肺保护性通气策略在麻醉及围手术期中的应用

林纤依，周有发，陈钢

作者单位： 310000 杭州，浙江大学医学院附属邵逸夫医院

近年来随着快速康复外科理念（ERAS）在临床实践中的逐渐深入，人们对于肺保护性通气策略（LPVS）在麻醉与围手术期患者中的应用有了许多新的认识。有关于LPVS 的研究也逐渐从最初的急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者氧合治疗拓展到各类手术及特殊患者的麻醉及围手术期应用，本文旨在对LPVS 在麻醉及围手术期中的研究现状作一综述。

1 LPVS 发展历程

LPVS是一种以保护和改善肺功能、减少肺部并发症、降低病死率为目的的呼吸支持策略，即在维持基础氧供的前提下，联合应用小潮气量（TVs）、呼气末正压通气（PEEP）、肺复张手法（LRM）、允许性高碳酸血症及低吸入氧浓度等通气方案，使萎陷肺泡开放的同时避免肺泡过度膨胀，防止气道压过高、减少肺泡活动产生的剪切力，从而保护肺泡表面活性物质，降低肺部乃至全身的炎症反应，以此预防或减轻肺组织损伤，最终起到肺保护的作用。

20 世纪60 年代，研究发现在全身麻醉机械通气期间，给予较高的潮气量可逆转低氧血症并有利于改善肺顺应性。1969 年有研究首次报道了对ARDS 患者应用持续正压通气有益于疾病的转归，从而引入了PEEP 的概念。在此以后的30 年里，临床一直遵循高于生理潮气量的通气方式，形成了10 ～15 ml/kg潮气量的传统机械通气模式。直到20 世纪90 年代，几项研究表明，与传统的通气模式相比，低潮气量、低气道压和允许性高碳酸血症的保护性通气模式可降低ARDS 患者的肺部并发症及病死率。2000 年，一项具有里程碑意义的随机对照试验结果证明，低VT可提高接受机械通气的ARDS 患者的存活率。

21 世纪初，重症监护病房（ICU）开始将LPVS运用于重症患者，临床上也将LPVS 作为ARDS 患者机械通气的标准方案，但同时针对麻醉及围手术期患者的术中LPVS 并未得到充分的实践。在各种外科手术中，开胸手术的术后30 d病死率最高，而肺切除术的30 d 病死率更是高达12%。与原发病无关的术后急性低氧血症/术后急性肺损伤（ALI）是导致肺切除术患者病死的主要原因。2009 年，Marc 等研究首次表明在术中实行LPVS 避免了肺过度扩张，同时通过施加PEEP 和LRM 来维持功能残气量，这种方法有效地减少了肺癌患者术后ALI和肺不张的发生率，明显降低了ICU 入住率和住院时间。2013年，Emmanuel等一项纳入400 例大型腹部手术患者的多中心、双盲试验表明，与传统的非保护性机械通气相比，在进行大型腹部手术的患者中采用LPVS可改善临床疗效，并降低术后7 d肺部及肺外并发症的发生率。此后，不断有研究表明，麻醉与围手术期LPVS的使用与临床疗效的改善、肺部并发症的减少和病死率的降低相关，麻醉及围术期采用LPVS的理念逐渐被广泛接受。然而，尽管有充分的证据证实LPVS有降低围手术期肺部并发症的潜力，但是有关LPVS 各要素在各类手术及患者麻醉及围术期的具体应用及效果还有待进一步研究。

2 LPVS 要素

麻醉及围手术期LPVS 包含很多要素，如限制潮气量和气道平台压、最佳PEEP 的选择、LRM、允许性高碳酸血症、低浓度吸入氧等。其中低潮气量、最佳PEEP 和LRM 是目前临床上采用的最主要的LPVS 要素。

2.1 低潮气量 低潮气量的使用是LPVS中最广为人知的部分。成年人正常静息状态时的潮气量为7～8 ml/kg，传统的机械通气为预防肺不张并维持正常的氧分压，通常将潮气量设置为10 ～15 ml/kg。2000 年Brower等随机对照试验（RCT）研究表明，与传统的潮气量策略（12 ml/kg）相比，采取6 ml/kg 的低潮气量合并限制性气道压（≤30 cmH2O，1 cmH2O≈0.098 kPa）使ARDS 患者的病死率显著降低。同年一项在25 名心脏手术患者中进行的RCT表明，与较低潮气量（6 ml/kg）相比，较大的潮气量（12 ml/kg）导致了更差的术后肺顺应性、更高的气压伤风险以及更明显的术后肺内分流。

虽然ARDS/ALI患者的低潮气量通气已成为标准指南，但ARDS/ALI 患者仅占ICU 机械通气患者的一部分，在围手术期需要机械通气的患者中比例更低。已有更多的临床研究将目光投在其他种类的患者身上，认为他们也可以从低潮气量中受益。2010年，Determann等在150 例无ARDS/ALI的患者中进行的RCT 研究发现，接受小潮气量通气（6 ml/kg）的患者肺损伤发生率和血清IL-6 水平均明显降低。2011 年，一项纳入149 例心脏手术患者的RCT研究发现，与较大的潮气量（10 ml/kg）相比，在整个围手术期使用较低潮气量（6 ml/kg）进行通气可增加术后6 h 撤机率、降低再插管率。

大潮气量更易导致压力-容量性肺损伤，而小潮气量可有效减少肺组织的过度充气，预防VILI 和肺部并发症。临床上对于潮气量的设置经历了10 ～15 ml/kg、8 ～10 ml/kg 至≤6 ml/kg 的变迁，甚至有研究表明4～5 ml/kg潮气量可能更有利于肺的保护。

2.2 最佳PEEP PEEP 可分为生理性PEEP（5 ～12 cmH2O）和治疗性PEEP，低水平治疗性PEEP（12～15 cmH2O）可用于因通气/血流比例失调或肺顺应性下降的低氧血症，高水平治疗性PEEP（＞15 cmH2O）常导致心肺损伤，故仅用于部分特殊患者。临床上常用的PEEP范围为5 ～12 cmH2O，在ARDS患者中，可简单地根据疾病严重程度来选择，轻度ARDS 适用5 ～10 cmH2O，中度ARDS 适用10 ～15 cmH2O，重度ARDS 适用15 ～20 cmH2O。PEEP通过膨胀塌陷的肺泡来减轻呼吸机诱发的肺损伤，有助于增加功能残气量、防止肺泡萎陷、减少肺泡周期性塌陷形成的剪切力、改善通气/血流比以及减轻肺泡和肺间质水肿。20 世纪80 年代中期即有报道证明PEEP 可有效预防肺不张，在ARDS 治疗策略里也一直有PEEP 的身影。然而，过低的PEEP 容易使肺泡再度塌陷，而较高的PEEP 虽可以防止肺泡塌陷、改善氧合，但也可能导致肺泡过度扩张引起肺气压伤、抑制循环功能。

许多研究者致力于个体化地滴定最佳PEEP，提出了PaO2-PEEP法、FiO2-PEEP法、P-V曲线法、肺顺应性-PEEP 法及平台压-PEEP 法等不同的PEEP 个体化滴定方法。另外，CT、电阻抗成像技术（EIT）等影像学手段可用于评估肺复张，有助于指导更安全有效的PEEP 滴定。

2.3 LRM 在临床实践中，持续施加35 ～40 cmH2O的气道正压30 ～50 s可改善氧合情况，这种手法即为控制性肺膨胀（SI）。目前LRM 的实施方法缺乏统一标准，除了控制性肺膨胀（SI）以外，还包括PEEP 递增法、压力控制法（PCV）等。

LRM 也是肺保护策略中最有争议的部分。一方面，有证据证明使用LRM 结合PEEP 的策略有助于改善氧合并缩短住院时间。临床对照试验结果表明，与不施行LRM 的常规通气模式相比，使用连续性气道正压的LRM 联合滴定PEEP 与低潮气量可显著提高ARDS 患者28 d ICU 生存率。Hodgson 等研究表明，在ARDS 患者中实施LRM 可降低其病死率，但由于纳入的大部分患者在治疗的同时联合了其他通气干预措施，导致肺复张的有利证据可信度降低；另一方面，Alexandre等研究纳入了1 010 例ARDS患者，此临床随机对照试验表明，采用LRM和PEEP 滴定的策略可增加中重度ARDS 患者的28 d全因病死率，故而不支持在临床上常规使用LRM和PEEP 滴定。更有研究表明，机械通气中使用LRM可导致短暂的动脉血压降低，说明对肺泡施加的压力水平会影响血流动力学。在急性肺损伤的实验模型中，LRM引起的肺容量增加和胸膜压力升高可能会对肺循环和心功能产生不利影响。因此，在血流动力学不稳定或依赖机械通气的肺炎患者中，应谨慎应用LRM。关于理想的LRM 尚未达成共识，需要联合呼吸频率、最佳PEEP、适当的FiO2等指标进行有效性和可行性的进一步研究。

3 LPVS 在各类手术及患者中的应用

在麻醉及围手术期进行机械通气的患者可能发生各种术后肺部并发症（PPCs），其中发生概率最高的为肺炎和肺不张，术后ARDS虽然不常见，但却导致围手术期病死率增加了近50 倍。据报道，胸外科手术术后PPCs 发生率为14%～59%，非心胸外科手术术后PPCs 的发生率为2%～39%，而在腹部手术中也可达9%～40%。

3.1 在胸科手术中的应用 胸科手术患者术中涉及对肺本身的直接操作，过度膨胀和高浓度吸氧通常应用于单肺通气以补偿术侧肺的塌陷，而这通常是造成肺损伤的原因。近年来，为了预防或减轻胸科手术围手术期肺损伤已有LPVS 被提出。在接受肺切除术的患者中，围手术期肺部并发症是导致患者死亡的主要病因。单肺通气对于优化术中手术视野必不可少，但其本身也可能导致肺部并发症，临床上可通过使用小潮气量、呼气末正压、低气道压以及低吸氧浓度来减少整体肺损伤的程度。为了研究LPVS对术中单肺通气患者的影响，Mikyung 等一项对照试验以全身麻醉下肺叶切除术患者为对象，探索与传统通气相比，LPVS是否能减轻单肺通气期间的肺功能损害，结果显示与传统的大潮气量和容量控制通气相比，通过低潮气量联合应用压力控制通气和PEEP可以降低术后肺功能障碍的发生率，获得令人满意的换气效果。

食管癌根治术可引起较为严重的术后全身性炎症反应，Pierre 等为探究LPVS在减少食管癌手术患者炎症方面的有效性，纳入了52 例行择期全身麻醉食管癌切除术的患者，分为常规通气组（9 ml/kg 潮气量）和保护性通气组（双肺通气时设置9 ml/kg 潮气量，单肺通气时设置5 ml/kg 潮气量，均联合5 cmH2O PEEP）。研究发现接受LPVS 的患者，其围手术期血浆的IL-1 、IL-6、IL-8 释放减少，证明单肺通气时低潮气量（5 ml/kg）联合PEEP（5 cmH2O）的LPVS可预防或改善肺内炎症反应，减少食管切除术后的促炎性全身反应，改善肺功能，并利于早期拔管。

3.2 在心脏手术中的应用 接受心外科手术的患者需要进行复杂的血流动力学管理，包括大量的液体和血管活性药物的使用。在心脏外科手术中，肺损害主要归因于两个事件：胸腔开放和体外循环（CPB）。循环系统和呼吸系统有密切的关联，使用旨在防止肺部并发症的通气技术可能会对危重患者的血流动力学产生负面影响，所以手术期间的通气管理更具挑战性。心外科手术中的机械通气设置尚无明确的国际准则，但相关临床研究已取得了一些进展。

对于进行心脏手术的患者，通常使用高潮气量（最高10 ～12 ml/kg）+低PEEP 以减少肺不张和最小化对血流动力学的影响。然而高潮气量与炎症介质的释放有关，潮气量超过10 ml/kg 可能与心脏外科患者的机械通气时间延长、器官功能障碍和ICU停留时间延长有关。在心脏手术患者中，有研究发现在术中和术后使用6 ～8 ml/kg 的潮气量可减少机械通气时间和再插管率。LRM 主要用于肺泡塌陷引起的低氧血症，有研究认为心脏手术中的LRM有助于增加患者拔管后的功能残气量，减少了肺不张的发生并改善了气体交换。Serdar 等研究结果表明，心脏手术后机械通气期间应用LRM、拔管后联合使用无创通气和LRM 有助于改善术后肺功能恢复，但对ICU 停留时间和住院时间无明显影响。然而，也有研究表示未发现这些通气策略在冠状动脉旁路移植术（CABG）期间有任何有益效果。2020 年，Ashley等对220 例血流动力学稳定的择期心脏手术患者进行了LPVS 与常规通气的比较，结果表明心脏手术的LPVS 可减少低氧血症的发生率，并加快患者自主呼吸的恢复。

3.3 在腹部手术中的应用 Emmanuel等在新英格兰杂志上发表的一项多中心双盲临床试验将接受择期大型腹部手术、具有PPCs 中高风险的400 例成年患者随机分配为术中非保护性机械通气（10 ～12ml/kg潮气量）和LPVS（6 ～8ml/kg 潮气量+6 ～8 cmH2O PEEP+LRM）两组，结果表明，LPVS 组的术后7 d PPCs 发生率（10.5%）和需要进行辅助通气的概率（5.0%）明显低于肺保护性通气组（分别为27.5%和17.0%），而两者在术后30 d 内的病死率和ICU 入住率无显著差异。该试验为术中LPVS 改善临床结果提供了支持证据，与非保护性机械通气相比，在腹部手术中应用联合性LPVS 可减少术后并发症并降低医疗成本。2014 年，一项多中心随机对照试验纳入了900 例接受全身麻醉开腹手术的患者，结果认为在开腹手术中，高PEEP 和LRM 策略不能防止术后肺部并发症，且与低PEEP 组相比，高PEEP 组术中更易出现低血压，该研究认为LPVS 应包括低潮气量和低PEEP，而排除LRM。为研究吸氧浓度（FiO2）的肺保护作用，2020 年一项随机对照试验评估了在全身麻醉腹部手术患者施行的LPVS，术中低FiO2（30%）和高FiO2（80%）对PPCs 的影响，研究结果认为术中FiO2的高低不影响PPCs 的发生率，但使用FiO230%可以减少严重肺部并发症的发生。

肺功能不全的腹部手术患者可能更易受到机械通气的影响而有更高的肺气压伤风险。2020 年，Sukhee等回顾性分析了419 例接受全身麻醉下腹部手术的COPD 患者，研究了可能改善术后PPCs 发生率的术中保护性麻醉因素，证明了某些麻醉策略可以改变该患者人群的PPCs 风险。研究发现，术中使用低潮气量通气、限制性晶体输注和使用布瑞亭逆转神经肌肉阻滞可显著降低PPCs 风险，而PEEP、跨肺驱动压则与PPCs 风险无明显相关，这可能与COPD 患者的肺过度充气有关，由于此类患者已存在6 ～9cmH2O的内源性PEEP，因此肺泡中的实际PEEP高于呼吸机产生的PEEP，故此时可能给予较低PEEP就足以预防肺不张等PPCs。

3.4 肥胖患者的围手术期LPVS 接受手术治疗的肥胖患者中，术后肺部并发症的发生率高达18%，几乎是正常体质量患者的两倍。全球的人群肥胖率增加，然而关于肥胖患者术中机械通气实践的研究有限，并且针对这些患者的最佳通气参数设置存在争议。

肥胖患者氧储备低、功能残气量减少，在平卧位和麻醉后甚至更低，导致术中机械通气常造成这类患者的肺不张，从而导致PPCs 的发生发展。一些LPVS已经被提出来用于改善肥胖患者的手术预后，包括使用更高水平的PEEP、预吸氧、术中LRM 等。Hesham等研究发现，在接受腹腔镜手术的成年肥胖患者中，术中先行LRM 再施加10 cmH2O PEEP 可有效预防肺不张、改善氧合、减少PPCs 发生率及PACU 停留时间。L Edmark 等研究表明，在接受麻醉的肥胖患者中，预充氧期间施加持续性气道正压通气（10cmH2O CPAP）、适当降低FiO2、插管后运用PEEP 可以改善氧合。Emmanuel 等研究发现，LRM联合PEEP（10 cmH2O）可改善肥胖患者术中气腹期间的呼气末肺容积（EELV）、改善围手术期氧合，而单独使用PEEP 则不能达到上述效果。

然而，也有研究未发现LPVS 对肥胖患者的益处。Thomas 等对来自23 个国家的体质量指数（BMI）≥35 kg/m2的手术患者进行随机临床试验，在容量控制通气、7 ml/kg 潮气量的一定条件下，患者被分为高水平PEEP组（12 cmH2O PEEP+LRM）或低水平PEEP 组（4 cmH2O PEEP）。结果显示，高水平PEEP 组的PPCs 发生率（21.3%）与低水平PEEP 组（23.6%）无显著差异，高水平PEEP 组的低氧血症发生率较低，低水平PEEP 组的低血压和心动过缓的发生率较低，两组之间的严重术后肺部并发症发生率、术后肺外并发症发生率、ICU 入住率、住院天数和住院期间病死率均无显著差异。上述研究表明在全身麻醉下进行手术的肥胖患者中，与较低的PEEP水平相比，PEEP+LRM 的术中机械通气策略不能减少术后肺部并发症。

通常肥胖患者术中机械通气时倾向于设置高潮气量、低PEEP，很少采取LRM，必须进行更多更大型的临床随机试验以阐明肥胖患者围术期不同通气模式的作用。

3.5 特殊体位手术中LPVS的应用 腹腔镜手术期间使用的气腹压力大致为11 ～14 mmHg，加上术中极度的头高脚底位（Trendelenburg 体位），可能会导致呼吸顺应性降低、功能残气量降低以及通气/血流比失调，这可能引发肺不张等肺部并发症，影响患者的临床预后，延长患者的住院时间。术中麻醉医生通常可以采用LPVS（PEEP、低潮气量和肺LRM）来尽量消除气腹和Trendelenburg 体位的不良影响。Wang 等在Trendelenburg 体位的腹腔镜患者中评估了不同水平PEEP（0、4、8 和12 cmH2O）的术中肺保护作用，结果表明在腹腔镜手术期间，在气腹和Trendelenburg 体位的情况下，高水平的PEEP 可加速肺内分流，增加静脉压与气道压，从而导致血流动力学抑制和气压伤；而低潮气量结合中等水平PEEP（8 cmH2O）可改善Trendelenburg 体位患者的呼吸力学和肺动态顺应性，促进良好的气体交换，降低肺内通气死腔比（VD/VT）而不导致肺内分流增加。

4 小结

机械通气是全身麻醉过程中不可或缺的生命支持手段。然而，不适当的机械通气可能会导致心肺功能受损，并引发炎症级联反应，加速肺损伤的发展。越来越多的证据显示LPVS 有助于降低患者术后肺部并发症、缩短住院时间，并已成为ERAS理念的重要组成部分。然而，针对不同手术类型及某些特殊患者在麻醉及围手术期的LPVS 的优化及个体化仍需进一步研究。

(参考文献略，读者需要可向编辑部索取)