小儿先天性心脏病矫治术中机械通气的呼吸管理策略

王 菲 林多茂 汪晓南 林 霖 欧阳川 马 骏

小儿先天性心脏病矫治术中麻醉、体外循环及应激均可加重肺功能损伤，且小儿本身心肺循环异常，呼吸功能薄弱，术后早期通气/血流比值失衡及肺功能损伤仍是严重并发症之一，影响患儿预后。不同类型的先心患儿在心脏矫治手术前后的呼吸管理上有较明显的差别，术中对肺部血流动力学变化的评估及机械通气参数的调整是机械通气肺保护管理策略的重点。小儿尤其是婴幼儿先天性心脏病术后肺功能障碍发病率明显高于成人[1]，因此，探讨机械通气模式和参数的变化对小儿呼吸功能保护具有重要的临床意义。

1.呼吸模式

机械通气模式中压力控制通气(pressure controlled ventilation, PCV)和容量控制通气(volume controlled ventilation, VCV)是小儿术中最常用的两种模式。由于小儿机械通气所需要的潮气量较小，所需潮气量的数值相对比较精确，所以小儿麻醉使用的呼吸机需要能够精确地设定潮气量并能够对肺顺应性的改变进行通气补偿。

王志等[2]通过研究压力控制和容量控制两种方式通气对两组患儿肺功能影响的差异，发现PCV组的气道峰压和气道平台压均明显低于VCV组，其它指标间的差异均无统计学意义，显示小儿全麻中压力控制模式较容量控制模式更适合于患儿，其优点是能在相对低的气道压力下提供有效的肺通气，可防止肺气压伤的发生。所以，小儿全麻下机械通气模式大多选择压力控制-容量保证(pressure controlled ventilation-volume guarantee, PCV-VG)[3]，可以有效地控制气道峰压和平均气道压力(平均气道压力能间接反应肺泡跨壁压)，同时保证足够的肺泡通气量，对自身肺功能薄弱且有不同程度的肺部损伤的先心小儿具有保护作用。

2.呼吸参数

(1)潮气量 (tidal volume, Tv) 目前针对成人术中机械通气肺损伤已有大量的试验和临床研究证实肺保护通气策略对减轻或防止机械通气导致的肺损伤(ventilator-induced lung injury, VILI)发生、发展起到一定作用，可改善患者病死率[4]。但小儿与成人在呼吸系统生理生化上存在差别，很难直接把适用于成人的肺保护通气策略应用于小儿，且临床上至今尚未有临床研究去证实这种肺保护策略是否适用于小儿[5-7]。但这个策略也被认为对小儿机械通气是可借鉴的，有试验说明采用低潮气量通气可减少小儿术中机械通气肺损伤[8]。

Copland 等[9]最早用幼年小鼠与成年小鼠机械通气模型来比较VILI的关联性，比较两组间机械通气3h后肺损伤及细胞因子信使RNA的表达，结果发现与幼年小鼠相比，成年小鼠肺顺应性有明显的降低，且肺泡及肺泡间隔的炎症因子如白介素1β(interleukin-1β, IL-1β)、巨噬细胞炎性蛋白2(macrophage inflammatory protein 2, MIP-2)、白介素6(interleukin-6, IL-6)、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α, TNF-α)有明显增加，以证明成人肺脏比小儿更易受到VILI影响。Kollmann等[10]从免疫学上进一步解释了上述观点，认为参与VILI炎症反应发生的Toll样受体4(toll-like receptor 4, TLR-4)信号转导通路在幼儿时期的固有免疫应答显著降低。Kornecki 等[11]比较不同年龄段小鼠的肺容量与体质量的关系，说明肺脏发育过程中肺总容量的增长速度与体重的增长速度不一致，根据体重计算发育成熟的肺脏和未成熟的肺脏的潮气量是有差异的，所以对于小儿，尤其是婴幼儿，除了体质量，肺容量的计算还应该与小儿的身高有关[12]，尝试解释小儿在机械通气肺损伤敏感性程度与成人不同的原因。Kneyber 等[13]学者正式提出,VILI与年龄的相关性，认为小儿虽然会发生VILI，但受到VILI的影响要比成人受到的影响小，但却不能说明可以忽视小儿VILI，强调了VILI肺保护的重要性。

目前对于小儿机械通气仍没有一个确切推荐的潮气量可供临床参考，也没有说明较大潮气量导致的通气损伤与小儿病死率有关，仍未对小儿机械通气提出明确的肺保护策略[14]，还有待临床进一步的研究。

(2)呼气末正压通气 (positive end expiratory, PEEP) 一定水平的PEEP能够维持肺泡开放最小的压力波动，避免肺泡由于反复的开放和陷闭引起周期剪切力所致的肺损伤，它可以促使肺复张并改善氧合。小儿心脏矫治术后肺脏再灌注及再通气时可给予适当的PEEP减少肺不张的发生，可以扩大延长小而窄的气道[15-16]，使功能残气量增加，肺泡通气量和肺泡顺应性得到有效改善，减轻肺水肿并维持满意的动脉血氧饱和度。但需考虑术中正压通气会使胸膜腔内压增高，静脉回流减少，右心充盈不足，有进一步导致心输出量减少的风险。

De Waal 等[16]探讨呼气末正压通气在小儿机械通气中对血流动力学的影响，发现当PEEP从5H2O(1H2O=0.098kPa)增加到8H20时，中心静脉压有轻微的增加但右心室心排量有明显的下降，肺顺应性是增加的但差异无统计学意义。Kardos 等[18]推荐小儿术中机械通气可加用低水平PEEP(≤5H2O)，既有利于增加有效的肺泡通气，防治肺不张等并发症，同时避免了高水平PEEP导致的血流动力学不稳定。但对患有肺动脉高压、先天肺动脉瓣狭窄或闭锁等肺血管畸形的小儿而言，PEEP将严重影响肺脏血流及循环系统功能，所以这类小儿在心脏矫治手术时应慎用PEEP。

(3)吸入氧浓度 (fraction of inspiration O2, FiO2) 依赖缺氧性肺血管收缩机制可设置FiO2参数改变肺血管阻力[19]，使小儿先心矫治前后保持着肺血管阻力(pulmonary vascular resistance, PVR)和体循环阻力(systemic vascular resistance, SVR)的相对平衡，达到矫正术后体肺循环稳定及最佳状态。

Kinouchi 等[20]建议非紫绀型如房室间隔缺损的小儿，由于肺血多，可采用较低的吸入氧浓度，FIO2<50%，甚至FIO2<30%增加肺血管阻力减少肺血流量，避免因肺血量过多而渗出增加。同样，肺动脉环缩术(pulmonary artery banding, PAB)是一种有效而安全的减状手术，防止肺动脉高压发展，为将来完成室间隔缺损修补术或是肺血多型单心室的根治术提供良好的条件[21、22]。当外科进行环缩操作时，FiO2应调整到40%左右，使机体氧饱和度尽量维持在85%左右，收缩肺脏血管以适应肺血流量的减少，从而达到肺脏通气/血流比值的平衡，同时能满足机体对氧合的需求。此外，PAB术中也可设置一定水平的PEEP，进一步减轻肺循环的容量压力。

发绀型小儿如右心系统梗阻的小儿，以法洛四联症最为常见，肺动脉闭锁是右心系统梗阻最极端的形式。法洛四联症根治术后应给予100%氧气吸入并适度过度通气,维持动脉血二氧化碳分压(arterial blood carbon dioxide partial pressure, PaCO2)25～35mmHg，扩张肺血管从而增加肺血，同时维持呼吸循环稳定。

但小儿不适宜长时间吸入纯氧，因为小儿视网膜发病率较高[23]，视网膜血管发育未成熟，对氧中毒非常敏感。也有研究表明术中吸入100%氧气可能会导致肺内真性右向左分流，使肺气体交换功能下降[24]。

(4)吸呼比 (inspiratory-to-expiratory ratio, I/E)比值 呼吸频率的设置决定了每次呼吸的通气时间，即t=60/呼吸频率，一定的潮气量在吸气时间里被呼吸机压入肺内，气压-容量曲线环的斜率趋势可显示气流对肺泡的冲击，设置I/E=1∶1.5或1∶1可增加相对吸气的时间改善机体氧合，但Müller-Redetzky等[25]提出增加吸气时间会增加气流对肺泡的气压伤，增加肺部炎症反应。所以临床中对I/E比值的调整可根据实际小儿全麻术中肺部血流动力学的改变维持肺脏通气/血流比值的平衡。

(5)呼末二氧化碳分压/动脉血二氧化碳分压(end-tidal carbon dioxide, PETCO2/PaCO2) PETCO2/PaCO2的监测是小儿先心矫治术中必要的麻醉监测手段，它具有高度的灵敏性，不仅可以实时监测肺通气也可以反应肺血流情况。利用CO2对肺血管舒缩的影响，临床上可以根据先心矫治前后顺应肺血流变化情况来匹配肺血流与肺通气，维持肺循环和体循环间的血流平衡。

单心室矫治的患儿[26]，通常需要根据肺脏发育程度采用分次手术加以治疗，首先行BTS姑息手术(将右锁骨下动脉与肺动脉连接，改善肺血流)，然后行Gleen手术(将上腔静脉吻合到肺动脉，减轻单心室的容量负荷)，再行Fontan手术(改良fontan手术多用心外管道全腔肺动脉吻合，体肺循环独立)使引流到肺脏血流逐渐增多，术中需要肺血管扩张适应容量负荷的增加，吸入纯氧且适当维持低碳酸血症(PaCO230～35Hg)来降低肺血管阻力。

CO2的相对潴留形成高碳酸血症，允许性高碳酸血症通气(hypercapnia, HPC)是继肺保护通气策略之后提出的呼吸保护策略，是为了避免大潮气量和过度通气造成的肺损伤，在维持适当气体交换和降低通气压力的同时可允许性的维持适度的高PaCO2和一定程度的酸血症。Sinclair 等[27]首先发现,适度的高碳酸血症对机械通气、自由基内毒素、缺血再灌注等引起的肺损伤都有一定程度的肺保护作用，Gail 等[28]研究表明,允许性高碳酸血症可抑制肺泡上皮细胞内MAPK信号通路，进一步抑制VILI。同时，相对较高PaCO2及偏酸性环境可使氧离曲线右移(波尔效应)，氧与血红蛋白的亲和力降低，使组织可充分利用氧，以保证组织高能磷酸的储备。但允许性高碳酸血症能否适用于小儿心脏术中以及是否具有肺保护作用还有待进一步的探究。

综上所述,小儿先天性心脏病由于具有复杂的先天畸形相关的体肺循环变异，使此类患者具有一定的临床特殊性，直视矫治手术中麻醉的呼吸管理也得到了越来越多的关注。机械通气的呼吸管理对维护术中小儿肺脏血流动力学的稳定及体肺循环间的氧供平衡起到非常重要作用，虽然仍未明确提出小儿机械通气肺保护策略，但合理的机械通气对于小儿心脏矫治前后肺脏血流及通气状态的调整均有积极的支持作用，利于患儿呼吸功能的恢复及预后。