单肺通气的肺损伤机制及其保护性策略研究

宋正杰, 林栓同, 程静林, 李治松

(1.郑州大学第二附属医院 麻醉科, 河南 郑州, 450016;2.山东省泰安市立医院 手术麻醉中心, 山东 泰安, 271000)

心胸外科手术常使用双腔支气管导管对非手术侧肺进行单肺通气(OLV), 以获得良好的肺隔离效果，充分暴露术野，提供良好操作空间。随着OLV技术的推广应用, OLV相关肺损伤、气体交换与肺保护策略等日益引起关注。术后肺部并发症(PPCs)严重影响着患者的预后及生活质量，目前PPCs的发生率约为20%, OLV患者的PPCs发生率甚至更高[1]。通气相关性肺损伤(VILI)是PPCs的重要原因，因此保护性通气策略成为机械通气时减轻VILI、降低PPCs发生率的关键举措[2]。肺保护性通气策略在减少肺不张、急性肺损伤(ALI)的发生和减轻炎症反应、缩短住院时间等方面逐渐显现优势，但围术期OLV患者的肺保护性通气策略仍有待探索。本文从呼吸机参数设置、OLV通气方式、肺复张策略，药物和体位对OLV相关肺损伤的影响等方面进行综述，旨在为OLV保护性策略的临床应用提供新思路。

1 OLV相关肺损伤的发生机制

OLV麻醉期间大潮气量使肺泡过度扩张，肺泡上皮及血管内皮均易受到牵拉，在细胞应变力的作用下内皮细胞基底膜破裂，渗出大量液体进而导致气道压增高，产生压力-容积性肺损伤。同时，萎陷的肺泡在机械通气期间随吸气、呼气承受着较大的机械应力和张力，加上相互依存的周围肺泡间产生的剪切力，进一步造成肺萎陷伤。由上述原因导致的一系列细胞因子及炎性介质的级联反应产生的生物伤，也加剧着肺损伤的发生。高浓度氧甚至纯氧吸入可以减少低氧血症的发生，但随之而来的氧化应激反应不断增加，激活的大量活性氧自由基(ROS)因不能被及时清除，打破了氧化与抗氧化的平衡而损伤细胞膜正常结构。有研究[3]分析了接受McKeown食管癌切除术患者术后并发症的预测因素，发现OLV<150 min组患者术后并发症发生率低于OLV≥150 min组患者，且肺炎、肺不张的发生率也显著降低，提示长时间OLV可能是PPCs不可忽视的危险因素。另外，OLV期间肺血管阻力受遵循“U”型曲线的肺容量变化的影响，通气肺的容量变化可增加右心室负荷，进而导致右心室功能障碍[4]。

2 单肺保护性通气策略

2.1 潮气量(VT)

胸外手术OLV患者传统的机械通气选择模式是大VT(≥10 mL/kg)模式，可改善氧合，减少分流，有效降低OLV固有的低氧血症风险[5]。但大VT与炎症反应、ALI、PPCs等有关[6], 小VT通气(6～8 mL/kg)已被研究[7]证实是肺保护性策略的基石，更接近人类的生理机能状态。与此同时，复合适宜的呼气末正压(PEEP)可有效降低小VT使用不当引起的肺不张和PPCs风险[8]。一项对OLV大鼠肺组织中水通道蛋白(AQP)表达的研究[9]指出，AQP-1mRNA和AQP-5mRNA表达降低是肺水肿的重要原因之一，肺保护性通气组[小VT(6～8 mL/kg)复合5 cmH2O PEEP]与大VT组(10 mL/kg)相比，对这2种蛋白表达的影响减少，因此单肺的保护性通气可以减轻大鼠肺水肿。MARRET E等[10]在双盲随机对照试验(RCT)中搜集了346名肺叶或全肺切除患者，与大VT组(VT≥10 mL/kg)相比，小VT组(VT 5 mL/kg复合5～8 cmH2O PEEP)患者术后30 d内肺炎、ALI、急性呼吸窘迫综合征等肺部并发症的发生率更低，且在氧合、炎症反应方面也更佳。小VT通气可能导致高碳酸血症，允许性高碳酸血症在一定程度上对OLV有益且能增强低氧性肺血管收缩，是针对低氧血症的保护性生理机制，然而过度的高碳酸血症会造成血流动力学波动、右心室功能不全，因此小VT与高碳酸血症之间的问题仍需进行更深入的研究。

2.2 PEEP

机械通气时PEEP为0, 可导致麻醉后呼气末肺容量(EELV)显著减少，肺不张面积增加，萎陷区域的肺泡顺应性降低，而充气肺组织则过度膨胀。多项大规模随机对照试验(RCTs)表示，使用小VT复合适宜PEEP可以改善肺不张, ÖSTBERG E等[8]对比了随机接受PEEP(7或9 cmH2O)组与无PEEP组的机械通气患者术毕肺不张面积的断层扫描结果，结果显示2组肺不张面积中位数差异为2.8%, 提示足够的PEEP可使健康肺部的肺不张面积最小化。SPADARO S等[11]分析了41例胸腔镜手术患者的临床数据，在低VT的OLV期间, PEEP从0增加到5 cmH2O和10 cmH2O的分流分数降低了5%和11%, 且驱动压(ΔP)从(16±3)cmH2O(ZEEP)降低到(12±3)cmH2O(PEEP=10 cmH2O), 故认为较高PEEP可改善肺动力学，使氧合指数显著增加，且降低ΔP。KIM N等[12]研究表示，与无PEEP相比，应用10 cmH2O或5 cmH2O的PEEP均可提高氧合，但在10 cmH2O PEEP下双心室舒张功能下降，尤其是右心室收缩舒张功能整体降低，间接影响血流动力学稳定。但相关研究[13]认为，高PEEP会促使血流转向非通气侧，加重低氧血症。

PEEP的选择与应用已逐渐引起临床医生的重视，有研究[11]建议在小VT基础上复合5～10 cmH2O PEEP, 但该结论仍需开展大量临床研究去证实。控制性正压通气状态下，肺泡萎陷以及膨胀程度是跨肺压的直接表现，代表肺泡压与胸膜腔压力之差[14], VILI在一定程度上可表示跨肺压的大小。跨肺压直接作用于ΔP, 其与肺顺应性密切相关，因此设定PEEP时，在维持患者术中血流动力学稳定、优化呼吸力学、考量术后恢复质量等基础上，尽可能应用低ΔP。一项包括2 378名患者的RCT研究[15]分析了术中高PEEP和低PEEP对PPCs的影响。PARK M等[16]发现，通过ΔP引导个体化PEEP的保护性通气策略与常规保护性通气相比，患者术后肺炎或急性呼吸窘迫综合征(ARDS)发生率更低。但VIVES M等[17]并不这么认为，其对结果持谨慎态度，认为还需更多样本以及更有价值的研究数据来证实。

一项动物试验[18]对麻醉后机械通气的猪通过递减滴定来获取最佳PEEP策略，用电阻抗断层扫描局部通气和灌注，并使用胸部计算机断层扫描记录EELV和血流动力学，结果显示获取的最佳PEEP水平区间为12～18 cmH2O, 与零PEEP相比，血氧饱和度显著增加，动脉血二氧化碳分压[pa(CO2)]维持较低水平, ΔP降低。最开始在ARDS患者中应用的肺开放方法[19]现正逐渐延伸到OLV中，结合小VT和最佳PEEP构成了“肺开放策略”。一项多中心研究[20]表示，与现有结果相比，采用个体化PEEP的肺开放策略可减少PPCs的发生。另一项纳入1 380例OLV患者的研究[21]也试图证明个体化参数设定将减少高风险手术患者的PPCs，缩短住院时间。相关研究[22]推荐，所有患者应至少给予5 cmH2O PEEP后再进行个体化调整。电阻抗断层成像导向PEEP、肺顺应性导向PEEP等个体化PEEP的选择策略已应运而生，而PEEP的个体化应用仍是围术期OLV保护性策略的研究热点。

2.3 机械通气模式

容量控制通气(VCV)设定的VT及频率可减少死腔通气，但不适当的分钟通气量会造成气压伤。压力控制通气(PCV)可降低吸气峰压，进而改善动脉血气，但也存在压力改变而致VT不足或通气过度的风险。压力控制-容量保证通气(PCV-VG)兼具前两者的优点，既可保证设定的VT具有吸气减速波模式，又可利用涡流来降低因气道阻塞而产生的压力消耗[23]。YAVUZ O等[24]进行了一项单中心、前瞻性对照研究，将患者随机分为PCV组和VCV组，结果显示2组术中血流动力学指标水平相似，对氧化应激反应均未产生显著影响，且2组术中、术后的血清丙二醛变化无显著差异。MAHMOUD K等[25]将70例接受胸外手术的成年患者随机分为PCV-VG组和VCV组, OLV 20 min后PCV-VG组的氧分压、氧合指数显著高于VCV组，且PCV-VG组术中死腔率及气道压更低，术中、术后各时点炎症指标白细胞介素(IL)-8、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、肺泡白蛋白水平均显著降低。

2.4 术中吸入氧浓度(FiO2)

低氧血症是OLV期间面临的首要挑战，术中增高FiO2甚至吸入纯氧可预防或改善低氧血症，减少严重心律失常的发生。但FiO2如同双刃剑，也可能导致高氧血症。高氧血症可促进ROS生成，进而加重氧化应激反应，不仅导致肺部细胞结构水肿、纤维化改变，且会增加吸收性肺不张的面积[26]。相关研究[27]对肺癌根治术患者OLV后FiO2为50%者与吸入纯氧者进行随机对照分析，发现50%FiO2可降低肺内分流率(Qs/Qt), 预防肺泡萎陷和减少自由基产生，从而保护肺通气和氧合功能。还有研究[28]将90例食管癌患者随机分为FiO260%、FiO275%、FiO290%组，各组患者术间循环均保持在较稳定状态，但FiO2为60%时部分患者可能有低氧血症潜在风险, FiO2提升到75%氧合更充分。由于低氧血症以及患者对OLV耐受的异质性顾虑，多数研究者认为在满足机体氧供需平衡的前提下可降低FiO2, 但要尽量避免长时间吸入纯氧[29]。对OLV患者安全且肺损伤最小的FiO2水平，目前临床仍未有明确结论。

3 OLV方式

临床对于传统双腔支气管导管(DLET)的利弊已有共识，双肺隔离效果好，但插管步骤复杂，术中易移位[30], 可发生声带、支气管损伤[31], 甚至有碍于下淋巴结清扫。近年来，胸腔镜下食管癌切除术、胸腔镜检查术等手术引入了人工气胸的双肺通气(SLET)方式，其是否比传统DLET通气[32]更好尚存争议。此外，人工气胸双肺通气期间需吹入高压CO2, 会对血流动力学产生极大影响，甚至有空气栓塞风险, LIN M等[33]证实CO2压力水平不高于8 mmHg较为安全。一项大型食管癌切除术回顾性研究[33]显示, SLET组患者在未开胸前动脉血氧分压[pa(O2)]、pa(CO2)和呼气末二氧化碳分压[pet(CO2)]显著升高，而pH值和血压略低，开胸后则由人工气胸引起的变化逐渐逆转，临床指标恢复, 2种通气方式的术中参数未见显著差异，但SLET插管更为方便，术中管理容易，且氧合良好。在推荐的吹气压力下，血流动力学和呼吸的变化是可以接受的[34-35]。

4 肺复张(RM)策略

绝大多数外科手术机械通气患者会出现肺不张，即便应用小VT复合PEEP也不足以让肺泡完全膨胀，仍存在肺泡塌陷现象。MIURA Y等[36]研究表明, OLV过程中接受RM的患者通气侧肺EELV至少增加了20%，而其中2/3的患者能够维持由RM所增加的通气侧肺容量60 min。与单纯的保护性通气或传统通气相比，复合RM的通气策略可降低通气肺和血清中的炎症因子水平[37]。SHI Z G等[38]对OLV肥胖患者应用PEEP联合RM策略，提示术中和术后6 h的通气/血流比例降低，氧合得以显著改善，且IL-6、TNF-α水平降低。RM可增加呼气末容积，改善通气，减轻炎症反应，是保护性通气策略的重要补充。然而，RM策略虽可改善肺顺应性和氧合，但其维持氧合作用时间较短，因此推荐RM后个体化应用PEEP，以避免肺泡过度膨胀或塌陷。与此同时，医务人员对RM所带来的潜在危险仍需谨慎对待[39], 临床中应持续监测血流动力学指标、气道压参数等的变化，以减少并发症的发生。

5 药物应用及体位

OLV过程中，麻醉药物对心血管系统、氧合、全身炎症反应、术后并发症均存在明显影响。CHO Y J等[40]将103例肺癌患者随机分为2组，分别实施地氟醚麻醉、丙泊酚麻醉, OLV 30 min后，地氟醚组患者的氧分压较丙泊酚组更低。一项多中心RCT[41]表明，住院期间丙泊酚组OLV患者的并发症发生率高于地氟醚组，但2组术后远期并发症发生率差异无统计学意义。但也有研究[42]证实，接受吸入性麻醉的患者较接受静脉麻醉的患者预后更差。KIM H J等[43]研究结果表明，与使用丙泊酚的OLV患者相比，七氟醚并未显示出对内皮细胞的保护作用。另有研究[44-45]提示，相比于丙泊酚，七氟醚在抑制全身和局部炎症反应、降低PPCs发生率方面作用更明显，对血流动力学指标的影响也更小[45]。此外，研究[46]证实丙泊酚较七氟烷与芬太尼联合应用时，更能提高肺部手术患者的脑氧饱和度，具有一定的脑保护作用。王晖等[47]将60例食管癌根治术患者随机分为生理盐水对照组和甲强龙处理组，预处理后行OLV, 发现处理组各时点氧合指数增加，促炎因子水平降低，抑炎因子水平升高。患者取侧卧位行OLV时，由于通气侧肺的重力作用以及非通气侧肺的缺氧性肺血管收缩作用，通气侧肺可获得较大的灌注量，而缺血再灌注损伤和相对低氧血症均可对通气侧肺造成损伤。但有研究[48]指出，侧卧位OLV时通气侧肺的弹性及机械力增加。

6 小 结

PPCs是影响心胸外科患者围术期康复和预后的重要原因，因此PPCs的预防已成为临床医生的重要关注点。肺保护性策略主要包括以下几方面: 小VT减少容积伤和气压伤，限制平台压以防肺泡过度扩张; 利用个体化PEEP增加吸气末容积，维持肺泡开放状态，从而减少肺不张的发生; 控制FiO2, 优化氧合状态，减轻氧化应激反应性损伤; 重视RM策略的补充作用，以改善局部肺不张，提升顺应性。综合运用以上措施并结合适宜的通气模式或通气方法，辅以恰当的麻醉方案，将有助于进一步减少围术期肺部并发症的发生。目前，临床对于PEEP、FiO2、通气模式、RM方法以及麻醉药物的使用仍存在着许多矛盾观点，尚需开展更多的大规模临床研究，从而为围术期肺保护提供精准化指导。