个体化设置呼气末正压的临床应用进展

张爱华 综述 周 阳 审校

(北京大学第三医院麻醉科，北京 100191)

腹腔镜手术利用人工气腹或改变体位以使内脏远离手术区，提供开阔视野。建立人工气腹会增加腹腔压力，使膈肌上移，导致气道压力升高，较高水平气道压力牵拉以及肺泡过度扩张均会刺激肺泡上皮细胞，诱发黏附分子与炎性免疫介质因子大量释放，引起呼吸机相关肺损伤[1]，而Trendelenburg等特殊体位使肺容积进一步减少，这些情况均可致肺顺应性降低，肺底部萎陷甚至不张[2]，从而造成低氧血症和高碳酸血症。为了开放闭合的小气道，维持氧合，麻醉医师在机械通气时通常会设置一定水平的呼气末正压(positive end expiratory pressure，PEEP)。目前关于PEEP的有效性仍存争议，若PEEP水平过高，虽能最大限度维持肺泡开放，改善肺泡通气[3]，但可能出现肺泡过度膨胀，肺阻力增加，尤其在容量不足或右室功能不全且没有进行肺复张的患者中，可能导致血流动力学波动[4]；而低水平PEEP可能使小气道反复开放和关闭，不足以维持终末肺单位开放。本文就个体化设置PEEP的临床研究进展进行综述，为在微创手术中提供更好的肺保护提供参考。

1 恒定PEEP的有效性

麻醉与肺不张增加有关[5]，尤其是肥胖患者[6,7]和接受腹腔镜手术的患者[8]。全身麻醉诱导时即可对呼吸系统产生影响，导致肺功能残气量减少，肺不张增加，顺应性降低，通气血流比例失调，进而造成肺氧合功能受损[3]。肺泡塌陷是产生通气不良结果的诱因之一，较小的功能性肺容积导致较低的肺顺应性，同时需要较高的跨肺压，造成气压伤。为了改善氧合，避免气道压力过高，常采用小潮气量高频通气+恒定PEEP的传统肺保护性通气策略，虽然潮气量不足也会导致肺不张而影响肺换气功能，但PEEP是在控制呼吸和辅助呼吸时，于呼吸末期在呼吸道保持一定的正压，可避免肺泡萎缩塌陷，防止部分性肺不张，降低肺部并发症的发生，改善通气和氧合[9]。已有研究[10～12]表明机械通气时给予低水平PEEP明显提高氧分压，减轻围术期T淋巴细胞亚群和NK细胞水平下降的程度，减轻术后细胞免疫功能的抑制，细胞免疫功能恢复更快。

随着PEEP在临床的广泛应用，越来越多的学者对其有效性产生质疑。Sato等[13]的研究结果证实低潮气量联合低水平PEEP可能增加术后肺部炎症的风险。该研究将25例肝切除术随机分为潮气量12 ml/kg(TV12)组与6 ml/kg(TV6)组，PEEP均为3 cm H2O，气管插管后立即取样动脉血和气道上皮内层液，此后每3 h取样一次，在6 h时，TV6组气道上皮内层液中白细胞介素8水平显著高于TV12组(P=0.03)，血流动力学或酸碱状态无显著变化。Levin等[14]对29 343例全身麻醉机械通气进行Cox回归分析，结果显示，与潮气量8～10 ml/kg相比，潮气量6～8 ml/kg联合低水平PEEP [4.0 (2.2～5.0) cm H2O]与增加术后30天死亡风险相关(HR=1.6，95%CI：1.25～2.08，P=0.0002)。不仅如此，与低水平PEEP相比，高水平PEEP也未减少术后肺部并发症(postoperative pulmonary complication，PPC)。一项大型随机对照研究[6]纳入1976例非心脏、非神经系统手术的肥胖患者(BMI≥35)，随机分为高水平PEEP组(12 cm H2O)和低水平PEEP组(4 cm H2O)，均采用容量控制通气，潮气量 7 ml/kg。主要结局为术后5天内总的肺部并发症，包括呼吸衰竭、急性呼吸窘迫综合征、支气管痉挛、新的肺部浸润、肺部感染、吸入性肺炎、胸腔积液、肺不张、心肺水肿和气胸；9个次要结局包括术后严重肺部并发症，术后肺外并发症(全身炎症反应、脓毒症、严重脓毒症、感染性休克、肺外感染、昏迷、急性心肌梗死、急性肾功能衰竭、播散性血管内凝血、胃肠功能衰竭和肝功能衰竭)，术后伤口愈合不良，意外需要入住重症监护病房或再入院，术后90天内不住院天数，术中不良反应包括低氧血症(定义为氧饱和度降低，SpO2≤92%持续>1 min)和低血压(定义为收缩压<90 mm Hg持续>2 min)，心动过缓，住院期间死亡。结果表明，高水平PEEP组989例中211例(21.3%)出现主要结局，而低水平PEEP组987例中233例(23.6%)出现主要结局(差值=-2.3%，95%CI：-5.9%～1.4%；RR=0.93，95%CI：0.83～1.04；P=0.23)，差异无统计学意义；在9个次要结局中，6个次要结局在2组间无显著差异，3个次要结局差异显著，包括高水平PEEP组5.0%(49/989)发生术中低氧血症，低水平PEEP组为13.6%(134/987)(差值=-8.6%，95%CI：-11.1%～6.1%，P<0.001)。可见，恒定水平的PEEP并不能为患者带来更好的收益，由于个体间存在体型、胸壁形状、腹内压以及合并症的差异，恒定PEEP并不适合所有患者，应视患者自身情况设置个体化PEEP。

2 个体化PEEP的临床应用

目标导向选择个体化PEEP的方法包括动态肺顺应性(dynamic lung compliance，Cdyn)、驱动压(driving pressure，DP)、电阻抗断层成像(electrical impedance tomography，EIT)。

2.1 Cdyn引导个体化PEEP

Cdyn可表示为潮气量/(气道峰压-PEEP)，其呼吸参数设置合理性可在呼吸力学上直接体现，而VD/VT大小代表通气效率的高低，是肺保护相关措施的重要指标。周建伟等[15]在腹腔镜结直肠癌根治术中通过Cdyn确定患者适宜PEEP，将54例随机分为2组各27例。肺保护组设置低潮气量7 ml/kg，呼吸14～18次/min，气腹建立后进行容量递增肺复张，呼吸次数8次/min，吸呼比1∶1，潮气量由7 ml/kg开始逐步递增2 ml/kg，每步维持3次呼吸，直至气道峰压达40 cm H2O，肺复张后呼吸参数设置同前，增加PEEP设置14 cm H2O，每1 min递减2 cm H2O直到4 cm H2O，其间观察Cdyn据此确定患者最适PEEP值后，联合低潮气量(7 ml/kg)及肺复张(每30 min一次)；传统组潮气量9 ml/kg且无PEEP和肺复张。麻醉诱导后10 min(T1)和每次肺复张后30 min(T2、T3、T4)记录Cdyn及气道平台压，并在T1～T4、拔管后30 min(T5)及术后第3天(T6)采集动脉血，计算氧合指数，记录术前和T6时的改良临床肺部感染评分。结果表明，与传统组比较，肺保护组T3、T4时Cdyn明显升高(P<0.05)，T4～T6时氧合指数明显升高(P<0.05)，T6时改良临床肺部感染评分明显降低(P<0.05)。肺顺应性是单位压力改变时所引起的肺容积改变，反映的是胸腔压力改变对肺容积的影响，肺顺应性升高意味着肺组织可扩张性增大，肺不张面积减小，能更好地与外界进行气体交换，Cdyn最高时肺泡开放程度处于最佳状态且受到机械剪切力最小。

2.2 驱动压引导个体化PEEP

驱动压是机械通气过程中，驱动气体进入肺内时导致气道压力上升的值，可表示为平台压-PEEP。Cdyn可决定驱动压的值，较高的Cdyn降低术中机械通气的驱动压[16]。Neto等[17]对17项随机对照研究共2250例患者进行meta分析，结果表明，驱动压与PPC的发生有关(驱动压增加一个单位的OR=1.16，95%CI：1.13～1.19，P<0.0001)，与潮气量无关(OR=1.05，95%CI:0.98～1.13，P=0.179)，且驱动压是保护性肺通气对肺部并发症发展影响的唯一重要因素(P=0.027)。其中2项比较低潮气量联合低PEEP或高PEEP的研究显示，PEEP水平升高导致驱动压升高，使PPC增加(OR=3.11，95%CI：1.39～6.96，P=0.006)。不同研究人群以及PPC的定义不同，其发生率可达10.7%～53.2%[18]。肺手术后PPC对短期和长期预后有显著影响[19]，甚至是导致术后早期死亡的首要危险因素[20]。Park等[21]报道一项292例胸腔镜手术双盲随机对照研究，传统保护性肺通气组单肺通气期间，PEEP 5 cm H2O，潮气量6 ml/kg，容量控制通气模式；驱动压组通气模式相同，单肺通气5 min时逐渐增加PEEP从2 cm H2O至10 cm H2O，每个PEEP水平保持10个呼吸周期，并记录每个PEEP水平最后一个周期的驱动压，选择产生最低驱动压力的PEEP水平，并在整个单肺通气过程中维持。结果显示，与传统保护性肺通气组相比，驱动压组术后3天内PPC明显减少[5.5%(8/145)vs.12.2%(18/147)，P=0.047，OR=0.42，95%CI：0.18～0.99]，肺炎或急性呼吸窘迫综合征明显减少[6.9%(10/145)vs. 15.0%(22/147)，P=0.028，OR=0.42，95%CI：0.19～0.92]。Mathis等[22]在心脏外科手术中也证实驱动压<16 cm H2O可降低PPC风险。可见，以驱动压导向个体化PEEP在临床是安全可行的，具有一定的肺保护作用。

2.3 肺部生理学监测技术在临床的应用

2.3.1 EIT EIT是一种无创成像技术，可以床旁应用，最主要的优点是能够提供实时的而非间断的监测，在呼吸过程中测量与肺组织对应的电阻抗改变，并能提供需要观察的肺部区域图像，明确个体化PEEP水平。目前已经开发了几种针对检查的EIT指标来评估塌陷/高膨胀或复张/周期性肺泡塌陷比例，而且证实局部通气延迟指数与CT扫描所测得的复张像素总量有很好的相关性[23～25]，不同PEEP水平对不同类型急性重度肺衰竭的区域时间常数的分布模式有影响。Pereira等[5]将40例腹部手术随机分为4 cm H2O PEEP组和EIT引导PEEP组，结果显示，EIT引导PEEP在个体中差异显著，中位数12 cm H2O(6～16 cm H2O，95%CI：10～14)，与4 cm H2O PEEP相比，EIT引导PEEP的驱动压降低[(8.0±1.7)cm H2O vs. (11.6±3.8)cm H2O，P<0.001]，氧分压增加[(435±62)mm Hg vs.(266±76)mm Hg，P<0.001]，术后肺不张减少(P=0.017)，且血流动力学无明显差异[术中平均动脉压(80±14)mm Hg vs.(78±15)mm Hg，P=0.821]。Liu等[26]探讨EIT引导个体化PEEP对100例胸腔镜手术的老年患者肺力学和氧合的影响，以固定PEEP 5 cm H2O为对照组，将氧合指数作为主要结局，驱动压和Cdyn作为次要结局。结果显示，EIT引导PEEP为9～13 cm H2O，在单肺通气0.5 h，与固定PEEP 5 cm H2O组相比，EIT引导PEEP组氧合指数高47 mm Hg(95%CI：7～86 mm Hg，P=0.021)，Cdyn高4.3 ml/cm H2O(95%CI：2.1～6.7 ml/cm H2O，P<0.001)，驱动压低3.7 cm H2O(95%CI：2.2～5.1 cm H2O，P<0.001)；在单肺通气1 h，氧合指数高93 mm Hg(95%CI：58～128 mm Hg，P<0.001)，Cdyn高4.4 ml/cm H2O(95%CI：1.9～6.9 ml/cm H2O，P=0.001)，驱动压低4.9 cm H2O(95%CI：3.8～6.1 cm H2O，P<0.001)；手术结束双肺通气期间，氧合指数高107 mm Hg(95%CI：56～158 mm Hg，P<0.001)。可见，个体化设置的PEEP值普遍偏高，且范围较大，说明传统的低水平PEEP带来的效益有限。但对于血容量不足或右室功能不全的患者来说，在决定方案时，也应综合考虑血流动力学波动的风险[27]。

2.3.2 CT CT可用于评估肺复张可能性(CT-based potential for lung recruitment，PLRct)[28,29]，在2个不同PEEP水平上进行呼气末CT扫描，可以对肺复张的可能性进行评估，并将复张和充气加以区别。PLRct表示已复张肺组织的量占肺总量的百分比，PLRct>10%的患者，可确定较高PEEP对其益处更大；PLRct<10%的患者，高PEEP可能引起气压伤和血流动力学波动，弊大于利[30]。对于PLRct较低者，合理安全的方法是将PEEP设定在5～8 cm H2O。目前PLRct主要应用于因急性肺损伤或急性呼吸窘迫综合征进行机械通气治疗的患者，若此类患者有手术需求，术前行PLRct在术中机械通气方案的制定中具有指导意义。虽然CT扫描速度已经加快，且进一步减少了辐射的暴露，但是很显然，CT并不是床旁工具，转运至CT室期间患者可能存在风险。

值得注意的是，由于使闭合肺组织开放的压力大于维持肺组织充气的压力，在设置PEEP之前需要进行肺复张，否则PEEP分配不均，不但不能撑开塌陷的肺泡，还会使已开放的肺泡过度膨胀。此外，呼吸机相关肺损伤(ventilator induced lung injury，VILI)是极其复杂的病理生理学变化，不仅取决于气道压力，还取决于炎症组织、肺血流量和微血管结构，气道压对肺的影响也取决于体位、胸壁力学和吸气肌群的利用[31]。因此，如果所有其他因素保持不变，PEEP可实现稳定的肺复张并可增强肺部保护；而如果以上因素发生变化，则应重新评估PEEP的利用价值。

3 小结

由于个体间存在体型、胸壁形状、腹内压以及合并症的差异，恒定PEEP并不适合所有患者，根据机械通气时的Cdyn、驱动压等呼吸力学指标，以及应用EIT肺部生理监测技术评估，选择适宜个体化PEEP可以更好地改善通气过程中的氧合，优化肺顺应性，减少PPC。然而，目前的研究确定适宜PEEP的方法较为繁琐，在以优化呼吸功能作为目标的前提下，应考虑在微创手术中的实用性、便捷性和精确性，有的肺部生理监测技术并未普及，还需进一步研究探索其价值，以提高医师对肺部保护的认知和理解，从而为患者提供更好的肺部保护。