单肺通气时降低吸入氧浓度对肺损伤的影响

李彭依(综述)，顾连兵(审校)

(1.江苏省麻醉学重点实验室 江苏省麻醉与镇痛应用技术重点实验室，江苏 徐州221002； 2.江苏省肿瘤医院麻醉科，南京210009)



单肺通气时降低吸入氧浓度对肺损伤的影响

李彭依1△(综述)，顾连兵1,2※(审校)

(1.江苏省麻醉学重点实验室 江苏省麻醉与镇痛应用技术重点实验室，江苏 徐州221002； 2.江苏省肿瘤医院麻醉科，南京210009)

摘要：单肺通气(OLV)期间吸入纯氧能使动脉血氧分压维持在较高的水平，但也会导致吸收性肺不张和氧中毒。虽然OLV期间降低吸入氧浓度会使低氧血症的发生率增加，但在充分评估围术期患者全身情况下，适当降低吸入氧浓度(FiO2)能够减轻肺损伤。该文主要描述OLV期间氧中毒肺损伤的机制，介绍近年来OLV期间降低FiO2对肺损伤的研究现状。

关键词：急性肺损伤；肺通气；氧

近年来，随着各方面技术的进步，对胸外科手术患者的年龄和合并症的限制越来越少，平均住院时间也不断缩短，但手术死亡率一直维持在相对稳定的水平[1]。胸科手术后的主要致死原因也已经从心脏并发症转变为肺部并发症，如肺炎、肺脓肿、败血症及急性肺损伤(acute lung injury，ALI)等。ALI主要是手术操作和机械通气造成的，其中单肺通气(one lung ventilation，OLV)相关性肺损伤已成为目前研究的热点。OLV致肺损伤的因素较多，如肺气压伤、肺容积伤、肺不张伤及缺血缺氧性损伤等[2]，由此发展而来的急性呼吸窘迫综合征具有较高的病死率[3]。现主要综述OLV期间降低吸入氧浓度(fraction of inspired oxygen，FiO2)对肺损伤的影响。

1对氧中毒肺损伤认识的发展

早在1878年，Bert已经描述了高压氧对于中枢神经系统的影响，随后Lorrain-Smith研究了高压氧对动物肺脏的损害，他们将动物暴露在300 kPa的 100% O26 h以上，最终动物死于高氧暴露导致的肺部疾病[4-5]。到了20世纪中期，随着呼吸机的发展，它在为患者机械通气时提供更高浓度O2的同时，患者氧中毒肺损伤逐渐成为了机械通气的一个严重并发症[6]，长时间吸入纯氧会导致肺泡Ⅰ型细胞破坏、毛细血管内皮细胞水肿、肺泡上皮细胞坏死以及鳞状细胞化生等[7]，很多患者因此丧命。

近年来，人们普遍认可了吸入纯氧对人体有不利的影响[8]，故全身麻醉时双肺通气多采用较低的FiO2，推荐不超过60%[9]。

2OLV时氧中毒致肺损伤的机制

2.1炎症反应大量炎性因子募集入肺是氧中毒肺损伤的一个重要原因。高氧促使炎性因子的趋化能力增加，而炎性因子的趋化能力与肺损伤程度呈正相关。肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)、白细胞介素(interleukin,IL)8、IL-6及IL-10等因子与术后感染和系统炎症反应密切相关，且能预测患者的住院时间[10]，这些因子之间的相互激活和级联反应是引起ALI的主要机制之一。TNF-α是由单核-巨噬细胞产生的一种致炎因子，与其他致炎因子形成复杂的免疫网络，能够诱导肺内皮细胞活化、白细胞迁移、粒细胞脱颗粒和毛细血管渗漏。IL-8主要功能是趋化中性粒细胞，促进中性粒细胞黏附内皮细胞和穿过血管壁。IL-6与IL-10是一对研究较多的致炎与抗炎因子，IL-6可能参与了肺水肿的形成[11]，而IL-10能抑制某些促炎因子(TNF-α、IL-6、IL-8等)的产生，防止机体发生继发性的组织损伤。高氧还通过一系列炎性因子的激活和对信号通路的调节[12]，加重肺损伤。核因子κB是从成熟B淋巴细胞核中提取到的一种核蛋白因子，目前认为它对众多基因尤其是涉及炎症反应和免疫反应方面的基因表达起着关键性调控作用。而高氧能激活核因子κB[13]，进而调控一系列炎性因子活性，加重肺损伤。

文献报道OLV期间降低FiO2，能明显降低肺组织匀浆液中IL-8、IL-6、 TNF-α水平[14]。另有文献报道，OLV期间降低FiO2至60%能够减轻肺组织中核因子κB的水平，且非通气侧肺中核因子κB水平显著高于通气侧肺[15]。

2.2氧化应激反应氧化应激反应是指机体遭受各种刺激时，体内的活性氧类 (reactive oxygen species，ROS)生成过多，导致体内氧化与抗氧化失衡，从而导致中性粒细胞浸润，蛋白酶分泌增加，继而导致细胞损伤的病理生理过程。有研究发现，随着FiO2的增高，ROS也不断升高[16]。Nagato等[17]发现高氧能够导致大鼠肺损伤，这种损伤不仅发生在通气侧肺，也发生在非通气侧肺[18]。非通气侧肺在复张后经历了缺血/再灌注损伤(ischemia-reperfusion injury，IR)。IR在氧化应激损伤中也占有重要地位。Misthos等[19]对212例肺部手术患者的前瞻性研究发现，肺复张会引发严重的氧化应激损伤，且产生的ROS的量与OLV的持续时间呈正相关。相比起来，机械通气和手术创伤对ROS的影响较小。

丙二醛与超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)是临床上常用的氧化与抗氧化指标，测量其浓度可以间接反映体内的氧化水平。丙二醛是脂质过氧化的产物，也可以看作是自由基链反应的终产物。肺癌患者的丙二醛水平经常处于较高，切除癌肿以后常伴随丙二醛下降[20]，表明肺癌患者对氧化应激损伤更加敏感。SOD能够有效清除氧离子自由基[21]，从而保护细胞和组织免受氧化应激损伤。研究表明，与OLV期间吸入纯氧相比，吸入50%的O22 h后即可出现血清中丙二醛水平降低、SOD水平升高[22]。

3OLV时降低FiO2的研究现状

由于对低氧血症的顾虑，OLV期间经常吸入纯氧。一方面吸入纯氧能够极大地提高动脉血氧分压(arterial oxygen partial pressure，PaO2)，将PaO2维持在安全的范围能够降低术中严重心律失常的发生，并能促进伤口愈合，提高术后患者免疫力[23]；但另一方面，吸入纯氧也未必一定能够维持满意的氧合，它可造成氧中毒和肺不张[24]。由于氧气很容易吸收入血，易导致部分肺泡萎陷，造成通气/血流比例失调，氧合下降。

关于OLV时应采用多少FiO2，目前尚无定论。米勒麻醉学第6版[25]中提到吸入纯氧的好处远远大于不良影响。米勒麻醉学中文《第7版》[26]，没有明确推荐OLV时FiO2，但是建议OLV期间一旦发生低氧血症，首先采取的措施是提高FiO2。

3.1实验研究Olivant等[14]用20只幼猪模拟胸腔镜手术，结果发现OLV 3 h后，与100% FiO2组比较，50% FiO2组肺组织中TNF-α、IL-6、IL-8水平降低，而SOD水平增加，表明50% FiO2减轻了肺部炎症反应和氧化应激损伤。游志坚等[13]的兔OLV模型试验结果表明，60%的FiO2能减少肺组织匀浆液中核因子κB的活化，减轻肺损伤。

3.2临床研究Verhage等[27]对30例食管癌患者择期下行开胸手术，为了减少氧中毒和术后ALI，调节FiO2在 70%～100%，结果多数患者能够维持动脉血氧饱和度(arterial oxygen saturation，SaO2)>92%，SaO2最低降至88%。

王继岚和张孟元[28]对60例经左胸食管癌切除患者进行观察，结果发现相比吸入纯氧，OLV期间吸入80%的O2能够导致血清中IL-6、IL-8、丙二醛水平降低，SOD水平升高，进一步降低FiO2至60%，对无基础心肺疾病的患者来说也是安全的。

Yang等[29]将100例美国麻醉医师协会(American Society of Anesthesiologists,ASA)Ⅰ～Ⅱ级拟行开胸肺叶切除的患者随机分为两组：与传统通气组相比，保护性通气组将FiO2由100%降低至50%，潮气量由10 mL/kg降低至6 mL/kg，呼气末正压通气由0 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa)提高至5 cmH2O。 结果发现在OLV 时，虽然保护性通气组有58%需要将氧浓度提高到100%以维持足够的氧合，但其肺部并发症(包括肺渗出和肺不张)的发生率均低于传统通气组。

Ahn等[30]在Yang等[29]研究基础上又进行了深入研究。他们将试验对象设定为ASAⅠ～Ⅱ级的拟行腔镜下肺叶切除的患者，通气方式同上。结果却发现两组试验对象血清中IL-6、 丙二醛水平的差异无统计学意义，认为可能的原因为所选择试验对象术前没有炎症反应和损伤，且腔镜手术是微创的，故没有触发炎性因子大量释放，且所使用的硬膜外麻醉减轻了炎症反应。但是，作者同时指出血标本中指标反映全身炎症反应水平，肺泡灌洗液和肺组织匀浆液中相关炎性因子水平更能反映肺损伤程度。

4OLV期间降低FiO2的安全性评价

对于OLV期间的FiO2，目前仍然存在争议。文献报道，60%的FiO2有降低术后肺部感染的趋势[3，31]，也有学者认为更低的FiO2(30%~50%)[32]既能维持满意的氧合又能减轻肺损伤。当OLV期间 FiO2为30%时，低氧血症的发生率为100%[22]。

尽管OLV期间吸入较低的FiO2能够减轻肺损伤，但是患者的安全仍然是首要问题，因此降低FiO2必须在保证足够氧合的前提下进行。Olivant等[14]认为，OLV期间应保证SaO2≥96%；Yang等[29]和Ahn等[30]认为必须保证脉搏血氧饱和度(pulse oxygen saturation，SpO2)≥95%，且需要调节其他参数维持动脉血二氧化碳分压在35～45 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)，而Della和Coccia[32]与Karzai和Schwarzkopf[33]则认为只要能维持SpO2在90%以上，患者即能耐受OLV，应尽量不用纯氧。米勒麻醉学第7版[26]指出，OLV期间应维持SaO2>90%(PaO2>60 mmHg)，并且对于没有其他严重并发症的患者来说，初期SaO2短暂处于80%也是可以接受的。一旦OLV期间发生任何的并发症，采取的首要措施是提高FiO2至100%，如果在吸入纯氧的情况下仍不能保证满意的氧合，则间断恢复双肺通气。

既往临床研究中报道过的试验对象多为ASAⅠ级或Ⅱ级的成年人，心功能Ⅰ～Ⅱ级的肺功能基本正常(一秒率≥80%或者一秒用力呼气容积/用力肺活量≥0.7)，围术期无慢性支气管炎、哮喘、结核及呼吸道感染等，且其他系统功能都在代偿范围内。而临床上胸外科患者情况往往比较复杂，常存在多种缺氧高风险因素，包括局部血流受限(如冠状动脉粥样硬化性心脏病和脑血管疾病)和携氧能力受限(如贫血或心肺储备低)的患者，他们对于OLV的耐受性往往较差，对于这类患者首要关注的仍是患者的安全，降低FiO2是否可行，仍然缺乏相关证据。大部分文献将研究对象年龄控制在65岁以内，临床上儿童OLV期间降低FiO2是否合适，仍缺乏足够的研究。

5结语

降低OLV期间FiO2可以减轻肺损伤，但是由于低氧血症的顾虑及患者对OLV的耐受性的差异，并不是所有的患者都是适合的，在临床操作中降低FiO2必须在保证患者足够氧合的前提下进行。术中的动脉血气分析对于保证患者安全是有必要的。多少水平的FiO2对于患者来说既是安全的又能减轻肺损伤，目前仍没有一致的结论。

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Effect of Decreasing Fraction of Inspired Oxygen on Lung Injury during One Lung VentilationLIPeng-yi1,GULian-bing1,2.(1.JiangsuProvinceKeyLaboratoryofAnesthesiology,JiangsuProvinceKeyLaboratoryofAnesthesiaanAnalgesiaApplicationTechnology,Xuzhou221002,China; 2.DepartmentofAnesthesiology,JiangsuProvinceCancerHospital,Nanjing210009,China)

Abstract:During one lung ventilation(OLV) the inhaled 100% O2can keep arterial oxygen partial pressure(PaO2) at a high level,however it may lead to inhaled atelectasis and oxygen toxicity.Although decreasing FiO2increased the incidence of hypoxemia during OLV,an intensive perioperative monitoring and appropriate low FiO2can be helpful to reduce acute lung injury.Here is mainly to describe the mechanisms of pulmonary oxygen toxicity during OLV,and introduce the recent research status of the influence of decreasing FiO2on lung injury during OLV.

Key words:Acute lung injury; Pulmonary ventilation; Oxygen

收稿日期:2014-11-10修回日期:2015-03-13编辑:薛惠文

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.20.028

中图分类号：R614

文献标识码:A

文章编号：1006-2084(2015)20-3720-03