術中肺保護性通氣策略的研究進展

張嘉琦,胡量子

武漢科技大學附屬天佑醫院重癥醫學科,武漢 430064

急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)這一概念于1967年由Ashbaugh在國際上首次提出,同時表示呼氣末正壓通氣(positive end-expiratory pressure,PEEP)有利于ARDS患者肺不張、低氧血癥的改善。此后不久就有學者發現,ARDS患者的肺部在機械通氣時存在不均一性[1],這就意味著存在局部跨肺壓較大、局部肺泡過度膨脹的情況,從而導致肺出血及透明膜的形成。然而直到Hickling等[2]在1990年發現允許范圍內對二氧化碳分壓(PaCO2)、潮氣量、氣道壓力的限制能使ARDS患者病死率降低60%后,這個問題才得到重視,自此之后,研究人員開始尋找減少肺損傷的通氣方案。1993年美國胸科醫師學會共識會議上這一觀點再次得到強調。

全世界每年有超過2.3億接受外科手術的患者需要接受全身麻醉和機械通氣[3]。術后肺部并發癥(postoperative pulmonary complications,PPCs)會對臨床結局產生不利影響,因此預防圍術期肺損傷已成為衡量醫院康復質量的一項指標。早期關于保護性機械通氣的研究多集中在ARDS患者,或擴展到全麻患者的術中機械通氣中,小潮氣量、適當的PEEP及肺復張策略(recruitment maneuvers,RM)有助于降低機械通氣對人體的不良影響。一項多中心、隨機對照試驗顯示,在接受腹部大手術的中、高風險患者中,使用肺保護性通氣策略(lung protective ventilation,LPVS)組患者PPCs發生率顯著低于非保護性通氣組[4]。但也有研究者認為,在肺保護性通氣中,低水平PEEP會增加肺不張的概率,高水平的PEEP在降低了PPCs發生率的同時,也增加了機械通氣肺損傷(ventilator induced lung injury,VILI)的風險[5]。到目前為止還沒有高質量的證據及明確的指南來指導不同手術中的肺保護性通氣策略,尤其是非急性肺損傷/ARDS的全麻手術患者是否依然適用還需要更多證據支撐[6]。本文旨在歸納總結術中保護性通氣策略近幾年的最新進展及發展趨勢。

1 圍術期肺損傷的病理生理

對于外科的機械性肺損傷主要由術中、術后機械通氣造成,通常表現為圍術期肺部炎癥、肺換氣功能受損、影像學異常和呼吸衰竭等。

1.1肺不張 肺不張產生機制包括肺實質受壓、肺泡氣體重吸收和表面活性劑功能受損幾方面:(1)全麻過程及藥物影響使膈肌和胸壁的外形及功能改變,導致胸模壓升高,部分肺實質受壓,加上麻醉期間嘆息性反射消失,均增加了全麻期間肺不張的風險;(2)高濃度吸氧可加重吸收性肺不張;(3)全麻的機械通氣操作和麻醉藥物科室表面活性劑受損。全麻導致的肺不張可持續長達48h,在此期間,塌陷的肺泡會增加肺內分流及血管阻力、降低肺順應性、增加肺損傷易感性,這些均是PPCs發生的危險因素。

1.2呼吸機所致損傷 機械通氣過程中產生的容積傷、氣壓傷、萎陷傷、生物傷最終均可發展成呼吸機所致肺損傷。當潮氣量和高吸氣壓力較高時,肺泡過度膨脹,表面張力變大,當超過肺泡組織的彈性力時,其中的組織血管撕裂產生炎癥反應,滲出增加,容積傷和氣壓傷均由此產生。萎陷傷是指在肺泡反復快速打開、塌陷過程中肺泡表面的剪切力導致的組織損傷。生物傷是指損傷后繼發的炎癥反應及一系列生理病理變化,最終使肺順應性下降、死腔量增加,進一步影響肺換氣功能[7]。

1.3ARDS ARDS的病理生理特征表現為急性期的滲出(肺泡毛細血管屏障受損,導致透過性變大),隨后是亞急性期的增殖,最后是慢性期的纖維化。其中許多因素均可能發生在圍術期,如機械性肺損傷、肺炎、吸入性肺損傷、輸血輸液、腹腔內壓力、外科因素等[8]。

2 術中LPVS

中國“醫學名詞審定委員會呼吸病學名詞審定委員會”將LPVS定義為:機械通氣改善低氧血癥的同時,盡可能避免機械通氣導致的肺損傷和對循環功能的抑制,并可能最終降低ARDS等危重患者病死率的通氣策略[9]。

近年國際上已就如何定義術中肺保護通氣達成了一些共識,如使潮氣量設定≤8mL/kg、PEEP設定≥ 5cmH2O、用或不用肺復張策略定義為術中肺保護性通氣(intraoperative lung protective ventilation,IOLPV);將潮氣量>8mL/kg、PEEP<5cmH2O、不用肺復張策略定義為傳統通氣。

2.1低潮氣量通氣及允許性高碳酸血癥(permissive hypercapnia,PHY) 低潮氣量的應用是肺保護策略中最重要的組成部分。潮氣量≥10mL/kg容易使局部肺泡過度膨脹,增加肺水腫和肺損傷的風險。2019歐美多中心指南高級別推薦(BJA)建議ARDS患者潮氣量≤6mL/kg或盡量使吸氣平臺壓≤30～35cmH2O[10]。在2019新冠病毒肺炎危重型患者行有創機械通氣時,也建議采用小潮氣量4～8mL/kg(理想體重)和低吸氣壓力(平臺壓<30cmH2O)的LPVS,以降低VILI[11]。

大部分有關小潮氣量的研究都加5cmH2O以上的PEEP。一項研究表明僅使用小潮氣量不附加PEEP會增加肺炎發生率和30d病死率[12],因此,小潮氣量可能只是保護性通氣的一個必要組成部分,且根據患者的肺部并發癥發病風險,具體數值也不能同一而論。

長時間小潮氣量通氣可能導致高碳酸血癥[13]。但又有研究表明低潮氣量可降低ARDS的病死率[14]。目前認為一定范圍的高碳酸血癥,即PHY,可減少缺血再灌注損傷,降低氧化應激反應,增加心排出量,提高血氧分壓,減輕肺內分流,起到肺保護作用[15-16]。但PHY應維持一定限度,否則容易導致內環境紊亂。多數研究認為應控制PaCO2上升速度<10mmHg/h、PaCO2<65mmHg、pH值>7.20。因此,在臨床麻醉管理中,需綜合考慮各種因素,力爭發揮最佳保護效應。

2.2PEEP PEEP主要通過防止肺泡的塌陷、反復開閉過程中受到的剪切傷來減少分流,改善肺部的順應性,減少肺損傷[17]。然而較高的PEEP可對血流動力學產生影響,增加胸膜腔壓力,升高右心房壓力,減少靜脈回流,導致心輸出量下降。當高PEEP復張塌陷的肺泡失敗時,PEEP的壓力就會與通壓力合并,增加吸氣末肺內壓,增加其他肺泡過度擴張及損傷的風險[18],因此適當的PEEP水平十分重要。

2019年ARDS管理指南推薦所有患者應在至少5cmH2O PEEP水平之上再做個體化調整[19],但目前術中LPVS中最佳PEEP的設置仍缺乏高質量證據支撐。即便是相同體質量指數(BMI)患者肺容量也相差甚大,加上不同人因為胸腔形態、體型、肺順應性、跨肺壓、驅動壓等各不相同,最佳PEEP也不可能是個固定數值,可能需要個性化調節PEEP水平[20]。

傳統的方式是根據壓力容積曲線的低位折點上調2cmH2O來設置最佳PEEP,也可以通過觀察氣道平臺壓的變化選擇最佳PEEP,即通過上調PEEP水平使氣道平臺壓升高,直到氣道平臺壓的增加值≥PEEP的增加值,此時在此基礎上再將PEEP下調1～2cmH2O即可[21]。也有研究在膀胱癌術中通過尋找肺的最大靜態順應性來滴定PEEP水平,結果顯示比起常規應用6cmH2O PEEP水平,該方法降低了患者術后肺部并發癥的發生率和炎癥因子水平[22]。

2.3RM 通過間斷將氣道壓高于常規壓力使萎陷的肺泡復張,同時可以預防小潮氣量及全麻帶來的繼發性肺不張,改善氧合,尤其適用于一些肺部并發癥中高風險患者,如過度肥胖、原發肺部疾病、胸外科及腹腔鏡手術患者。Choi等[23]認為在接受機器人輔助腹腔鏡前列腺切除手術的老年患者中,與單獨使用PEEP相比,增加RM可顯著減少圍術期肺部并發癥。Hu等[24]進行的一項Meta分析表明在胸外科手術患者中RM可能是一種可行的治療方法,可在不影響血流動力學的情況下,減少肺內分流、改善靜態肺順應性和PaO2/FiO2比值。Cui等[25]認為RM雖不能顯著降低ARDS患者病死率,但可以縮短住院時間,改善第3天的氧合。此外,在腹部、胸部、剖宮產等手術也有許多小型實驗提示RM的收益。近期Wei等[26]通過在接受減肥手術的肥胖患者中應用RM發現,無論是否聯用PEEP,RM均有利于改善患者術后早期氧合,縮短拔管時間;且無PEEP的RM組氣道壓更低,血流動力學損害也更小。但RM的應用不論是對于ARDS患者還是全麻手術患者均存在很多爭議,因為不當的RM反而會增加肺氣壓傷的風險。2017年一項前瞻性研究結果顯示肺復張和PEEP滴定增加中重度ARDS患者28d全因病死率、6個月病死率及氣壓傷風險[27]。

以往常采用手法肺復張,但此種方法不能維持較長時間正壓通氣,在轉換為機械通氣后,復張效果很快消失,導致肺泡再次塌陷,因此目前推薦機械通氣肺復張:(1)肺活量法:吸氣峰壓(peak inspiratory pressure,PIP)維持在35～50cmH2O,持續20～40s;其中,BMI<35kg/m2患者,PIP維持在35～40cmH2O;BMI>35kg/m2者,PIP維持在40～50cmH2O;(2)壓力控制法:壓力控制通氣(pressure controlled ventilation,PCV)時,保持吸氣壓與PEEP差值不變,每30s遞增PEEP 5cmH2O,直到PEEP達30cmH2O,持續30s,恢復基礎通氣;(3)容量控制法:容量控制通氣(volume controlled ventilation,VCV)時,應根據理想體重從潮氣量6～8mL/kg和呼吸比1∶1起始,每3～6次呼吸遞增4mL/kg的潮氣量,直至吸氣平臺壓達30～40 cmH2O,在此水平上再進行3～6個循環呼吸后,即可達到充分的肺復張,然后降低潮氣量。

肺復張實施中的幾點建議:(1)使用較低高吸入氧分數(fraction of inspired oxygen,FiO2)有助于減少吸收性肺不張并保持肺泡持續開放;(2)在保持有效通氣的前提下,盡可能降低吸氣峰壓、吸氣時間和呼吸次數;(3)可通過氧合、肺順應性、驅動壓等指標的改善來評估肺復張效果,效果較差時,可延長吸氣時相或增加吸氣平臺壓,重復實施肺復張[28]。

2.4吸入氧濃度 FiO2在全麻術中很常見,特別是氣管插管、拔管前。WHO為了減少手術感染,推薦在術中使用≥80%的FiO2[29]。但FiO2過高易造成吸收性肺不張,因此在機械通氣時或肺復張后未發生低氧血癥的情況下,一般不推薦給予高FiO2甚至純氧通氣。

有研究表明,30%的FiO2預充氧能夠減少麻醉誘導時肺不張的發生率[30]。最近一項研究,通過對數據庫信息大量統計分析發現,術中高FiO2通氣增加了主要肺部并發癥的發生率[31]。鑒于以上結果,建議僅在必要時使用高濃度氧,且注意監測脈搏氧飽和度,通過調節PEEP及吸呼比等增加機體氧合,避免嚴重不良事件發生。

2.5其他圍術期肺保護措施 除了上述通氣過程中的肺保護性通氣策略的應用,麻醉醫師還需要更多的“個體化”來達到肺保護的目的。如根據患者呼吸參數及氧飽和度靈活調整吸呼比、呼吸頻率、選擇合適的通氣模式等來改善患者的氧合及肺功能,從而減少肺部并發癥的發生風險;恰當的容量管理能在維持血容量和滲透壓的基礎上避免肺水腫的發生;對長時間機械通氣的患者,可通過調整呼吸參數實施膈肌保護性通氣,改善膈肌功能;對肺部并發癥中高風險患者可通過用藥,降低氣道阻力,減少炎癥因子釋放,從而改善氣道情況,保護其肺功能及氣道;術后鎮痛、咳嗽排痰、呼吸功能鍛煉、戒煙、營養支持等均有利于降低術后肺部并發癥發生率。

3 新興的監測方法

隨著影像學的發展,超聲、電阻抗等技術也用于保護性通氣效果的評價及肺部呼吸參數的監測。有學者提出,術中RM在超聲、電阻抗斷層成像等可視化技術指導下實施可減少氣壓傷的風險,并可評估RM效果[32]。

3.1肺部超聲 CT作為觀察臨床肺復張效果的金標準不可能實現隨時隨地的動態監測,因此,移動便捷、體積相對小巧、無輻射損害的床旁肺部超聲逐漸出現人們視野中,床旁超聲可以迅速觀察雙肺12個分區,對肺部通氣狀態、心肺功能以及膈肌的運動狀態均能作出評估,而且床旁肺部超聲在診斷肺不張和檢測肺復張效果方面都有較好的敏感性及特異性[33],為呼吸機參數個體化的設置及呼吸機相關肺損傷的早期判斷提供了一定指導作用。

3.2驅動壓 驅動壓定義為平臺壓和PEEP的差值。Amato等[34]通過對ARDS患者的個體數據統計分析發現,通過呼吸機設置的改變而導致的△P降低與存活率增加密切相關,是與生存率最相關的通氣變量。一項Meta分析也提示△P與術后肺部并發癥的發生有關,且是保護性通氣對肺部并發癥發生影響的唯一顯著中介因素[35]。即使在健康肺的患者中依然適用,所以可以通過△P監測來尋找合適的通氣參數設置。

在胸外科的手術中,為了獲得更好的視野或是操作本身涉及一側肺葉時,會使用單肺通氣(one-lung ventilation,OLV)。在OLV期間,由于側臥位增加健側肺不張的發生,使肺容量減少,加上患側肺的分流作用使氧合功能受損,增加了術中低氧血癥及術后PPCs的風險[36]。Park等[37]一項研究表明,應用驅動壓引導下個體化通氣(驅動壓最小時的PEEP水平)的PPCs發生率低于常規的胸外科保護性通氣策略。最近的一項隨機對照試驗也表明,在胸腔鏡手術中OLV時,滴定PEEP至一個低驅動壓能夠減少術中的分流[38]。這些僅僅是開始,還要更多的多中心、大樣本試驗來提供數據支持。

3.3電阻抗斷層掃描技術(electrical impedance tomography,EIT) 近幾年EIT已被應用在多個醫學領域中。EIT通過一條電極帶,在體表發射連續的小電流得到身體內部的不同電阻抗分布圖,再根據不同組織的電阻情況計算成像,從而對機械通氣過程中肺容積的動態變化及肺組織的通氣分布均勻性進行評估[39],這樣就可在PEEP滴定時估計肺泡情況,防止肺泡的過度膨脹和塌陷的發生。

此外,EIT對于指導個體化PEEP的設定有很大幫助,可通過持續監測肺部通氣情況來優化床邊PEEP設置,確保RM操作開放肺泡且通過PEEP維持復張效果,改善肺通氣情況。Liu等[40]將100例老年患者分為兩組分別進行5cmH2O PEEP和EIT指導下的個體化PEEP,結果顯示EIT指導的個體化PEEP值可有效改善老年胸腔鏡手術患者單肺通氣時的氧合及肺呼吸參數。Pereira等[41]將EIT指導下的個體化PEEP應用在腹腔鏡及開腹手術中,同樣可以減少術后肺不張(術后CT測量),同時對術中的氧合及驅動壓均有改善,使麻醉帶來的肺部負面影響降到最低。EIT還可以應用在呼吸機各個參數的個體化設置上,個體化通氣策略將會是今后的發展方向,但仍需要更多的研究來提供高質量的循證學證據。

Pereira等[41]通過實驗證明低水平固定PEEP(4cmH2O)可能不適用于所有患者,在麻醉期間單獨滴定PEEP改善術中和術后的肺功能,減少了肺不張,改善了術中肺部驅動壓、氧合及平均動脈壓。隨著重癥超聲和EIT在臨床廣泛應用,通過動態評價肺在不同通氣條件下的肺萎陷和復張效果,描記EIT動態監測肺萎陷和過度膨脹的臨界點優化選擇PEEP,與傳統壓力容積曲線法比較,驅動壓和跨肺壓更低,肺順應性更好[42]。最近的一項隨機試驗表明,在腹腔鏡根治性前列腺切除術中,與5cmH2O的PEEP相比,EIT指導的個體化PEEP在升壓及液體治療效果相似的情況下優化肺局部通氣,改善了術中氧合[43]。

4 總結

醫學逐漸向精準化、個體化的方向發展。但個體化通氣策略的設置絕不是一件簡單的事,除了肺的生理情況,還有個體在不同場景下所處的狀態。通過肺超聲、EIT等技術針對患者反應性和手術種類,來找尋幾種能穩定改善特定應用群體預后的通氣策略,才應是研究人員努力的方向。

作者貢獻聲明：張嘉琦:文獻檢索、文章選題、撰寫及修改;胡量子:文章審校及修改