单肺通气肺萎陷及肺复张的方法及进展

陈雪姿(综述),王 彬(审校)

(重庆医科大学附属第一医院麻醉科,重庆 400016)

目前胸外科大部分手术都是通过电视辅助胸腔镜手术进行的,与传统的开胸手术相比,电视辅助胸腔镜手术的操作空间更小,对视野暴露的要求更高,良好的肺萎陷显得尤为重要。目前临床上通过单肺通气技术实现了非通气侧肺的萎陷,但是自然萎陷需要的时间较长,因此如何加速肺萎陷是临床关注的热点问题。加快肺泡内气体的弥散速度、减少肺的通气以及加速肺内气体吸收是临床常用加速肺萎陷的方法。手术结束后,萎陷肺的充分复张对术后肺功能的恢复非常重要。现将就单肺通气的肺萎陷及肺复张进行综述。

1 肺萎陷的方法

1.1自然萎陷法 自然萎陷是目前临床上最常用的肺萎陷方式。自然萎陷是指患者在全身麻醉情况下改侧卧位后,立即夹闭双腔气管导管中非通气肺的管腔,直到胸膜打开后将管腔的远端端口与大气相通。在吸入纯氧的情况下,一个肺单位可在6 min内萎陷。因此胸膜打开前至少用纯氧进行6 min单肺通气[1]。但是,在胸腔向大气开放前,随着每一次正压呼吸,通气肺产生的压力将传递到对侧胸腔,导致平均每次有约134(65～265) mL气体进入非通气肺,使非通气侧肺萎陷不良[2]。当胸膜打开后,由于功能残气量和闭合容量之间的正常关系被破坏,胸腔内肺容量将会显著改变。闭合容量是肺的固有特性,而功能残气量则依赖于肺实质向内和胸壁向外的弹性回缩相互作用。全身麻醉诱导后功能残气量降低约40%,可导致部分肺泡萎陷,当外科气胸形成后,功能残气量消失,肺泡将继续萎陷[3]。由于自然萎陷需要的时间较长,双腔气管导管达到最佳肺萎陷的平均时间为17 min,支气管封堵器为19～26 min[4],因此,人们不断探索影响肺萎陷的因素,以此尝试使用不同方法加快肺萎陷的速度。

1.2混合氧化亚氮法 加快肺泡内气体吸收是加速肺萎陷的主要方法。目前的研究提示吸收性肺萎陷有两种可能的机制,即低于临界水平的通气血流比和完全性气道阻塞。通气血流比的临界水平是指肺泡内的通气速率与气体吸收入血的速率平衡时的通气血流比值。如果通气血流比值进一步降低,则肺泡内气体吸收速率加快,肺泡就会萎陷。当肺泡停止通气时,肺泡内气体吸收入血的速率决定了吸收性肺萎陷的速率[5]。不同气体在血液中的物理溶解度和化学亲和力是不同的。当吸入的气体中含有不溶性惰性气体如氮气或氦气时,气体的吸收速率减慢,反之当吸入的气体中含有相对易溶的惰性气体如氧化亚氮(N2O)时,气体的吸收速率加快[6]。N2O在血液中的溶解度是氮气的34倍,N2O/O2混合气体能够通过“第二气体”效应,促进O2的吸收[7-8],而纯氧通气时,氧气的吸收速率则会受到血液分流和血红蛋白的载氧能力的限制[6]。因此,在吸入气体中混合N2O能加快肺泡内气体吸收,加快肺萎陷。研究[9]表明,在双肺通气过程中加入N2O可促进胸膜打开后5 min和10 min的肺萎陷,即Ⅱ期肺萎陷。但并不会加快胸膜打开后1 min内的肺萎陷,即Ⅰ期肺萎陷。这从另一个角度验证,N2O/O2混合气体的作用是加快肺泡内气体吸收。在胸腔镜手术中,采用左侧双腔气管导管行单肺通气时,达到快速肺萎陷时吸入N2O的半最大效应浓度为27.7%,能引起95%最大效应的浓度为48.7%。且在此浓度范围期间,N2O/O2混合气体的吸入,临床上未出现显著的血氧饱和度下降[7]。因此,推荐在麻醉后双肺通气期间吸入27.7%～48.7%的N2O/O2混合气体,加快肺萎陷速度。

1.3提高吸入气体氧浓度法 完全性气道阻塞是指通往肺部某一区域的气道关闭或完全堵塞。气道阻塞后残余的气体会形成密闭的气体袋,袋内气体与周围组织或血液的气体会形成压力差,这个压差就是促进气体吸收的驱动力。单肺通气技术配合肌松药的使用,使得肺泡通气停止的同时肌松弛,致使功能残气量下降,肺容量降低会进一步促进气道关闭,进而导致大量含氧气体被封闭形成气体袋。随着气体吸收,气体袋的体积减小。袋内气体的含氧浓度越高,气体的吸收速度就会越快[10]。研究[11]表示,在用吸入气中的氧浓度分数(fraction of inspiration O2,FiO2)为100%的预充氧在3 min诱导麻醉的患者中,平均有10%的患者出现肺萎陷,在相同时间内用80% FiO2预充氧,出现肺萎陷的患者明显减少,平均为2%。在预充氧期间将吸入气氧浓度减少至60%时几乎未见肺萎陷,而在30% FiO2预充氧时未出现肺萎陷现象。Ko等[12]也对比了双肺通气期间分别吸入纯氧与40% FiO2后再进行单肺通气时,不同研究时段的肺萎陷评分,结果表明双肺通气期间吸入氧浓度较低时,单肺通气期间肺萎陷速度更慢。因此总的来说,吸入气体的氧浓度越高,肺泡内气体吸收的速度就越快,肺泡塌陷的速度就越快,肺萎陷就更快。FiO20.8被认为是吸收性肺萎陷的重要临界线[13]。

1.4断流技术 肺断流技术是通过断开气管导管与呼吸机的连接,使双肺同时断开通气,从而加速肺萎陷的一种方法。断流的时间节点不同以及断开通气的时长不同,会导致肺萎陷的速度不同。通过实验证明,在使用肺断流技术时,不论是使用双腔气管导管还是支气管封堵器,断流技术都可以促进术中肺的萎陷,并且与未使用断流技术的试验组相比,低氧血症的发生率差异无统计学意义[14-15]。已有研究[15]证明使用支气管封堵器进行自然萎陷时,肺萎陷所需的时间比使用双腔气管导管更长,但当支气管封堵器与肺断流技术同时运用,肺萎陷速率与使用双腔气管导管进行自然萎陷时基本相等。目前常用的断流时间为15 s～2 min[1,14-16]。有试验者尝试在切皮前先将双腔支气管导管与呼吸机断开2 min,证实单肺通气前2 min断流技术可以加速非通气肺的萎陷,且与未使用肺断流技术相比不会导致低氧血症发生率的增加[16]。也有研究[14]将断开呼吸的时间点选择为进入胸膜腔的瞬间,根据肺I期萎陷时间为1 min,选择断开呼吸1 min后开始启动单肺通气,此种方法可利用大气压对非通气侧肺的挤压作用来加速肺萎陷。

1.5非通气肺吸引法 非通气侧肺吸引技术可使肺顺应性急剧下降,当气管导管大部分或完全被吸引管阻塞时,会在肺中形成较大的负压,加快肺萎陷,缩短胸腔镜下解剖节段切除时的等待时间,且良好的肺萎陷能让外科医生更好地处理节段间边界,缩短手术时长[17]。但是,采用非通气侧肺吸引技术时,吸引力的大小、吸引管的尺寸、吸引的时长以及临床医生操作水平的高低,都会对肺萎陷的质量产生影响。El-Tahan等[18]研究显示,在使用支气管封堵器的情况下,较弱的吸力如10～20 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa)对加快肺萎陷无效,而较强的吸力如40 cmH2O则可能会损伤气道黏膜,导致严重的低氧血症和肺部水肿,甚至危及生命,而当吸引压力为30 cmH2O时,通过支气管封堵器的吸引口进行吸引,可缩短完全肺萎陷的时间,并且与单纯的肺断流技术相比,非通气侧肺吸引技术可缩短53.1%的时间实现完全肺萎陷,且不会引起气道并发症。但在相同的压力下使用双腔气管导管时,却不会在临床上显著促进肺萎陷。因此,采用非通气侧肺吸引技术时,使用支气管封堵器,且吸引压力为30 cmH2O时,可有效且安全的加快肺萎陷速率。

2 肺复张

2.1肺复张的方法 手术结束后,萎陷肺的良好复张是保证肺功能的前提,以此减少术后肺部并发症的发生,改善患者预后。超声引导下的肺复张法证明,手控膨肺明显有助于儿童和老人在麻醉期间萎陷肺的复张[19-21]。手控膨肺通过短暂提高气道压力,打开肺泡,可增加动脉氧合,降低机械通气时的呼吸阻力,恢复肺的顺应性[22]。手控膨肺时若潮气量较小或气道压力较低,萎陷的肺泡将难以复张。Rothen等[23]采用电子计算机断层扫描(computed tomography,CT)观察萎陷肺的复张,并且用多种惰性气体法研究膨肺对通气血流比值的影响,显示在手动膨肺气道压力(airway pressure,Paw)=40 cmH2O并持续15 s后,20 min和40 min的平均肺分流由麻醉诱导后的7.5%分别下降至1.0%和2.8%。然而由于气道闭合导致低通气血流比区域从之前的3.7%增加至10.6%和7.8%。但总的效应是平均肺泡动脉氧分压差由14.3 kPa降低至11.1 kPa,说明此种膨肺方法可以改善气体交换。因此,若采用持续恒定压力手控膨肺时,潮气量达到肺活量,且Paw=40 cmH2O并持续15 s以上,可以使萎陷的肺泡几乎完全复张[24]。

肺超声检查可在围手术期通过半定量评分准确评估肺的通气损失程度,明确萎陷肺的面积,并有助于确认手控膨肺后肺复张的效果。超声引导下的递进压力手控膨肺是指,将气道压力从10 cmH2O逐渐递增,每次增加5 cmH2O,最大气道压力不超过40 cmH2O,潮气量限制在20 mL/kg,FiO2为0.4,直至超声成像下无明显肺塌陷区域。该方法与持续恒定压力的手控膨肺相比,递进压力的手控膨肺联合个体化呼气末正压可更好的实现麻醉后萎陷肺的复张,改善氧合[25]。

2.2个体化呼气末正压通气(positiveend-expiratory pressure,PEEP) 单肺通气后使用PEEP可以有效帮助萎陷肺复张,从而改善氧合。PEEP改善氧合的机制主要是保持肺泡开放[26], 防止呼气末肺泡萎陷,在不增加机械张力的情况下减少肺损伤的风险,但过度PEEP可引起肺泡过度膨胀,减少静脉回流并增加右心室后负荷,引起血流动力学损害,从而增加分流和恶化氧合[27]。因此,适当的PEEP显得尤为重要。单肺通气后采用肺复张法重新开放塌陷的肺泡,然后应用5 cmH2O的PEEP维持目前最常用于胸外科手术[28]。

但随着进一步的研究[29]显示,固定的PEEP值可能不适用于所有患者。由于个体差异(如胸廓的大小和形状、腹腔容量、肺容量和胸腔压力等),导致个体对PEEP的需求也存在较大的差异。因此,个体化PEEP显得尤为重要。

最佳PEEP是指能够产生最大呼吸系统顺应性的PEEP水平[30]。目前有几种确定个体化PEEP的滴定方法,如肺顺应性指导法[31]、电阻抗断层扫描法[27]、肺超声法[32]、食管测压法以及跨肺压法等。个体化最佳PEEP的应用,在血流动力学稳定的前提下,可以显著提高肺的顺应性,降低驱动压,改善肺的氧合[29]。胸外科手术患者常因肿块大小、部位或伴随肺部疾病的不同,在呼吸顺应性方面存在差异[33]。因此对于不同的患者,设置相同的PEEP可能导致肺过度膨胀或肺通气不足。在这种情况下,使用个体化水平的PEEP比标准水平的PEEP更能有效实现单肺通气后肺的复张。有实验[29]显示,在肺复张法后采用基于肺顺应性的PEEP递减滴定法,得到的最佳个体化PEEP为(8.8±2.4)cmH2O,与常规设置的5 cmH2O固定PEEP差异有统计学意义,且最佳PEEP与身体质量指数呈显著正相关。个体化PEEP的应用有利于萎陷肺更好的复张,可以改善患者的氧合,并倾向于在递进压力手控膨肺法后持续使用。

2.3肺复张的注意事项 麻醉状态下,高FiO2常常与吸收性肺萎陷的发生有关。纯氧的吸收性肺萎陷和自由基对肺泡膜的损害都会导致肺内分流增加,氧合功能减退,暴露于高浓度氧的环境下对肺表面活性剂的性能有负面影响[13]。当单肺通气后萎陷肺需再次复张时,如果使用低浓度的氧气,可以延缓复张的肺再次塌陷的速度。临床研究[10]表明,气体吸收在麻醉相关肺萎陷的发生中起关键作用。当气道完全阻塞或通气血流比低于临界水平时,会发生吸收性肺萎陷。在相同的膨肺压力下,采用较低的FiO2可延长气道关闭后气体滞留的时间,延缓复张肺泡的再次塌陷。有研究者在超声引导下行肺复张术,显示在肺复张期间,使用高FiO21.0与使用低FiO20.4相比,高FiO2不仅不会产生更大的氧合效益,反而会加快复张肺泡再次塌陷的速度[34]。因此,空氧混合降低吸入气的含氧浓度,可以延缓单肺通气后,非通气肺复张肺泡再次塌陷的速度,保证肺的通气和氧合功能。FiO2低于0.6可减缓大多数肺泡再次发生塌陷的速度[35]。手法肺复张可以逆转萎陷的肺泡,适当的PEEP可以维持肺泡的开放,但目前手法肺复张的持续时间没有统一标准。有研究[36]表明,与持续时间为30 s的手法肺复张相比,连续三次持续时间为10 s的手法肺复张,可以减少复张期间循环的周期波动。但与持续时间为15 s的手法肺复张相比,持续时间为30 s时,持续时间较长的手法肺复张和缓慢的升高气道压力,可有效改善肺功能,同时最大限度地减少对肺部的生物学影响[37]。目前,手法肺复张的持续时间通常为15～40 s[38-40]。

3 总结与展望

综上所述,单肺通气前吸入高浓度氧气或混合吸入27.7%～48.7%氧化亚氮,并配合使用肺断流技术,以及单肺通气后行非通气侧肺吸引技术,将有利于加速非通气侧肺萎陷。而单肺通气后萎陷肺的复张,较低FiO2的复张气体、适当的膨肺压力以及个体化PEEP是更好的选择。

虽然目前大多数麻醉医师使用双腔支气管导管作为手术肺萎陷的首选,但是随着不断研究,双肺通气联合人工气胸技术、非插管胸腔镜手术(nonintubatedvideo-assisted thoracic surgery,NIVATS)等都正在逐渐开展。单腔气管插管加人工气胸行单肺通气[41-42],可明显提高胸腔镜食管癌根治术中淋巴结清扫数量,减轻手术对患者血流动力学及肺功能的影响,且术野暴露程度良好。NIVATS通常是在局部麻醉和静脉镇静下对自主呼吸的患者进行的,目前已安全应用于小、中、大型胸外科手术,如复发性气胸胸膜切除术、胸膜造口术、肺气肿手术、肺活检等[43]。随着麻醉与手术技术的进步,这或许会为未来的发展提供新的方向。