反比通氣對俯臥位腰椎后路手術肺部呼吸力學及術后并發癥的影響

王 凡 唐 旺 陳麗莉 朱麗萍 樊金燕 王光磊

圍術期影響肺順應性的因素包括術中麻醉藥物、通氣方式、手術體位和部位[1]。俯臥位腰椎后路手術中由于胸部和腹部壓力增加,膈肌運動受阻,肺動態順應性降低,氣道峰壓(peak airway pressure,Ppeak)升高,通氣功能受損[2～4]。加上全身麻醉誘導和肌肉松弛藥物的使用,增加了術后肺部并發癥(postoperative pulmonary complications,PPCs)的風險。PPCs與住院時間延長,住院費用增加以及不良預后密切相關[5]。

適宜的機械通氣策略可以改善肺部呼吸力學,減輕炎性反應,促進術后恢復。反比通氣(inverse ratio ventilation,IRV)是一種機械通氣的代替策略,通過改變吸呼比(I∶E),延長吸氣時間增加平均氣道壓(mean airway pressure,Pmean),從而增加跨肺壓,擴張塌陷的肺泡,改善通氣/血流(V/Q),從理論上可以改善氣體交換和增加氧合[6]。然而在俯臥位全身麻醉手術中應用IRV尚未有太多的研究。因此,本研究探究在俯臥位腰椎后路手術中使用反比通氣策略能否改善肺部呼吸力學及減少PPCs。

資料與方法

1.一般資料:本研究為一項前瞻性、單盲、隨機對照研究,獲得了徐州醫科大學附屬醫院醫學倫理學委員會批準(倫理學審批號:XYFY2022-KL124-01),并在中國臨床試驗注冊中心注冊(注冊號:ChiCTR2200057475)。所有患者及家屬均簽署書面知情同意書。選取在2022年4～8月因腰椎退行性疾病在全身麻醉下行擇期手術的患者,ASA分級 Ⅰ～Ⅱ級;年齡18～65歲。排除標準為:肥胖(BMI>30kg/m2);失代償的心臟疾病(心臟衰竭、心肌梗死、嚴重的心律失常);嚴重呼吸系統疾病(重度阻塞性或限制性肺疾病、呼吸衰竭),胸廓畸形,肺部手術史及近期呼吸系統感染性疾病;嚴重肝腎功能障礙。剔除標準為:手術時長超過5h;術中出血超過2000ml;術后入ICU。

2. 隨機化與盲法:使用計算機生成的隨機數字列表,按照1∶1隨機分配至兩組:容量控制通氣(volume-controlled ventilation,VCV)組,容量控制反比通氣(volume-controlled inverse ventilation group,IRV-VC)組,密封在不透明的信封中。主治麻醉醫生在麻醉開始前10min打開信封,術后數據收集者對患者的分組并不知情。主治麻醉醫生對分組并不設盲,但不知道這項研究的目的,手術由同一個外科團隊完成。

3.麻醉方法:所有患者術前行胸部CT檢查,排除既往肺部病變,術前不常規用藥。入手術室后常規監測心電圖(electrocardiogram,ECG)、脈搏血氧飽和度(SpO2)、心率(heartrate,HR)和無創血壓(blood pressure by non-invasive,NIBP)。開放外周靜脈通路,在局部麻醉下行橈動脈穿刺并置管。行標準化麻醉誘導和維持:靜脈注射咪達唑侖0.05mg/kg、舒芬太尼0.5～0.6μg/kg、依托咪酯0.3mg/kg和羅庫溴銨0.6mg/kg用于誘導。誘導后在主治醫生的指導下將患者放置于俯臥位墊上。使用丙泊酚4～12mg/(kg·h),瑞芬太尼0.2～0.3μg/(kg·h)和1%～2%七氟烷維持。術中使用麻醉深度檢測儀監測麻醉深度,使用肌松監測儀監測肌肉松弛程度。調節丙泊酚輸注速率和七氟烷濃度,使腦電雙頻指數(BIS)值維持40～60,追加順式阿曲庫銨使4個成串刺激(TOF)的Count計數≤1。術中補液使用鈉鉀鎂鈣葡萄糖注射液和羥乙基淀粉,基礎速度為6～8ml/(kg·h)。使用阿托品、艾司洛爾、麻黃堿、去氧腎上腺素和烏拉地爾維持HR及MAP的波動幅度不超過基線的20%。手術結束前30min停用七氟烷,手術結束時停用丙泊酚和瑞芬太尼,帶管送入麻醉恢復室(PACU),達PACU出室標準(Aldrete評分表>9分)后送回病房。

術后患者使用自控靜脈鎮痛(方案為舒芬太尼2μg/kg、地佐辛10mg和托烷司瓊6mg配至100ml 0.9%氯化鈉溶液),基礎輸注劑量為2ml/h,自控劑量為0.5毫升/次,鎖定時間為15min。在PACU中補救鎮痛藥物為芬太尼0.5mg或酮咯酸氨丁三醇30mg,直至NRS評分≤4分。

4.干預措施:患者預充氧(氧流量為6L/min,FiO2為1.0)4min達肌肉松弛要求后氣管插管。使用麻醉機(Mindray,WATO EX-75)進行通氣,仰臥位誘導后兩組先使用VCV通氣模式,氧流量為2L/min,FiO2為0.6。根據理想體重設置潮氣量,男性:[50+0.91×身高(cm)-152.4] ×(6～8)ml,女性:[45.5+0.9×身高(cm)-152.4)]×(6～8)ml,呼吸頻率12～16次/分鐘,I∶E=1∶2,PEEP=0。俯臥位后VCV組通氣設置保持不變,IRV-VC組I∶E=2∶1,其余參數同VCV組。調節呼吸頻率(RR)和潮氣量(VT)使呼氣末二氧化碳(PETCO2)維持在30～40mmHg,限制氣道平臺壓不超過30cmH2O。

5.觀察指標:主要結局指標:呼吸力學指標:在誘導后5min(T0)、俯臥位5min(T1)、俯臥位30min(T2)、俯臥位1h(T3)和手術結束時(T4)測定:動態肺順應性(dynamic lung compliance,Cdyn)、氣道峰壓、Pmean、氣道平臺壓(plateau airway pressure,Pplat)、內源性呼氣末正壓(intrinsic positive end-expiratory pressure,iPEEP)、氣道阻力(airwayre-sistance,Raw)等。次要結局指標:①術后肺部并發癥發生率[8]:包括額外氧療、呼吸衰竭、肺炎、ARDS、氣胸;②在T0、T2、T4的血氣參數:pH、PaO2、動脈二氧化碳分壓(partial pressure of carbon dioxide in artery,PaCO2)、血紅蛋白(hemoglobin,Hb)、乳酸(lactic acid,Lac),并計算氧合指數(oxygenation index,OI)、肺泡-動脈氧分壓差(alveolar- artery oxygen partial pressure gradient,A-aDO2)和生理死腔率(VD/VT);③不良事件發生率:包括術后輸血、深靜脈血栓形成;④術后住院時長。

6.樣本量計算:使用G*Power 3.1重復測量方差分析(ANOVA)計算樣本量,效應量(ES)為0.25,檢驗水準α為0.05,檢驗效能1-β為0.9,計算樣本量為每組26例。考慮到20%的脫落率,共納入66例患者。

結 果

1.一般資料的比較:本研究共納入66例患者,其中6例被排除:4例患者因出血超過500ml,2例患者手術時長超過5h,最終60例患者完成了研究并納入了分析。兩組患者在性別、年齡、ASA分級、BMI、術前Hb、術中輸液量、麻醉時間、手術時間及高血壓、糖尿病等一般情況比較,差異均無統計學意義(P均>0.05,表1)。

表1 兩組患者一般資料比較

2.通氣和呼吸力學:總體上看,兩組Cdyn在T0～T4呈下降趨勢,俯臥位后(T1～T4)的Cdyn值顯著低于仰臥位(T0),其中由仰臥位轉為俯臥位時下降最多。與VCV組比較,IRV-VC組在T2～T4時Cdyn、Pmean、iPEEP和Raw顯著升高,Ppeak和Pplat顯著降低(P<0.05,表2)。

表2 兩組患者各時間點通氣和呼吸力學參數的比較

3.血氣參數:與VCV組比較,T4時IRV-VC組的PaO2、OI明顯升高,而A-aDO2和VD/VT降低(P<0.05);兩組PaCO2、pH和Lac比較,差異無統計學意義(P>0.05)。與T0時比較,T2和T4時兩組Hb均有所降低,但兩組間在各測量時間點比較,差異無統計學意義(P>0.05,表3)。

表3 兩組患者各時間點血氣參數的比較

4.血流動力學:兩組患者的血流動力學參數(MAP、HR)在 T0～T4時比較,差異均無統計學意義(P均>0.05,圖1)。

圖1 兩組患者不同時間點血流動力學的比較

5.術后肺部并發癥及其他結局指標:兩組患者PPCs發生率和術后住院時長比較,差異無統計學意義(P>0.05,表4)。

表4 術后肺部并發癥和其他結局指標比較[n(%),M(Q1,Q3)]

討 論

在這項對接受俯臥位腰椎后路手術患者的隨機試驗中,與傳統通氣模式比較,反比通氣可以改善呼吸力學,增加氧合,但并沒有降低肺部并發癥的發生率。盡管術中Cdyn和PaO2顯著升高,這種益處并沒有轉化為臨床中術后肺部并發癥發生率和住院時間的減少。

腰椎椎體融合術是治療腰椎退行性疾病有效的方法之一,俯臥位是手術體位中最具挑戰性且發生率較高的體位之一。與一些特殊類型的手術類似,如單肺通氣、CO2氣腹手術、肥胖患者手術,都存在Cdyn降低、Ppeak升高的現象。為解決俯臥位對肺部的不利影響,對通氣模式進行了一系列研究,發現PCV和容量保證的PCV模式可以限制Ppeak并達到目標潮氣量[8,9]。但enay等[10]研究發現,PCV與VCV比較炎性標志物水平比較,差異無統計學意義。傳統的保護性肺通氣策略即小潮氣量和最佳PEEP以減少肺泡過度擴張或復張肺泡塌陷,但研究表明,在肺相對健康的患者接受大型脊柱手術中,保護性肺通氣和常規通氣在術后肺功能和氧合方面沒有差異[11]。

IRV是一種機械通氣的替代策略,最初用于ICU內其他通氣難以糾正的低氧血癥,尤其是繼發于ARDS的低氧血癥。近年來IRV越來越多用于全身麻醉的領域,但尚未在俯臥位全身麻醉手術中研究。研究表明,在腹腔鏡膽囊切除術中,與常規通氣比較,IRV可以實現較低的Ppeak,但是Cdyn和氧合無明顯差異,也不能阻止術后肺功能的惡化[12]。在嚴重燒傷全麻手術中,反比通氣降低Ppeak,減輕肺損傷炎性因子,具有肺保護作用。在小兒、老年患者單肺通氣手術中也有類似的發現[13,14]。Xu等[15]研究發現,壓力控制的反比通氣能夠改善肥胖患者婦科手術呼吸力學,同時具有預防VCV引起的肺損傷的作用。

IRV主要機制是通過增加呼吸循環中較高壓力的時間來增加Pmean,同時限制了Ppeak和Pplat[16]。其次較短的呼氣時間使得滯留在肺內的氣體產生iPEEP,增加呼氣末肺容積,復張塌陷的肺泡,促進了氣體從肺動脈向肺泡的擴散,改善通氣/血流不匹配[17]。iPEEP可以改善氧合,對肺部呼吸力學有利[18]。因此在本研究中IRV-VC組PaO2和OI明顯增加,A-aDO2降低。

本研究中IRV-VC組的VD/VT明顯低于VCV組,可能由于吸氣時間延長促進促進吸入氣體在肺部的混合和分布,增加了CO2的消除,氣道死腔量顯著減少[19]。但是本研究發現PPCs和術后住院時長在兩組比較,差異無統計學意義,可能是因為本研究納入的是術前肺部健康的人群,也可能與IRV的通氣時間不足夠長有關。

IRV的使用也存在一些爭議。由于通氣和灌注更依賴于重力,俯臥位下V/Q更匹配,通氣分布更為均勻,從而改善手術患者的氧合[2]。有研究表明,反比通氣氧合并不優于常規通氣。本研究中IRV-VC在手術結束時PaO2和OI高于對照組,氧合的改善歸因于俯臥位本身還是IRV還需要開展進一步研究。

與常規通氣比較,IRV在降低Ppeak的同時提高Pmean,也增加了肺內壓,靜脈回心血量減少,心排出量降低,對術前存在低血容量休克的患者產生不利影響。iPEEP在進一步擴張肺泡的同時,可能會造成呼吸機相關性肺損傷,在已有肺大皰和呼氣相延長疾病如慢性阻塞性肺疾病患者中不宜使用。因此,為了安全考慮,本研究中并未使用外加的PEEP,且全程保持Pplat不超過30cmH2O。雖然在使用IRV期間,IRV-VC組 iPEEP均高于VCV組,但術中均未發生呼吸不良事件,各個測量時間點的血流動力學也沒有明顯的波動(圖1)。

本研究也存在一定的局限性:(1)本研究為單中心研究,樣本量較小。(2)iPEEP的測量應該使用呼氣末阻斷法,即在患者呼氣時保持呼氣相5s左右,氣道封閉,使得大氣道壓力與肺泡壓力一致,此時測量的氣道壓力即為iPEEP,本研究中是呼吸機壓力傳感器測量大氣道內的壓力,并非肺泡壓力,不能真實反映iPEEP,存在一定的誤差。(3)本研究是在肺部相對健康的患者中進行的,IRV在肥胖、COPD或合并其他并發癥的患者中的作用機制尚不明確。

綜上所述,與常規通氣比較,在俯臥位腰椎后路手術中使用IRV可以改善肺部呼吸力學和氧合,但并沒有減少術后肺部并發癥的發生率。然而,在高?；颊吆推渌中g人群中IRV的作用仍需開展進一步研究予以證實。