先心病婴幼儿体外循环心脏手术前后呼吸机械力学的变化

赵璧君 雷兰萍 金振晓 熊红燕 高照波 陈敏 邓超 陈涛

先天性心脏病患儿常常伴有呼吸功能机械参数的异常。许多研究表明肺血流增加和肺动脉高压会引起肺顺应性降低和气道阻力增高。其可能的机制在于：1)肺血管充血扩张压迫邻近的支气管，阻碍支气管内气体流动[1]，并改变呼吸系统的粘弹性[2]；2)肺动脉高压引起血管和支气管平滑肌同时出现肥厚，导致支气管收缩[3]；3)心脏血容量过负荷，左房压升高导致肺间质水肿[4]。低温体外循环对肺功能也有影响[5]。体外循环本身可以引起肺血管内皮系统结构和功能损伤[6]，导致肺动脉高压患儿术后肺血管阻力增高[7]，血管外肺水增多[8]。婴幼儿体外循环术后肺不张发生率超过80%[9]。体外循环时间越长，患儿年龄越小，肺损伤越严重[10-11]。婴幼儿先心病手术后呼吸机械力学变化相关的资料报道较少，结论往往互相矛盾。比较术前和术后患儿肺机械力学参数变化的相关研究纳入病例较少，而且患儿年龄差异很大。本研究的目的是比较3月以内患儿体外循环手术前后肺动态顺应性(dynamic respiratory compliance)和全肺阻力(total respiratory resistance)的变化。我们的假设是体外循环会引起患儿呼吸机械力学参数的显著变化，长时间低温体外循环会导致呼吸机械力学功能受损。

1 研究对象和方法

3个月以下，预计在体外循环下行先心病外科矫治的患儿纳入研究。芬太尼10～20ug/kg，咪唑安定0.1～0.3mg/kg和潘克罗尼0.2mg/kg全麻，经鼻气管插管，经测试15cmH2O压力下不漏气。所有患者采用西门子900C呼吸机辅助呼吸，呼吸机管路型号相同。机械通气10min以上，手术开始前进行肺功能测试，测试系统采用BICORE CP-100。该系统可以直接测定气道压和气体流率，自动计算动态顺应性(mL/cmH2O)和全肺阻力[cmH2O/(L·s)]。

脱离体外循环，完成关胸后，再次进行肺功能测定。患儿转移到ICU，稳定1h，第三次进行肺功能测定。患儿相关信息如年龄、体重、术前胸片是否合并肺部浸润性改变、术前机械通气、术前合并肺血流增高、体外循环时间、主动脉阻闭时间、术中是否采用深低温停循环(DHCA)等参数同时采集。体外循环复温时，所有患儿采用常规，体外循环结束后采用改良超滤，滤除多余水分，记录超滤量。根据胸片、超声心动图资料，判断肺血流情况，将患儿分为肺血流增加组和肺血流正常或降低组。

术前、术后、ICU肺动态顺应性和全肺阻力数据采用重复测量变量方差分析，组间相互比较采用Post hoc分析Fisher’s least significant difference(LSD)方法，P＜0.05为差异有统计学意义。逐步回归方法筛选影响肺动态顺应性和/或全肺阻力变化的最显著参数。独立变量t检验方法检测组间数据差异显著性，配对t检验检测肺动态顺应性和全肺阻力的组间差异。

2 结果

2007年12月～2008年11月，共纳入99例患儿。患儿的一般情况见表1，手术种类见表2。肺动态顺应性变化受到肺血流量变化、主动脉阻闭时间和患儿年龄的影响，全肺阻力的变化受到肺血流量变化和患儿年龄的影响(表3)。由于肺血流量变化和患儿年龄对呼吸机械作用的影响最明显，这两个因素进行单独分析。新生儿和肺血流增高患儿呼吸机械力学变化相似，术前均表现为肺顺应性偏低而全肺阻力偏高，术后全肺阻力明显改善。与肺血流量正常而年龄较大患儿相比，新生儿和肺血流量增高患儿术前肺顺应性偏低，手术对肺顺应性没有影响。术后，肺血流量正常患儿肺顺应性降低，但是全肺阻力没有变化。年龄和肺血流量变化对呼吸机械力学参数的影响见表4。体外循环时间，术中超滤量对呼吸机械参数没有影响。主动脉阻闭时间长短与肺顺应性降低相关，但是对全肺阻力变化没有影响。

表1 患儿一般情况(n=99)

表2 手术方法

表3 影响肺机械力学参数变化的因素

3 讨论

本研究是主要发现有：1)术前肺血流增多的患儿，术后肺顺应向显著改善；2)新生儿术后肺顺应性改善尤其明显；3)术前肺血流量正常或者偏低的患儿，体外循环心脏手术后肺顺应性降低。与肺血流量正常或者降低的患者相比，肺血流量增高患儿术前呼吸机械参数明显降低，肺顺应性较低而全肺阻力较高，而心脏畸形矫治完成后全肺阻力立即降低，但是肺动态顺应性没有改变。相反，肺血流量正常或者降低的患儿术前呼吸机械力学参数较好，术后肺动态顺应性降低，而全肺阻力不变。

表4 年龄和肺血流量对呼吸机械力学的影响

呼吸机械力学参数的测量包括呼吸系统的弹性成分(肺和胸壁)和限制性成分(气道和肺组织对气流的阻力)。肺组织的可扩张性描述为顺应性(即容量变化/压力变化)，静态肺顺应性的测量是给予一定潮气量后，呼吸暂停，然后测定压力获得。动态肺顺应性的测量是给予一个潮气量后，测定肺内压力的变化计算后得出。动态肺顺应性同时受到弹性成分和限制性成分的影响。全肺阻力测定的是气流通过气道时的阻力和肺组织变形产生的阻力。

呼吸机械力学参数异常是先心病患儿体外循环心脏手术后长时间呼吸机辅助呼吸的预测因素之一，呼吸阻力的增加是心脏术后长时间呼吸功能不全的相关因素。DiCarlo等[13]测定了26例先心病术后婴幼儿的呼吸机械力学参数，发现全肺阻力的增加是二次插管的预测因素。本研究中，肺血流量增高的患儿，全肺阻力从术前的95cmH2O/(L·s)降低到术后的72cmH2O/(L·s)。Greenspan等[14-15]的研究表明，与主动脉缩窄矫治术后的患儿比较，手术建立左向右分流的患儿术后气道阻力显著增高，术后恢复期显著延长。

肺血流量增高患儿的呼吸机械力学参数变化也见于其他报道[2,16-20]，观察对象多是镇静状态下的自主呼吸的儿童，采用心导管、超声心动图、胸片等手段确定肺血流量、肺动脉压和肺血管充血。多数研究表明肺血流量增加会引起肺顺应性降低和全肺阻力增高。这些肺机械力学参数变化主要原因是肺血流量增高[19]、肺动脉高压[18,20-21]，或者是二者共同引起[16-17]。Yau等[1]采用超声心动图测定右肺动脉直径与主动脉直径的比值，发现该比值与肺顺应性和全肺阻力密切相关，他们发现肺机械力学参数的变化与肺动脉充血程度的关系比其与肺动脉高压的变化更密切。Freezer等人[2]评价了心导管手术期间机械通气患儿的呼吸机械力学变化，发现肺血流量增高的程度与呼吸阻力正相关，肺血流量越高，肺组织粘弹性参数也越差。

在我们的研究中，肺血流量和年龄对呼吸机械力学参数的影响最大。新生患儿术前肺功能较差，而术后肺功能改善较明显。肺血流量增高的患儿也有相同的变化趋势。线性回归分析表明，肺血流量增高是动态肺顺应性变化和全肺阻力变化的最强预测因素。全部新生儿术后呼吸阻力下降27%，肺血流增多的较大患儿术后下降28%。本研究中，21例新生儿有18例为肺血流量增高患儿，因此无法将年龄和肺血流量增高对术后呼吸机械力学参数的影响区分开来。因此年龄与术后呼吸机械力学参数的改善之间的相关性可能也应该主要归因于术后肺血流量的显著下降，而年龄越小，左向右分流量可能越大。Lanteri等[22]研究了23例(2月～10岁)心脏手术患儿，他们发现肺血流量增高患儿肺顺应性和呼吸阻力异常，术后恢复正常，肺血流量越高，术后改善越明显，左向右分流量最大的患儿为6个月以下患儿。

本研究发现，呼吸机械力学参数与体外循环时间、超滤量无相关性。体外循环容易引起婴幼儿器官衰竭，据认为与血液过度稀释、体外循环时间过长、体温过低激发全身炎症反应有关[23]。还有研究表明心脏手术后肺功能不全发生率很高[24]，体外循环时间与术后肺功能不全发生相关[11,25]。此外，术前有肺动脉高压的病人术后血管外肺水肿明显增多[8]。我们的研究表明，手术纠正肺血流量过高所带来的好处要高于体外循环带来的损伤。

术前给予激素可以改善体外循环和深低温停循环术后呼吸顺应性[26]。我们纳入研究的所有患儿均采用甲基强的松龙30mg/kg体外循环预充，未针对激素使用进行分组，无法观察激素使用对呼吸机械力学的影响。超滤可以滤除炎症因子[27]，采用改良超滤可以改善术后肺功能[28-29]。但是，我们的研究发现呼吸机械力学参数的变化与超滤量没有相关性。纳入研究所有患儿均采用常规和改良超滤，超滤量的多少决定于静脉储血器中血量，如果超滤对肺功能的影响是因为其滤除了炎症因子，所有患儿都会得到益处，如果其作用是因为滤除了多余的水分，那么超滤量和呼吸机械力学参数变化之间应该存在相关性，而这种相关性可能被预充量的不同，术中液体控制，不同灌注师操作等影响稀释了。

本研究的局限性：(1)本研究仅为描述性研究，患儿没有随机分组，涉及的某些干预因素，如激素的使用、超滤的使用等，对呼吸机械力学的影响可能存在误差。(2)我们测定的是肺动态顺应性和全肺阻力，仅仅是因为这些参数可以直接测定，但是这两个参数并不能将连接管路与肺组织和胸壁的粘弹性对气体流动的影响区分开来。(3)呼吸频率和潮气量对肺顺应性和全肺阻力也有影响，术前术后并没有对其进行严格控制。(4)我们按照患儿体重将肺动态顺应性进行了标准化，采用身高进行标准化可能会更好反映患儿的肺容量，因为充血型心衰患儿可能发育迟缓。但是许多相关研究采用体重进行标准化，这使得本研究可以与其他研究进行横向比较。(5)我们没有测定肺血流量与体循环血流量的比值，这样无法将年龄与肺血流量对呼吸机械力学参数的影响区分开来，患儿年龄越小，左向右分流量可能越大。

总之，本研究测定了近100例体外循环下心脏手术患儿手术前后呼吸机械力学参数的变化。虽然体外循环会引起显著的炎症反应，采用手术将增高的肺血流量纠正到正常可以显著改善患儿的呼吸机械力学参数，其带来的好处超过了体外循环带来的损伤。

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