肺保護性通氣對食管癌患者褪黑素和預后的影響

王麗霞，王 宇，吳慧梅，劉學勝，錢 梅

肺部并發癥是食管癌術后常見并發癥，常影響病人預后。研究表明不恰當的通氣策略會提高術后肺部并發癥的發生率。過大的潮氣量增加肺泡氣壓傷的風險，促進機械性肺損傷(ventilator-induced lung injury, VILI)。進一步的研究表明不恰當的通氣策略可能導致NOD樣受體家族3(NLR family pyrin domain containing 3，NLRP3)炎癥小體激活促進VILI。

褪黑素已被證實具有良好的抗炎和免疫調節作用。補充外源性褪黑素能減輕小鼠VILI，其機制與抑制NLRP3炎性體活化有關。然而，采用肺保護通氣是否會影響食管癌患者體內NLRP3相關炎癥因子和內源性褪黑素的產生仍未見報道。該研究通過觀察對行胸腹腔鏡聯合食管癌根治術患者行肺保護通氣對白細胞介素(interleukin，IL)-1β和IL-18和內源性褪黑素分泌的影響。同時觀察了肺保護通氣對患者術后并發癥的影響。

1 材料與方法

1.1 病例資料

根據報道胸腹腔鏡食道癌術后主要并發癥的發生率約30%，課題組預實驗肺保護性通氣組術后肺部并發癥發生率為8%，使用PASS 11.0軟件以α= 0.05和power=0.8計算，每組需要43例患者。為了防止實驗過程中病例丟失，篩選2018年9月-2019年10月在醫院行胸腹腔鏡聯合食管癌根治手術的患者95例，因肺炎、低氧血癥、阻塞性通氣功能障礙等因素排除患者5例。最終入選90例患者。采用隨機數字表分成兩組，即常規通氣組(A組)和肺保護性通氣組(B組)，每組各45例。納入標準：術前診斷為食道癌患者，符合美國麻醉醫師協會(American Society of Anesthesiologists, ASA)分級I～Ⅲ級，手術過程中需要單肺通氣，年齡低于80歲。排除標準：低氧血癥；嚴重的阻塞性或限制性肺疾病[第一秒用力呼氣容積(preoperative forced expiratory volume in 1 second, FEV)和用力呼氣量(forced vital capacity, FVC)<預測值的70%]；術前肺部感染；體重指數(body mass index, BMI)小于20或大于35，需使用免疫抑制劑者。本研究已獲得醫院倫理委員會批準(No.20190385)，且該試驗已在中國臨床試驗注冊中心注冊(No. ChiCTR19000 26190)，患者均已簽署知情同意書。

1.2 研究方法

患者入手術室后，行心電監護，建立左橈動脈置管。 全憑靜脈誘導，使用的藥物為：咪達唑侖0.025～0.05 mg/kg，異丙酚1.5～2.5 mg/kg，舒芬太尼4～6 μg/kg和羅庫溴銨0.6～0.9 mg/kg。選用左側雙腔氣管導管(Broncho-Cath35 F或37 F；愛爾蘭Covidien公司)行左支氣管內插管。麻醉維持選用異丙酚6～8 mg/(kg·h)，瑞芬太尼0.1～0.3 μg/(kg·min)和羅庫溴銨5.0～10.0 μg/(kg·min)。

插管后患者選擇德國德爾格呼吸機(Drager, Fabius plus)行機械通氣，A組患者選擇常規通氣模式：潮氣量(tidal volume, Vt)= 10 ml/kg，呼氣末正壓通氣(positive end-expiratory pressure, PEEP)=0。B組患者選擇肺保護性通氣模式： Vt=5 ml/kg，PEEP=5 cm HO。體質量按理想體重(ideal body weight, IBW)公式計算：男性：IBW(kg)=50+0.91×(身高-152.4)；女性：IBW(kg)=45.5+0.91×(身高-152.4)。雙肺通氣15 min后所有患者轉至左側臥位，并行單肺通氣，單肺通氣時通氣模式不變。在機械通氣過程中，吸呼比設定為1 ∶2，100%純氧，呼吸頻率的設定以維持呼氣末CO低于6.0 kPa。

1.3 觀察指標

記錄患者基本信息，包括年齡、性別、BMI、氧合指數、二氧化碳分壓(PCO)、指脈氧(SpO)、一秒率(FEV%)、用力肺活量占預計值得百分比(FVC%)、手術時間、單肺通氣時間等。記錄所有患者手術開始前雙肺通氣，單肺通氣后30 min和手術結束前的氣道峰壓(P)、平臺壓(P)、驅動壓(ΔP)和氧合指數。記錄患者術后第一天的氧合指數、PCO、乳酸值。其中PaO/FiO=氧分壓/吸入氧濃度，ΔP=P-PEEP。

觀察兩組患者術后住院期間的相關并發癥。主要觀察指標為肺部嚴重并發癥包括肺部感染、急性肺損傷(acute lung injury, ALI)或急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)以及再次插管或有創機械通氣；次要觀察指標包括：吻合口瘺，切口感染，ICU入住率和死亡率。肺炎的診斷標準為：① 臨床上有咳嗽、咳痰、發熱、胸悶的癥狀；② 查體伴或不伴啰音，或者有管狀呼吸；③ 白細胞大于10×10/L或者小于4×10/L；④ 胸部CT顯示有浸潤陰影；⑤ 除能夠引起發熱、咳嗽、咳痰的疾病。ALI或ARDS診斷標準：① 突發的或原有病情急性加重；② 低氧血癥，氧合指數≤200(ARDS)或≤300(ALI)；③ X胸片顯示雙肺滲出性改變；④ 肺動脈楔壓≤2.394 kPa，或無左房高壓的臨床表現。

1.4 生物學指標測定

收集所有患者術前雙肺通氣時和手術結束時的BALF和血液標本。將回收的BALF在4 ℃下以2 500 r/min離心10min，并將上清液保存在-80 ℃備用。 將細胞沉淀重懸于無菌生理鹽水中進行染色和計數。將5 ml血樣放入4 ℃冰箱，待血液凝固后以2 600 r/min離心5 min。分離上層血清并存于-80 ℃備用。

采用ELISA試劑盒(武漢華美)測定BALF和血清中的相關指標，包括褪黑素、IL-18和IL-1β。使用細胞計數器對BALF中的細胞進行計數，并行瑞氏吉姆薩染色分類計數。

2 結果

2.1 一般資料比較

兩組患者性別比、年齡、BMI、術前PaO/FiO、PCO、SpO、FEV%、FVC%、手術時間和單肺通氣時間等一般資料比較，差異無統計學意義，見表1。

表1 兩組患者一般資料比較

2.2 呼吸參數的比較

術前雙肺時、單肺通氣30 min和手術結束前雙肺通氣時，肺保護通氣組P、P和ΔP均較常規通氣組低。單肺通氣后兩組患者的氧合指數均降低，且常規通氣組低于肺保護性通氣組，兩組之間有統計學差異(

P

=0.004)。此外肺保護性通氣組呼吸頻率高于常規通氣組，差異有統計學意義(

P

<0.001)，見表2。提示肺保護性通氣能減輕氣道壓力，改善患者氧和。

2.3 BALF中細胞數量的比較

手術結束時，兩組患者BALF中細胞總數及PMN計數均較術前增高(

P

均<0.001)。手術后與常規通氣組比，肺保護通氣組BALF中細胞總數(

P

<0.001)及PMN計數(

P

<0.001)減少，差異有統計學意義，見表3。提示肺保護性通氣模式減少細胞浸潤。

表2 兩組患者呼吸參數比較

表3 兩組患者肺泡灌洗液中細胞數的比較

2.4 生物學指標的比較

與手術前相比，兩組患者手術結束時血清中IL-1β和IL-18的水平和BALF中IL-18升高。與常規通氣組相比，肺保護性通氣組手術結束時血清和BALF中IL-1β(

P

<0.001)和IL-18(

P

<0.001)均降低，差異有統計學意義，見表4。

表4 兩組患者血清和BALF生物學標志的比較

褪黑素水平相關檢測結果顯示：與手術前相比，兩組患者血清和BALF褪黑素水平均下降。此外，手術結束時常規通氣組血清和BALF褪黑素水平低于肺保護性通氣組(

P

<0.001)。提示肺保護性通氣抑制內源性褪黑素水平降低，見表4。

2.5 術后第1天血氣分析結果比較

術后第一天血氣分析結果顯示：肺保護通氣組氧合指數較常規通氣組高(

P

<0.001)，且乳酸值較常規通氣組降低(

P

<0.001)，兩組間二氧化碳分壓值比較差異無統計學意義。提示術中采用肺保護性通氣改善患者術后24 h的缺氧癥狀，見表5。

表5 兩組患者術后第一天血氣比較

2.6 并發癥發生率的比較

肺保護性通氣組患者術后肺部嚴重并發癥的發生率為4.44%，較常規通氣組術后肺部并發癥的發生率(17.78%)低，差異有統計學意義(

P

=0.045)。保護性通氣組和常規通氣組的術后總并發癥的發生率分別為8.88%和26.66%。 肺保護組的術后總并發癥的發生率低于常規通氣組，差異有統計學意義(

P

=0.028)(表6)。提示肺保護性通氣能改善患者預后。

表6 兩組患者術后并發癥的比較

3 討論

研究證實采用小潮氣量+PEEP的肺保護性通氣策略能降低患者肺部并發癥的發生率。小潮氣量可防止肺泡過度擴張避免肺泡氣壓傷，而呼氣末正壓可防止肺不張的發生。本研究證實肺保護性通氣明顯降低了機械通氣時的氣道峰壓、平臺壓和驅動壓力，提示肺保護性通氣可以減輕氣道壓力所致的氣壓傷。此外單肺通氣時采用肺保護性通氣能提高患者氧合指數，說明肺保護性通氣能有效避免低氣道壓力引起的肺塌陷。常規通氣模式使肺組織過度牽拉，氣道壓力增高，是導致機械性肺損傷的重要因素。Marret et al報道肺保護性通氣可以降低肺葉切除術患者急性肺損傷的發生率，并且縮短住院時間。本研究結果顯示肺保護通氣組術后第一天的血氣指標優于常規通氣組，且肺保護通氣組術后肺部嚴重并發癥及總并發癥的發生率低于常規通氣組，表明采用肺保護性通氣減少了圍術期的并發癥。

機械通氣時增高的氣道壓力激活炎癥反應是導致肺損傷的另一個重要因素。臨床和動物實驗顯示IL-1β作為一個重要的炎癥因子參與VLLI的發病機制。且使用IL-1受體阻滯劑能明顯改善機械通氣導致的白細胞浸潤和肺泡水腫。本實驗觀察到機械通氣后血清和BALF中IL-1β的濃度顯著增高，BALF中PMN細胞數增多，而肺保護性通氣抑制了IL-1β的增高和PMN的聚集。此外，血清和BALF中IL-18濃度在機械后明顯增高，而肺保護性通氣明顯降低了增高的IL-18。因此課題組推測肺保護性通氣可能通過抑制患者體內IL-1β和IL-18炎癥因子濃度抑制機械性肺損傷。

近年來體內外研究均證實外源性和內源性褪黑素具有抗感染作用。Pedreira et al研究顯示，外源性補充褪黑素能顯著提高機械性肺損傷小鼠模型體內抗炎因子IL-10的分泌。進一步的研究證實外源性褪黑素通過下調肺損傷小鼠IL-1β和IL-18分泌改善機械性肺損傷。但機械性肺損傷是否會影響患者體內褪黑素水平仍未見報道。本研究結果顯示，機械通氣降低了患者血清和BALF中的內源性褪黑素水平，而肺保護性通氣顯著抑制了內源性褪黑素的降低。本研究結果表明，內源性褪黑素可能參與了VLLI的發病機制，而肺保護通氣可能通過抑制患者體內褪黑素的水平降低改善VLLI。

本研究仍有一些不足之處，第一，本研究為前瞻性研究，有著嚴格的入選標準，導致樣本量較小；第二，本研究結果無法得出內源性褪黑素與IL-1β和IL-18在機械性肺損傷發病機制中的關系，需要進一步的動物實驗證實其相互關系。