心臟手術(shù)體外循環(huán)期間通氣管理的研究現(xiàn)狀與進展

張孟秋(綜述)，余 海(審校)

(四川大學(xué)華西醫(yī)院麻醉科，四川 成都 610041 )

2021年我國心血管外科手術(shù)總量超27萬例，其中體外循環(huán)(cardiopulmonary bypass,CPB)下手術(shù)總量超17萬例，均呈現(xiàn)明顯上升趨勢[1]。絕大多數(shù)心臟手術(shù)需采取正中胸骨切開、心臟停搏和主動脈阻斷，以獲得靜止、無血的操作術(shù)野，這都將不可避免地會引發(fā)全身炎癥反應(yīng)，造成心肌組織缺血損傷和電生理損害[2-3]。發(fā)生缺血/再灌注損傷后，心肌組織釋放的促炎介質(zhì)、氧自由基、以及心功能不全本身也可能會導(dǎo)致肺損傷的發(fā)生[4-5]。此外，心臟手術(shù)尚存在其他多種炎癥應(yīng)激誘發(fā)因素，比如CPB預(yù)充液導(dǎo)致的急性血液稀釋、容量超負荷、CPB期間連續(xù)非搏動性血流灌注、低體溫、全身肝素化以及CPB管道回路內(nèi)表面積過大等。肺臟尤其容易遭受全身炎癥反應(yīng)的打擊，急性肺損傷是CPB術(shù)后的常見并發(fā)癥，將導(dǎo)致氣體交換障礙、肺泡-毛細血管功能受損、通氣/血流比失調(diào)，往往表現(xiàn)為動脈血氧分壓(arterial partial pressure of oxygen,PaO2)和氧合指數(shù)(oxygenation index,OI)下降。盡管心臟手術(shù)圍術(shù)期管理和技術(shù)不斷進步和發(fā)展，如不停跳冠狀動脈搭橋術(shù)、胸腔鏡輔助加小切口微創(chuàng)心臟手術(shù)、經(jīng)導(dǎo)管主動脈瓣置入術(shù)等，但術(shù)后肺部并發(fā)癥(postoperative pulmonary complications, PPCs)/肺損傷仍然是心臟手術(shù)患者術(shù)后的主要并發(fā)癥和死因。因此，旨在減少CPB后肺損傷、促進患者臨床轉(zhuǎn)歸的預(yù)防措施層出不窮。比如應(yīng)用中性粒細胞彈性蛋白酶抑制劑如西維來司鈉和烏司他丁、肝素涂層回路、減少CPB管道回路與血液接觸的內(nèi)表面積(迷你化)、減少血制品輸注、專用濾器去除白細胞、改良超濾減輕液體超負荷等。而與臨床心血管麻醉醫(yī)生密切相關(guān)的措施，更多地體現(xiàn)在術(shù)中機械通氣管理上，肺保護性通氣策略被證實可降低心臟手術(shù)PPCs的發(fā)生風(fēng)險[6]，但關(guān)于CPB期間如何進行通氣管理尚存在較大爭議[7-9]。基于此，通過總結(jié)現(xiàn)有臨床研究證據(jù)，對CPB期間的通氣管理策略作一綜述。

1 CPB期間通氣管理模式

心臟手術(shù)圍術(shù)期保護性肺通氣策略可在CPB前后、重癥監(jiān)護室中均起到肺保護作用，在CPB期間存在不同的通氣管理策略，包括：停止通氣、持續(xù)氣道正壓(continuous positive airway pressure,CPAP)、小潮氣量(tidal volume,VT)通氣、間斷肺復(fù)張手法(vital capacity maneuvers,VCMs)以及通氣期間結(jié)合肺動脈灌注。

1.1CPB期間無通氣 目前CPB期間常用通氣方式為無通氣，該通氣方式往往作為研究的對照組，即雙肺處于塌陷、靜止狀態(tài)，有利于給外科醫(yī)生提供良好的操作視野，進而加快手術(shù)進程。然而，停止通氣后，肺循環(huán)中溶酶體的激活，可導(dǎo)致術(shù)后呼吸功能不全、急性呼吸窘迫發(fā)生率升高[10-11]。同時，塌陷的肺泡及小氣道，可影響到肺分泌物的正常排出，進而導(dǎo)致氣道細菌繁殖，引起感染。

1.2CPB期間應(yīng)用CPAP 最早開始探討CPB期間行CPAP的是Berry等[12]，對比了CPB期間應(yīng)用5 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa)CPAP與保持肺完全靜止塌陷這兩種通氣管理模式，觀察受試者在CPB后幾個時點上肺泡-動脈氧分壓差[(alveolar to arterial oxygen partial pressure difference,P(A-a)O2)]的差異。盡管在某個時點上，CPAP組患者的P(A-a)O2稍高于對照組，但在有創(chuàng)通氣時間等方面差異無統(tǒng)計學(xué)意義，且樣本量過小(20例/組)。此后，陸續(xù)出現(xiàn)了一些探討不同水平CPAP對P(A-a)O2、OI、PaO2等氣體交換參數(shù)影響的研究[13-19]。Loeckinger等[14]應(yīng)用10 cmH2O CPAP與對照組比較，發(fā)現(xiàn)在CPB后4 h的肺內(nèi)分流量顯著減少，與其他研究相似，該研究樣本量偏少。在數(shù)年之后，Altmay等[16]和Figueiredo等[17]卻發(fā)現(xiàn)10 cmH2O CPAP并不能提高術(shù)后肺臟的氣體交換功能。與單獨應(yīng)用CPAP不同的是，Claxton等[20]還將5 cmH2O CPAP與肺復(fù)張手法相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)該通氣方式更有利于提高CPB后的PaO2。Zabeeda等[15]的研究設(shè)計分組則更全面，包括了無通氣組、不同吸入氧濃度(fraction of inspired oxygen，F(xiàn)iO2)下小VT高呼吸頻率(respiratory rate,RR)通氣組、及有無CPAP組(共5組，每組15例受試者)，結(jié)論是應(yīng)用純氧行5 cmH2O CPAP的患者，在CPB后5 min有著更高的PaO2。就現(xiàn)有研究結(jié)果而言，在CPB期間應(yīng)用CPAP的通氣策略，尚不能得出統(tǒng)一、令人信服的結(jié)論。值得注意的是，目前有一項單中心隨機對照研究正在實施，Bignami等[21]將受試者分為3組：無通氣組、5 cmH2O CPAP組和小VT(VT=2～3 mL/kg)低呼氣末正壓(positive end-expiratory pressure,PEEP)機械通氣組，主要指標是術(shù)后OI<200的發(fā)生率。該研究有著足夠的樣本量(共870例)，且納入了三種常用的CPB通氣管理策略，該研究的實施將進一步探明在CPB期間應(yīng)用不同通氣策略的優(yōu)劣。

1.3CPB期間應(yīng)用小VT的通氣策略 早期有8項臨床隨機對照試驗探討了CPB期間小VT的通氣策略[22-29]，大多采用正常RR，將VT設(shè)置為3～5 mL/kg，而其中只有一項研究應(yīng)用低RR(5次/min)[29]。在該領(lǐng)域研究較多的是Beer等[22-25]，他們的研究表明，小VT(3～4 mL/kg)機械通氣組患者較對照組有著更低的炎性標志物水平和更高OI。然而，沒有證據(jù)表明這種通氣策略有顯著的實際臨床效應(yīng)。Durukan等[29]發(fā)現(xiàn)，CPB期間行小VT、低RR、無PEEP的通氣策略，與對照組相比，在CPB后存在某些炎癥因子(如白細胞介素6等)減低的趨勢，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義，且該研究樣本量也偏少(共59例)。Gagnon等[28]比較了在CPB期間行3 mL/kg的小VT通氣與無通氣，得出的結(jié)果是：兩組患者在CPB后的OI和血流動力學(xué)相關(guān)指標上差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。另一項由Davoudi等[27]實施的研究表明，CPB期間應(yīng)用小VT的通氣策略，能提高CPB后患者的肺功能和氧合能力。該研究是對術(shù)前患者肺部基礎(chǔ)疾病進行詳細描述的唯一試驗，并將術(shù)前肺功能受損的患者排除在外。John等[26]研究則表明，CPB期間保持通氣(VT=5 mL/kg)的患者，術(shù)后機械通氣時間更短，并且肺損傷更輕。Orak等[30]研究者更推薦在CPB期間應(yīng)用VT為3～4 mL/kg的通氣策略，但他們試驗的總樣本量只有60例，且同樣將氧化應(yīng)激標志物作為主要指標。上述研究多將主要指標設(shè)定為反映氣體交換的某些中間指標，而這些指標本身具有很大的局限性，且試驗樣本量少，難以說明實際臨床效應(yīng)。

近期發(fā)表的文獻則更關(guān)注患者實際預(yù)后轉(zhuǎn)歸，不再局限于某些炎性中間指標，且設(shè)計更加規(guī)范、樣本量更大。Lagier等[31]發(fā)表了一項多中心隨機對照試驗，該試驗樣本量充足(共493例)，探討了在CPB期間應(yīng)用兩種通氣管理方式，即小VT通氣(VT=3 mL/kg，PEEP=8 cmH2O，RR=12次/min)聯(lián)合VCMs的“肺開放通氣策略”與無通氣，對患者PPCs發(fā)生率的影響，結(jié)果顯示兩組之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義，因而他們認為，在CPB期間保留小VT的通氣策略并不優(yōu)于無通氣。隨后Nguyen等[32]也發(fā)表的一項單中心隨機對照研究中，將1 501例受試者分為CPB期間的小VT通氣組(VT=3 mL/kg，PEEP=5 cmH2O，RR=5次/min)和無通氣組，結(jié)果也顯示兩組在PPCs發(fā)生率及病死率差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，同樣也得出了與Lagier等[31]類似的結(jié)論，但同時作者也提出，并沒有將術(shù)后疼痛管理、理療及其他呼吸力學(xué)相關(guān)參數(shù)等記錄并統(tǒng)計，而這些指標的差異有可能會對PPCs發(fā)生率產(chǎn)生潛在影響。

在上述國外相關(guān)臨床研究中，均未見有關(guān)于FiO2的詳細設(shè)定說明，且納入的手術(shù)類型多數(shù)為冠狀動脈搭橋術(shù)。而我國的心臟手術(shù)類型以瓣膜病變(28%)和先天性心臟病(26%)為主，冠狀動脈搭橋術(shù)雖然呈現(xiàn)上升趨勢，但占比僅為21%[1]。據(jù)國內(nèi)一項隨機對照研究報道[33]，CPB期間應(yīng)用不同F(xiàn)iO2(30%或80%)行小VT(VT=2～3 mL/kg，PEEP=5～8 cmH2O，RR=10～12次/min)的通氣策略，與無通氣相比，患者術(shù)后PPCs發(fā)生率差異并無統(tǒng)計學(xué)意義。值得注意的是，在目前所有的隨機對照研究中，都沒有提到與通氣方式相關(guān)的嚴重不良事件，也間接地反映出在CPB期間保持小VT通氣是一項很安全的技術(shù)。

1.4CPB期間應(yīng)用VCMs VCMs是圍術(shù)期肺保護性通氣策略中關(guān)鍵性的一環(huán)，通過短暫持續(xù)的高水平氣道壓力，使不張的肺泡重新打開，從而能彌補小VT通氣所帶來的肺不張風(fēng)險[34]。Tschernko等[35]研究表明，在CPB后行VCMs能夠降低患者術(shù)后肺內(nèi)分流和提高氧合能力。同樣應(yīng)用的是40 cmH2O峰值氣道壓力，他們的結(jié)論被Murphy等[36]證實，不同的是，Murphy的研究還表明，應(yīng)用VCMs的患者術(shù)后在重癥監(jiān)護室有創(chuàng)通氣時長也更低。Muslu等[37]同樣發(fā)現(xiàn)單次應(yīng)用40 cmH2O的峰值氣道壓力行VCMs能降低術(shù)后肺不張的發(fā)生。即使VCMs的應(yīng)用能給患者帶來益處，且被麻醉醫(yī)生所廣泛接受，但也有研究表示，VCMs可對患者產(chǎn)生潛在的血流動力學(xué)波動。Toth等[38]在給急性呼吸窘迫綜合征的患者應(yīng)用45 cmH2O的峰值氣道壓力行VCMs時發(fā)現(xiàn)，心指數(shù)會有短暫的降低。Celebi等[39]關(guān)注到，VCMs同樣持續(xù)30 s，高CPAP(40 cmH2O)組患者的平均動脈壓更低，而應(yīng)用PEEP峰值20 cmH2O的患者，血流動力學(xué)更平穩(wěn)且氧合能力更好。可以看出，行VCMs時壓力過大、持續(xù)時間相對過長，越有可能導(dǎo)致血流動力學(xué)的波動。過大的VCMs峰值壓力造成的血流動力學(xué)波動，在CPB后心肌脆弱時期，極易導(dǎo)致循環(huán)衰竭。由于目前在行VCMs時的峰值氣道壓力水平的設(shè)定沒有達成共識，心血管麻醉醫(yī)生在使用該技術(shù)時尤其需注意患者血流動力學(xué)等變化。

1.5CPB期間通氣結(jié)合肺動脈灌注 實施機械通氣時，通過增加患者的肺內(nèi)有效肺泡通氣量，進而可提高氣體交換效率。肺臟呼吸功能的實現(xiàn)，不僅需要有效的肺泡通氣量，還應(yīng)同時具有匹配的肺泡血流，即：通氣/血流比。在CPB期間，肺臟的血供僅有支氣管動脈提供，而小VT通氣方式近乎死腔量通氣，使得這種特殊的通氣方式在氣體交換上效率極差。CPB期間的通氣管理，更多的是保持肺的不塌陷狀態(tài)，減少復(fù)張性肺水腫、肺不張等的發(fā)生，但并不能減輕肺組織(肺泡)缺血缺氧、再灌注損傷。關(guān)于結(jié)合肺動脈灌注和機械通氣策略的研究，主要針對不停跳心臟手術(shù)[40-41]。Macedo等[40]對不停跳心臟手術(shù)CPB期間，在行機械通氣的同時，外科醫(yī)生進行肺動脈插管并實施肺動脈灌注，發(fā)現(xiàn)采用這種技術(shù)可提高患者術(shù)后的早期拔管率、減少術(shù)后有創(chuàng)通氣時長。然而，不停跳心臟手術(shù)術(shù)野不佳，CPB期間行肺動脈灌注，目前技術(shù)尚不成熟，得不到有效推廣[42]。

2 結(jié)語與展望

心臟手術(shù)術(shù)后肺損傷發(fā)生的病理生理機制復(fù)雜，且尚未被完全闡明。圍術(shù)期肺保護性通氣策略作為減輕肺損傷措施中的一環(huán)，實施操作簡便易行，任何一個麻醉醫(yī)生都能掌握，不需要付出額外的費用和精力。現(xiàn)階段關(guān)于心臟手術(shù)CPB期間通氣管理策略的研究大多將目光集中在了某些生化指標或中間指標上，未關(guān)注到患者實際預(yù)后轉(zhuǎn)歸(如嚴重PPCs、病死率、住院時間等)，且多數(shù)研究樣本量偏小，很難得出CPB期間應(yīng)用哪種通氣策略可使患者預(yù)后更優(yōu)的結(jié)論。總而言之，在不影響外科術(shù)野操作的情況下，于CPB期間保留低水平CPAP或小VT的通氣策略，既安全又簡單，可能潛在地有益于患者預(yù)后。而CPB期間的通氣管理如何做到最佳：究竟采用何種通氣模式、通氣參數(shù)及FiO2如何設(shè)定等，要回答這些問題，仍需要更多設(shè)計良好的研究來進一步證實。