机械通气在微创手术应用的研究进展

李 昂 综述 李 民 审校

(北京大学第三医院麻醉科，北京 100191)

全麻患者应用机械通气会导致通气相关性肺损伤，大潮气量高气道压力导致肺泡过度通气易造成气压伤和容积伤[1]。近年来，微创手术日趋成熟，其创伤小、恢复快、视野清晰等优点逐渐代替一些传统开放手术。但微创手术大多需要人为建立手术空间，对患者的呼吸功能造成干扰，对术中机械通气形成巨大挑战。因此，良好的通气方式既要保证手术顺利完成，又要有效降低术后肺部并发症的发生率。现代麻醉机的机械通气方式已经有了较为精细的调节，常用的通气方式为容量控制通气(volume-controlled ventilation,VCV)和压力控制通气(pressure-controlled ventilation，PCV)。近年来，压力控制容量保证通气(pressure-controlled ventilation volume guaranteed，PCV-VG)，压力调节容量控制通气(pressure-regulated volume control，PRVC)在手术中应用也较为广泛。本文主要对这几种通气方式的通气原理以及在腔镜手术、喉罩短小手术中的应用进行对比。

1 几种通气方式的原理及特点

1.1 VCV的通气原理及特点[2]

VCV是呼吸机按照预设潮气量来管理通气，在吸气时由呼吸机产生正压，将预设容量的气体送入肺内，气道压力升高。呼气时肺内气体依靠肺弹性回缩排出体外，气道压力回复至零。VCV能提供预定的潮气量，通气量稳定，流速波形为方波,吸气流速恒定。受气道阻力及肺顺应性影响小。

虽然VCV应用最为广泛，但仍存在缺陷。当气道阻力增大或肺顺应性降低时，推高输出压力，气道峰压值变高，易产生气压伤。VCV对于阻力高的肺泡可能充气不足甚至萎陷，对于阻力低的肺泡则充气过度甚至发生高容积伤。

1.2 PCV的通气原理及特点

PCV预设气道压力进行通气。输送气体到肺内，气道压力迅速上升到预设峰压，气流即终止，后接一个递减流量波形以维持气道压力于预设水平。PCV吸气早期流速较高，达到预设压力并维持在该水平，有利于不同开放压力(不同病变、位置)的肺泡先后开放充盈，避免正常肺泡过度膨胀或病变肺泡复张不足，利于肺内气体交换，利于限制过高的肺泡压和预防呼吸机相关肺损伤[3]。一般认为PCV更适用于需要保护性通气策略，限制压力的患者以及通气支持适应性差的患者。

潮气量不稳定是应用PCV最需注意的问题。潮气量主要由气道压力与呼气末正压之差及吸气时间决定，并受呼吸系统顺应性和气道阻力的影响，在气道阻力或肺顺应性改变的情况下，潮气量即会改变[2，3]。所以需要严密监测气道压力和呼气潮气量。为达到目标潮气量，需要经常调整压力水平。

1.3 PCV-VG的通气原理及特点

上述2种通气方式发展时间较长，各有优缺点。在传统容量控制通气模式，麻醉医师能够自主设定恒定的 VT、RR 和 I∶E。机控呼吸时，潮气量是固定不变的，对于有肺功能异常的患者，呼吸机可能造成严重的气道高压，对肺造成气压伤，从而加重肺损伤的程度和增加肺功能紊乱的发生[4]。单纯的压力控制通气模式,麻醉医师可以预先设定恒定的气道压力、RR 和I∶E ,对于肺顺应性好的患者可能造成通气过度，顺应性较差的患者通气不足,均会对机体造成一定的不良影响[5]。近年来，PCV-VG通气方式逐渐发展，此通气模式将PCV与VCV相结合，预先设置患者所需潮气量，送气时类似于PCV的通气模式[6]，使用最低吸气压力，减速吸气流量提供预设的潮气量，通气过程中会连续测定肺顺应性和气道阻力，自动调整送气流速和气道压力水平，在肺动态顺应性改变以及吸气压力改变的情况下，均可保证稳定的潮气量。既结合PCV通气的有效性及临床优势，又可弥补患者肺顺应性的改变带来的潮气量的变化[7]。

1.4 PRVC的通气原理及特点[8]

呼吸机在保证预设的潮气量和分钟通气量的基础上，根据微机测定的呼吸系统顺应性，调节并控制气道压力，以最低气道压力达到最佳肺泡通气，减少肺损伤的发生。PRVC具有压力支持通气的优点，但仍然是容量控制型，能保证足够的肺泡通气。PRVC的主要优点是在气道阻力和(或)肺顺应性变化的情况下维持预定的潮气量。当气道阻力或胸肺顺应性发生改变而需要调节压力时，潮气量可在一定范围内发生变化，经过几个呼吸周期后即能达到预置的潮气量和分钟通气量。

PRVC吸气气流呈递减型，当气道阻力增加时，递减波型可使气体层流成分增加，降低气道压峰值，而肺泡通气量保持不变。PRVC可以在保证潮气量的情况下尽可能降低吸气峰压，降低气压伤的发生率。这一特点更多地应用于具有不同气道阻力和(或)顽固性缺氧的患者，如急性呼吸窘迫综合征、慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)、哮喘状态、异物吸入和重症肺炎[9]、呼吸衰竭[10]。能有效纠正急性呼吸衰竭，同时保护肺组织，避免气压伤，在急性期COPD合并呼吸衰竭患者中疗效确切[11]。如果由于肺顺应性下降，潮气量开始下降，呼吸机就会自动增加吸气压力以维持预定的潮气量。

2 临床应用

2.1 胸腔镜手术单肺通气中的应用对比

术后肺部并发症在单肺通气中较为常见，是肺部手术后死亡的主要原因。高潮气量和高气道压会导致术后肺部损伤。肺保护性通气策略是避免肺泡过度膨胀和重复的肺泡塌陷以减少肺损伤，限制吸气压力同时提供足够的氧合[11]。此外，单肺通气期间的高气道压力会导致血液进入非通气肺组织，加重通气/灌注失衡[12]。PCV、PCV-VG模式气道压力恒定，减速吸气流速模式可以避免气道峰压过高。PCV-VG除可提供较低的吸气压力外，还可保证患者潮气量稳定。因此，单肺通气时采用PCV或PCV-VG通气模式有助于降低气道压力，减少气压伤等肺部损伤的发生。

Montes等[13]将41例胸腔镜手术单肺通气随机分为A组(n=20)和B组(n=21)。A组6例肺叶切除术，8例肺楔形切除术，4例纵隔肿瘤切除术，2例其他肺部手术；B组4例肺叶切除术，12例肺楔形切除术，3例纵隔肿瘤切除术，2例其他肺部手术。A组患者先进行VCV，30 min后更改为PCV，B组与A组相反，先进行PCV，30 min后改为VCV。结果显示所有患者在PCV通气时气道峰压更低[(19.9±3.8)cm H2O vs.(23.1±4.3)cm H2O，P=0.003]。同样，Zhu等[14]对64例电视胸腔镜肺叶切除术随机对照研究显示，PCV组(n=32)单肺通气15 min(T1)和1 h(T2)气道峰压均明显低于VCV组(n=32)[T1 (18.7±2.1) cm H2O vs.(22.3±2.9)cm H2O，P<0.05；T2(18.7±2.6)cm H2O vs.(22.2±2.8)cm H2O，P<0.05]。2个研究在气道平台压、术中及术后的氧合指数，术后并发症2组均无统计学差异。

胡序凯等[15]将30例胸腔镜下肺叶切除术随机分为VCV组(n=15)和PCV-VG组(n=15)，PCV-VG组在单肺通气15、60 min后气道峰压均低于VCV组(P<0.01)，肺顺应性优于VCV (P<0.01)。另外，该研究显示PCV-VG组炎症反应好于VCV：单肺通气后1 h和术后1 h PCV-VG组IL-6分别为(52.32±3.59)、(63.57±4.98)ng/L，显著低于VCV组(62.65±4.17)、(82.38±4.10)ng/L；PCV-VG组TNG-α分别为(3.23±0.27)、(4.01±0.28)ng/L，明显低于VCV组(4.19±0.38)、(5.49±0.31)ng/L (均P<0.01)。

孙强等[16]将90例胸腔镜下肺癌根治术或食管癌根治术分为A组VCV(n=30)、B组VCV+PEEP(5 cm H2O)(n=30)、C组PCV(n=30)，比较3组患者在单肺通气前(T0)、单肺通气后30min(T1)、单肺通气60min(T2)以及单肺通气90 min(T3)的血气分析指标及呼吸参数。结果显示，PCV、PCV-VG组在T1、T2、T3时间点动脉氧分压(PaO2)、肺内分流率(Qs/Qt)均优于VCV组(P<0.05),T1、T2时点动脉-呼气末二氧化碳分压差均优于VCV组(P<0.05)。牛志强等[17]对80例胸腔镜手术进行2种不同的通气方式，观察VCV(n=40)与PCV(n=40)对胸腔镜手术麻醉时氧合和吸气峰压的影响，单肺通气PCV组吸气峰压明显低于VCV组[(18.7±3.0)cm H2O vs.(22.5±3.3)cm H2O，P<0.05]，2组患者氧分压、二氧化碳分压、肺泡动脉血氧分压差、气道压及平台压等比较差异均不显著(P>0.05)。

综上，随着胸腔镜手术应用日益广泛，不仅肺楔形切除术、肺大泡切除术这类简单手术可以在胸腔镜下完成，一些较复杂手术，如肺叶切除术、肺癌根治术、食管癌根治术均可在电视胸腔镜下完成。对于胸腔镜手术单肺通气的患者，VCV、PCV、PCV-VG均可提供满意的通气效果，但绝大多数研究显示，PCV、PCV-VG通气模式可以提供较低的气道峰压，并且围术期炎症反应的程度低于VCV，更有利于单肺通气期间肺保护以及低气道压的管理，围术期炎症反应发生程度更轻微。

2.2 腹腔镜手术中应用对比

腹腔镜手术时气腹增加腹内压，膈肌上抬导致胸内压升高，肺扩张受限，肺顺应性下降，气道压增高，生理性死腔增加，通气灌注V/Q比例失调。对于需要头低位的患者这些改变更加明显。头低位及气腹造成腹腔内容物及膈肌向头部运动，肺顺应性降低。头低位降低20%的肺顺应性，而头低气腹会使肺顺应性降低30%[18]。已有的研究[19，20]表明，与VCV组相比，PCV可以降低头低位气腹后的气道峰压，增加动态肺顺应性。

Liao等[19]对52例妇科腹腔镜头低位手术进行研究，分为2组：PCV组(n=25)和VCV组(n=27)。PCV组13例腹腔镜子宫肌瘤剔除术，12例腹腔镜卵巢囊肿切除术；VCV组15例腹腔镜子宫肌瘤剔除术，12例腹腔镜卵巢囊肿切除术。PCV组在气腹后1 h气道峰压明显低于VCV组 [(22.0±3.4)cm H2O vs.(26.6±4.1)cm H2O,P<0.0001]；顺应性优于VCV组[(28.4±3.7) ml/cm H2O vs. (24.1±3.3)ml/cm H2O,P<0.0001]。Lian等[20]将26例腹腔镜子宫切除术联合盆腔淋巴结清扫术随机分为PCV组(n=13)和VCV组(n=13)，气腹后1、2 h气道峰压值PCV组明显低于VCV组[(18.67±1.27)cm H2O vs.(23.6±3.6)cm H2O；(19.0±1.2)cm H2O vs.(25.7±4.2)cm H2O,P<0.05 ]，其他呼吸参数及血气分析数值2组间差异无统计学意义。Assad等[21]对40例头低位腹腔镜手术的通气方式进行研究，随机分为VCV组(n=20)和PCV-VG组(n=20)，测量诱导后5 min(T1)、气腹后5 min(T2)、头低后15 min(T3)、头低后60 min(T4)4个时间点气道峰压及肺动态顺应性数值。结果显示在T2、T3、T4 3个时间点，PCV-VG组较VCV组均有较低的吸气峰压[T2:(24.1±4.7)cm H2O vs.(33.05±3.9)cm H2O,P<0.001；T3:(25.25±3.9)cm H2O vs.(34.40±3.56)cm H2O,P<0.001；T4:(25.8±3.8)cm H2O vs.(35.65±2.66)cm H2O，P<0.001]，较高的肺动态顺应性[T2:(23.8±1.7)ml/cm H2O vs.(26.9±1.5)ml/cm H2O，P<0.001；T3：(21.25±1.9)ml/cm H2O vs.(13.35±1.7)ml/cm H2O，P<0.001；T4：(20.3±1.59)ml/cm H2O vs.(12.3±1.8)ml/cm H2O，P<0.001]。PCV-VG组吸气峰压在T4较T1增加48%，VCV组增加62%(P<0.001)，PCV-VG组肺动态顺应性在T4较T1降低47%，VCV组降低68%(P<0.001)。

对于腹腔镜头高位的患者，PCV同样具有优势。Tyagi等[22]比较42例非肥胖患者腹腔镜胆囊切除术，头高15°～20°，PCV组(n=21)气道峰压值在气腹后10 min[(20.4±2.7)cm H2O vs.(24.0±4.7)cm H2O,P=0.004]和30 min[(20.7±3.0) cm H2O vs.(23.9±4.9)cm H2O，P=0.015]均显著低于VCV组(n=21)，他们将PCV低气道峰压原因归结为减速吸气流量。

肥胖患者行腹腔镜手术保持氧分压稳定是一个需要关注的问题。对于非肥胖患者来说，全麻会降低20%的功能残气量，肥胖患者则增加到50%。对于肥胖仰卧位患者，气腹降低30%肺静态顺应性，增加68%吸气阻力[23]。传统VCV模式使用大潮气量增加吸气峰压和平台压，但是氧合却没有明显提升，PCV限制吸气压力，降低气压伤发生风险。Movassagi[24]对70例BMI 30～40肥胖患者行腹腔镜胆囊切除手术时不同通气方式进行研究，分为VCV组(n=35)和PCV组(n=35)。在气腹后35 min和55 min, PCV组气道峰压均明显低于VCV组[气腹后35 min:(20.22±4.32)cm H2O vs.(25.05±4.79)cm H2O，P=0.000；气腹后55 min：(19.74±4.50)cm H2O vs.(24.57±4.97)cm H2O，P=0.000]。气腹后35 min和55 min动脉血氧分压PCV组也明显高于VCV组[气腹后35 min (206.20±9.95)mm Hg vs.(197.67±9.71) mm Hg，P=0.001；气腹后55 min (207.26±9.97) mm Hg vs.(194.67±9.42) mm Hg，P=0.000]。然而，Movassagi认为虽然肥胖患者腹腔镜胆囊手术中PCV在氧合及气道压力方面较VCV有一定优势，但PCV和VCV组无明显临床差异，并且他认为使用“双模式”(PCV、VCV混合模式)即PCV-VG模式是减少并发症的理想方法。Dion等[7]对20例BMI≥40青少年患者行腹腔镜减肥手术，均进行VCV、PCV、PCV-VG通气各20 min，吸气峰压分别为(36.5±5.0)、(31.6±5.5)、(30.6±3.4)cm H2O(PCV-VG与VCV比较，P<0.001，PCV与VCV比较，P<0.01，PCV与PCV-VG比较,P>0.05)。所有患者在3种通气模式中PaO2、PaCO2、血流动力学差异均无统计学意义。他们认为在青少年肥胖患者行腹腔镜减肥手术中，PCV和PCV-VG通气模式可以提供更低的吸气峰压。因为PCV需要关注吸气峰压来保证潮气量，所以在气腹腹内压增高、呼吸系统顺应性及阻力改变的情况下，PCV-VG可根据顺应性和阻力的变化自动产生一个恒定的潮气量，更适用于临床。

综上，在腹腔镜手术中，与VCV相比，PCV和PC-VG通气方式普遍拥有更低的气道峰压值，更高的肺动态顺应性。PCV-VG与PCV相比，两者在气道峰压、潮气量等方面的研究参数均无统计学意义。但PCV-VG的通气机制可保证潮气量充足及稳定，无须时刻关注因气道阻力增高或顺应性降低等带来的低通气，尤其适用于病态肥胖患者腹腔镜检查中高腹内压力的情况。因此，PCV-VG可作为腹腔镜手术中更优先的选择。对于PCV是否可提高肥胖患者腹腔镜手术氧合，各研究者的结论不统一。

2.3 喉罩患者的应用对比

喉罩作为短小手术气管插管的替代物，因对交感神经刺激小，不进入气道，喉痉挛、声音嘶哑、咽痛、咳嗽等发生率均低于气管插管，需要的麻醉深度比气管插管浅而应用广泛[25]。应用喉罩可能会出现对位不良或气道压力过高导致口腔漏气和胃内进气、返流和肺通气功能障碍。Devitt等[26]的研究显示，当气道压力从15 cm H2O上升到20 cm H2O时，胃内进气的发生率从2%上升到8%，当气道压上升到30 cm H2O时，进气率上升到35%。

对于置入喉罩的患者来说，PCV可以提供更低的气道峰压。Park等[27]对34例6～84个月龄患儿行喉罩通气，同时通过实时超声观察胃窦区域，因较高的气道压力会导致喉罩通气的患者消化道进气，因此，可以通过胃窦超声气体影像来判断胃内进气，以此来评估通气方式和气道压力的关系。将患者分为PCV组(n=17)和VCV组(n=17)，PCV组吸气峰压在置入喉罩后 [10(9，12) cm H2O vs.12(11，15) cm H2O,P=0.021]和手术结束后[10(10，12)cm H2O vs.13(11，14)cm H2O,P=0.002]均低于VCV组[以上数据用M(Q1，Q3)表示]，2组患儿胃窦超声进气率却大致相同(P>0.999)。Keida等[28]对32例(4.5±4)岁患儿行喉罩全麻手术，气道峰压PCV组(n=16)明显低于VCV组(n=16)[(14.1±1.6)cm H2O vs.(16.7±2.3)cm H2O,P<0.001]，同时气道平台压力PCV组也具有统计学优势。VCV组6例出现气道峰压超过20 cm H2O，PCV组未出现(P=0.015)。

对于头低位行腹腔镜的患者，PCV可以限制通气压力，减少肺气压伤发生几率。Jarahzadeh等[29]将60例头低位腹腔镜妇科手术需要置入喉罩通气的患者随机分为PCV和VCV 2组，置入喉罩后5 min(T1)、10 min(T2)和15 min(T3)测量呼吸参数及血气分析。结果显示PCV组T1、T2气道峰压及平台压力均明显低于VCV组[气道峰压T1:(14.6±4.0)cm H2O vs.(22.2±27.3)cm H2O，P<0.001，T2:(20.0±3.0)cm H2O vs.(23.4±3.0)cm H2O，P<0.001；平台压T1：(14.0±4.0)cm H2O vs.(16.0±3.9)cm H2O，P<0.001，T2：(19.0±3.0)cm H2O vs.(22.2±3.0)cm H2O，P<0.001]，氧分压、二氧化碳分压无统计学意义。他们认为PCV低吸气流量的通气模式可降低吸气峰压，降低肺损伤的发生。

在全麻喉罩纤维支气管镜检查中，手术和麻醉共用一个气道，纤维支气管镜的插入人为造成气道阻塞，导致气道压增高，且进行灌洗、吸引等操作时造成肺顺应性及气流改变。一项小儿患者行喉罩全麻纤维气管镜的研究[30]显示，VCV组40%的患者吸气峰压>25 cm H2O，多于PCV组20%(P<0.05)，PCV组吸气峰压和平台压均明显低于VCV组(P<0.05)，漏气率明显低于VCV组[(26.4±7.3)%vs.(33.2±8.5)%,P<0.05]，术后胃胀气(2% vs.8%)及恶心(1% vs.5%)发生率明显低于VCV组(P<0.05)。Ghabach等[25]对30例择期手术置入喉罩后不同通气方式的呼吸参数进行研究，所有患者均行VCV、PCV和PC-VG通气模式各10 min，3种通气模式均可提供满意的通气，呼气潮气量、氧分压、呼气末二氧化碳水平均在正常范围内且无统计学意义，但VCV组气道峰压明显高于PCV、PC-VG组，3组分别为(14.70 ±2.83)、(12.53 ±2.16)、(12.60 ±2.13)cm H2O(P=0.0004)，肺动态顺应性明显低于其他2组[(40.74±12.47)ml/cm H2O vs.(47.18 ±12.54)ml/cm H2O vs.(47.11±12.23)ml/cm H2O，P=0.026]，PCV组和PC-VG组比较均无统计学差异。因有较高的动态肺顺应性及较低的气道峰压，PCV和PCV-VG 2种通气方式被认为是更有效模式。

综上，对于应用喉罩的患者，需要避免气道压力过高而导致的口周漏气。腹腔镜手术置入喉罩的患者因气腹及体位改变造成的气道压力升高，调整呼吸机模式及参数，保证较低的气道压力及充足的潮气量尤为关键。PCV、PCV-VG 2种通气模式可以对气道压力进行人为调控，避免过高的气道压力造成的肺损伤及喉罩漏气，同时，PCV-VG还可对潮气量进行补充和保障。因此，PCV和PCV-VG通气模式可作为应用喉罩时较为优先选择的通气模式。

2.4 其他

对于其他微创手术，PCV同样具有优势。Oznur等[31]研究表明PCV除降低气道峰压外还可降低围术期应激反应，他们将54例俯卧位经皮肾镜取石术随机分为PCV组(n=27)和VCV组(n=27)，测量不同时间段血浆皮质醇及葡萄糖水平。2组血浆皮质醇水平均有升高，但PCV组在术后早期即恢复到基线水平，VCV组在术后一段时间仍呈现升高状态[(12.54±6.45)mg/dl vs. (22.92±8.72) mg/dl，P<0.001]，VCV组术后血浆葡萄糖水平明显高于PCV组[(102.6±19.2)mg/dl vs. (113.8±16.0)mg/dl，P=0.028]，认为PCV组低皮质醇水平可能与PCV低流量模式、低气道峰压、高氧合和高顺应性有关，可以降低肺不张的发生。

Choi等[32]将18例机器人食管癌根治术随机分为PCV组(n=9)和VCV组(n=9)，术中俯卧位行单肺通气，2组在气道压力、氧合、肺顺应性方面结果相似，VCV组肺内分流明显好于PCV组(P=0.044)。他们将结果相似的原因归结为平均气道压力相似以及未使用呼气末正压，因为增加平均气道压力可以使萎陷肺泡扩张，血流重新分布，增加氧合，2组平均气道压力无统计学差异。另外，PCV有利于不稳定肺泡的复张，PEEP可以促进肺泡保持复张状态，有助于保持压力平衡，但该研究未应用PEEP，所以2组在通气和血气分析方面无统计学差异。

PRVC通气模式因较低的气道峰压，恒定的潮气量被应用于伴随呼吸系统疾病、慢性阻塞性肺病、哮喘、呼吸衰竭等治疗中[33,34]。PRVC通气模式使病人接受最理想的潮气量通气，快速改善动脉血氧分压，同时保持较低的吸气压力，降低机械通气过程中气压伤及气胸的风险，并发症少，是一种安全有效的保护性通风方式。此外，也有开胸手术中应用PRVC降低吸气峰压，提高氧合指数、氧分压，降低炎症反应因子水平的报道[35],以及在颅脑外伤手术中降低颅内压波动的报道[36]。然而，对于微创手术中应用PRVC通气模式的报道较少。

3 总结

几种通气方式比较的研究大多得出相似的结论，即与VCV相比，PCV、PCV-VG有较低的气道峰压。PCV-VG可根据顺应性和阻力的变化自动产生一个恒定的潮气量，保证潮气量的充足及稳定，更适用于需要限制气道压力水平同时保证潮气量稳定的腔镜手术及置入喉罩的患者。但对于肺顺应性、平台压力等其他通气参数以及氧分压、二氧化碳分压等血气分析指标，各种文章的说法不统一。此外，与VCV相比，术中应用PCV-VG通气模式的患者在围术期有较低的炎症因子水平。VCV作为应用最广泛的通气模式，仍然具有临床应用价值，不能被忽略。PRVC通气模式可根据患者的肺部情况自动调节吸气压力并保证潮气量稳定，以最低气道压力达到最佳肺泡通气，更多应用于具有不同气道阻力，存在慢性呼吸系统疾病的患者，在微创手术中的应用有待更多研究。

在术中平稳的情况下，选择PCV、PCV-VG还是VCV对于患者来说差异不大，可以根据临床医生的个人经验，但对于可能会影响呼吸功能的腔镜手术、需要限制气道压力手术以及需要保护性通气策略的患者来说，PCV或PCV-VG通气模式可作为更优先的选择。

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