2型糖尿病病人全身麻醉期間機械功率與術后肺部并發癥的關系

摘要 目的：探究2型糖尿病病人全身麻醉期間機械功率與術后肺部并發癥（PPCs）的關系。方法：采用前巢氏病例對照研究設計，納入2022年11月1日—2023年5月31日在山西醫科大學第一醫院接受腹腔鏡結直腸切除手術的2型糖尿病病人 164 例。收集全身麻醉機械通氣期間最高吸氣峰值壓力（Peak）、平臺壓（Plat）、呼氣末正壓（PEEP），以及設定的潮氣量（Vt）、呼吸頻率（RR）參數，計算病人術中機械通氣呼吸功率。主要終點指標為術后第7 天肺部并發癥的發生率，次要終點指標為病人的住院時長。根據有無發生PPCs分為非并發癥組和并發癥組，采用傾向性評分匹配（PSM）法校正組間的混雜因素，其次用獨立樣本t檢驗分析PSM后機械功率與PPCs的相關性及PPCs的發生是否影響病人的住院時長，并通過受試者工作特征（ROC）曲線評價機械功率對PPCs的預測價值。結果：在第7 天隨訪時有36 例（21.95%）手術病人發生了PPCs。兩組加泰羅尼亞外科病人呼吸風險評分（ARISCAT）風險分級、美國麻醉醫師協會（ASA）分級差異均有統計學意義（P＜0.05）；PSM后，兩組各有30例病人，基線資料相比差異均無統計學意義（P＞0.05）。與非并發癥組相比，并發癥組有更高的機械功率和更長的住院時長。ROC曲線顯示，機械功率預測PPCs的臨界值為7.56 J/min，曲線下面積（AUC）為0.806［95%CI（0.738，0.873），P＜0.001］。結論：較高的通氣機械功率與2型糖尿病病人術后肺部并發癥具有相關性，可顯著延長病人住院時長。

關鍵詞 2型糖尿病；術后肺部并發癥；機械功率；傾向性評分匹配；機械通氣

doi：10.12102/j.issn.1672-1349.2024.20.029

基金項目 山西醫科大學第一醫院院級基金項目（No.YJ161709）

作者單位 1.山西醫科大學麻醉學院（太原 030001）；2.山西醫科大學第一醫院（太原 030001）；3.南方醫科大學珠江醫院

通訊作者 聶麗霞，E-mail：firsthossx@126.com

引用信息 閆樂池，趙麗媚，劉亞楠，等.2型糖尿病病人全身麻醉期間機械功率與術后肺部并發癥的關系［J］.中西醫結合心腦血管病雜志，2024，22（20）：3796-3800.

術后肺部并發癥（postoperative pulmonary complications，PPCs）占手術和麻醉相關風險的很大一部分，是術后死亡率升高和住院時間延長的主要危險因素之一^［1］。糖尿病是一種代謝失調的內分泌疾病，研究表明，糖尿病病人在發病之前即存在肺功能損傷，表現在限制性通氣功能障礙和彌散功能障礙，相較于非糖尿病病人，PPCs的發生率更高^［2］。最近提出的一個機械通氣新概念機械功率（mechanical power，MP），將通氣頻率、潮氣量（Vt）、氣道峰壓、驅動壓整合在一起，以焦耳/分鐘（J/min）為單位來估算傳遞到呼吸系統和肺部的能量^［3］，可能是通氣與肺損傷關系中更重要的變量^［4］。研究表明，機械功率不僅可以作為急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）病人院內死亡率的預測指標^［5］，還可以評估全身麻醉手術病人術后呼吸衰竭風險^［6］。但是有關腹腔鏡結直腸切除手術2型糖尿病病人術中機械功率與PPCs之間的相關性證據還較少，因此，本研究擬通過一項巢氏病例對照研究探究機械功率與PPCs之間的關系。

1 資料與方法

1.1 研究對象

收集2022年11月1日—2023年5月31日在山西醫科大學第一醫院接受擇期腹腔鏡結直腸手術且術前明確診斷為2型糖尿病病人的臨床資料。2型糖尿病的診斷標準參考《中國2型糖尿病防治指南（2020版）》^［7］。納入標準：1）美國麻醉醫師協會（American Society of Anesthesiologists，ASA）分級Ⅰ～Ⅲ級；2）年齡≥18歲，性別不限；3）肝、腎功能正常；4）近期無質子泵抑制劑和類固醇使用史。排除標準：1）合并肺部基礎疾患及心血管系統疾病；2）合并嚴重神經內科、神經外科疾病；3）急性阻塞或穿孔的腫瘤；4）拒絕加入研究的病人；5）手術后12 h內出院；6）近期安排其他手術和/或麻醉。退出標準：1）術中轉為開腹手術；2）術中大出血或輸注血制品。本研究已通過山西醫科大學第一醫院倫理委員會批準，審批號：2022-K181。

1.2 PPCs診斷標準

根據2015年歐洲圍術期臨床結局定義^［8］診斷PPCs，1）呼吸道感染：病人因疑似呼吸道感染接受抗生素治療，并滿足以下1項或多項標準，新痰或改變痰、新痰或改變肺混濁、發熱、白細胞計數＞12×10⁹/L；2）呼吸衰竭：術后動脈血氧分壓（PaO）＜8 kPa（60 mmHg），氧合指數（PaO/FiO）＜40kPa（300 mmHg或動脈血紅蛋白飽和度＜90%，需要氧療；3）胸腔積液：胸片顯示上膈角變鈍，同側半膈直立位置輪廓清晰，相鄰解剖結構移位或（仰臥位）一半胸模糊混濁，保留血管陰影；4）肺不張：肺混濁，縱隔、肺門或半膈向受累區移位，以及鄰近非肺不張性肺的代償性過度膨脹；5）氣胸：胸膜腔內有空氣，內臟胸膜周圍無血管床；6）支氣管痙攣：新發現的用支氣管擴張劑治療的呼氣性喘息；7）吸入性肺炎：吸入反流胃內容物后的急性肺損傷。當這些標準中的1個或多個在術后7 d內任何時候出現時，診斷為 PPCs，而隨訪結束前出院且無任何PPCs的病人被視為無PPCs。

1.3 研究方法

1.3.1 數據收集

篩選符合納入標準的病人，簽署術前知情同意書，收集基線參數，如年齡、性別、體質指數（BMI）、1個月內吸煙史、術前空腹血糖、清蛋白、尿素、肌酐、術前血紅蛋白。在全身麻醉誘導插管并機控通氣后，記錄設定的Vt、呼吸頻率（RR）、吸入氧濃度（FiO），以及通氣過程中最高呼氣末正壓（PEEP）、平臺壓（Plat）、吸氣峰值壓力（Peak），直至手術結束病人恢復自主呼吸。術后收集加泰羅尼亞外科病人呼吸風險評分（ARISCAT）、手術時長、麻醉時長、術中順式阿曲庫銨用量、術中補充晶體液、膠體液、尿量等。

1.3.2 暴露因素

主要暴露因素為機械功率，通過全身麻醉機械通氣期間Vt、RR、PEEP、Plat和Peak中位數計算得出：機械功率（J/min）＝0.098×RR×Vt×［PEEP＋1/2（Plat－PEEP）＋（Peak－Plat）］，參考國內外研究以及臨床經驗考慮了術中最高的Peak以及設定的RR、Vt進行計算。

1.3.3 終點指標

主要終點指標為術后第7天肺部并發癥的發生率。在病人術后第7天通過查閱電子病歷進行隨訪，包括查看術后血氣分析報告、胸片、胸部CT等。次要終點指標為病人的住院時長。住院時長為病人手術當日至出院的總時間。

1.4 統計學處理

根據以往的國內外研究以及預試驗的結果，將機械功率相對危險度（RR）以及術后肺部并發癥的發生率引入PASS軟件，設定檢驗水準α＝0.05和檢驗效能1－β＝0.9，計算得164例，考慮到10%的失訪率，最終樣本量估計為180 例。

采用Excel整理數據，采用SPSS 25.0軟件進行統計學分析。根據有無發生PPCs分為并發癥組和非并發癥組。采用傾向性評分匹配（propensity score matching，PSM）法分析病人年齡、性別、BMI、吸煙史、術前空腹血糖、清蛋白、尿素、肌酐、術前血紅蛋白等基線資料，采用近鄰法對并發癥組以及非并發癥組進行1∶1配對，χ²值為0.02。PSM后對兩組各30例病人進行分析。定量資料以均數±標準差（x±s）或中位數（四分位數）［M（P，P）］表示，定性資料以例數、百分比（%）表示。對符合正態分布的定量資料采用兩獨立樣本t檢驗；不符合正態分布的定量資料及無序多分類資料采用Mann-Whitney U檢驗，定性資料比較采用χ²檢驗。以P＜0.05為差異有統計學意義。采用受試者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線的最大約登指數（敏感度＋特異度－1）計算預測因子的界值，并通過曲線下面積（area under curve，AUC）評估機械功率的預測效能。

2 結 果

2.1 PPCs發生情況

本研究共180例病人入組，16例失訪，最終納入164例，其中，36例（21.95%）發生PPCs（并發癥組），包括呼吸道感染14例，肺不張25例，胸腔積液30例，呼吸衰竭1例，無氣胸、支氣管痙攣、吸入性肺炎。

2.2 PSM前后兩組基線資料比較

PSM前兩組性別、年齡、BMI、1個月內吸煙史、有無高血壓、術前SpO、術前空腹血糖、清蛋白、尿素、肌酐、術前血紅蛋白、吸氧濃度、手術時長、麻醉時長、術中順式阿曲庫銨用量、術中補充晶體液、膠體液、尿量等比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）。兩組ARISCAT評分、ASA分級比較，差異有統計學意義（P＜0.05）。PSM后共30對病人配對成功，兩組基線資料比較差異無統計學意義（P＞0.05）。詳見表1。

2.3 PSM后兩組病人機械功率和住院時長比較

PSM后兩組機械功率比較，差異有統計學意義（P＜0.05）。并發癥組住院時間長于非并發癥組，差異有統計學意義（P＜0.05）。詳見表2。

2.4 ROC曲線分析

ROC曲線顯示，機械功率的預測效能［AUC＝0.806，95%CI（0.738，0.873），P＜0.001］優于ARISCAT評分［AUC＝0.631，95%CI（0.539，0.723），P＝0.016］。機械功率的界值為7.56 J/min（敏感度86.1%，特異度69.5%），ARISCAT評分的界值為21分（敏感度94.4%，特異度30.5%）。詳見圖1。

3 討 論

盡管肺保護性通氣策略的應用能最大限度地保護病人的肺功能，減少機械通氣對肺部的損傷，降低了手術病人術后肺部并發癥發生率以及病死率，但發生術后肺部并發癥的病人恢復和住院時間延長，嚴重影響病人預后^［9］。本研究發現，2型糖尿病病人術后肺部并發癥與全身麻醉機械通氣期間較高的機械通氣呼吸功有關，且這種并發癥會顯著延長病人的住院時長。通過傾向性評分匹配后，機械通氣呼吸功率與肺部并發癥的關聯仍然顯著。ROC曲線分析表明，機械通氣呼吸功率對術后肺部并發癥具有較好的預測價值。因此，建議在2型糖尿病病人腹腔鏡結直腸切除手術中，應注意監測和控制機械通氣參數，以降低術后肺部并發癥的發生率，縮短病人的住院時長。

在危重癥或圍術期病人中，機械通氣是改善氧合和維持通氣的重要支持性治療^［10］。機械通氣時，呼吸機產生的機械力對呼吸系統做功，主要能量表現形式為機械能，呼吸系統的機械功率代表單位時間內幾個呼吸周期累積的總能量負荷，通常表示為呼吸系統的機械能與呼吸頻率的乘積，單位為J/min^［5］。2020年Chiumello等^［11］驗證了一個簡化公式，即：機械功率＝0.098×RR×Vt×（PEEP＋1/2［Plat－PEEP］＋［Peak－Plat］），同時適用于容積控制和壓力控制通氣時。Collino等^［12］研究發現，在逐步增加PEEP從而選擇性地升高機械功率過程中，必然伴隨其他一些呼吸參數的變化。全身麻醉機械通氣期間機械動力是一個統一的工具，通過調整呼吸參數降低呼吸機相關性肺損傷的發生率時，應該考慮其所有參數變化。這也是本研究將術中呼吸機參數視作一個整體并整合成單一的機械功率，作為PPCs的一個危險因素來統計驗證的原因。

既往的研究主要來自重癥監護室病人的有創機械通氣期間。多項回顧性研究表明，機械功率與ARDS病人死亡率相關^［13-15］。24 h機械功率變異率與危重癥病人的死亡率相關，機械功率的早期降低可能為這一人群提供預后益處^［16-17］。為了解機械功率在無肺損傷病人呼吸衰竭發展中的作用以及來自ARDS病人的證據是否適用于全身麻醉的病人，一個多中心回顧性隊列研究發現術中機械通氣期間應用較高的機械功率與術后呼吸衰竭風險相關^［6］。一項研究對兩項國際多中心隨機臨床試驗進行了后續分析，在接受開腹手術的高危病人中，暴露于較高的機械功率與術后肺部并發癥的發生獨立相關^［18］。

糖尿病是一種糖代謝失調的內分泌疾病，已被證明是術后并發癥發生率和死亡率的危險因素^［19］。研究表明，糖尿病發病之前即存在肺功能損傷，主要表現為限制性通氣功能障礙和彌散功能障礙^［2］。糖尿病病人具有更低的用力肺活量、第1秒用力呼氣容積、肺總量、肺活量、最高呼氣流量、最大吸氣壓力和最大自主通氣量，并且肺功能損害程度與血糖控制水平和糖尿病嚴重程度相關^［20］。盡管小Vt量、高頻率的保護性機械通氣策略適用于糖尿病，但糖尿病仍可增加小鼠的炎癥反應和相關的肺損傷^［21］。一項前瞻性研究發現，糖尿病病人全身麻醉時圍術期出現吸肺順應性下降、氣道峰壓升高、氧合指數降低、呼吸指數降低、肺泡-動脈氧分壓差降低，總體肺功能減低，術后肺部炎癥反應較非糖尿病病人明顯^［22］。全身麻醉機械通氣期間較高的機械功率與腹腔鏡手術糖尿病病人PPCs的發生是否相關還有待研究證實。

本研究結果表明，較高的機械功率與PPCs發生率相關（P＜0.05），ROC曲線結果表明，機械功率7.56 J/min是預測PPCs發生的閾值。較高的機械功率更易導致PPCs發生的可能原因為：1）機械通氣與能量的大量耗散有關，即機械力產生的動能和勢能之間相互轉換，動能轉化為存儲在肺和胸壁等彈性組織中的勢能，或在克服阻力時轉化為熱能，可能導致肺組織損傷，從而導致呼吸機誘導的肺損傷^［2，23］。2）呼吸機產生的機械力直接作用于肺骨骼，即細胞外基質，使錨定在其上面的上皮細胞和內皮細胞變形，從而被激活引起炎癥反應^［24］。一項動物實驗發現，低機械功率組的肺內炎性因子水平明顯低于高機械功率組^［25］，可見機械力不只直接通過機械運動損傷肺組織，也與肺部炎癥密切相關^［26］。機械功率的概念不僅有助于理解呼吸機誘導肺損傷的機制，還能提示麻醉醫生評估機械通氣和病人的肺狀態，識別病人發生PPCs的風險。

本研究存在一定的局限性。首先，本研究為單中心隊列研究，研究對象存在偏倚，結論存在局限性，不能代表其他研究中心及人群的特點。其次，機械功率最佳目標范圍尚未確定，未來需擴大手術類型及病人人群，針對各類病人術中機械功率水平開展多中心高質量前瞻性研究，以深入探討發生PPCs的病人術中機械功率的閾值。最后，本研究不能證明術中機械功率和術后肺部并發癥的因果關系，尚缺乏有效的隨機對照試驗對術中機械通氣干預或限制以觀察是否影響病人的預后。

綜上所述，術中較高的機械功率與腹腔鏡結直腸切除手術2型糖尿病病人發生術后肺部并發癥的風險增加相關，發生術后肺部并發癥的手術病人住院時間延長。

參考文獻：

［1］ BALL L，BATTAGLINI D，PELOSI P.Postoperative respiratory disorders［J］. Current Opinion in Critical Care，2016，22（4）：379-385.

［2］ DAVIS W A，KNUIMAN M，KENDALL P，et al.Glycemic exposure is associated with reduced pulmonary function in type 2 diabetes：the Fremantle diabetes study［J］. Diabetes Care，2004，27（3）：752-757.

［3］ GATTINONI L，TONETTI T，CRESSONI M，et al.Ventilator-related causes of lung injury：the mechanical power［J］.Intensive Care Medicine，2016，42（10）：1567-1575.

［4］ KARALAPILLAI D，WEINBERG L，NETO A S，et al.Intra-operative ventilator mechanical power as a predictor of postoperative pulmonary complications in surgical patients：a secondary analysis of a randomised clinical trial［J］.European Journal of Anaesthesiology，2022，39（1）：67-74.

［5］ SERPA NETO A，DELIBERATO R O，JOHNSON A E W，et al.Mechanical power of ventilation is associated with mortality in critically ill patients：an analysis of patients in two observational cohorts［J］.Intensive Care Medicine，2018，44（11）：1914-1922.

［6］ SANTER P，WACHTENDORF L J，SULEIMAN A，et al.Mechanical power during general anesthesia and postoperative respiratory failure：a multicenter retrospective cohort study［J］.Anesthesiology，2022，137（1）：41-54.

［7］ 中華醫學會糖尿病學分會.中國2型糖尿病防治指南（2020年版）（上）［J］.中國實用內科雜志，2021，41（8）：668-695.

［8］ JAMMER I，WICKBOLDT N，SANDER M，et al.Standards for definitions and use of outcome measures for clinical effectiveness research in perioperative medicine： European Perioperative Clinical Outcome（EPCO） definitions：a statement from the ESA-ESICM joint task force on perioperative outcome measures［J］.European Journal of Anaesthesiology，2015，32（2）：88-105.

［9］ MAZO V，SABATé S，CANET J，et al.Prospective external validation of a predictive score for postoperative pulmonary complications［J］.Anesthesiology，2014，121（2）：219-231.

［10］ SUTHERASAN Y，D′ANTINI D，PELOSI P.Advances in ventilator-associated lung injury：prevention is the target［J］.Expert Review of Respiratory Medicine，2014，8（2）：233-24wDe4KtPLrYeQ5gzbj/F9EFV6KB6bX538CBYLU7U3KAs=8.

［11］ CHIUMELLO D，GOTTI M，GUANZIROLI M，et al.Bedside calculation of mechanical power during volume- and pressure-controlled mechanical ventilation［J］.Critical Care，2020，24（1）：417.

［12］ COLLINO F，RAPETTI F，VASQUES F，et al.Positive end-expiratory pressure and mechanical power［J］.Anesthesiology，2019，130（1）：119-130.

［13］ ZHANG Z H，ZHENG B，LIU N，et al.Mechanical power normalized to predicted body weight as a predictor of mortality in patients with acute respiratory distress syndrome［J］.Intensive Care Medicine，2019，45（6）：856-864.

［14］ COSTA E L V，SLUTSKY A S，BROCHARD L J，et al.Ventilatory variables and mechanical power in patients with acute respiratory distress syndrome［J］.American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine，2021，204（3）：303-311.

［15］ GHIANI A，PADEREWSKA J，WALCHER S，et al.Mechanical power normalized to lung-thorax compliance predicts prolonged ventilation weaning failure：a prospective study［J］.BMC Pulmonary Medicine，2021，21（1）：202.

［16］ CHI Y，ZHANG Q，YUAN S Y，et al.Twenty-four-hour mechanical power variation rate is associated with mortality among critically ill patients with acute respiratory failure：a retrospective cohort study［J］.BMC Pulmonary Medicine，2021，21（1）：331.

［17］ VAN MEENEN D M P，NETO A S，PAULUS F，et al.The predictive validity for mortality of the driving pressure and the mechanical power of ventilation［J］.Intensive Care Medicine Experimental，2020，8（Suppl 1）：60.

［18］ SCHUIJT M T U，HOL L，NIJBROEK S G，et al.Associations of dynamic driving pressure and mechanical power with postoperative pulmonary complications-posthoc analysis of two randomised clinical trials in open abdominal surgery［J］. EClinicalMedicine，2022，47：101397.

［19］ GOODENOUGH C J，LIANG M K，NGUYEN M T，et al.Preoperative glycosylated hemoglobin and postoperative glucose together predict major complications after abdominal surgery［J］.Journal of the American College of Surgeons，2015，221（4）：854-861.e1.

［20］ 鄭淑妹.糖尿病患者肺功能損害的特征及機制研究進展［J］.大連醫科大學學報，2021，43（3）：263-268.

［21］ XIONG X Q，WANG W T，WANG L R，et al.Diabetes increases inflammation and lung injury associated with protective ventilation strategy in mice［J］.International Immunopharmacology，2012，13（3）：280-283.

［22］ 李路絲.腹腔鏡手術對糖尿病患者圍術期肺功能的影響［D］.廣州：南方醫科大學，2019.

［23］ HUHLE R，SERPA NETO A，SCHULTZ M J，et al.Is mechanical power the final word on ventilator-induced lung injury？ -no［J］.Annals of Translational Medicine，2018，6（19）：394.

［24］ CRESSONI M，GOTTI M，CHIURAZZI C，et al.Mechanical power and development of ventilator-induced lung injury［J］.Anesthesiology，2016，124（5）：1100-1108.

［25］ SANTOS R S，MAIA L A，OLIVEIRA M V，et al.Biologic impact of mechanical power at high and low tidal volumes in experimental mild acute respiratory distress syndrome［J］.Anesthesiology，2018，128（6）：1193-1206.

［26］ TONETTI T，CRESSONI M，COLLINO F，et al.Volutrauma，atelectrauma，and mechanical power［J］.Critical Care Medicine，2017，45（3）：e327-e328.

（收稿日期：2024-05-29）

（本文編輯 王麗）