低潮气量反比通气联合PEEP对单肺通气患者肺功能的影响

任铭 张望平 祝胜美

低潮气量反比通气联合PEEP对单肺通气患者肺功能的影响

任铭 张望平 祝胜美

目的 探讨低潮气量反比通气联合PEEP对肺叶切除患者单肺通气时肺功能及炎症因子的影响。方法 将80例择期行肺叶切除手术患者按随机数字表法分为常规通气组与反比通气组，每组40例，支气管插管全身麻醉后行机械通气，反比通气组吸呼比为2∶1，常规通气组吸呼比为1∶2。记录麻醉前（T0）、麻醉后5min（T1）、单肺通气开始（T2）、单肺通气45min（T3）及手术结束（T4）不同时点呼吸力学指标，采集T0、T3时点的动脉血和中心静脉血进行血气分析，计算氧合指数（OI）。用纤维支气管镜采集T1、T3时点支气管肺泡灌洗液，用ELISA法检测IL-6、IL-8及IL-1β水平变化。结果 与常规通气组比较，反比通气组动脉血氧分压（PaO2）、平均气道压和肺的顺应性（CL）明显增加，同时平台压降低，IL-6、IL-8及IL-1β释放减少（P＜0.05）。结论 低潮气量反比通气联合PEEP可改善通气和低氧血症，增加肺的顺应性，降低平台压，减少炎症因子释放。

反比通气 单肺通气 肺损伤 炎症因子

低氧血症是单肺通气的常见并发症，文献报道发生率为5%～10%[1]。对于急性呼吸窘迫患者，反比通气能保持较高的平均气道压，防止肺泡萎陷，改善氧合[2-4]，但其能否改善胸科手术单肺通气中的低氧血症，减轻肺损伤的相关研究尚少。笔者观察了低潮气量反比通气联合呼吸末正压通气（PEEP）对单肺通气患者呼吸功能的影响，现将结果报道如下。

1 对象和方法

1.1 对象 选择浙江大学医学院附属第一医院2013 年11月至2015年6月择期行开胸肺叶切除术单肺通气的患者80例，男52例，女28例，ASAⅡ级，年龄37～65岁，BMI 21～29（24.1±3.7）kg/m2，最大通气量＞70L/ min。其中中央型肺癌46例，外周型34例，左肺病变37例，右肺病变43例，手术时间＞60min。所有患者均无严重循环系统疾病，排除有气道过敏及免疫治疗史患者。按随机数字表法将患者分为常规通气组与反比通气组，每组40例，反比通气组吸呼比为2∶1，常规通气组吸呼比1∶2。两组患者性别、年龄、BMI、肺功能（最大通气量）、单肺通气时间及手术时间等比较差异均无统计学意义（均P＞0.05），详见表1。本研究经浙江大学医学院附属第一医院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。

表1 两组患者一般资料的比较

1.2 方法 两组患者麻醉前30min肌肉注射阿托品0.5mg、苯巴比妥钠0.1g。入手术室后建立静脉通路，监护生命体征。应用心电监测仪（美国GE公司生产）监测心电图（ECG）、血压（BP）、心率（HR）、脉搏血氧饱和度（SpO2）、呼气末二氧化碳分压（PETCO2）、中心静脉压（CVP）等指标。两组患者均采用支气管插管（杭州坦帕公司生产，双腔支气管管径35～39F）全身麻醉（DATEXOHMEDA Aspire麻醉机），全麻诱导：咪达唑仑0.03mg/ kg、芬太尼5μg/kg、丙泊酚2mg/kg、顺阿曲库铵0.15mg/ kg，用微量泵注射顺阿曲库铵0.08～0.1mg/（kg·h），丙泊酚复合瑞芬太尼[（0.1～0.5μg/（kg·min）]静脉维持，采用BIS监测仪（美国Aspect A2000）使麻醉深度维持在BIS 值40～55，采用四个成串刺激（TOF）监测肌松。支气管插管顺利，用纤维支气管镜准确定位后接麻醉机控制呼吸，双肺通气时潮气量（VT）为8ml/kg，呼吸频率（RR）12 次/min，PEEP=0cmH2O，吸入纯氧，氧流量1L/min；单肺通气时实际潮气量（VT）7ml/kg，PEEP=5cmH2O，反比通气组吸呼比为2∶1，常规通气组吸呼比为1∶2，两组其它呼吸机参数一致。手术开始时单肺通气，非通气侧与大气相通，肺残端缝合完毕或关胸后双肺通气。若发生低氧血症（PaO2＜60mmHg或SpO2＜92%）时改为双肺通气，维持PETCO2在35～45mmHg。术中患者取侧卧位，头低10°。术后转入麻醉恢复室，待患者意识恢复，TOF＞90%时拔出气管导管。记录手术时间、单肺通气时间和气管拔管时间及术后并发症（如低氧血症、术后肺不张、住院时间等）。

1.3 观察指标 记录麻醉前（T0）、麻醉后5min（T1）、单肺通气开始（T2）、单肺通气45 min（T3）及手术结束（T4）不同时刻的血流动力学参数和气道峰压（Ppeak）、呼吸道平台压（Pplat）、平均气道压（Pmean）、总PEEP值和动态顺应性（CL）。采集T0、T3时点动脉血和中心静脉血进行血气分析（丹麦ABL8000型血气分析仪），计算氧合指数（OI=PaO2/FiO2）（FiO2=1）。用纤维支气管镜（日本奥林巴斯公司生产）进行通气侧支气管灌洗（20ml 0.9%氯化钠溶液冲洗,回收4～5ml）,然后取样。4℃（3 000r/min，r= 16cm）离心10 min，取上清液保存待测。ELISA法检测IL-6、IL-8和IL-1β水平，采用美国Hyperion MRⅢ型酶标仪测定，具体操作按说明书进行。

1.4 统计学处理 应用SPSS 13.0软件，计量资料以表示，组间比较采用t检验，计数资料组间比较采用χ2检验。

2 结果

2.1 两组患者不同时点血气分析结果的比较 反比通气组PaO2、OI明显提高，两组差异有统计学意义（P＜0.05）；两组pH、PaCO2、HCO3-、SaO2及中心静脉血氧饱和度（ScvO2）比较差异均无统计学意义（均P＞0.05）。详见表2。

表2 两组患者不同时点血气分析结果的比较

2.2 两组患者呼吸力学参数的比较 反比通气组Pplat明显降低，Pmean增加，CL明显改善，两组间Pplat、Pmean、总PEEP及CL比较差异均有统计学意义（均P＜0.05）。详见表3。

2.3 两组患者IL-6、IL-8和IL-1β水平的比较 反比通气组IL-6、IL-8和IL-1β水平均明显低于常规通气组（均P＜0.05）；与T1时点比较，两组患者T3时点IL-6、IL-8和IL-1β水平比较差异均有统计学意义（均P＜0.05），详见表4。

表3 两组患者呼吸力学参数比较

表4 两组患者IL-6、IL-8和IL-1β水平比较（ng/ml）

2.4 两组患者住院时间、拔管时间和术后并发症的比较 术中低氧血症常规通气组3例（7.5%），反比通气组1例（2.5%），低氧血症发生率下降，但两组患者低氧血症发生率无统计学差异（P＞0.05）。住院时间、拔管时间及术后并发症如苏醒延迟、低氧血症等发生率比较均无统计学差异（均P＞0.05），详见表5。

表5 两组患者住院时间、拔管时间和术后并发症的比较

3 讨论

单肺通气是胸科手术中常用的通气方式，既能使患侧肺处于萎陷静止状态，利于手术操作，又能防止患侧分泌物进入健侧肺内，保护健侧肺免受污染。但单肺通气时，术侧肺萎陷导致肺内分流增加、缺氧，健侧肺高气道压，会造成机械通气性肺损伤。高潮气量和高平台压是肺损伤的主要危险因素[5]。反比通气常用于急性肺损伤或者呼吸衰竭患者机械通气改善氧合，而单肺通气容易导致低氧血症，因此本研究将低潮气量反比通气联合PEEP应用于胸科手术单肺通气患者。

单肺通气时，由于采用侧卧位，受身体重力的作用及膈肌上移影响，胸腔容积减小；加之通气侧肺胸廓活动受限，使通气侧肺受压，导致功能性残气量（FRV）减少。反比通气由于延长了吸气时间，潮气量以较低速度进入肺，故其峰压较低[6]。萎陷的肺泡需持续扩张才能张开，延长吸气时间可使其充分充气，使气体在较低Ppeak的情况下在肺内分布更广，更均匀，从而使一部分已萎陷的肺泡复张，提高功能残气量（FRC），促进氧合。反比通气延长吸气时间，可以在增加Pmean而不增加Pplat的情况下改善氧合，其机制为：（1）Pmean增加使萎陷的肺泡开放和肺复张；（2）持续的吸气压力可以使充气不良或不张的肺单位扩张，更有利于气体交换；（3）也有文献表明IRV对改善氧合的作用更可能是由于产生内源性PEEP的改变引起，而不是IRV本身引起的。反比通气延长吸气时间可以使肺充气膨胀时间延长，平均气道压增高，呼气时间的相对缩短导致功能残气量增加和内源性PEEP的产生[7]，PEEP有助于改善CL及氧合功能，能有效防止肺泡萎陷及不张，保持呼气末肺泡相对开放，同时也使已经塌陷的肺泡重新扩张[8]。整个研究期间无高PETCO2（高于45mmHg）发生，因此二氧化碳排除不受影响。

本研究发现，IL-6、IL-8和IL-1β水平在机械通气45min明显升高，随着通气时间的增加，两组患者IL-6、IL-8和IL-1β水平逐渐升高，但是常规通气组升高更为明显，机械通气引发了肺泡炎症反应。炎症因子在应激反应中起重要作用，其中IL-6、IL-8和IL-1β是重要的炎性因子。在损伤性机械通气引起的肺部炎症介质释放中，IL-6是最重要的一种，其水平与肺功能的损伤程度呈正相关[9]。研究提示反比通气可能通过降低Pplat及气道阻力，增加Pmeam，减轻机械通气时的肺内分流，改善氧合，增加CL等来减轻机械通气对肺泡的刺激，减少炎性因子释放。

机械通气相关性肺损伤包括容量性、气压性、肺不张性、生物性损伤几种形式[10]。采用小潮气量反比通气（潮气量7ml/kg）由于吸气时间延长，降低Ppeak，增加Pmean，防止肺泡萎陷，有利于氧合，避免了高容量性、气压性、肺不张性损伤，适当的PEEP（PEEP=5cmH2O）也有利氧合。反比通气不影响血流动力学，不影响拔管时间及不增加术后肺部并发症。低潮气量，低气道峰压加适当的PEEP是临床常见的保护性肺通气策略，本研究与临床保护性肺通气策略一致。

反比通气由于不同于正常生理通气，可能存在一定的缺点或潜在风险：吸气时间过于延长（I∶E＞3）引起回心血量减少，影响循环功能，反比通气会引起气滞，导致内源性PEEP产生，是否会引起二氧化碳蓄积或其它不利影响还有待进一步研究。

综上所述，低潮气量反比通气联合PEEP改善胸科单肺通气患者的通气，促进氧合，纠正低氧血症，增加肺顺应性，降低平台压，减少IL-6、IL-8和IL-1β炎症因子的释放，减轻肺炎性反应。

[1] Karzai W,Schwwarzkopt K.Hypoxemia during one-single ventilation:prediction,prevention，and treatment[J].Anesthesiology, 2009,110(6):1402-1411.

[2] Tripathi M,Pandey R K,Dwivedi S.Pressure controlled inverse ratio ventilation in acute respiratory distress syndrome patients[J]. J Postgrad Med,2002,48(1):34-36.

[3] Wang S H,WeiTS.The outcome of early pressure-controlled inverse ratio ventilation on patients with severe acute respiratory distress syndrome in surgical intensive care unit[J].Am J Surg, 2002,183(2):151-155.

[4] Zhang W P,Zhu S M.The effects of inverse ratio ventilation on cardiopulmonary function and inflammatory cytokine of bronchoaveolar lavage in obese patients undergoing gynecological laparoscopy[J].Acta AnaesthesiolTaiwan,2016,54(1):1-5.

[5] Pinheirode Oliveira R,Hetzel M P,dos Anjos Silva M,et al.Mechanical ventilation with high tidal volume induces inflammation in patients without lung disease[J].Crit Care Med,2010,14(2):R39．

[6] Schultz M J,Haitsma J J,Slutsky A S,et al.What tidal volumes should be used in patients without acute lung injury[J].Anesthesiology,2007,106(6):1226-1231．

[7] Sinha M,Chiplonkar S,GhanshaniR.Pressure-controlled inverse ratio ventilation using laryngeal mask airway in gynecological laparoscopy[J].J AnaesthesiolClin Pharmacol,2012,28(3):330-333. [8] Kozian A,Schilling T,Schtttze H,et al.Lung computed tomography density distribution in a porcine modelof one-lung ventilation [J].Br J Anaesth,2009,102(4):551-560．

[9] Slustsky A S,Imai Y.Ventilator-induced lung injury,cytokines, PEEP,and mortality:implication for practice and for clinical trials [J].Intensive Care Med,2003,29(8):1218-1221.

[10] Miehelet P,Roch A,Breusse D,et al.Effects of PEEP on oxygenation and respiratory mechanics during one-lung ventilation [J].Br J Anaesth,2005,95(2):163-173．

Effects of inverse ratio ventilation combined with PEEP on pulmonary function and inflammatory cytokine levels in patients undergoing pulmonary lobectomy during one-lung ventilation

REN Ming,ZHANG Wangping,ZHU Shengmei.Department of Anesthesiology，the First Affiliated Hospital of Zhejiang University School of Medicine，Hangzhou 310003,China

Inverse ratio ventilation One lung ventilation Lung injury Inflammatory cytokine

general anesthesia,and were ventilated with different modes．Patients in IRVgroup were ventilated with a actual tidal volume (VT)of 7 ml/kg,respiratory rate of 12 breaths/min,I∶E of2∶1,PEEP=5cmH20,in controlgroup the I∶E was 1∶2.Arterialblood was collected blood gas analysis．Meanwhile,respiratory mechanics were monitored and oxygenation index was calculated．The concentrations of IL-6,IL-8 and IL-1β in bronchoalveolar lavage fluid(BALF)were measured by enzyme-linked immunosorbent assay(ELISA). Results During one-lung ventilation the PaO2was significantly higher in the IRVgroup than that in the control group(P＜0.05).Compared with the control group,the CL was significantly higher in the IRVgroup,while Pplat was lower(P＜0.05)．Additionally,levels of IL-6,IL-8 and IL-1β in BALF of IRVgroup were lower than those in control group(P＜0.05). Conclusion The inverse ratio ventilation(IRV) combined with PEEP can improve ventilation and hypoxemia and reduce the inflammatory cytokine levels in patients undergoing pulmonary lobectomy with one-lung ventilation.

2016-03-08）

（本文编辑：严玮雯）

浙江省医学会临床科研基金（2015ZYC-A71）

310003 杭州，浙江大学医学院附属第一医院麻醉科（任铭现在在嘉兴市妇幼保健院麻醉科工作）

张望平，E-mail：zhang650679@163.com

【 Abstract】 Objective To investigate the effects of inverse ratio ventilation(IRV)at a low tidal volume combined with combined positive end expiratory pressure (PEEP)on pulmonary function and inflammatory cytokine in patients undergoing pulmonary lobectomy during one-lung ventilation. Methods Eighty patients undergoing pulmonary lobectomy with one-lung ventilation were randomly divided into IRVgroup(n=40)and control group(n=40)．Patients