肺保護性通氣策略在麻醉及圍手術期中的應用

林纖依，周有發，陳鋼

作者單位： 310000 杭州，浙江大學醫學院附屬邵逸夫醫院

近年來隨著快速康復外科理念（ERAS）在臨床實踐中的逐漸深入，人們對于肺保護性通氣策略（LPVS）在麻醉與圍手術期患者中的應用有了許多新的認識。有關于LPVS 的研究也逐漸從最初的急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）患者氧合治療拓展到各類手術及特殊患者的麻醉及圍手術期應用，本文旨在對LPVS 在麻醉及圍手術期中的研究現狀作一綜述。

1 LPVS 發展歷程

LPVS是一種以保護和改善肺功能、減少肺部并發癥、降低病死率為目的的呼吸支持策略，即在維持基礎氧供的前提下，聯合應用小潮氣量（TVs）、呼氣末正壓通氣（PEEP）、肺復張手法（LRM）、允許性高碳酸血癥及低吸入氧濃度等通氣方案，使萎陷肺泡開放的同時避免肺泡過度膨脹，防止氣道壓過高、減少肺泡活動產生的剪切力，從而保護肺泡表面活性物質，降低肺部乃至全身的炎癥反應，以此預防或減輕肺組織損傷，最終起到肺保護的作用。

20 世紀60 年代，研究發現在全身麻醉機械通氣期間，給予較高的潮氣量可逆轉低氧血癥并有利于改善肺順應性。1969 年有研究首次報道了對ARDS 患者應用持續正壓通氣有益于疾病的轉歸，從而引入了PEEP 的概念。在此以后的30 年里，臨床一直遵循高于生理潮氣量的通氣方式，形成了10 ～15 ml/kg潮氣量的傳統機械通氣模式。直到20 世紀90 年代，幾項研究表明，與傳統的通氣模式相比，低潮氣量、低氣道壓和允許性高碳酸血癥的保護性通氣模式可降低ARDS 患者的肺部并發癥及病死率。2000 年，一項具有里程碑意義的隨機對照試驗結果證明，低VT可提高接受機械通氣的ARDS 患者的存活率。

21 世紀初，重癥監護病房（ICU）開始將LPVS運用于重癥患者，臨床上也將LPVS 作為ARDS 患者機械通氣的標準方案，但同時針對麻醉及圍手術期患者的術中LPVS 并未得到充分的實踐。在各種外科手術中，開胸手術的術后30 d病死率最高，而肺切除術的30 d 病死率更是高達12%。與原發病無關的術后急性低氧血癥/術后急性肺損傷（ALI）是導致肺切除術患者病死的主要原因。2009 年，Marc 等研究首次表明在術中實行LPVS 避免了肺過度擴張，同時通過施加PEEP 和LRM 來維持功能殘氣量，這種方法有效地減少了肺癌患者術后ALI和肺不張的發生率，明顯降低了ICU 入住率和住院時間。2013年，Emmanuel等一項納入400 例大型腹部手術患者的多中心、雙盲試驗表明，與傳統的非保護性機械通氣相比，在進行大型腹部手術的患者中采用LPVS可改善臨床療效，并降低術后7 d肺部及肺外并發癥的發生率。此后，不斷有研究表明，麻醉與圍手術期LPVS的使用與臨床療效的改善、肺部并發癥的減少和病死率的降低相關，麻醉及圍術期采用LPVS的理念逐漸被廣泛接受。然而，盡管有充分的證據證實LPVS有降低圍手術期肺部并發癥的潛力，但是有關LPVS 各要素在各類手術及患者麻醉及圍術期的具體應用及效果還有待進一步研究。

2 LPVS 要素

麻醉及圍手術期LPVS 包含很多要素，如限制潮氣量和氣道平臺壓、最佳PEEP 的選擇、LRM、允許性高碳酸血癥、低濃度吸入氧等。其中低潮氣量、最佳PEEP 和LRM 是目前臨床上采用的最主要的LPVS 要素。

2.1 低潮氣量 低潮氣量的使用是LPVS中最廣為人知的部分。成年人正常靜息狀態時的潮氣量為7～8 ml/kg，傳統的機械通氣為預防肺不張并維持正常的氧分壓，通常將潮氣量設置為10 ～15 ml/kg。2000 年Brower等隨機對照試驗（RCT）研究表明，與傳統的潮氣量策略（12 ml/kg）相比，采取6 ml/kg 的低潮氣量合并限制性氣道壓（≤30 cmH2O，1 cmH2O≈0.098 kPa）使ARDS 患者的病死率顯著降低。同年一項在25 名心臟手術患者中進行的RCT表明，與較低潮氣量（6 ml/kg）相比，較大的潮氣量（12 ml/kg）導致了更差的術后肺順應性、更高的氣壓傷風險以及更明顯的術后肺內分流。

雖然ARDS/ALI患者的低潮氣量通氣已成為標準指南，但ARDS/ALI 患者僅占ICU 機械通氣患者的一部分，在圍手術期需要機械通氣的患者中比例更低。已有更多的臨床研究將目光投在其他種類的患者身上，認為他們也可以從低潮氣量中受益。2010年，Determann等在150 例無ARDS/ALI的患者中進行的RCT 研究發現，接受小潮氣量通氣（6 ml/kg）的患者肺損傷發生率和血清IL-6 水平均明顯降低。2011 年，一項納入149 例心臟手術患者的RCT研究發現，與較大的潮氣量（10 ml/kg）相比，在整個圍手術期使用較低潮氣量（6 ml/kg）進行通氣可增加術后6 h 撤機率、降低再插管率。

大潮氣量更易導致壓力-容量性肺損傷，而小潮氣量可有效減少肺組織的過度充氣，預防VILI 和肺部并發癥。臨床上對于潮氣量的設置經歷了10 ～15 ml/kg、8 ～10 ml/kg 至≤6 ml/kg 的變遷，甚至有研究表明4～5 ml/kg潮氣量可能更有利于肺的保護。

2.2 最佳PEEP PEEP 可分為生理性PEEP（5 ～12 cmH2O）和治療性PEEP，低水平治療性PEEP（12～15 cmH2O）可用于因通氣/血流比例失調或肺順應性下降的低氧血癥，高水平治療性PEEP（＞15 cmH2O）常導致心肺損傷，故僅用于部分特殊患者。臨床上常用的PEEP范圍為5 ～12 cmH2O，在ARDS患者中，可簡單地根據疾病嚴重程度來選擇，輕度ARDS 適用5 ～10 cmH2O，中度ARDS 適用10 ～15 cmH2O，重度ARDS 適用15 ～20 cmH2O。PEEP通過膨脹塌陷的肺泡來減輕呼吸機誘發的肺損傷，有助于增加功能殘氣量、防止肺泡萎陷、減少肺泡周期性塌陷形成的剪切力、改善通氣/血流比以及減輕肺泡和肺間質水腫。20 世紀80 年代中期即有報道證明PEEP 可有效預防肺不張，在ARDS 治療策略里也一直有PEEP 的身影。然而，過低的PEEP 容易使肺泡再度塌陷，而較高的PEEP 雖可以防止肺泡塌陷、改善氧合，但也可能導致肺泡過度擴張引起肺氣壓傷、抑制循環功能。

許多研究者致力于個體化地滴定最佳PEEP，提出了PaO2-PEEP法、FiO2-PEEP法、P-V曲線法、肺順應性-PEEP 法及平臺壓-PEEP 法等不同的PEEP 個體化滴定方法。另外，CT、電阻抗成像技術（EIT）等影像學手段可用于評估肺復張，有助于指導更安全有效的PEEP 滴定。

2.3 LRM 在臨床實踐中，持續施加35 ～40 cmH2O的氣道正壓30 ～50 s可改善氧合情況，這種手法即為控制性肺膨脹（SI）。目前LRM 的實施方法缺乏統一標準，除了控制性肺膨脹（SI）以外，還包括PEEP 遞增法、壓力控制法（PCV）等。

LRM 也是肺保護策略中最有爭議的部分。一方面，有證據證明使用LRM 結合PEEP 的策略有助于改善氧合并縮短住院時間。臨床對照試驗結果表明，與不施行LRM 的常規通氣模式相比，使用連續性氣道正壓的LRM 聯合滴定PEEP 與低潮氣量可顯著提高ARDS 患者28 d ICU 生存率。Hodgson 等研究表明，在ARDS 患者中實施LRM 可降低其病死率，但由于納入的大部分患者在治療的同時聯合了其他通氣干預措施，導致肺復張的有利證據可信度降低；另一方面，Alexandre等研究納入了1 010 例ARDS患者，此臨床隨機對照試驗表明，采用LRM和PEEP 滴定的策略可增加中重度ARDS 患者的28 d全因病死率，故而不支持在臨床上常規使用LRM和PEEP 滴定。更有研究表明，機械通氣中使用LRM可導致短暫的動脈血壓降低，說明對肺泡施加的壓力水平會影響血流動力學。在急性肺損傷的實驗模型中，LRM引起的肺容量增加和胸膜壓力升高可能會對肺循環和心功能產生不利影響。因此，在血流動力學不穩定或依賴機械通氣的肺炎患者中，應謹慎應用LRM。關于理想的LRM 尚未達成共識，需要聯合呼吸頻率、最佳PEEP、適當的FiO2等指標進行有效性和可行性的進一步研究。

3 LPVS 在各類手術及患者中的應用

在麻醉及圍手術期進行機械通氣的患者可能發生各種術后肺部并發癥（PPCs），其中發生概率最高的為肺炎和肺不張，術后ARDS雖然不常見，但卻導致圍手術期病死率增加了近50 倍。據報道，胸外科手術術后PPCs 發生率為14%～59%，非心胸外科手術術后PPCs 的發生率為2%～39%，而在腹部手術中也可達9%～40%。

3.1 在胸科手術中的應用 胸科手術患者術中涉及對肺本身的直接操作，過度膨脹和高濃度吸氧通常應用于單肺通氣以補償術側肺的塌陷，而這通常是造成肺損傷的原因。近年來，為了預防或減輕胸科手術圍手術期肺損傷已有LPVS 被提出。在接受肺切除術的患者中，圍手術期肺部并發癥是導致患者死亡的主要病因。單肺通氣對于優化術中手術視野必不可少，但其本身也可能導致肺部并發癥，臨床上可通過使用小潮氣量、呼氣末正壓、低氣道壓以及低吸氧濃度來減少整體肺損傷的程度。為了研究LPVS對術中單肺通氣患者的影響，Mikyung 等一項對照試驗以全身麻醉下肺葉切除術患者為對象，探索與傳統通氣相比，LPVS是否能減輕單肺通氣期間的肺功能損害，結果顯示與傳統的大潮氣量和容量控制通氣相比，通過低潮氣量聯合應用壓力控制通氣和PEEP可以降低術后肺功能障礙的發生率，獲得令人滿意的換氣效果。

食管癌根治術可引起較為嚴重的術后全身性炎癥反應，Pierre 等為探究LPVS在減少食管癌手術患者炎癥方面的有效性，納入了52 例行擇期全身麻醉食管癌切除術的患者，分為常規通氣組（9 ml/kg 潮氣量）和保護性通氣組（雙肺通氣時設置9 ml/kg 潮氣量，單肺通氣時設置5 ml/kg 潮氣量，均聯合5 cmH2O PEEP）。研究發現接受LPVS 的患者，其圍手術期血漿的IL-1 、IL-6、IL-8 釋放減少，證明單肺通氣時低潮氣量（5 ml/kg）聯合PEEP（5 cmH2O）的LPVS可預防或改善肺內炎癥反應，減少食管切除術后的促炎性全身反應，改善肺功能，并利于早期拔管。

3.2 在心臟手術中的應用 接受心外科手術的患者需要進行復雜的血流動力學管理，包括大量的液體和血管活性藥物的使用。在心臟外科手術中，肺損害主要歸因于兩個事件：胸腔開放和體外循環（CPB）。循環系統和呼吸系統有密切的關聯，使用旨在防止肺部并發癥的通氣技術可能會對危重患者的血流動力學產生負面影響，所以手術期間的通氣管理更具挑戰性。心外科手術中的機械通氣設置尚無明確的國際準則，但相關臨床研究已取得了一些進展。

對于進行心臟手術的患者，通常使用高潮氣量（最高10 ～12 ml/kg）+低PEEP 以減少肺不張和最小化對血流動力學的影響。然而高潮氣量與炎癥介質的釋放有關，潮氣量超過10 ml/kg 可能與心臟外科患者的機械通氣時間延長、器官功能障礙和ICU停留時間延長有關。在心臟手術患者中，有研究發現在術中和術后使用6 ～8 ml/kg 的潮氣量可減少機械通氣時間和再插管率。LRM 主要用于肺泡塌陷引起的低氧血癥，有研究認為心臟手術中的LRM有助于增加患者拔管后的功能殘氣量，減少了肺不張的發生并改善了氣體交換。Serdar 等研究結果表明，心臟手術后機械通氣期間應用LRM、拔管后聯合使用無創通氣和LRM 有助于改善術后肺功能恢復，但對ICU 停留時間和住院時間無明顯影響。然而，也有研究表示未發現這些通氣策略在冠狀動脈旁路移植術（CABG）期間有任何有益效果。2020 年，Ashley等對220 例血流動力學穩定的擇期心臟手術患者進行了LPVS 與常規通氣的比較，結果表明心臟手術的LPVS 可減少低氧血癥的發生率，并加快患者自主呼吸的恢復。

3.3 在腹部手術中的應用 Emmanuel等在新英格蘭雜志上發表的一項多中心雙盲臨床試驗將接受擇期大型腹部手術、具有PPCs 中高風險的400 例成年患者隨機分配為術中非保護性機械通氣（10 ～12ml/kg潮氣量）和LPVS（6 ～8ml/kg 潮氣量+6 ～8 cmH2O PEEP+LRM）兩組，結果表明，LPVS 組的術后7 d PPCs 發生率（10.5%）和需要進行輔助通氣的概率（5.0%）明顯低于肺保護性通氣組（分別為27.5%和17.0%），而兩者在術后30 d 內的病死率和ICU 入住率無顯著差異。該試驗為術中LPVS 改善臨床結果提供了支持證據，與非保護性機械通氣相比，在腹部手術中應用聯合性LPVS 可減少術后并發癥并降低醫療成本。2014 年，一項多中心隨機對照試驗納入了900 例接受全身麻醉開腹手術的患者，結果認為在開腹手術中，高PEEP 和LRM 策略不能防止術后肺部并發癥，且與低PEEP 組相比，高PEEP 組術中更易出現低血壓，該研究認為LPVS 應包括低潮氣量和低PEEP，而排除LRM。為研究吸氧濃度（FiO2）的肺保護作用，2020 年一項隨機對照試驗評估了在全身麻醉腹部手術患者施行的LPVS，術中低FiO2（30%）和高FiO2（80%）對PPCs 的影響，研究結果認為術中FiO2的高低不影響PPCs 的發生率，但使用FiO230%可以減少嚴重肺部并發癥的發生。

肺功能不全的腹部手術患者可能更易受到機械通氣的影響而有更高的肺氣壓傷風險。2020 年，Sukhee等回顧性分析了419 例接受全身麻醉下腹部手術的COPD 患者，研究了可能改善術后PPCs 發生率的術中保護性麻醉因素，證明了某些麻醉策略可以改變該患者人群的PPCs 風險。研究發現，術中使用低潮氣量通氣、限制性晶體輸注和使用布瑞亭逆轉神經肌肉阻滯可顯著降低PPCs 風險，而PEEP、跨肺驅動壓則與PPCs 風險無明顯相關，這可能與COPD 患者的肺過度充氣有關，由于此類患者已存在6 ～9cmH2O的內源性PEEP，因此肺泡中的實際PEEP高于呼吸機產生的PEEP，故此時可能給予較低PEEP就足以預防肺不張等PPCs。

3.4 肥胖患者的圍手術期LPVS 接受手術治療的肥胖患者中，術后肺部并發癥的發生率高達18%，幾乎是正常體質量患者的兩倍。全球的人群肥胖率增加，然而關于肥胖患者術中機械通氣實踐的研究有限，并且針對這些患者的最佳通氣參數設置存在爭議。

肥胖患者氧儲備低、功能殘氣量減少，在平臥位和麻醉后甚至更低，導致術中機械通氣常造成這類患者的肺不張，從而導致PPCs 的發生發展。一些LPVS已經被提出來用于改善肥胖患者的手術預后，包括使用更高水平的PEEP、預吸氧、術中LRM 等。Hesham等研究發現，在接受腹腔鏡手術的成年肥胖患者中，術中先行LRM 再施加10 cmH2O PEEP 可有效預防肺不張、改善氧合、減少PPCs 發生率及PACU 停留時間。L Edmark 等研究表明，在接受麻醉的肥胖患者中，預充氧期間施加持續性氣道正壓通氣（10cmH2O CPAP）、適當降低FiO2、插管后運用PEEP 可以改善氧合。Emmanuel 等研究發現，LRM聯合PEEP（10 cmH2O）可改善肥胖患者術中氣腹期間的呼氣末肺容積（EELV）、改善圍手術期氧合，而單獨使用PEEP 則不能達到上述效果。

然而，也有研究未發現LPVS 對肥胖患者的益處。Thomas 等對來自23 個國家的體質量指數（BMI）≥35 kg/m2的手術患者進行隨機臨床試驗，在容量控制通氣、7 ml/kg 潮氣量的一定條件下，患者被分為高水平PEEP組（12 cmH2O PEEP+LRM）或低水平PEEP 組（4 cmH2O PEEP）。結果顯示，高水平PEEP 組的PPCs 發生率（21.3%）與低水平PEEP 組（23.6%）無顯著差異，高水平PEEP 組的低氧血癥發生率較低，低水平PEEP 組的低血壓和心動過緩的發生率較低，兩組之間的嚴重術后肺部并發癥發生率、術后肺外并發癥發生率、ICU 入住率、住院天數和住院期間病死率均無顯著差異。上述研究表明在全身麻醉下進行手術的肥胖患者中，與較低的PEEP水平相比，PEEP+LRM 的術中機械通氣策略不能減少術后肺部并發癥。

通常肥胖患者術中機械通氣時傾向于設置高潮氣量、低PEEP，很少采取LRM，必須進行更多更大型的臨床隨機試驗以闡明肥胖患者圍術期不同通氣模式的作用。

3.5 特殊體位手術中LPVS的應用 腹腔鏡手術期間使用的氣腹壓力大致為11 ～14 mmHg，加上術中極度的頭高腳底位（Trendelenburg 體位），可能會導致呼吸順應性降低、功能殘氣量降低以及通氣/血流比失調，這可能引發肺不張等肺部并發癥，影響患者的臨床預后，延長患者的住院時間。術中麻醉醫生通常可以采用LPVS（PEEP、低潮氣量和肺LRM）來盡量消除氣腹和Trendelenburg 體位的不良影響。Wang 等在Trendelenburg 體位的腹腔鏡患者中評估了不同水平PEEP（0、4、8 和12 cmH2O）的術中肺保護作用，結果表明在腹腔鏡手術期間，在氣腹和Trendelenburg 體位的情況下，高水平的PEEP 可加速肺內分流，增加靜脈壓與氣道壓，從而導致血流動力學抑制和氣壓傷；而低潮氣量結合中等水平PEEP（8 cmH2O）可改善Trendelenburg 體位患者的呼吸力學和肺動態順應性，促進良好的氣體交換，降低肺內通氣死腔比（VD/VT）而不導致肺內分流增加。

4 小結

機械通氣是全身麻醉過程中不可或缺的生命支持手段。然而，不適當的機械通氣可能會導致心肺功能受損，并引發炎癥級聯反應，加速肺損傷的發展。越來越多的證據顯示LPVS 有助于降低患者術后肺部并發癥、縮短住院時間，并已成為ERAS理念的重要組成部分。然而，針對不同手術類型及某些特殊患者在麻醉及圍手術期的LPVS 的優化及個體化仍需進一步研究。

(參考文獻略，讀者需要可向編輯部索取)