术中肺保护性通气策略的研究进展

张嘉琦,胡量子

武汉科技大学附属天佑医院重症医学科,武汉 430064

急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)这一概念于1967年由Ashbaugh在国际上首次提出,同时表示呼气末正压通气(positive end-expiratory pressure,PEEP)有利于ARDS患者肺不张、低氧血症的改善。此后不久就有学者发现,ARDS患者的肺部在机械通气时存在不均一性[1],这就意味着存在局部跨肺压较大、局部肺泡过度膨胀的情况,从而导致肺出血及透明膜的形成。然而直到Hickling等[2]在1990年发现允许范围内对二氧化碳分压(PaCO2)、潮气量、气道压力的限制能使ARDS患者病死率降低60%后,这个问题才得到重视,自此之后,研究人员开始寻找减少肺损伤的通气方案。1993年美国胸科医师学会共识会议上这一观点再次得到强调。

全世界每年有超过2.3亿接受外科手术的患者需要接受全身麻醉和机械通气[3]。术后肺部并发症(postoperative pulmonary complications,PPCs)会对临床结局产生不利影响,因此预防围术期肺损伤已成为衡量医院康复质量的一项指标。早期关于保护性机械通气的研究多集中在ARDS患者,或扩展到全麻患者的术中机械通气中,小潮气量、适当的PEEP及肺复张策略(recruitment maneuvers,RM)有助于降低机械通气对人体的不良影响。一项多中心、随机对照试验显示,在接受腹部大手术的中、高风险患者中,使用肺保护性通气策略(lung protective ventilation,LPVS)组患者PPCs发生率显著低于非保护性通气组[4]。但也有研究者认为,在肺保护性通气中,低水平PEEP会增加肺不张的概率,高水平的PEEP在降低了PPCs发生率的同时,也增加了机械通气肺损伤(ventilator induced lung injury,VILI)的风险[5]。到目前为止还没有高质量的证据及明确的指南来指导不同手术中的肺保护性通气策略,尤其是非急性肺损伤/ARDS的全麻手术患者是否依然适用还需要更多证据支撑[6]。本文旨在归纳总结术中保护性通气策略近几年的最新进展及发展趋势。

1 围术期肺损伤的病理生理

对于外科的机械性肺损伤主要由术中、术后机械通气造成,通常表现为围术期肺部炎症、肺换气功能受损、影像学异常和呼吸衰竭等。

1.1肺不张 肺不张产生机制包括肺实质受压、肺泡气体重吸收和表面活性剂功能受损几方面:(1)全麻过程及药物影响使膈肌和胸壁的外形及功能改变,导致胸模压升高,部分肺实质受压,加上麻醉期间叹息性反射消失,均增加了全麻期间肺不张的风险;(2)高浓度吸氧可加重吸收性肺不张;(3)全麻的机械通气操作和麻醉药物科室表面活性剂受损。全麻导致的肺不张可持续长达48h,在此期间,塌陷的肺泡会增加肺内分流及血管阻力、降低肺顺应性、增加肺损伤易感性,这些均是PPCs发生的危险因素。

1.2呼吸机所致损伤 机械通气过程中产生的容积伤、气压伤、萎陷伤、生物伤最终均可发展成呼吸机所致肺损伤。当潮气量和高吸气压力较高时,肺泡过度膨胀,表面张力变大,当超过肺泡组织的弹性力时,其中的组织血管撕裂产生炎症反应,渗出增加,容积伤和气压伤均由此产生。萎陷伤是指在肺泡反复快速打开、塌陷过程中肺泡表面的剪切力导致的组织损伤。生物伤是指损伤后继发的炎症反应及一系列生理病理变化,最终使肺顺应性下降、死腔量增加,进一步影响肺换气功能[7]。

1.3ARDS ARDS的病理生理特征表现为急性期的渗出(肺泡毛细血管屏障受损,导致透过性变大),随后是亚急性期的增殖,最后是慢性期的纤维化。其中许多因素均可能发生在围术期,如机械性肺损伤、肺炎、吸入性肺损伤、输血输液、腹腔内压力、外科因素等[8]。

2 术中LPVS

中国“医学名词审定委员会呼吸病学名词审定委员会”将LPVS定义为:机械通气改善低氧血症的同时,尽可能避免机械通气导致的肺损伤和对循环功能的抑制,并可能最终降低ARDS等危重患者病死率的通气策略[9]。

近年国际上已就如何定义术中肺保护通气达成了一些共识,如使潮气量设定≤8mL/kg、PEEP设定≥ 5cmH2O、用或不用肺复张策略定义为术中肺保护性通气(intraoperative lung protective ventilation,IOLPV);将潮气量>8mL/kg、PEEP<5cmH2O、不用肺复张策略定义为传统通气。

2.1低潮气量通气及允许性高碳酸血症(permissive hypercapnia,PHY) 低潮气量的应用是肺保护策略中最重要的组成部分。潮气量≥10mL/kg容易使局部肺泡过度膨胀,增加肺水肿和肺损伤的风险。2019欧美多中心指南高级别推荐(BJA)建议ARDS患者潮气量≤6mL/kg或尽量使吸气平台压≤30～35cmH2O[10]。在2019新冠病毒肺炎危重型患者行有创机械通气时,也建议采用小潮气量4～8mL/kg(理想体重)和低吸气压力(平台压<30cmH2O)的LPVS,以降低VILI[11]。

大部分有关小潮气量的研究都加5cmH2O以上的PEEP。一项研究表明仅使用小潮气量不附加PEEP会增加肺炎发生率和30d病死率[12],因此,小潮气量可能只是保护性通气的一个必要组成部分,且根据患者的肺部并发症发病风险,具体数值也不能同一而论。

长时间小潮气量通气可能导致高碳酸血症[13]。但又有研究表明低潮气量可降低ARDS的病死率[14]。目前认为一定范围的高碳酸血症,即PHY,可减少缺血再灌注损伤,降低氧化应激反应,增加心排出量,提高血氧分压,减轻肺内分流,起到肺保护作用[15-16]。但PHY应维持一定限度,否则容易导致内环境紊乱。多数研究认为应控制PaCO2上升速度<10mmHg/h、PaCO2<65mmHg、pH值>7.20。因此,在临床麻醉管理中,需综合考虑各种因素,力争发挥最佳保护效应。

2.2PEEP PEEP主要通过防止肺泡的塌陷、反复开闭过程中受到的剪切伤来减少分流,改善肺部的顺应性,减少肺损伤[17]。然而较高的PEEP可对血流动力学产生影响,增加胸膜腔压力,升高右心房压力,减少静脉回流,导致心输出量下降。当高PEEP复张塌陷的肺泡失败时,PEEP的压力就会与通压力合并,增加吸气末肺内压,增加其他肺泡过度扩张及损伤的风险[18],因此适当的PEEP水平十分重要。

2019年ARDS管理指南推荐所有患者应在至少5cmH2O PEEP水平之上再做个体化调整[19],但目前术中LPVS中最佳PEEP的设置仍缺乏高质量证据支撑。即便是相同体质量指数(BMI)患者肺容量也相差甚大,加上不同人因为胸腔形态、体型、肺顺应性、跨肺压、驱动压等各不相同,最佳PEEP也不可能是个固定数值,可能需要个性化调节PEEP水平[20]。

传统的方式是根据压力容积曲线的低位折点上调2cmH2O来设置最佳PEEP,也可以通过观察气道平台压的变化选择最佳PEEP,即通过上调PEEP水平使气道平台压升高,直到气道平台压的增加值≥PEEP的增加值,此时在此基础上再将PEEP下调1～2cmH2O即可[21]。也有研究在膀胱癌术中通过寻找肺的最大静态顺应性来滴定PEEP水平,结果显示比起常规应用6cmH2O PEEP水平,该方法降低了患者术后肺部并发症的发生率和炎症因子水平[22]。

2.3RM 通过间断将气道压高于常规压力使萎陷的肺泡复张,同时可以预防小潮气量及全麻带来的继发性肺不张,改善氧合,尤其适用于一些肺部并发症中高风险患者,如过度肥胖、原发肺部疾病、胸外科及腹腔镜手术患者。Choi等[23]认为在接受机器人辅助腹腔镜前列腺切除手术的老年患者中,与单独使用PEEP相比,增加RM可显著减少围术期肺部并发症。Hu等[24]进行的一项Meta分析表明在胸外科手术患者中RM可能是一种可行的治疗方法,可在不影响血流动力学的情况下,减少肺内分流、改善静态肺顺应性和PaO2/FiO2比值。Cui等[25]认为RM虽不能显著降低ARDS患者病死率,但可以缩短住院时间,改善第3天的氧合。此外,在腹部、胸部、剖宫产等手术也有许多小型实验提示RM的收益。近期Wei等[26]通过在接受减肥手术的肥胖患者中应用RM发现,无论是否联用PEEP,RM均有利于改善患者术后早期氧合,缩短拔管时间;且无PEEP的RM组气道压更低,血流动力学损害也更小。但RM的应用不论是对于ARDS患者还是全麻手术患者均存在很多争议,因为不当的RM反而会增加肺气压伤的风险。2017年一项前瞻性研究结果显示肺复张和PEEP滴定增加中重度ARDS患者28d全因病死率、6个月病死率及气压伤风险[27]。

以往常采用手法肺复张,但此种方法不能维持较长时间正压通气,在转换为机械通气后,复张效果很快消失,导致肺泡再次塌陷,因此目前推荐机械通气肺复张:(1)肺活量法:吸气峰压(peak inspiratory pressure,PIP)维持在35～50cmH2O,持续20～40s;其中,BMI<35kg/m2患者,PIP维持在35～40cmH2O;BMI>35kg/m2者,PIP维持在40～50cmH2O;(2)压力控制法:压力控制通气(pressure controlled ventilation,PCV)时,保持吸气压与PEEP差值不变,每30s递增PEEP 5cmH2O,直到PEEP达30cmH2O,持续30s,恢复基础通气;(3)容量控制法:容量控制通气(volume controlled ventilation,VCV)时,应根据理想体重从潮气量6～8mL/kg和呼吸比1∶1起始,每3～6次呼吸递增4mL/kg的潮气量,直至吸气平台压达30～40 cmH2O,在此水平上再进行3～6个循环呼吸后,即可达到充分的肺复张,然后降低潮气量。

肺复张实施中的几点建议:(1)使用较低高吸入氧分数(fraction of inspired oxygen,FiO2)有助于减少吸收性肺不张并保持肺泡持续开放;(2)在保持有效通气的前提下,尽可能降低吸气峰压、吸气时间和呼吸次数;(3)可通过氧合、肺顺应性、驱动压等指标的改善来评估肺复张效果,效果较差时,可延长吸气时相或增加吸气平台压,重复实施肺复张[28]。

2.4吸入氧浓度 FiO2在全麻术中很常见,特别是气管插管、拔管前。WHO为了减少手术感染,推荐在术中使用≥80%的FiO2[29]。但FiO2过高易造成吸收性肺不张,因此在机械通气时或肺复张后未发生低氧血症的情况下,一般不推荐给予高FiO2甚至纯氧通气。

有研究表明,30%的FiO2预充氧能够减少麻醉诱导时肺不张的发生率[30]。最近一项研究,通过对数据库信息大量统计分析发现,术中高FiO2通气增加了主要肺部并发症的发生率[31]。鉴于以上结果,建议仅在必要时使用高浓度氧,且注意监测脉搏氧饱和度,通过调节PEEP及吸呼比等增加机体氧合,避免严重不良事件发生。

2.5其他围术期肺保护措施 除了上述通气过程中的肺保护性通气策略的应用,麻醉医师还需要更多的“个体化”来达到肺保护的目的。如根据患者呼吸参数及氧饱和度灵活调整吸呼比、呼吸频率、选择合适的通气模式等来改善患者的氧合及肺功能,从而减少肺部并发症的发生风险;恰当的容量管理能在维持血容量和渗透压的基础上避免肺水肿的发生;对长时间机械通气的患者,可通过调整呼吸参数实施膈肌保护性通气,改善膈肌功能;对肺部并发症中高风险患者可通过用药,降低气道阻力,减少炎症因子释放,从而改善气道情况,保护其肺功能及气道;术后镇痛、咳嗽排痰、呼吸功能锻炼、戒烟、营养支持等均有利于降低术后肺部并发症发生率。

3 新兴的监测方法

随着影像学的发展,超声、电阻抗等技术也用于保护性通气效果的评价及肺部呼吸参数的监测。有学者提出,术中RM在超声、电阻抗断层成像等可视化技术指导下实施可减少气压伤的风险,并可评估RM效果[32]。

3.1肺部超声 CT作为观察临床肺复张效果的金标准不可能实现随时随地的动态监测,因此,移动便捷、体积相对小巧、无辐射损害的床旁肺部超声逐渐出现人们视野中,床旁超声可以迅速观察双肺12个分区,对肺部通气状态、心肺功能以及膈肌的运动状态均能作出评估,而且床旁肺部超声在诊断肺不张和检测肺复张效果方面都有较好的敏感性及特异性[33],为呼吸机参数个体化的设置及呼吸机相关肺损伤的早期判断提供了一定指导作用。

3.2驱动压 驱动压定义为平台压和PEEP的差值。Amato等[34]通过对ARDS患者的个体数据统计分析发现,通过呼吸机设置的改变而导致的△P降低与存活率增加密切相关,是与生存率最相关的通气变量。一项Meta分析也提示△P与术后肺部并发症的发生有关,且是保护性通气对肺部并发症发生影响的唯一显著中介因素[35]。即使在健康肺的患者中依然适用,所以可以通过△P监测来寻找合适的通气参数设置。

在胸外科的手术中,为了获得更好的视野或是操作本身涉及一侧肺叶时,会使用单肺通气(one-lung ventilation,OLV)。在OLV期间,由于侧卧位增加健侧肺不张的发生,使肺容量减少,加上患侧肺的分流作用使氧合功能受损,增加了术中低氧血症及术后PPCs的风险[36]。Park等[37]一项研究表明,应用驱动压引导下个体化通气(驱动压最小时的PEEP水平)的PPCs发生率低于常规的胸外科保护性通气策略。最近的一项随机对照试验也表明,在胸腔镜手术中OLV时,滴定PEEP至一个低驱动压能够减少术中的分流[38]。这些仅仅是开始,还要更多的多中心、大样本试验来提供数据支持。

3.3电阻抗断层扫描技术(electrical impedance tomography,EIT) 近几年EIT已被应用在多个医学领域中。EIT通过一条电极带,在体表发射连续的小电流得到身体内部的不同电阻抗分布图,再根据不同组织的电阻情况计算成像,从而对机械通气过程中肺容积的动态变化及肺组织的通气分布均匀性进行评估[39],这样就可在PEEP滴定时估计肺泡情况,防止肺泡的过度膨胀和塌陷的发生。

此外,EIT对于指导个体化PEEP的设定有很大帮助,可通过持续监测肺部通气情况来优化床边PEEP设置,确保RM操作开放肺泡且通过PEEP维持复张效果,改善肺通气情况。Liu等[40]将100例老年患者分为两组分别进行5cmH2O PEEP和EIT指导下的个体化PEEP,结果显示EIT指导的个体化PEEP值可有效改善老年胸腔镜手术患者单肺通气时的氧合及肺呼吸参数。Pereira等[41]将EIT指导下的个体化PEEP应用在腹腔镜及开腹手术中,同样可以减少术后肺不张(术后CT测量),同时对术中的氧合及驱动压均有改善,使麻醉带来的肺部负面影响降到最低。EIT还可以应用在呼吸机各个参数的个体化设置上,个体化通气策略将会是今后的发展方向,但仍需要更多的研究来提供高质量的循证学证据。

Pereira等[41]通过实验证明低水平固定PEEP(4cmH2O)可能不适用于所有患者,在麻醉期间单独滴定PEEP改善术中和术后的肺功能,减少了肺不张,改善了术中肺部驱动压、氧合及平均动脉压。随着重症超声和EIT在临床广泛应用,通过动态评价肺在不同通气条件下的肺萎陷和复张效果,描记EIT动态监测肺萎陷和过度膨胀的临界点优化选择PEEP,与传统压力容积曲线法比较,驱动压和跨肺压更低,肺顺应性更好[42]。最近的一项随机试验表明,在腹腔镜根治性前列腺切除术中,与5cmH2O的PEEP相比,EIT指导的个体化PEEP在升压及液体治疗效果相似的情况下优化肺局部通气,改善了术中氧合[43]。

4 总结

医学逐渐向精准化、个体化的方向发展。但个体化通气策略的设置绝不是一件简单的事,除了肺的生理情况,还有个体在不同场景下所处的状态。通过肺超声、EIT等技术针对患者反应性和手术种类,来找寻几种能稳定改善特定应用群体预后的通气策略,才应是研究人员努力的方向。

作者贡献声明：张嘉琦:文献检索、文章选题、撰写及修改;胡量子:文章审校及修改