肺保护性通气对食管癌患者褪黑素和预后的影响

王丽霞，王 宇，吴慧梅，刘学胜，钱 梅

肺部并发症是食管癌术后常见并发症，常影响病人预后。研究表明不恰当的通气策略会提高术后肺部并发症的发生率。过大的潮气量增加肺泡气压伤的风险，促进机械性肺损伤(ventilator-induced lung injury, VILI)。进一步的研究表明不恰当的通气策略可能导致NOD样受体家族3(NLR family pyrin domain containing 3，NLRP3)炎症小体激活促进VILI。

褪黑素已被证实具有良好的抗炎和免疫调节作用。补充外源性褪黑素能减轻小鼠VILI，其机制与抑制NLRP3炎性体活化有关。然而，采用肺保护通气是否会影响食管癌患者体内NLRP3相关炎症因子和内源性褪黑素的产生仍未见报道。该研究通过观察对行胸腹腔镜联合食管癌根治术患者行肺保护通气对白细胞介素(interleukin，IL)-1β和IL-18和内源性褪黑素分泌的影响。同时观察了肺保护通气对患者术后并发症的影响。

1 材料与方法

1.1 病例资料

根据报道胸腹腔镜食道癌术后主要并发症的发生率约30%，课题组预实验肺保护性通气组术后肺部并发症发生率为8%，使用PASS 11.0软件以α= 0.05和power=0.8计算，每组需要43例患者。为了防止实验过程中病例丢失，筛选2018年9月-2019年10月在医院行胸腹腔镜联合食管癌根治手术的患者95例，因肺炎、低氧血症、阻塞性通气功能障碍等因素排除患者5例。最终入选90例患者。采用随机数字表分成两组，即常规通气组(A组)和肺保护性通气组(B组)，每组各45例。纳入标准：术前诊断为食道癌患者，符合美国麻醉医师协会(American Society of Anesthesiologists, ASA)分级I～Ⅲ级，手术过程中需要单肺通气，年龄低于80岁。排除标准：低氧血症；严重的阻塞性或限制性肺疾病[第一秒用力呼气容积(preoperative forced expiratory volume in 1 second, FEV)和用力呼气量(forced vital capacity, FVC)<预测值的70%]；术前肺部感染；体重指数(body mass index, BMI)小于20或大于35，需使用免疫抑制剂者。本研究已获得医院伦理委员会批准(No.20190385)，且该试验已在中国临床试验注册中心注册(No. ChiCTR19000 26190)，患者均已签署知情同意书。

1.2 研究方法

患者入手术室后，行心电监护，建立左桡动脉置管。 全凭静脉诱导，使用的药物为：咪达唑仑0.025～0.05 mg/kg，异丙酚1.5～2.5 mg/kg，舒芬太尼4～6 μg/kg和罗库溴铵0.6～0.9 mg/kg。选用左侧双腔气管导管(Broncho-Cath35 F或37 F；爱尔兰Covidien公司)行左支气管内插管。麻醉维持选用异丙酚6～8 mg/(kg·h)，瑞芬太尼0.1～0.3 μg/(kg·min)和罗库溴铵5.0～10.0 μg/(kg·min)。

插管后患者选择德国德尔格呼吸机(Drager, Fabius plus)行机械通气，A组患者选择常规通气模式：潮气量(tidal volume, Vt)= 10 ml/kg，呼气末正压通气(positive end-expiratory pressure, PEEP)=0。B组患者选择肺保护性通气模式： Vt=5 ml/kg，PEEP=5 cm HO。体质量按理想体重(ideal body weight, IBW)公式计算：男性：IBW(kg)=50+0.91×(身高-152.4)；女性：IBW(kg)=45.5+0.91×(身高-152.4)。双肺通气15 min后所有患者转至左侧卧位，并行单肺通气，单肺通气时通气模式不变。在机械通气过程中，吸呼比设定为1 ∶2，100%纯氧，呼吸频率的设定以维持呼气末CO低于6.0 kPa。

1.3 观察指标

记录患者基本信息，包括年龄、性别、BMI、氧合指数、二氧化碳分压(PCO)、指脉氧(SpO)、一秒率(FEV%)、用力肺活量占预计值得百分比(FVC%)、手术时间、单肺通气时间等。记录所有患者手术开始前双肺通气，单肺通气后30 min和手术结束前的气道峰压(P)、平台压(P)、驱动压(ΔP)和氧合指数。记录患者术后第一天的氧合指数、PCO、乳酸值。其中PaO/FiO=氧分压/吸入氧浓度，ΔP=P-PEEP。

观察两组患者术后住院期间的相关并发症。主要观察指标为肺部严重并发症包括肺部感染、急性肺损伤(acute lung injury, ALI)或急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)以及再次插管或有创机械通气；次要观察指标包括：吻合口瘘，切口感染，ICU入住率和死亡率。肺炎的诊断标准为：① 临床上有咳嗽、咳痰、发热、胸闷的症状；② 查体伴或不伴啰音，或者有管状呼吸；③ 白细胞大于10×10/L或者小于4×10/L；④ 胸部CT显示有浸润阴影；⑤ 除能够引起发热、咳嗽、咳痰的疾病。ALI或ARDS诊断标准：① 突发的或原有病情急性加重；② 低氧血症，氧合指数≤200(ARDS)或≤300(ALI)；③ X胸片显示双肺渗出性改变；④ 肺动脉楔压≤2.394 kPa，或无左房高压的临床表现。

1.4 生物学指标测定

收集所有患者术前双肺通气时和手术结束时的BALF和血液标本。将回收的BALF在4 ℃下以2 500 r/min离心10min，并将上清液保存在-80 ℃备用。 将细胞沉淀重悬于无菌生理盐水中进行染色和计数。将5 ml血样放入4 ℃冰箱，待血液凝固后以2 600 r/min离心5 min。分离上层血清并存于-80 ℃备用。

采用ELISA试剂盒(武汉华美)测定BALF和血清中的相关指标，包括褪黑素、IL-18和IL-1β。使用细胞计数器对BALF中的细胞进行计数，并行瑞氏吉姆萨染色分类计数。

2 结果

2.1 一般资料比较

两组患者性别比、年龄、BMI、术前PaO/FiO、PCO、SpO、FEV%、FVC%、手术时间和单肺通气时间等一般资料比较，差异无统计学意义，见表1。

表1 两组患者一般资料比较

2.2 呼吸参数的比较

术前双肺时、单肺通气30 min和手术结束前双肺通气时，肺保护通气组P、P和ΔP均较常规通气组低。单肺通气后两组患者的氧合指数均降低，且常规通气组低于肺保护性通气组，两组之间有统计学差异(

P

=0.004)。此外肺保护性通气组呼吸频率高于常规通气组，差异有统计学意义(

P

<0.001)，见表2。提示肺保护性通气能减轻气道压力，改善患者氧和。

2.3 BALF中细胞数量的比较

手术结束时，两组患者BALF中细胞总数及PMN计数均较术前增高(

P

均<0.001)。手术后与常规通气组比，肺保护通气组BALF中细胞总数(

P

<0.001)及PMN计数(

P

<0.001)减少，差异有统计学意义，见表3。提示肺保护性通气模式减少细胞浸润。

表2 两组患者呼吸参数比较

表3 两组患者肺泡灌洗液中细胞数的比较

2.4 生物学指标的比较

与手术前相比，两组患者手术结束时血清中IL-1β和IL-18的水平和BALF中IL-18升高。与常规通气组相比，肺保护性通气组手术结束时血清和BALF中IL-1β(

P

<0.001)和IL-18(

P

<0.001)均降低，差异有统计学意义，见表4。

表4 两组患者血清和BALF生物学标志的比较

褪黑素水平相关检测结果显示：与手术前相比，两组患者血清和BALF褪黑素水平均下降。此外，手术结束时常规通气组血清和BALF褪黑素水平低于肺保护性通气组(

P

<0.001)。提示肺保护性通气抑制内源性褪黑素水平降低，见表4。

2.5 术后第1天血气分析结果比较

术后第一天血气分析结果显示：肺保护通气组氧合指数较常规通气组高(

P

<0.001)，且乳酸值较常规通气组降低(

P

<0.001)，两组间二氧化碳分压值比较差异无统计学意义。提示术中采用肺保护性通气改善患者术后24 h的缺氧症状，见表5。

表5 两组患者术后第一天血气比较

2.6 并发症发生率的比较

肺保护性通气组患者术后肺部严重并发症的发生率为4.44%，较常规通气组术后肺部并发症的发生率(17.78%)低，差异有统计学意义(

P

=0.045)。保护性通气组和常规通气组的术后总并发症的发生率分别为8.88%和26.66%。 肺保护组的术后总并发症的发生率低于常规通气组，差异有统计学意义(

P

=0.028)(表6)。提示肺保护性通气能改善患者预后。

表6 两组患者术后并发症的比较

3 讨论

研究证实采用小潮气量+PEEP的肺保护性通气策略能降低患者肺部并发症的发生率。小潮气量可防止肺泡过度扩张避免肺泡气压伤，而呼气末正压可防止肺不张的发生。本研究证实肺保护性通气明显降低了机械通气时的气道峰压、平台压和驱动压力，提示肺保护性通气可以减轻气道压力所致的气压伤。此外单肺通气时采用肺保护性通气能提高患者氧合指数，说明肺保护性通气能有效避免低气道压力引起的肺塌陷。常规通气模式使肺组织过度牵拉，气道压力增高，是导致机械性肺损伤的重要因素。Marret et al报道肺保护性通气可以降低肺叶切除术患者急性肺损伤的发生率，并且缩短住院时间。本研究结果显示肺保护通气组术后第一天的血气指标优于常规通气组，且肺保护通气组术后肺部严重并发症及总并发症的发生率低于常规通气组，表明采用肺保护性通气减少了围术期的并发症。

机械通气时增高的气道压力激活炎症反应是导致肺损伤的另一个重要因素。临床和动物实验显示IL-1β作为一个重要的炎症因子参与VLLI的发病机制。且使用IL-1受体阻滞剂能明显改善机械通气导致的白细胞浸润和肺泡水肿。本实验观察到机械通气后血清和BALF中IL-1β的浓度显著增高，BALF中PMN细胞数增多，而肺保护性通气抑制了IL-1β的增高和PMN的聚集。此外，血清和BALF中IL-18浓度在机械后明显增高，而肺保护性通气明显降低了增高的IL-18。因此课题组推测肺保护性通气可能通过抑制患者体内IL-1β和IL-18炎症因子浓度抑制机械性肺损伤。

近年来体内外研究均证实外源性和内源性褪黑素具有抗感染作用。Pedreira et al研究显示，外源性补充褪黑素能显著提高机械性肺损伤小鼠模型体内抗炎因子IL-10的分泌。进一步的研究证实外源性褪黑素通过下调肺损伤小鼠IL-1β和IL-18分泌改善机械性肺损伤。但机械性肺损伤是否会影响患者体内褪黑素水平仍未见报道。本研究结果显示，机械通气降低了患者血清和BALF中的内源性褪黑素水平，而肺保护性通气显著抑制了内源性褪黑素的降低。本研究结果表明，内源性褪黑素可能参与了VLLI的发病机制，而肺保护通气可能通过抑制患者体内褪黑素的水平降低改善VLLI。

本研究仍有一些不足之处，第一，本研究为前瞻性研究，有着严格的入选标准，导致样本量较小；第二，本研究结果无法得出内源性褪黑素与IL-1β和IL-18在机械性肺损伤发病机制中的关系，需要进一步的动物实验证实其相互关系。