心脏手术体外循环期间通气管理的研究现状与进展

张孟秋(综述)，余 海(审校)

(四川大学华西医院麻醉科，四川 成都 610041 )

2021年我国心血管外科手术总量超27万例，其中体外循环(cardiopulmonary bypass,CPB)下手术总量超17万例，均呈现明显上升趋势[1]。绝大多数心脏手术需采取正中胸骨切开、心脏停搏和主动脉阻断，以获得静止、无血的操作术野，这都将不可避免地会引发全身炎症反应，造成心肌组织缺血损伤和电生理损害[2-3]。发生缺血/再灌注损伤后，心肌组织释放的促炎介质、氧自由基、以及心功能不全本身也可能会导致肺损伤的发生[4-5]。此外，心脏手术尚存在其他多种炎症应激诱发因素，比如CPB预充液导致的急性血液稀释、容量超负荷、CPB期间连续非搏动性血流灌注、低体温、全身肝素化以及CPB管道回路内表面积过大等。肺脏尤其容易遭受全身炎症反应的打击，急性肺损伤是CPB术后的常见并发症，将导致气体交换障碍、肺泡-毛细血管功能受损、通气/血流比失调，往往表现为动脉血氧分压(arterial partial pressure of oxygen,PaO2)和氧合指数(oxygenation index,OI)下降。尽管心脏手术围术期管理和技术不断进步和发展，如不停跳冠状动脉搭桥术、胸腔镜辅助加小切口微创心脏手术、经导管主动脉瓣置入术等，但术后肺部并发症(postoperative pulmonary complications, PPCs)/肺损伤仍然是心脏手术患者术后的主要并发症和死因。因此，旨在减少CPB后肺损伤、促进患者临床转归的预防措施层出不穷。比如应用中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂如西维来司钠和乌司他丁、肝素涂层回路、减少CPB管道回路与血液接触的内表面积(迷你化)、减少血制品输注、专用滤器去除白细胞、改良超滤减轻液体超负荷等。而与临床心血管麻醉医生密切相关的措施，更多地体现在术中机械通气管理上，肺保护性通气策略被证实可降低心脏手术PPCs的发生风险[6]，但关于CPB期间如何进行通气管理尚存在较大争议[7-9]。基于此，通过总结现有临床研究证据，对CPB期间的通气管理策略作一综述。

1 CPB期间通气管理模式

心脏手术围术期保护性肺通气策略可在CPB前后、重症监护室中均起到肺保护作用，在CPB期间存在不同的通气管理策略，包括：停止通气、持续气道正压(continuous positive airway pressure,CPAP)、小潮气量(tidal volume,VT)通气、间断肺复张手法(vital capacity maneuvers,VCMs)以及通气期间结合肺动脉灌注。

1.1CPB期间无通气 目前CPB期间常用通气方式为无通气，该通气方式往往作为研究的对照组，即双肺处于塌陷、静止状态，有利于给外科医生提供良好的操作视野，进而加快手术进程。然而，停止通气后，肺循环中溶酶体的激活，可导致术后呼吸功能不全、急性呼吸窘迫发生率升高[10-11]。同时，塌陷的肺泡及小气道，可影响到肺分泌物的正常排出，进而导致气道细菌繁殖，引起感染。

1.2CPB期间应用CPAP 最早开始探讨CPB期间行CPAP的是Berry等[12]，对比了CPB期间应用5 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa)CPAP与保持肺完全静止塌陷这两种通气管理模式，观察受试者在CPB后几个时点上肺泡-动脉氧分压差[(alveolar to arterial oxygen partial pressure difference,P(A-a)O2)]的差异。尽管在某个时点上，CPAP组患者的P(A-a)O2稍高于对照组，但在有创通气时间等方面差异无统计学意义，且样本量过小(20例/组)。此后，陆续出现了一些探讨不同水平CPAP对P(A-a)O2、OI、PaO2等气体交换参数影响的研究[13-19]。Loeckinger等[14]应用10 cmH2O CPAP与对照组比较，发现在CPB后4 h的肺内分流量显著减少，与其他研究相似，该研究样本量偏少。在数年之后，Altmay等[16]和Figueiredo等[17]却发现10 cmH2O CPAP并不能提高术后肺脏的气体交换功能。与单独应用CPAP不同的是，Claxton等[20]还将5 cmH2O CPAP与肺复张手法相结合，发现该通气方式更有利于提高CPB后的PaO2。Zabeeda等[15]的研究设计分组则更全面，包括了无通气组、不同吸入氧浓度(fraction of inspired oxygen，FiO2)下小VT高呼吸频率(respiratory rate,RR)通气组、及有无CPAP组(共5组，每组15例受试者)，结论是应用纯氧行5 cmH2O CPAP的患者，在CPB后5 min有着更高的PaO2。就现有研究结果而言，在CPB期间应用CPAP的通气策略，尚不能得出统一、令人信服的结论。值得注意的是，目前有一项单中心随机对照研究正在实施，Bignami等[21]将受试者分为3组：无通气组、5 cmH2O CPAP组和小VT(VT=2～3 mL/kg)低呼气末正压(positive end-expiratory pressure,PEEP)机械通气组，主要指标是术后OI<200的发生率。该研究有着足够的样本量(共870例)，且纳入了三种常用的CPB通气管理策略，该研究的实施将进一步探明在CPB期间应用不同通气策略的优劣。

1.3CPB期间应用小VT的通气策略 早期有8项临床随机对照试验探讨了CPB期间小VT的通气策略[22-29]，大多采用正常RR，将VT设置为3～5 mL/kg，而其中只有一项研究应用低RR(5次/min)[29]。在该领域研究较多的是Beer等[22-25]，他们的研究表明，小VT(3～4 mL/kg)机械通气组患者较对照组有着更低的炎性标志物水平和更高OI。然而，没有证据表明这种通气策略有显著的实际临床效应。Durukan等[29]发现，CPB期间行小VT、低RR、无PEEP的通气策略，与对照组相比，在CPB后存在某些炎症因子(如白细胞介素6等)减低的趋势，但差异无统计学意义，且该研究样本量也偏少(共59例)。Gagnon等[28]比较了在CPB期间行3 mL/kg的小VT通气与无通气，得出的结果是：两组患者在CPB后的OI和血流动力学相关指标上差异均无统计学意义。另一项由Davoudi等[27]实施的研究表明，CPB期间应用小VT的通气策略，能提高CPB后患者的肺功能和氧合能力。该研究是对术前患者肺部基础疾病进行详细描述的唯一试验，并将术前肺功能受损的患者排除在外。John等[26]研究则表明，CPB期间保持通气(VT=5 mL/kg)的患者，术后机械通气时间更短，并且肺损伤更轻。Orak等[30]研究者更推荐在CPB期间应用VT为3～4 mL/kg的通气策略，但他们试验的总样本量只有60例，且同样将氧化应激标志物作为主要指标。上述研究多将主要指标设定为反映气体交换的某些中间指标，而这些指标本身具有很大的局限性，且试验样本量少，难以说明实际临床效应。

近期发表的文献则更关注患者实际预后转归，不再局限于某些炎性中间指标，且设计更加规范、样本量更大。Lagier等[31]发表了一项多中心随机对照试验，该试验样本量充足(共493例)，探讨了在CPB期间应用两种通气管理方式，即小VT通气(VT=3 mL/kg，PEEP=8 cmH2O，RR=12次/min)联合VCMs的“肺开放通气策略”与无通气，对患者PPCs发生率的影响，结果显示两组之间差异无统计学意义，因而他们认为，在CPB期间保留小VT的通气策略并不优于无通气。随后Nguyen等[32]也发表的一项单中心随机对照研究中，将1 501例受试者分为CPB期间的小VT通气组(VT=3 mL/kg，PEEP=5 cmH2O，RR=5次/min)和无通气组，结果也显示两组在PPCs发生率及病死率差异均无统计学意义，同样也得出了与Lagier等[31]类似的结论，但同时作者也提出，并没有将术后疼痛管理、理疗及其他呼吸力学相关参数等记录并统计，而这些指标的差异有可能会对PPCs发生率产生潜在影响。

在上述国外相关临床研究中，均未见有关于FiO2的详细设定说明，且纳入的手术类型多数为冠状动脉搭桥术。而我国的心脏手术类型以瓣膜病变(28%)和先天性心脏病(26%)为主，冠状动脉搭桥术虽然呈现上升趋势，但占比仅为21%[1]。据国内一项随机对照研究报道[33]，CPB期间应用不同FiO2(30%或80%)行小VT(VT=2～3 mL/kg，PEEP=5～8 cmH2O，RR=10～12次/min)的通气策略，与无通气相比，患者术后PPCs发生率差异并无统计学意义。值得注意的是，在目前所有的随机对照研究中，都没有提到与通气方式相关的严重不良事件，也间接地反映出在CPB期间保持小VT通气是一项很安全的技术。

1.4CPB期间应用VCMs VCMs是围术期肺保护性通气策略中关键性的一环，通过短暂持续的高水平气道压力，使不张的肺泡重新打开，从而能弥补小VT通气所带来的肺不张风险[34]。Tschernko等[35]研究表明，在CPB后行VCMs能够降低患者术后肺内分流和提高氧合能力。同样应用的是40 cmH2O峰值气道压力，他们的结论被Murphy等[36]证实，不同的是，Murphy的研究还表明，应用VCMs的患者术后在重症监护室有创通气时长也更低。Muslu等[37]同样发现单次应用40 cmH2O的峰值气道压力行VCMs能降低术后肺不张的发生。即使VCMs的应用能给患者带来益处，且被麻醉医生所广泛接受，但也有研究表示，VCMs可对患者产生潜在的血流动力学波动。Toth等[38]在给急性呼吸窘迫综合征的患者应用45 cmH2O的峰值气道压力行VCMs时发现，心指数会有短暂的降低。Celebi等[39]关注到，VCMs同样持续30 s，高CPAP(40 cmH2O)组患者的平均动脉压更低，而应用PEEP峰值20 cmH2O的患者，血流动力学更平稳且氧合能力更好。可以看出，行VCMs时压力过大、持续时间相对过长，越有可能导致血流动力学的波动。过大的VCMs峰值压力造成的血流动力学波动，在CPB后心肌脆弱时期，极易导致循环衰竭。由于目前在行VCMs时的峰值气道压力水平的设定没有达成共识，心血管麻醉医生在使用该技术时尤其需注意患者血流动力学等变化。

1.5CPB期间通气结合肺动脉灌注 实施机械通气时，通过增加患者的肺内有效肺泡通气量，进而可提高气体交换效率。肺脏呼吸功能的实现，不仅需要有效的肺泡通气量，还应同时具有匹配的肺泡血流，即：通气/血流比。在CPB期间，肺脏的血供仅有支气管动脉提供，而小VT通气方式近乎死腔量通气，使得这种特殊的通气方式在气体交换上效率极差。CPB期间的通气管理，更多的是保持肺的不塌陷状态，减少复张性肺水肿、肺不张等的发生，但并不能减轻肺组织(肺泡)缺血缺氧、再灌注损伤。关于结合肺动脉灌注和机械通气策略的研究，主要针对不停跳心脏手术[40-41]。Macedo等[40]对不停跳心脏手术CPB期间，在行机械通气的同时，外科医生进行肺动脉插管并实施肺动脉灌注，发现采用这种技术可提高患者术后的早期拔管率、减少术后有创通气时长。然而，不停跳心脏手术术野不佳，CPB期间行肺动脉灌注，目前技术尚不成熟，得不到有效推广[42]。

2 结语与展望

心脏手术术后肺损伤发生的病理生理机制复杂，且尚未被完全阐明。围术期肺保护性通气策略作为减轻肺损伤措施中的一环，实施操作简便易行，任何一个麻醉医生都能掌握，不需要付出额外的费用和精力。现阶段关于心脏手术CPB期间通气管理策略的研究大多将目光集中在了某些生化指标或中间指标上，未关注到患者实际预后转归(如严重PPCs、病死率、住院时间等)，且多数研究样本量偏小，很难得出CPB期间应用哪种通气策略可使患者预后更优的结论。总而言之，在不影响外科术野操作的情况下，于CPB期间保留低水平CPAP或小VT的通气策略，既安全又简单，可能潜在地有益于患者预后。而CPB期间的通气管理如何做到最佳：究竟采用何种通气模式、通气参数及FiO2如何设定等，要回答这些问题，仍需要更多设计良好的研究来进一步证实。