心肺功能導(dǎo)向的保護性通氣策略的應(yīng)用進展*

姜 希 綜述 徐 懋 審校

(北京大學(xué)第三醫(yī)院麻醉科，北京 100191)

全麻手術(shù)后發(fā)生心肺并發(fā)癥的風(fēng)險可直接影響到患者術(shù)后轉(zhuǎn)歸、周轉(zhuǎn)及醫(yī)療成本[1，2]，其中肺部并發(fā)癥是增加患者術(shù)后病死率的主要因素之一[3]。機械通氣與術(shù)后肺部并發(fā)癥(postoperative pulmonary complications，PPC)關(guān)系密切，傳統(tǒng)高潮氣量(8～10 ml/kg)會造成氣壓傷、容積傷、萎陷傷和生物傷等，引起機械通氣相關(guān)肺損傷(ventilation induced pulmonary injury, VILI)[4]。以低潮氣量(low tidal volume，LTV)、呼氣末正壓(positive end-expiratory pressure，PEEP)和肺復(fù)張(recruitment maneuvers，RM)綜合方法為核心的肺保護性通氣(protective lung ventilation，PLV)策略，可降低圍術(shù)期肺部并發(fā)癥，改善患者預(yù)后[5～7]。但是PLV可改變通氣容量和壓力，由此影響胸內(nèi)壓和心功能，通過心肺交互作用引起心功能及血流動力學(xué)變化。因此，我們需要不斷優(yōu)化PLV，在探究PLV減少肺部并發(fā)癥的同時，還應(yīng)關(guān)注通氣改變引起的心功能變化，這對改善患者預(yù)后和轉(zhuǎn)歸有積極意義。本文對心肺功能導(dǎo)向的PLV策略的應(yīng)用進展進行文獻總結(jié)。

1 機械通氣與心肺功能密切相關(guān)

機械通氣的對象為急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)等呼吸衰竭的患者[8]和肺功能正常的全麻手術(shù)患者[9]。心肺功能評估的指標(biāo)有心室功能、血流動力學(xué)、肺功能、肺血管力學(xué)及氣血交換能力等，血流動力學(xué)指標(biāo)包括前負荷、后負荷、心率和心肌收縮力等[10]。機械通氣可通過心肺交互作用，引起心功能及血流動力學(xué)變化。機械通氣導(dǎo)致胸內(nèi)壓增加、靜脈回心血量減少和肺血管阻力變化等是影響心功能的重要原因[11]。靜脈回心血量減少，右心前負荷減少[12]，同時，肺動脈透壁壓(肺泡壓減胸膜腔壓)增加，肺血管阻力增加，導(dǎo)致右心后負荷增加[13]，兩者共同導(dǎo)致右心每搏量減少。右心搏出量減少導(dǎo)致右心淤血、右心室擴張，幾個呼吸周期后，左心前負荷最終減少，進一步引起左心搏出量減少[14]。臨床麻醉中，短時間機械通氣可能對一般患者無明顯影響，但在心肺儲備功能下降或合并心肺疾病時此交互作用將被放大，導(dǎo)致功能異常[15～17]。對于ARDS患者，4 Hz高頻振蕩通氣比7 Hz高頻振蕩通氣更有利于保護右心功能，表現(xiàn)在前者經(jīng)食道超聲心動圖測量舒張末期右心室/左心室面積比值更小，一定程度上與較好控制PaCO2有關(guān)，4 Hz高頻振蕩與傳統(tǒng)PLV策略相比對右心室功能影響相當(dāng)[18]。Stueber等[19]研究重大創(chuàng)傷急診手術(shù)中，高PEEP組(≥8 mbar)相比低PEEP組(<8 mbar)氧合能力更強[入重癥監(jiān)護室時血氣分析中Horowitz指數(shù)[(414±136)mm Hg vs. (345±124)mm Hg，P=0.02]。在容量和心功能相對正常的情況下，循環(huán)系統(tǒng)對機械通氣影響有一定代償，但在低容量或心功能不全的情況下，機械通氣對血流動力學(xué)的影響不容忽視。臨床常見到低容量患者行正壓通氣后血壓下降，左心功能異常的患者脫機后出現(xiàn)肺水腫的情況，均是機械通氣對血流動力學(xué)影響的典型表現(xiàn)[20]。因此，觀察不同手術(shù)類型和不同病理生理條件下的心肺交互作用，有助于在應(yīng)用或撤離機械通氣時，考慮通氣策略對血流動力學(xué)的可能影響，最大限度地減少機械通氣對患者心肺功能的影響。

2 心肺功能導(dǎo)向的PLV

臨床實踐中不僅應(yīng)關(guān)注機械通氣對肺臟的影響，還應(yīng)關(guān)注其產(chǎn)生的血流動力學(xué)效應(yīng)。在實施PLV時，保護肺的同時應(yīng)避免機械通氣對循環(huán)的影響，進而達到改善患者預(yù)后的目的[21]。

心肺功能導(dǎo)向的PLV的提出是源于對ARDS患者的機械通氣治療。ARDS患者表現(xiàn)為呼吸衰竭，機械通氣是重要的治療手段之一，但該疾病與血流動力學(xué)失代償也密切相關(guān)，源于肺和右心室之間的交互作用，長期機械通氣可能加劇右心衰，患者最終會出現(xiàn)心功能異常[22]。機械通氣本身的目的是復(fù)張塌陷肺泡，增加功能殘氣量，糾正低氧血癥，降低肺血管阻力，改善右心后負荷及血流動力學(xué)。然而由于ARDS 時的肺內(nèi)病變不均一，使用RM及高 PEEP 在復(fù)張塌陷區(qū)域肺泡的同時，導(dǎo)致相對正常區(qū)域的肺泡過度膨脹，增加右心后負荷、降低心輸出量及惡化血流動力學(xué)。此時肺血管阻力是否降低取決于過度膨脹和復(fù)張肺泡數(shù)目的平衡[21]。術(shù)后膿毒癥豬模型的動物實驗顯示，PLV(6 ml/kg，PEEP 10 cm H2O)與傳統(tǒng)通氣(10 ml/kg，PEEP 5 cm H2O)相比，肌鈣蛋白升高少[中位數(shù)0.19(四分位數(shù)0.05，0.31)mmol/Lvs.中位數(shù)0.36(四分位數(shù)0.17，0.60)mmol/L]，表明PLV時內(nèi)毒素引起心臟損傷相對較小[23]。機械通氣易導(dǎo)致肺高壓和右心功能障礙，連續(xù)右心功能評估可指導(dǎo)機械通氣治療ARDS的強度，同時進行右心保護的通氣策略[21]。右心室PLV策略[22，24]：①減少肺張力(限制平臺壓和驅(qū)動壓)；②減少高碳酸血癥；③提高氧合能力糾正缺氧肺血管收縮，但是對于一些嚴(yán)重的患者，達到這3個目標(biāo)是互相矛盾的，具體的標(biāo)準(zhǔn)也有待驗證。Liu等[25]探討PLV策略對于冠心病患者行肺癌切除手術(shù)的作用，PLV策略組(6 ml/kg和6 cm H2O PEEP)與對照組(10 ml/kg和 0 cm H2O PEEP)比較，在單肺通氣轉(zhuǎn)換為雙肺通氣時氧分壓更高[(316.4±105.5)mm Hg vs. (368.0±114.1)mm Hg]，血流動力學(xué)順應(yīng)性更好[(33.7±5.6)ml/cm H2O vs.(38.5±6.6)ml/cm H2O，P<0.05]及氣道壓較低[(18.6±3.4)cm H2O vs. (16.0±2.9)cm H2O，P<0.05]。

機械通氣與循環(huán)間的相互關(guān)系已日益被人們重視，在心臟和胸外科大手術(shù)中，心肺儲備功能降低，心肺交互作用更為明顯，調(diào)節(jié)好心肺相互關(guān)系已成為圍術(shù)期管理的巨大挑戰(zhàn)。在機械通氣時，強調(diào)實施機械通氣時保護循環(huán)功能和維持血流動力學(xué)穩(wěn)定，有利于改善患者預(yù)后。

3 PLV與血流動力學(xué)的關(guān)系

3.1 低潮氣量與血流動力學(xué)的關(guān)系

低潮氣量減輕局部肺泡過度膨脹造成的容積傷，也可減輕肺泡擴張不均導(dǎo)致局部肺泡受力增大造成的氣壓傷，PLV的應(yīng)用將低潮氣量和一定的PEEP水平結(jié)合，以便能夠以最小的平臺壓避免肺泡塌陷，降低術(shù)后肺不張和肺部感染[4]。Lansdorp等[26]研究顯示隨著機械通氣潮氣量的增加(4、6、8、10 ml·kg-1)，氣道壓、胸內(nèi)壓、心包壓和中心靜脈壓分別增加(0.9±0.2)、(0.5±0.3)、(0.3±0.1)、(0.3±0.1)mm Hg·ml-1·kg-1，潮氣量為8 ml/kg時，肺順應(yīng)性明顯下降，從(0.12±0.07)L/cm H2O降至(0.09±0.03)L/cm H2O，同時增加的潮氣量會使心搏出量減少[潮氣量 4 ml·kg-1vs. 10 ml·kg-1；(43.1±7.2)ml·m-2vs.(40.5±7.2)ml·m-2]，所以低潮氣量相比高潮氣量對循環(huán)維持更為有益。一項關(guān)于肺癌的回顧性研究顯示，129例單肺切除術(shù)中55例發(fā)生心肺并發(fā)癥，12例因心血管并發(fā)癥導(dǎo)致死亡，包括心肌梗死、不穩(wěn)定性心絞痛和嚴(yán)重心律失常，由此認為潮氣量<7.35 ml/kg(OR=0.36，95%CI：0.10～0.92，P=0.03)的PLV是降低心肺并發(fā)癥的獨立因素[27]。由此可見，低潮氣量機械通氣相比較高潮氣量機械通氣，更易維持血流動力學(xué)穩(wěn)定，更易減少心肺并發(fā)癥，改善預(yù)后。

3.2 PEEP與血流動力學(xué)的關(guān)系

低潮氣量與PEEP可以減少機械通氣時反復(fù)肺膨脹的剪切應(yīng)力，但PEEP使胸內(nèi)壓增加，增加上下腔靜脈血管的壓力，引起回流阻力升高，使右心室前負荷減少，導(dǎo)致回心血量減少，同時PEEP增加右心室后負荷(肺血管阻力增加)和右心室射血阻力，右心每搏量減少，右心室的每搏量即左心室的前負荷，PEEP使右心室搏出量減低，幾個心搏周期后，最終會導(dǎo)致左心室充盈減低，每搏量減少[28,29]。PEEP雖然可能減少心輸出量，但較低的PEEP可以改善低血氧，增加血容量和靜脈壓力。Jardin等[28]對10例ARDS分別進行PEEP 0、15、30 cm H2O機械通氣，隨著PEEP升高(PEEP 0、15 cm H2O vs. 30 cm H2O)，左心指數(shù)降低[(3.99±1)、(3.61±1.3)L·min-1·m-2vs.(2.60±0.68)L·min-1·m-2]，心搏指數(shù)降低[(40.5±9.9)、(36±9.9)L·次-1·m-2vs.(25±4.7)L·次-1·m-2]，左心室收縮末壓降低[(128±21)、(124±13)mm Hg vs.(124±20)mm Hg]，二維超聲心動圖測量的左心室收縮末期和舒張末期橫截面積都降低(PEEP 0 vs. 30 cm H2O，P<0.01)，室間隔曲率的半徑也隨著PEEP升高而減小，說明室間隔左移，左心室充盈減低。該研究證實較高的PEEP會影響機械通氣的血流動力學(xué)，適當(dāng)?shù)腜EEP才能對血流動力學(xué)產(chǎn)生積極效應(yīng)。對于嚴(yán)重的慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)患者，無論低潮氣量和高潮氣量，間斷的正壓通氣可以增加吸氣相心臟舒張期肺動脈壓力(diastolic pulmonaryarterial pressure，dPAP)，減少右心室每搏量。dPAP與肺血管阻力息息相關(guān)，且不受右心室每搏量的影響，較好地反映肺血管動力學(xué)，因為它既反映肺循環(huán)，也反映左心前向壓力[30]。單肺通氣(one-lung ventilation，OLV)時PEEP的作用依賴于每個患者的肺機械能力，OLV可降低動脈氧合[31]，大多數(shù)COPD患者在OLV時發(fā)展為自動正壓通氣，導(dǎo)致肺過度膨脹，并且增加肺內(nèi)分流，正常人在OLV時，自動正壓通氣的壓力小于其功能殘氣量，因此受益于呼吸機的PEEP，減少肺血管阻力，提高氧合[32，33]。Fu等[34]報道由于OLV時手術(shù)區(qū)域的胸膜是不完整的，另一側(cè)是完整的，機械通氣引起的胸內(nèi)壓的周期變化仍然可以在某種程度上傳送到肺血管和右心房，從而影響心搏量，PLV(潮氣量：6 ml/kg，F(xiàn)iO2：50%，PEEP：5 cm H2O)的低潮氣量在機械通氣中產(chǎn)生的循環(huán)壓力，可影響每搏量變異度(stroke volume variation，SVV)與脈壓變異度(pulse pressure variation，PPV)這些反應(yīng)血流動力學(xué)參數(shù)準(zhǔn)確性的指標(biāo)。持續(xù)的PEEP可以增加胸內(nèi)壓，PLV組與傳統(tǒng)通氣策略組相比，SVV、PPV等反映液體反應(yīng)性的指標(biāo)靈敏度和特異度都高。由此可見，PEEP在心肺功能導(dǎo)向的PLV中發(fā)揮重要作用，適當(dāng)呼氣末壓力對血流動力學(xué)產(chǎn)生積極效應(yīng)。

3.3 RM與血流動力學(xué)的關(guān)系

RM可致機械通氣后呼吸末正壓，增加急性肺損傷(acute lung injury,ALI)或ARDS患者肺容量，有效的RM可以幫助提高氣體交換，減少呼吸機相關(guān)性肺損傷。然而，由于氣道壓上升，RM會引起短暫的跨肺壓增加，導(dǎo)致胸內(nèi)壓增加，肺血管阻力增加，由此肺內(nèi)分流增加，靜脈回流減少，引起左心室舒張末期搏出量減少[35～38]，RM有可能會造成血流動力學(xué)損害，因此，RM更適用于血流動力學(xué)穩(wěn)定的機械通氣患者。Lim[35]觀察RM對3種不同性質(zhì)的ALI的影響，RM時，肺炎所致ALI心輸出量減少程度(0.49×基礎(chǔ)心輸出量)，比油酸性ALI(0.67×基礎(chǔ)心輸出量)及呼吸機相關(guān)性肺損傷(0.79×基礎(chǔ)心輸出量)降低更為明顯。且在RM后5 min，油酸性ALI和呼吸機相關(guān)性肺損傷組心輸出量可回復(fù)至正常水平，肺炎所致ALI在RM后15 min后心輸出量仍比基礎(chǔ)水平低，說明RM可暫時的、較大程度地降低3種性質(zhì)ALI的心輸出量，需謹慎使用，尤其在患者并發(fā)肺炎時切忌長時間膨肺。Das等[39]在RM策略應(yīng)用于ARDS患者血液動力學(xué)影響的研究中指出，RM可以使重度ARDS患者增加氧供，但是使輕度和中度ARDS患者氧供下降，初始的較高心輸出量可以抵消因RM本身造成胸內(nèi)壓增高的副作用，起到保護作用。一項近期的隨機對照臨床試驗顯示，全麻機械通氣及體外循環(huán)后，局部肺換氣不足到肺不張、肺泡塌陷均可通過激活缺氧性肺血管收縮反應(yīng)，使肺毛細血管閉塞，導(dǎo)致右心流出量減少，進而損害右心室功能，但RM策略可以改善體外循環(huán)后的右心室功能。對照組采用常規(guī)通氣策略(PEEP 6 cm H2O)，實驗組手術(shù)結(jié)束時采用RM策略(PEEP 10 cm H2O)，在手術(shù)前、手術(shù)結(jié)束及手術(shù)結(jié)束30 min后，經(jīng)食道超聲測定血流動力學(xué)及心功能參數(shù)，手術(shù)結(jié)束時測定2組心功能參數(shù)(三尖瓣環(huán)平面收縮位移、心肌工作能力指數(shù)、右心室射血分數(shù))，證實95%患者出現(xiàn)右心室功能輕度降低，組間差異無顯著(P=0.16)，手術(shù)結(jié)束30 min后右心功能參數(shù)僅在實驗組改善(P<0.001)，右心室射血效率增加107%，對照組CI進一步下降[40]。Aretha等[41]報道全麻下行剖宮產(chǎn)手術(shù)時，無論壓力控制或容量控制機械通氣，使用RM與不使用RM相比，前者拔管前10、20 min與術(shù)后氧飽和度都更高，肺順應(yīng)性也比對照組高29.7%～42.5%，PaO2、PaO2/FiO2和氧飽和度也更高 (9.4%～12%、10.3%～11.9%和0.4%～1.3%)，2組血流動力學(xué)穩(wěn)定性無明顯差異。Godet等[42]報道對早期ARDS患者進行1 h高頻率震蕩通氣，可使肺泡復(fù)張，顯著提升氧合能力與血流動力學(xué)，通氣30～60 min血氣中氧合指數(shù)(PaO2/FiO2)明顯升高(P<0.05)；通氣10～30 min平均動脈壓顯著升高(P<0.05)； 通氣起始與通氣60 min相比，去甲腎上腺素用量減少 [0.34 (0.24～0.63) μg·kg-1·min-1vs. 0.19 (0.08～0.32) μg·kg-1·min-1]。綜上，在機械通氣中，RM也能通過心肺交互作用影響血流動力學(xué)，RM對心肺保護作用有雙向性，在麻醉管理中以血流動力學(xué)管理為導(dǎo)向目標(biāo)的重要性日益增加，需合理使用RM。

4 PLV與液體管理及患者對液體反應(yīng)性的關(guān)系

機械通氣時液體管理具有階段性，在實施及撤離機械通氣前均應(yīng)進行循環(huán)容量的評估，以免通氣前容量不足及撤機前容量過負荷造成的血流動力學(xué)紊亂。在疾病早期血管通透性升高，血管內(nèi)容量滲出到組織間隙，可導(dǎo)致容量不足。同時由于正壓通氣引起回心血量降低及每搏量下降，在早期或炎癥反應(yīng)階段需要充足的補液以保證血管內(nèi)容量及每搏量，同時防止補液過度導(dǎo)致肺水腫。炎癥控制后，組織間隙的水向血管內(nèi)流動，此時需要積極主動地進行液體負平衡，以促進肺部炎癥滲出吸收，并改善靜脈回流及內(nèi)臟器官的灌注。因此，心肺導(dǎo)向的保護性通氣策略不僅能保護肺，更重要的是保護循環(huán)。

Marret等[27]報道129例單肺切除術(shù)后主要并發(fā)癥包括呼吸衰竭、肺栓塞、肺炎等，有主要并發(fā)癥的患者總液體灌注量為(3.8±1.5)L，無主要并發(fā)癥的患者總液體灌注量為(2.5±1.3)L(OR=1.96，95%CI：1.45～3.16，P=0.0001)，說明術(shù)中PLV策略需要與合理的液體灌注量配合，避免過多液體灌注造成呼吸和循環(huán)并發(fā)癥。Pinsky等[43]總結(jié)機械通氣時心肺的交互作用，由于通氣循環(huán)改變胸內(nèi)壓，進而影響右心房壓力的改變，右心房壓力是靜脈回流的下游壓力，右心房壓力增加瞬間降低這種壓力梯度，使靜脈回到右心室減少，胸腔內(nèi)血容量減少。由于SVV與PPV是壓力從氣道傳導(dǎo)至胸膜及心包的間隙而生成，所以PPV與SVV在ALI時使用低潮氣量機械通氣(≤8 ml/kg)與驅(qū)動壓<20 cm H2O時是不準(zhǔn)確的[34，44，45]。Kang等[29]報道心臟手術(shù)時PEEP分別為0、5、10 cm H2O，低潮氣量組與傳統(tǒng)潮氣量組的SVV敏感性最優(yōu)閾值分別均為13.5%、13.5%、14.5%，說明可能PEEP為10 cm H2O時胸膜壓與胸內(nèi)壓更高，所以SVV反映液體反應(yīng)性時的靈敏性應(yīng)依據(jù)PEEP不同水平而異。Biais等[45]研究顯示全麻手術(shù)采用低潮氣量機械通氣時：①RM時每搏量減少30%可以預(yù)測灌注250 ml生理鹽水的作用；②RM引起的SVV與PPV相比，前者對液體反應(yīng)性的靈敏度更高；③使用RM時SVV與補液后(250 ml生理鹽水)SVV相比，其對液體反應(yīng)性的靈敏度相似。同樣，單肺通氣時，PLV(proP：6 ml/kg，F(xiàn)iO2：50%，PEEP：5 cm H2O)時SVV和PPV預(yù)測患者容量反應(yīng)性比傳統(tǒng)通氣策略(proC：10 ml/kg，F(xiàn)iO2：100%，PEEP：0)的靈敏度和特異度都低[34]。手術(shù)機械通氣時使用RM，每搏量減少的量級可以預(yù)測前負荷反應(yīng)性[45]。De Broca等[46]報道上腹部手術(shù)中，RM時SVV可以預(yù)測患者容量反應(yīng)性，RM時患者SVV均下降。RM時右心室的血流動力學(xué)改變更依賴前負荷[47，48]。綜上，PLV與液體管理及患者對液體反應(yīng)性密切相關(guān)，心肺導(dǎo)向的RM策略的液體管理應(yīng)具有階段性，以循環(huán)評估為重要衡量指標(biāo)，其對SVV、PPV的影響因通氣策略不同而有所變化。

5 小結(jié)

綜上所述，心肺功能導(dǎo)向的PLV策略的實施可以維持恰當(dāng)?shù)难h(huán)容量，確保充足的心輸出量，改善組織灌注。不斷優(yōu)化PLV，對改善患者預(yù)后和轉(zhuǎn)歸有顯著的臨床價值和推廣意義。PLV中低潮氣量、適當(dāng)呼氣末壓力對血流動力學(xué)產(chǎn)生積極效應(yīng)，RM對于心肺保護作用有雙向性，且PLV可影響液體灌注、SVV預(yù)測容量反應(yīng)性。為避免通氣設(shè)置對血流動力學(xué)的不利影響，應(yīng)在進行機械通氣及實施通氣策略前進行血流動力學(xué)評估，并以血流動力學(xué)治療為導(dǎo)向調(diào)整治療，以保證充足的氧輸送，避免機械通氣造成的循環(huán)紊亂。心肺功能導(dǎo)向的PLV策略將成為臨床麻醉、ARDS患者機械通氣的發(fā)展趨勢。