腹腔镜结直肠癌手术中不同通气策略对患者机械功及炎症因子水平的影响

王佐焕， 王 琳， 曹 阳

与传统手术不同，腹腔镜手术需要CO2气腹以及手术操作所需的Trendelenburg体位，对患者肺功能有一定影响，可能造成呼吸机相关性肺损伤(ventilator-induced lung injury，VILI)[1-2]。近年来，学者们对造成VILI的原因有了更深入理解，认为单个呼吸变量指标与VILI并无直接相关，但其中任何指标的组合变化会导致肺动态应变和功率增加[3-4]。为整合呼吸力学变量指标对VILI的贡献，Gattinoni等提出了机械功(mechanical power，MP)的概念[5]。MP是单位时间内多个呼吸周期循环累积的总能量，作为一个评估VILI的综合指标参数，已在临床和实验环境中得到验证。MP直接作用于肺骨架，即细胞外基质，根据MP的大小，使固定在其上的上皮细胞和内皮细胞发生变形[6]，细胞感知机械应力将其转化为生化信号，直接损伤肺泡细胞质膜，导致肺泡屏障失效，细胞因子释放，并转移至体循环引起肺部损伤[7-8]。然而，不同通气模式对呼吸系统输送的MP大小，以及MP与炎症反应的关系尚不清楚，本研究旨在用能量管理概念来分析不同通气模式下MP和炎症因子的变化，以期帮助识别VILI发生的易感个体，为临床优化通气策略提供呼吸动力学证据。

1 对象与方法

1.1研究对象 选择2021年5月至2021年11月在广州市红十字会医院接受腹腔镜下结直肠癌手术的患者60例，采用随机数字表法将其分为常规通气组(V组)和肺保护通气组(P组)，每组30例。两组基线资料比较差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。见表1。本研究获医院医学伦理委员会批准(2021-248-01)，所有患者签署知情同意书。

表1 两组基线资料比较

1.2纳入、排除标准及剔除标准 纳入标准：(1)年龄60～80岁；(2)ARISCAT评估为中危(26～34分)；(3)ASA分级为Ⅱ～Ⅲ级；(4)BMI为19～28 kg/m2；(5)气腹时间2～3 h；FEV1>70%；(6)术前胸片提示无肺炎。排除标准：(1)既往有胸部手术史，合并严重心脏和肺部疾病史，包括呼吸衰竭、脓毒症、肺大疱、严重哮喘、慢性阻塞性肺疾病等；(2)术前2周内行机械通气。剔除标准：(1)术中出现严重并发症；(2)中转开腹；(3)术中改变通气模式；(4)数据资料缺失。

1.3麻醉方法 患者术前均禁食8 h、禁饮2 h，到达手术室后常规进行心电图检查、脉搏血氧测定和血压评估。开放静脉补液、桡动脉穿刺测压。采用以下标准化麻醉方案：依次静脉注射咪达唑仑(宜昌人福医药股份有限公司)0.05 mg/kg、舒芬太尼(宜昌人福医药股份有限公司)0.4 μg/kg、丙泊酚(宜昌人福医药股份有限公司)1～2 mg/kg和顺式阿曲库铵(上海恒瑞医药有限公司)0.2 mg/kg进行诱导。选择合适的气管导管，在气管插管成功后连接德尔格麻醉机(Perseus A500，德国)，按分组情况行机械通气。插管之后行右颈内静脉穿刺置管(7Fr 16G双腔，贝朗医疗，德国)，术中泵注顺式阿曲库铵0.1～0.2 mg/(kg·min)维持肌松，泵注盐酸瑞芬太尼(宜昌人福医药股份有限公司)0.1～0.2 μg/(kg·min)进行镇痛，泵注丙泊酚1.5～2.0 mg/(kg·h)，并调节流速，维持脑电双频指数(bispectral index,BIS)在40～60，维持心率(heart rate，HR)在60～100次/min，维持平均动脉压(mean arterial pressure，MAP)在基线值的20%左右。预计手术结束前30 min停止泵注肌松药，在手术结束前3 min停止泵注所有静脉用药。手术操作均由同一医疗组完成，手术操作打孔位置在脐部和两侧下腹部，术中气腹压力设定在12 mmHg，术中予6～8 ml/(kg·h)乳酸林格液，给予胶体液5 ml/(kg·h)进行扩容。待患者苏醒且拔出气管导管后转送到麻醉后监测治疗室(postanesthesia care unit，PACU)。

1.4通气策略 两组均采用容量控制通气模式。V组：潮气量(tidal volume，VT)=9 ml/kg，呼吸末正压(positive end expiratory pressure，PEEP)=0 cmH2O。P组：VT=7 ml/kg，PEEP=5 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa)。VT均采用校正体重：女性=45.5+0.91×[身高(cm)-152.4]；男性=50+0.91×[身高(cm)-152.4]。两组其余设置均相同：呼吸频率=12次/min，吸入氧浓度=75%，新鲜气流量=2 L/min，吸呼比=1∶2。

1.5观察指标 (1)两组均于通气后5 min(T1)、建立CO2气腹并摆放Trendelenburg体位后10 min(T2)和60 min(T3)，以及关闭气腹恢复平卧位后10 min(T4)时，记录气道峰压(peak airway pressure,Ppeak)、气道平台压(airway plateau pressure,Pplat)、肺动态顺应性(pulmonary dynamic compliance,Cdyn)，并根据公式[9]计算MP。(2)两组于T1、T2、T3和进入PACU时立即采集桡动脉血行血气分析，记录血气酸碱度(pH值)、二氧化碳分压(arterial partial pressure of carbon dioxide,PaCO2)、氧分压(arterial partial pressure of oxygen，PaO2)、氧合指数(oxygenation index，OI)和肺泡-动脉氧分压差(alveolar-arterial oxygen differential，PA-aO2)。(3)两组于T1、T3和术毕即刻采集静脉血样3 ml，在4 ℃下以1 000×g离心15 min，取上清液，采用酶联免疫吸附测定(enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA)法检测血清肺Clara细胞分泌蛋白(Clara cell specific protein，CC-16)、白细胞介素-6(interleukin-6，IL-6)和中性粒细胞弹性蛋白酶(neutrophil elastase，NE)水平。试剂盒均购自北京达科生物技术有限公司，操作严格按照试剂说明书进行。计算T1到术毕即刻血清CC-16、NE和IL-6水平的变化量，分别记为△CC-16、△NE和△IL-6。

2 结果

2.1两组手术相关指标比较 两组气腹时间、机械通气时间、手术时间、晶体液输入量、胶体液输入量比较差异均无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表2 两组手术相关指标比较

2.2两组各时间点呼吸力学指标水平比较 在T1～T4时间点，两组Ppeak、Pplat、MP均呈先升高后下降的趋势，而Cdyn呈先下降后上升的趋势。在T2、T3时间点，P组Cdyn水平高于V组，MP水平低于V组，差异有统计学意义(P<0.05)。在T3时间点，P组Pplat水平高于V组，差异有统计学意义(P<0.05)。见表3。

表3 两组各时间点呼吸力学指标水平比较

2.3两组不同时间点血清炎症因子水平比较 在观察时间内，两组血清CC-16、NE和IL-6水平均呈上升趋势，但P组血清CC-16、IL-6水平上升幅度更小(P>0.05)，两组血清NE变化幅度差异不显著(P>0.05)。在T3时间点，P组CC-16水平低于V组，差异有统计学意义(P<0.05)。在术毕即刻，P组血清CC-16、IL-6水平均显著低于V组(P<0.05)。见表4。

表4 两组不同时间点血清炎症因子水平比较

2.4两组不同时间点血气分析结果比较 在T1～T3时间点，两组pH值、PaO2、OI、PA-aO2变化不显著(P>0.05)。在观察时间内，两组PaCO2均呈先上升后下降的趋势，变化幅度差异无统计学意义(P>0.05)。见表5。

表5 两组不同时间点血气分析结果比较

2.5气腹期间总MP与炎症因子变化水平的相关性分析结果 气腹期间总MP与血清△CC-16、△NE和△IL-6均呈正相关(P<0.05)，其中与△CC-16的相关性最高(r=0.422，P=0.035)。见图1。

图1 气腹期间总MP与炎症因子变化水平的散点图

3 讨论

3.1随着腹腔镜技术的广泛应用，长时间的气腹与Trendelenburg体位会引起呼吸动力学的显著改变。此外，腹腔镜技术下的结直肠癌切除术多半是老年患者，其呼吸功能储备减少，肺换气和通气功能减弱，任何增加呼吸肌负担的因素均会使VILI的发生风险增加。为了让研究更具针对性，本研究采用ARISCAT风险评分表纳入术后发生肺部并发症风险的中危患者进入研究。不同的呼吸机变量均被证明会导致VILI，包括VT[10]、Pplat[11]、PEEP[12]。既往研究多是从呼吸力学单个指标参数层面去解释肺保护性通气策略预防VILI的发生以及减少肺部炎症因子的产生[10，13]，而鲜有临床研究采用MP这个综合指标参数来评估通气策略的优劣。

3.2CC-16是一种抗炎蛋白，由肺远端气道上皮的Clara细胞分泌，它不仅是炎症介质，而且可以反映呼吸道上皮细胞的早期损伤[14]，在早产儿机械通气[15]和成人腹部手术通气5 h后表达增加[16]。IL-6是机械通气后引起肺损伤的血浆标志物，不恰当的机械通气模式时间越长，IL-6在血浆中的峰浓度就越高。NE是肺损伤发展过程中肺泡恢复和中性粒细胞活化的早期标志物，反映肺炎症反应和组织损伤[17-18]。本研究结果发现，插管后两组血清CC-16、IL-6与NE变化水平无显著差异，但在气腹期间和术毕，两组血清CC-16、IL-6与NE水平均呈上升趋势，提示两组均出现了肺泡屏障改变、肺血管内皮细胞受损。在观察时间内，与V组比较，P组血清CC-16、IL-6和NE水平更低。既往研究认为小潮气量联合低PEEP这种通气策略引起VILI的概率更小，可能更好地维持机体促炎/抗炎平衡，这是因为PEEP可以机械扩张肺泡和小气道从而减轻肺不张，降低发生VILI的风险[12]。

3.3本研究结果发现，气腹期间总MP与炎症因子的变化水平都存在正相关关系。在氧合、肺弥散能力都良好的情况下，两组MP在气腹期间均升高，结束气腹后下降，但P组的MP和血清中CC-16、IL-6与NE的变化水平更低，考虑长时间开放气腹后，V组所承受的机械应力更大且相对脆弱，所承载应力的肺骨架遭受的破坏更大。相似地，一些研究也将MP与炎症因子变化水平建立联系，相比于低MP组，高MP组的肺损伤评分和肺损伤标志物水平升高，提示较低的MP可以更好地保护肺泡上皮细胞层并减少肺损伤标志物释放[19-20]。近几年的动物实验和临床回顾性研究也证实，在接受机械通气的实验动物和危重患者中，MP与VILI、呼吸衰竭甚至死亡率之间存在关联，当MP每增加1 J/min，死亡风险增加1.060倍[21-23]。

3.4本研究是单中心、小样本研究，未能分析MP引起VILI的阈值及其预测价值。由于MP是一个连续变量，它描述了一段时间内给予呼吸系统的能量，而且VILI具有广泛的表现，在临床环境中确定一个起点是比较困难的。Collino等[24]通过给予36头猪不同水平的PEEP，发现引起肺损伤的MP阈值是13 J/min。另外，本研究通过血浆中的炎症因子和血气分析指标来判断肺部状况，未能通过肺组织学病理评分、肺组织重量测重等金标准来评估肺组织损伤和炎症反应，这可能对VILI的评估以及研究结果评判造成一定的影响。

综上所述，在老年腹腔镜结直肠癌切除术中，长时间的气腹与Trendelenburg体位会增加患者呼吸系统所遭受的机械应力，提高发生VILI的风险。肺保护性通气策略的保护机制可能与较低的MP有关，应用MP这个综合指标来分析呼吸机变量对肺的影响可以为临床优化通气策略提供呼吸动力学证据。