Yau等[1]采用超聲心動圖測定右肺動脈直徑與主動脈直徑的比值，發現該比值與肺順應性和全肺阻力密切相關，他們發現肺機械力學參數的變化與肺動脈充血程度的關系比其與肺動脈高壓的變化更密切。Freezer等人[2]評價了心導管手術期間機械通氣患兒的呼吸機械力學變化，發現肺血流量增高的程度與呼吸阻力正相關，肺血流量越高，肺組織粘彈性參數也越差。

在我們的研究中，肺血流量和年齡對呼吸機械力學參數的影響最大。新生患兒術前肺功能較差，而術后肺功能改善較明顯。肺血流量增高的患兒也有相同的變化趨勢。線性回歸分析表明，肺血流量增高是動態肺順應性變化和全肺阻力變化的最強預測因素。全部新生兒術后呼吸阻力下降27%，肺血流增多的較大患兒術后下降28%。本研究中，21例新生兒有18例為肺血流量增高患兒，因此無法將年齡和肺血流量增高對術后呼吸機械力學參數的影響區分開來。因此年齡與術后呼吸機械力學參數的改善之間的相關性可能也應該主要歸因于術后肺血流量的顯著下降，而年齡越小，左向右分流量可能越大。Lanteri等[22]研究了23例(2月～10歲)心臟手術患兒，他們發現肺血流量增高患兒肺順應性和呼吸阻力異常，術后恢復正常，肺血流量越高，術后改善越明顯，左向右分流量最大的患兒為6個月以下患兒。

本研究發現，呼吸機械力學參數與體外循環時間、超濾量無相關性。體外循環容易引起嬰幼兒器官衰竭，據認為與血液過度稀釋、體外循環時間過長、體溫過低激發全身炎癥反應有關[23]。還有研究表明心臟手術后肺功能不全發生率很高[24]，體外循環時間與術后肺功能不全發生相關[11,25]。此外，術前有肺動脈高壓的病人術后血管外肺水腫明顯增多[8]。我們的研究表明，手術糾正肺血流量過高所帶來的好處要高于體外循環帶來的損傷。

術前給予激素可以改善體外循環和深低溫停循環術后呼吸順應性[26]。我們納入研究的所有患兒均采用甲基強的松龍30mg/kg體外循環預充，未針對激素使用進行分組，無法觀察激素使用對呼吸機械力學的影響。超濾可以濾除炎癥因子[27]，采用改良超濾可以改善術后肺功能[28-29]。但是，我們的研究發現呼吸機械力學參數的變化與超濾量沒有相關性。納入研究所有患兒均采用常規和改良超濾，超濾量的多少決定于靜脈儲血器中血量，如果超濾對肺功能的影響是因為其濾除了炎癥因子，所有患兒都會得到益處，如果其作用是因為濾除了多余的水分，那么超濾量和呼吸機械力學參數變化之間應該存在相關性，而這種相關性可能被預充量的不同，術中液體控制，不同灌注師操作等影響稀釋了。

本研究的局限性：(1)本研究僅為描述性研究，患兒沒有隨機分組，涉及的某些干預因素，如激素的使用、超濾的使用等，對呼吸機械力學的影響可能存在誤差。(2)我們測定的是肺動態順應性和全肺阻力，僅僅是因為這些參數可以直接測定，但是這兩個參數并不能將連接管路與肺組織和胸壁的粘彈性對氣體流動的影響區分開來。(3)呼吸頻率和潮氣量對肺順應性和全肺阻力也有影響，術前術后并沒有對其進行嚴格控制。(4)我們按照患兒體重將肺動態順應性進行了標準化，采用身高進行標準化可能會更好反映患兒的肺容量，因為充血型心衰患兒可能發育遲緩。但是許多相關研究采用體重進行標準化，這使得本研究可以與其他研究進行橫向比較。(5)我們沒有測定肺血流量與體循環血流量的比值，這樣無法將年齡與肺血流量對呼吸機械力學參數的影響區分開來，患兒年齡越小，左向右分流量可能越大。

總之，本研究測定了近100例體外循環下心臟手術患兒手術前后呼吸機械力學參數的變化。雖然體外循環會引起顯著的炎癥反應，采用手術將增高的肺血流量糾正到正常可以顯著改善患兒的呼吸機械力學參數，其帶來的好處超過了體外循環帶來的損傷。

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