心肺功能导向的保护性通气策略的应用进展*

姜 希 综述 徐 懋 审校

(北京大学第三医院麻醉科，北京 100191)

全麻手术后发生心肺并发症的风险可直接影响到患者术后转归、周转及医疗成本[1，2]，其中肺部并发症是增加患者术后病死率的主要因素之一[3]。机械通气与术后肺部并发症(postoperative pulmonary complications，PPC)关系密切，传统高潮气量(8～10 ml/kg)会造成气压伤、容积伤、萎陷伤和生物伤等，引起机械通气相关肺损伤(ventilation induced pulmonary injury, VILI)[4]。以低潮气量(low tidal volume，LTV)、呼气末正压(positive end-expiratory pressure，PEEP)和肺复张(recruitment maneuvers，RM)综合方法为核心的肺保护性通气(protective lung ventilation，PLV)策略，可降低围术期肺部并发症，改善患者预后[5～7]。但是PLV可改变通气容量和压力，由此影响胸内压和心功能，通过心肺交互作用引起心功能及血流动力学变化。因此，我们需要不断优化PLV，在探究PLV减少肺部并发症的同时，还应关注通气改变引起的心功能变化，这对改善患者预后和转归有积极意义。本文对心肺功能导向的PLV策略的应用进展进行文献总结。

1 机械通气与心肺功能密切相关

机械通气的对象为急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)等呼吸衰竭的患者[8]和肺功能正常的全麻手术患者[9]。心肺功能评估的指标有心室功能、血流动力学、肺功能、肺血管力学及气血交换能力等，血流动力学指标包括前负荷、后负荷、心率和心肌收缩力等[10]。机械通气可通过心肺交互作用，引起心功能及血流动力学变化。机械通气导致胸内压增加、静脉回心血量减少和肺血管阻力变化等是影响心功能的重要原因[11]。静脉回心血量减少，右心前负荷减少[12]，同时，肺动脉透壁压(肺泡压减胸膜腔压)增加，肺血管阻力增加，导致右心后负荷增加[13]，两者共同导致右心每搏量减少。右心搏出量减少导致右心淤血、右心室扩张，几个呼吸周期后，左心前负荷最终减少，进一步引起左心搏出量减少[14]。临床麻醉中，短时间机械通气可能对一般患者无明显影响，但在心肺储备功能下降或合并心肺疾病时此交互作用将被放大，导致功能异常[15～17]。对于ARDS患者，4 Hz高频振荡通气比7 Hz高频振荡通气更有利于保护右心功能，表现在前者经食道超声心动图测量舒张末期右心室/左心室面积比值更小，一定程度上与较好控制PaCO2有关，4 Hz高频振荡与传统PLV策略相比对右心室功能影响相当[18]。Stueber等[19]研究重大创伤急诊手术中，高PEEP组(≥8 mbar)相比低PEEP组(<8 mbar)氧合能力更强[入重症监护室时血气分析中Horowitz指数[(414±136)mm Hg vs. (345±124)mm Hg，P=0.02]。在容量和心功能相对正常的情况下，循环系统对机械通气影响有一定代偿，但在低容量或心功能不全的情况下，机械通气对血流动力学的影响不容忽视。临床常见到低容量患者行正压通气后血压下降，左心功能异常的患者脱机后出现肺水肿的情况，均是机械通气对血流动力学影响的典型表现[20]。因此，观察不同手术类型和不同病理生理条件下的心肺交互作用，有助于在应用或撤离机械通气时，考虑通气策略对血流动力学的可能影响，最大限度地减少机械通气对患者心肺功能的影响。

2 心肺功能导向的PLV

临床实践中不仅应关注机械通气对肺脏的影响，还应关注其产生的血流动力学效应。在实施PLV时，保护肺的同时应避免机械通气对循环的影响，进而达到改善患者预后的目的[21]。

心肺功能导向的PLV的提出是源于对ARDS患者的机械通气治疗。ARDS患者表现为呼吸衰竭，机械通气是重要的治疗手段之一，但该疾病与血流动力学失代偿也密切相关，源于肺和右心室之间的交互作用，长期机械通气可能加剧右心衰，患者最终会出现心功能异常[22]。机械通气本身的目的是复张塌陷肺泡，增加功能残气量，纠正低氧血症，降低肺血管阻力，改善右心后负荷及血流动力学。然而由于ARDS 时的肺内病变不均一，使用RM及高 PEEP 在复张塌陷区域肺泡的同时，导致相对正常区域的肺泡过度膨胀，增加右心后负荷、降低心输出量及恶化血流动力学。此时肺血管阻力是否降低取决于过度膨胀和复张肺泡数目的平衡[21]。术后脓毒症猪模型的动物实验显示，PLV(6 ml/kg，PEEP 10 cm H2O)与传统通气(10 ml/kg，PEEP 5 cm H2O)相比，肌钙蛋白升高少[中位数0.19(四分位数0.05，0.31)mmol/Lvs.中位数0.36(四分位数0.17，0.60)mmol/L]，表明PLV时内毒素引起心脏损伤相对较小[23]。机械通气易导致肺高压和右心功能障碍，连续右心功能评估可指导机械通气治疗ARDS的强度，同时进行右心保护的通气策略[21]。右心室PLV策略[22，24]：①减少肺张力(限制平台压和驱动压)；②减少高碳酸血症；③提高氧合能力纠正缺氧肺血管收缩，但是对于一些严重的患者，达到这3个目标是互相矛盾的，具体的标准也有待验证。Liu等[25]探讨PLV策略对于冠心病患者行肺癌切除手术的作用，PLV策略组(6 ml/kg和6 cm H2O PEEP)与对照组(10 ml/kg和 0 cm H2O PEEP)比较，在单肺通气转换为双肺通气时氧分压更高[(316.4±105.5)mm Hg vs. (368.0±114.1)mm Hg]，血流动力学顺应性更好[(33.7±5.6)ml/cm H2O vs.(38.5±6.6)ml/cm H2O，P<0.05]及气道压较低[(18.6±3.4)cm H2O vs. (16.0±2.9)cm H2O，P<0.05]。

机械通气与循环间的相互关系已日益被人们重视，在心脏和胸外科大手术中，心肺储备功能降低，心肺交互作用更为明显，调节好心肺相互关系已成为围术期管理的巨大挑战。在机械通气时，强调实施机械通气时保护循环功能和维持血流动力学稳定，有利于改善患者预后。

3 PLV与血流动力学的关系

3.1 低潮气量与血流动力学的关系

低潮气量减轻局部肺泡过度膨胀造成的容积伤，也可减轻肺泡扩张不均导致局部肺泡受力增大造成的气压伤，PLV的应用将低潮气量和一定的PEEP水平结合，以便能够以最小的平台压避免肺泡塌陷，降低术后肺不张和肺部感染[4]。Lansdorp等[26]研究显示随着机械通气潮气量的增加(4、6、8、10 ml·kg-1)，气道压、胸内压、心包压和中心静脉压分别增加(0.9±0.2)、(0.5±0.3)、(0.3±0.1)、(0.3±0.1)mm Hg·ml-1·kg-1，潮气量为8 ml/kg时，肺顺应性明显下降，从(0.12±0.07)L/cm H2O降至(0.09±0.03)L/cm H2O，同时增加的潮气量会使心搏出量减少[潮气量 4 ml·kg-1vs. 10 ml·kg-1；(43.1±7.2)ml·m-2vs.(40.5±7.2)ml·m-2]，所以低潮气量相比高潮气量对循环维持更为有益。一项关于肺癌的回顾性研究显示，129例单肺切除术中55例发生心肺并发症，12例因心血管并发症导致死亡，包括心肌梗死、不稳定性心绞痛和严重心律失常，由此认为潮气量<7.35 ml/kg(OR=0.36，95%CI：0.10～0.92，P=0.03)的PLV是降低心肺并发症的独立因素[27]。由此可见，低潮气量机械通气相比较高潮气量机械通气，更易维持血流动力学稳定，更易减少心肺并发症，改善预后。

3.2 PEEP与血流动力学的关系

低潮气量与PEEP可以减少机械通气时反复肺膨胀的剪切应力，但PEEP使胸内压增加，增加上下腔静脉血管的压力，引起回流阻力升高，使右心室前负荷减少，导致回心血量减少，同时PEEP增加右心室后负荷(肺血管阻力增加)和右心室射血阻力，右心每搏量减少，右心室的每搏量即左心室的前负荷，PEEP使右心室搏出量减低，几个心搏周期后，最终会导致左心室充盈减低，每搏量减少[28,29]。PEEP虽然可能减少心输出量，但较低的PEEP可以改善低血氧，增加血容量和静脉压力。Jardin等[28]对10例ARDS分别进行PEEP 0、15、30 cm H2O机械通气，随着PEEP升高(PEEP 0、15 cm H2O vs. 30 cm H2O)，左心指数降低[(3.99±1)、(3.61±1.3)L·min-1·m-2vs.(2.60±0.68)L·min-1·m-2]，心搏指数降低[(40.5±9.9)、(36±9.9)L·次-1·m-2vs.(25±4.7)L·次-1·m-2]，左心室收缩末压降低[(128±21)、(124±13)mm Hg vs.(124±20)mm Hg]，二维超声心动图测量的左心室收缩末期和舒张末期横截面积都降低(PEEP 0 vs. 30 cm H2O，P<0.01)，室间隔曲率的半径也随着PEEP升高而减小，说明室间隔左移，左心室充盈减低。该研究证实较高的PEEP会影响机械通气的血流动力学，适当的PEEP才能对血流动力学产生积极效应。对于严重的慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)患者，无论低潮气量和高潮气量，间断的正压通气可以增加吸气相心脏舒张期肺动脉压力(diastolic pulmonaryarterial pressure，dPAP)，减少右心室每搏量。dPAP与肺血管阻力息息相关，且不受右心室每搏量的影响，较好地反映肺血管动力学，因为它既反映肺循环，也反映左心前向压力[30]。单肺通气(one-lung ventilation，OLV)时PEEP的作用依赖于每个患者的肺机械能力，OLV可降低动脉氧合[31]，大多数COPD患者在OLV时发展为自动正压通气，导致肺过度膨胀，并且增加肺内分流，正常人在OLV时，自动正压通气的压力小于其功能残气量，因此受益于呼吸机的PEEP，减少肺血管阻力，提高氧合[32，33]。Fu等[34]报道由于OLV时手术区域的胸膜是不完整的，另一侧是完整的，机械通气引起的胸内压的周期变化仍然可以在某种程度上传送到肺血管和右心房，从而影响心搏量，PLV(潮气量：6 ml/kg，FiO2：50%，PEEP：5 cm H2O)的低潮气量在机械通气中产生的循环压力，可影响每搏量变异度(stroke volume variation，SVV)与脉压变异度(pulse pressure variation，PPV)这些反应血流动力学参数准确性的指标。持续的PEEP可以增加胸内压，PLV组与传统通气策略组相比，SVV、PPV等反映液体反应性的指标灵敏度和特异度都高。由此可见，PEEP在心肺功能导向的PLV中发挥重要作用，适当呼气末压力对血流动力学产生积极效应。

3.3 RM与血流动力学的关系

RM可致机械通气后呼吸末正压，增加急性肺损伤(acute lung injury,ALI)或ARDS患者肺容量，有效的RM可以帮助提高气体交换，减少呼吸机相关性肺损伤。然而，由于气道压上升，RM会引起短暂的跨肺压增加，导致胸内压增加，肺血管阻力增加，由此肺内分流增加，静脉回流减少，引起左心室舒张末期搏出量减少[35～38]，RM有可能会造成血流动力学损害，因此，RM更适用于血流动力学稳定的机械通气患者。Lim[35]观察RM对3种不同性质的ALI的影响，RM时，肺炎所致ALI心输出量减少程度(0.49×基础心输出量)，比油酸性ALI(0.67×基础心输出量)及呼吸机相关性肺损伤(0.79×基础心输出量)降低更为明显。且在RM后5 min，油酸性ALI和呼吸机相关性肺损伤组心输出量可回复至正常水平，肺炎所致ALI在RM后15 min后心输出量仍比基础水平低，说明RM可暂时的、较大程度地降低3种性质ALI的心输出量，需谨慎使用，尤其在患者并发肺炎时切忌长时间膨肺。Das等[39]在RM策略应用于ARDS患者血液动力学影响的研究中指出，RM可以使重度ARDS患者增加氧供，但是使轻度和中度ARDS患者氧供下降，初始的较高心输出量可以抵消因RM本身造成胸内压增高的副作用，起到保护作用。一项近期的随机对照临床试验显示，全麻机械通气及体外循环后，局部肺换气不足到肺不张、肺泡塌陷均可通过激活缺氧性肺血管收缩反应，使肺毛细血管闭塞，导致右心流出量减少，进而损害右心室功能，但RM策略可以改善体外循环后的右心室功能。对照组采用常规通气策略(PEEP 6 cm H2O)，实验组手术结束时采用RM策略(PEEP 10 cm H2O)，在手术前、手术结束及手术结束30 min后，经食道超声测定血流动力学及心功能参数，手术结束时测定2组心功能参数(三尖瓣环平面收缩位移、心肌工作能力指数、右心室射血分数)，证实95%患者出现右心室功能轻度降低，组间差异无显著(P=0.16)，手术结束30 min后右心功能参数仅在实验组改善(P<0.001)，右心室射血效率增加107%，对照组CI进一步下降[40]。Aretha等[41]报道全麻下行剖宫产手术时，无论压力控制或容量控制机械通气，使用RM与不使用RM相比，前者拔管前10、20 min与术后氧饱和度都更高，肺顺应性也比对照组高29.7%～42.5%，PaO2、PaO2/FiO2和氧饱和度也更高 (9.4%～12%、10.3%～11.9%和0.4%～1.3%)，2组血流动力学稳定性无明显差异。Godet等[42]报道对早期ARDS患者进行1 h高频率震荡通气，可使肺泡复张，显著提升氧合能力与血流动力学，通气30～60 min血气中氧合指数(PaO2/FiO2)明显升高(P<0.05)；通气10～30 min平均动脉压显著升高(P<0.05)； 通气起始与通气60 min相比，去甲肾上腺素用量减少 [0.34 (0.24～0.63) μg·kg-1·min-1vs. 0.19 (0.08～0.32) μg·kg-1·min-1]。综上，在机械通气中，RM也能通过心肺交互作用影响血流动力学，RM对心肺保护作用有双向性，在麻醉管理中以血流动力学管理为导向目标的重要性日益增加，需合理使用RM。

4 PLV与液体管理及患者对液体反应性的关系

机械通气时液体管理具有阶段性，在实施及撤离机械通气前均应进行循环容量的评估，以免通气前容量不足及撤机前容量过负荷造成的血流动力学紊乱。在疾病早期血管通透性升高，血管内容量渗出到组织间隙，可导致容量不足。同时由于正压通气引起回心血量降低及每搏量下降，在早期或炎症反应阶段需要充足的补液以保证血管内容量及每搏量，同时防止补液过度导致肺水肿。炎症控制后，组织间隙的水向血管内流动，此时需要积极主动地进行液体负平衡，以促进肺部炎症渗出吸收，并改善静脉回流及内脏器官的灌注。因此，心肺导向的保护性通气策略不仅能保护肺，更重要的是保护循环。

Marret等[27]报道129例单肺切除术后主要并发症包括呼吸衰竭、肺栓塞、肺炎等，有主要并发症的患者总液体灌注量为(3.8±1.5)L，无主要并发症的患者总液体灌注量为(2.5±1.3)L(OR=1.96，95%CI：1.45～3.16，P=0.0001)，说明术中PLV策略需要与合理的液体灌注量配合，避免过多液体灌注造成呼吸和循环并发症。Pinsky等[43]总结机械通气时心肺的交互作用，由于通气循环改变胸内压，进而影响右心房压力的改变，右心房压力是静脉回流的下游压力，右心房压力增加瞬间降低这种压力梯度，使静脉回到右心室减少，胸腔内血容量减少。由于SVV与PPV是压力从气道传导至胸膜及心包的间隙而生成，所以PPV与SVV在ALI时使用低潮气量机械通气(≤8 ml/kg)与驱动压<20 cm H2O时是不准确的[34，44，45]。Kang等[29]报道心脏手术时PEEP分别为0、5、10 cm H2O，低潮气量组与传统潮气量组的SVV敏感性最优阈值分别均为13.5%、13.5%、14.5%，说明可能PEEP为10 cm H2O时胸膜压与胸内压更高，所以SVV反映液体反应性时的灵敏性应依据PEEP不同水平而异。Biais等[45]研究显示全麻手术采用低潮气量机械通气时：①RM时每搏量减少30%可以预测灌注250 ml生理盐水的作用；②RM引起的SVV与PPV相比，前者对液体反应性的灵敏度更高；③使用RM时SVV与补液后(250 ml生理盐水)SVV相比，其对液体反应性的灵敏度相似。同样，单肺通气时，PLV(proP：6 ml/kg，FiO2：50%，PEEP：5 cm H2O)时SVV和PPV预测患者容量反应性比传统通气策略(proC：10 ml/kg，FiO2：100%，PEEP：0)的灵敏度和特异度都低[34]。手术机械通气时使用RM，每搏量减少的量级可以预测前负荷反应性[45]。De Broca等[46]报道上腹部手术中，RM时SVV可以预测患者容量反应性，RM时患者SVV均下降。RM时右心室的血流动力学改变更依赖前负荷[47，48]。综上，PLV与液体管理及患者对液体反应性密切相关，心肺导向的RM策略的液体管理应具有阶段性，以循环评估为重要衡量指标，其对SVV、PPV的影响因通气策略不同而有所变化。

5 小结

综上所述，心肺功能导向的PLV策略的实施可以维持恰当的循环容量，确保充足的心输出量，改善组织灌注。不断优化PLV，对改善患者预后和转归有显著的临床价值和推广意义。PLV中低潮气量、适当呼气末压力对血流动力学产生积极效应，RM对于心肺保护作用有双向性，且PLV可影响液体灌注、SVV预测容量反应性。为避免通气设置对血流动力学的不利影响，应在进行机械通气及实施通气策略前进行血流动力学评估，并以血流动力学治疗为导向调整治疗，以保证充足的氧输送，避免机械通气造成的循环紊乱。心肺功能导向的PLV策略将成为临床麻醉、ARDS患者机械通气的发展趋势。