反比通气对俯卧位腰椎后路手术肺部呼吸力学及术后并发症的影响

王 凡 唐 旺 陈丽莉 朱丽萍 樊金燕 王光磊

围术期影响肺顺应性的因素包括术中麻醉药物、通气方式、手术体位和部位[1]。俯卧位腰椎后路手术中由于胸部和腹部压力增加,膈肌运动受阻,肺动态顺应性降低,气道峰压(peak airway pressure,Ppeak)升高,通气功能受损[2～4]。加上全身麻醉诱导和肌肉松弛药物的使用,增加了术后肺部并发症(postoperative pulmonary complications,PPCs)的风险。PPCs与住院时间延长,住院费用增加以及不良预后密切相关[5]。

适宜的机械通气策略可以改善肺部呼吸力学,减轻炎性反应,促进术后恢复。反比通气(inverse ratio ventilation,IRV)是一种机械通气的代替策略,通过改变吸呼比(I∶E),延长吸气时间增加平均气道压(mean airway pressure,Pmean),从而增加跨肺压,扩张塌陷的肺泡,改善通气/血流(V/Q),从理论上可以改善气体交换和增加氧合[6]。然而在俯卧位全身麻醉手术中应用IRV尚未有太多的研究。因此,本研究探究在俯卧位腰椎后路手术中使用反比通气策略能否改善肺部呼吸力学及减少PPCs。

资料与方法

1.一般资料:本研究为一项前瞻性、单盲、随机对照研究,获得了徐州医科大学附属医院医学伦理学委员会批准(伦理学审批号:XYFY2022-KL124-01),并在中国临床试验注册中心注册(注册号:ChiCTR2200057475)。所有患者及家属均签署书面知情同意书。选取在2022年4～8月因腰椎退行性疾病在全身麻醉下行择期手术的患者,ASA分级 Ⅰ～Ⅱ级;年龄18～65岁。排除标准为:肥胖(BMI>30kg/m2);失代偿的心脏疾病(心脏衰竭、心肌梗死、严重的心律失常);严重呼吸系统疾病(重度阻塞性或限制性肺疾病、呼吸衰竭),胸廓畸形,肺部手术史及近期呼吸系统感染性疾病;严重肝肾功能障碍。剔除标准为:手术时长超过5h;术中出血超过2000ml;术后入ICU。

2. 随机化与盲法:使用计算机生成的随机数字列表,按照1∶1随机分配至两组:容量控制通气(volume-controlled ventilation,VCV)组,容量控制反比通气(volume-controlled inverse ventilation group,IRV-VC)组,密封在不透明的信封中。主治麻醉医生在麻醉开始前10min打开信封,术后数据收集者对患者的分组并不知情。主治麻醉医生对分组并不设盲,但不知道这项研究的目的,手术由同一个外科团队完成。

3.麻醉方法:所有患者术前行胸部CT检查,排除既往肺部病变,术前不常规用药。入手术室后常规监测心电图(electrocardiogram,ECG)、脉搏血氧饱和度(SpO2)、心率(heartrate,HR)和无创血压(blood pressure by non-invasive,NIBP)。开放外周静脉通路,在局部麻醉下行桡动脉穿刺并置管。行标准化麻醉诱导和维持:静脉注射咪达唑仑0.05mg/kg、舒芬太尼0.5～0.6μg/kg、依托咪酯0.3mg/kg和罗库溴铵0.6mg/kg用于诱导。诱导后在主治医生的指导下将患者放置于俯卧位垫上。使用丙泊酚4～12mg/(kg·h),瑞芬太尼0.2～0.3μg/(kg·h)和1%～2%七氟烷维持。术中使用麻醉深度检测仪监测麻醉深度,使用肌松监测仪监测肌肉松弛程度。调节丙泊酚输注速率和七氟烷浓度,使脑电双频指数(BIS)值维持40～60,追加顺式阿曲库铵使4个成串刺激(TOF)的Count计数≤1。术中补液使用钠钾镁钙葡萄糖注射液和羟乙基淀粉,基础速度为6～8ml/(kg·h)。使用阿托品、艾司洛尔、麻黄碱、去氧肾上腺素和乌拉地尔维持HR及MAP的波动幅度不超过基线的20%。手术结束前30min停用七氟烷,手术结束时停用丙泊酚和瑞芬太尼,带管送入麻醉恢复室(PACU),达PACU出室标准(Aldrete评分表>9分)后送回病房。

术后患者使用自控静脉镇痛(方案为舒芬太尼2μg/kg、地佐辛10mg和托烷司琼6mg配至100ml 0.9%氯化钠溶液),基础输注剂量为2ml/h,自控剂量为0.5毫升/次,锁定时间为15min。在PACU中补救镇痛药物为芬太尼0.5mg或酮咯酸氨丁三醇30mg,直至NRS评分≤4分。

4.干预措施:患者预充氧(氧流量为6L/min,FiO2为1.0)4min达肌肉松弛要求后气管插管。使用麻醉机(Mindray,WATO EX-75)进行通气,仰卧位诱导后两组先使用VCV通气模式,氧流量为2L/min,FiO2为0.6。根据理想体重设置潮气量,男性:[50+0.91×身高(cm)-152.4] ×(6～8)ml,女性:[45.5+0.9×身高(cm)-152.4)]×(6～8)ml,呼吸频率12～16次/分钟,I∶E=1∶2,PEEP=0。俯卧位后VCV组通气设置保持不变,IRV-VC组I∶E=2∶1,其余参数同VCV组。调节呼吸频率(RR)和潮气量(VT)使呼气末二氧化碳(PETCO2)维持在30～40mmHg,限制气道平台压不超过30cmH2O。

5.观察指标:主要结局指标:呼吸力学指标:在诱导后5min(T0)、俯卧位5min(T1)、俯卧位30min(T2)、俯卧位1h(T3)和手术结束时(T4)测定:动态肺顺应性(dynamic lung compliance,Cdyn)、气道峰压、Pmean、气道平台压(plateau airway pressure,Pplat)、内源性呼气末正压(intrinsic positive end-expiratory pressure,iPEEP)、气道阻力(airwayre-sistance,Raw)等。次要结局指标:①术后肺部并发症发生率[8]:包括额外氧疗、呼吸衰竭、肺炎、ARDS、气胸;②在T0、T2、T4的血气参数:pH、PaO2、动脉二氧化碳分压(partial pressure of carbon dioxide in artery,PaCO2)、血红蛋白(hemoglobin,Hb)、乳酸(lactic acid,Lac),并计算氧合指数(oxygenation index,OI)、肺泡-动脉氧分压差(alveolar- artery oxygen partial pressure gradient,A-aDO2)和生理死腔率(VD/VT);③不良事件发生率:包括术后输血、深静脉血栓形成;④术后住院时长。

6.样本量计算:使用G*Power 3.1重复测量方差分析(ANOVA)计算样本量,效应量(ES)为0.25,检验水准α为0.05,检验效能1-β为0.9,计算样本量为每组26例。考虑到20%的脱落率,共纳入66例患者。

结 果

1.一般资料的比较:本研究共纳入66例患者,其中6例被排除:4例患者因出血超过500ml,2例患者手术时长超过5h,最终60例患者完成了研究并纳入了分析。两组患者在性别、年龄、ASA分级、BMI、术前Hb、术中输液量、麻醉时间、手术时间及高血压、糖尿病等一般情况比较,差异均无统计学意义(P均>0.05,表1)。

表1 两组患者一般资料比较

2.通气和呼吸力学:总体上看,两组Cdyn在T0～T4呈下降趋势,俯卧位后(T1～T4)的Cdyn值显著低于仰卧位(T0),其中由仰卧位转为俯卧位时下降最多。与VCV组比较,IRV-VC组在T2～T4时Cdyn、Pmean、iPEEP和Raw显著升高,Ppeak和Pplat显著降低(P<0.05,表2)。

表2 两组患者各时间点通气和呼吸力学参数的比较

3.血气参数:与VCV组比较,T4时IRV-VC组的PaO2、OI明显升高,而A-aDO2和VD/VT降低(P<0.05);两组PaCO2、pH和Lac比较,差异无统计学意义(P>0.05)。与T0时比较,T2和T4时两组Hb均有所降低,但两组间在各测量时间点比较,差异无统计学意义(P>0.05,表3)。

表3 两组患者各时间点血气参数的比较

4.血流动力学:两组患者的血流动力学参数(MAP、HR)在 T0～T4时比较,差异均无统计学意义(P均>0.05,图1)。

图1 两组患者不同时间点血流动力学的比较

5.术后肺部并发症及其他结局指标:两组患者PPCs发生率和术后住院时长比较,差异无统计学意义(P>0.05,表4)。

表4 术后肺部并发症和其他结局指标比较[n(%),M(Q1,Q3)]

讨 论

在这项对接受俯卧位腰椎后路手术患者的随机试验中,与传统通气模式比较,反比通气可以改善呼吸力学,增加氧合,但并没有降低肺部并发症的发生率。尽管术中Cdyn和PaO2显著升高,这种益处并没有转化为临床中术后肺部并发症发生率和住院时间的减少。

腰椎椎体融合术是治疗腰椎退行性疾病有效的方法之一,俯卧位是手术体位中最具挑战性且发生率较高的体位之一。与一些特殊类型的手术类似,如单肺通气、CO2气腹手术、肥胖患者手术,都存在Cdyn降低、Ppeak升高的现象。为解决俯卧位对肺部的不利影响,对通气模式进行了一系列研究,发现PCV和容量保证的PCV模式可以限制Ppeak并达到目标潮气量[8,9]。但enay等[10]研究发现,PCV与VCV比较炎性标志物水平比较,差异无统计学意义。传统的保护性肺通气策略即小潮气量和最佳PEEP以减少肺泡过度扩张或复张肺泡塌陷,但研究表明,在肺相对健康的患者接受大型脊柱手术中,保护性肺通气和常规通气在术后肺功能和氧合方面没有差异[11]。

IRV是一种机械通气的替代策略,最初用于ICU内其他通气难以纠正的低氧血症,尤其是继发于ARDS的低氧血症。近年来IRV越来越多用于全身麻醉的领域,但尚未在俯卧位全身麻醉手术中研究。研究表明,在腹腔镜胆囊切除术中,与常规通气比较,IRV可以实现较低的Ppeak,但是Cdyn和氧合无明显差异,也不能阻止术后肺功能的恶化[12]。在严重烧伤全麻手术中,反比通气降低Ppeak,减轻肺损伤炎性因子,具有肺保护作用。在小儿、老年患者单肺通气手术中也有类似的发现[13,14]。Xu等[15]研究发现,压力控制的反比通气能够改善肥胖患者妇科手术呼吸力学,同时具有预防VCV引起的肺损伤的作用。

IRV主要机制是通过增加呼吸循环中较高压力的时间来增加Pmean,同时限制了Ppeak和Pplat[16]。其次较短的呼气时间使得滞留在肺内的气体产生iPEEP,增加呼气末肺容积,复张塌陷的肺泡,促进了气体从肺动脉向肺泡的扩散,改善通气/血流不匹配[17]。iPEEP可以改善氧合,对肺部呼吸力学有利[18]。因此在本研究中IRV-VC组PaO2和OI明显增加,A-aDO2降低。

本研究中IRV-VC组的VD/VT明显低于VCV组,可能由于吸气时间延长促进促进吸入气体在肺部的混合和分布,增加了CO2的消除,气道死腔量显著减少[19]。但是本研究发现PPCs和术后住院时长在两组比较,差异无统计学意义,可能是因为本研究纳入的是术前肺部健康的人群,也可能与IRV的通气时间不足够长有关。

IRV的使用也存在一些争议。由于通气和灌注更依赖于重力,俯卧位下V/Q更匹配,通气分布更为均匀,从而改善手术患者的氧合[2]。有研究表明,反比通气氧合并不优于常规通气。本研究中IRV-VC在手术结束时PaO2和OI高于对照组,氧合的改善归因于俯卧位本身还是IRV还需要开展进一步研究。

与常规通气比较,IRV在降低Ppeak的同时提高Pmean,也增加了肺内压,静脉回心血量减少,心排出量降低,对术前存在低血容量休克的患者产生不利影响。iPEEP在进一步扩张肺泡的同时,可能会造成呼吸机相关性肺损伤,在已有肺大疱和呼气相延长疾病如慢性阻塞性肺疾病患者中不宜使用。因此,为了安全考虑,本研究中并未使用外加的PEEP,且全程保持Pplat不超过30cmH2O。虽然在使用IRV期间,IRV-VC组 iPEEP均高于VCV组,但术中均未发生呼吸不良事件,各个测量时间点的血流动力学也没有明显的波动(图1)。

本研究也存在一定的局限性:(1)本研究为单中心研究,样本量较小。(2)iPEEP的测量应该使用呼气末阻断法,即在患者呼气时保持呼气相5s左右,气道封闭,使得大气道压力与肺泡压力一致,此时测量的气道压力即为iPEEP,本研究中是呼吸机压力传感器测量大气道内的压力,并非肺泡压力,不能真实反映iPEEP,存在一定的误差。(3)本研究是在肺部相对健康的患者中进行的,IRV在肥胖、COPD或合并其他并发症的患者中的作用机制尚不明确。

综上所述,与常规通气比较,在俯卧位腰椎后路手术中使用IRV可以改善肺部呼吸力学和氧合,但并没有减少术后肺部并发症的发生率。然而,在高危患者和其他手术人群中IRV的作用仍需开展进一步研究予以证实。