围麻醉期突发机械性肺损伤的原因分析及应对策略

2020
08/03

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麻醉MedicalGroup
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临床麻醉中发现,机械性肺损伤不仅可发生于麻醉前已存在肺损伤、呼吸衰竭等需要机械通气支持的患者,也可发生在肺功能正常的患者,是机械通气最严重的并发症。

有研究显示,围术期机械性肺损伤的发生率2%~5%,心脏手术的发生率最高为5%,肺叶手术的发生率为2%~4%。麻醉期间减轻或避免机械性肺损伤,对改善患者预后、提高患者生存率至关重要。

首先,我们对围麻醉期突发机械性肺损伤的原因进行分析:

1.气压伤和高容量损伤:

1944年,Mackin等首先发现机械通气患者的高气道压是引起气体外溢致气胸、纵隔气肿等肺损伤的主要因素,并定义为气压伤。之后,又有数百篇文章来证明气压伤的发生。直至1988年Dreyfuss等利用动物模型发现大潮气量机械通气可引起严重的肺水肿,而同样压力的小潮气量通气则不引起肺损伤从而提出了容积伤的概念。

事实上,压力伤和容积伤是一种现象的两个侧面,即较高的跨肺压(平台压)作用在肺泡使之过度膨胀引发肺泡水肿、破裂。跨肺压不增高而单纯的气道峰压高不会引起肺损伤。

2.肺泡的周期性张开和陷闭:

为避免压力-容积性肺损伤,近年来比较主张小潮气量、限压通气方式。然而,大量的资料证明低压、小潮气量通气同样引发严重的肺损伤,究其原因与剪切力有关。有学者利用CT扫描研究急性呼吸窘迫综合征患者肺的影像学表现,发现急性呼吸窘迫综合征患者的肺呈重力依赖性的密度增高影,表现出渗出、肺不张和正常肺交错一起的不均质性改变,即存在着实变区、陷闭区(不张区)、正常区。

受肺水肿、蛋白漏出液及重力等因素影响,背部等低垂部位主要以分布萎陷及实变的肺组织为主,而前胸等上部肺组织主要以分布功能接近正常的可扩张性肺组织为主。机械通气时,实变区肺泡仍没有通气的可能,陷闭区的肺泡于吸气期在吸气压的作用下张开,而呼气期,如PEEP不够高,则肺泡再次陷闭。

正常情况下各肺泡细胞彼此衔接,其同承受压力,舒张程度一致,当某一肺泡萎陷后,其周围的肺泡组织将被迫承受更大的拉力,肺泡在张开-陷闭的过程中必然产生剪切力,而剪切力的周期性、持续性的产生对肺泡的损伤远大于压力-容积性肺损伤。有人试验在跨肺压30cmH2O的机械通气情况下,发生在陷闭肺泡周围的剪切力约150cmH2O。

3.生物性损伤:

生物性损伤,指的是伤害性刺激介导的局部组织器官或全身性的炎性反应。目前急性呼吸窘迫综合征的死亡率仍高达40%~ 50%,在其直接死因中,肺部因素仅占少数,而主要死因为多脏器功能衰竭。由于肺部是全身血液循环的必经之路,因此肺部创伤后中性粒细胞及巨噬细胞等介导的炎性介质及相关细胞因子的释放能经血液循环广泛分布于全身各脏器,造成其功能障碍。

呼吸机相关肺损伤与急性呼吸窘迫综合征也有极为相似的情况。这一损伤方式首先在体外肺模型上发现而后相继在动物实验和临床实践中所证实。

4.患者自身因素:

肺和胸壁结构发育不全,肺表面活性物质缺乏或失活的患者易发生呼吸机相关性肺损伤。急性呼吸窘迫综合征、重度肺部感染、坏死性肺炎、弥漫性肺纤维化、重度阻塞性肺疾病(慢性阻塞件肺病、哮喘)等患者呼吸机相关性肺损伤的发生率也显著高于肺脏相对健康者。

那么,针对围麻醉期突发机械性肺损伤,我们有哪些应对策略呢?

要想预防围麻醉期机械性肺损伤,我们应当考虑以下问题:

1.识别机械性肺损伤风险:

临床实践中我们可以观察到,很多术后肺损伤并不是由于在术中使用了机械通气而引起的,而是在入手术室之前就存在了引起急性肺损伤的危险因素。因此在手术前鉴定并识别这些危险因素并早期采取预防机械性肺损伤的策略将有着举足轻重的作用。目前文献报道的术前评估机械性肺损伤的措施包括以下几个方面:

(1)肺损伤预测评分(LIPS)(表31-1): LIPS评分对ALI具有很好的预测作用。LIPS > 4分时,预测效能最佳,预测发生急性肺损伤的敏感性是0.69 (95%CI, 0.64 ~ 0.74),特异性是0.78 (95%CI,0.77 ~ 0.79)。

(2)呼吸机相关性肺损伤的基因易感性:

鉴别患者呼吸机相关性肺损伤的易感基因,也可作为早期鉴别术后损伤易感患者的方法,目前已发现了大量与呼吸机相关性肺损伤相关的易感基因,包括编码细胞因子、表面活性剂蛋白、血管紧张素转化酶(ACE)、 肌球蛋白轻链激酶(MLCK)、 NF-KBa、血管内皮生长因子(VEGF)及fas单倍体等。

由于呼吸机相关性肺损伤的基因多态性及多因素作用的特点,但从基因角度研究患者呼吸机相关性肺损伤的易感性将会十分复杂。未来对呼吸机相关性肺损伤的鉴别将有可能综合基因诊断及临床复杂评分来鉴别。

(3)生物标记物:

有研究显示,有些生物标记物与急性呼吸窘迫综合征相关,并能够评判肺损伤的程度,指导临床治疗,预测患者预后。循环中某些炎症因子的增加,如可溶性肿瘤坏死因子(sTNFR)1和2,白细胞介素(interleukins,IL)6和白细胞介素8均与急性呼吸窘迫综合征患者的预后有关,但这些因子与呼吸机相关性肺损伤的特异性并不好。sRAGE受体与肺泡I型细胞损伤相关,表面活性蛋白D是肺泡II型细胞的代谢产物,血浆中sRAGE受体水平及表面活性剂蛋白D的增加与肺泡的严重程度及高潮气量机械通气患者的死亡率明显相关。

总之,尽管有些表面活性物质与机械性肺损伤相关性良好,但它们均不是呼吸机相关性肺损伤的特异性生物标记物。但将临床风险预测评分基因分析及生物标记物结合起来,再结合患者的临床表现,将对鉴别肺损伤高风险的患者、区别疾病的严重程度、评判患者预后具有重要的作用。

2.采取降低机械性肺损伤的策略:

(1)通气策略:

①低潮气量:急性呼吸窘迫综合征的患者常有相对无通气的局部依赖区(如,根据重力分布,位于较低部位的肺组织,更易塌陷)和通气相对正常局部非依赖区。因为能够用于通气的肺容积减少,因此被称为“婴儿肺”。这一名词的含义为小潮气量(如,婴儿的正常潮气量)能够防止面积相对较小且能够通气的肺组织过度膨胀。

在以往研究基础上开展的一项开创性研究中,急性呼吸窘迫综合征试验协作网的研究者们将采用12ml/kg乘以体重预计值得出的潮气量控制性通气策略和6ml/kg乘以体重预计值的低潮气量通气策略进行比较,发现低潮气量的通气策略使得死亡率下降了9%(39.8% 和31%)。

在另一项研究中,Amato和Villar等采取了类似的肺保护通气方案后,提高了急性呼吸窘迫综合征患者的生存率。在急性呼吸窘迫综合征完全进展至晚期前,对重症患者尽早采取肺保护通气策略可以预防呼吸机相关性肺损伤,改善预后。

一项针对没有急性呼吸窘迫综合征患者的观察性研究发现,大潮气量通气策略是除机械通气外,患者发生急性呼吸窘迫综合征的重要危险因素。

我们应当注意到,如若根据患者实际体重而不是理想体重(PBW)来设定潮气量,将使得一些特定患者(比如女性、身材矮小及肥胖患者)更容易发生气压伤。身高和性别是比体重更好的预计肺容量的因素,应根据理想体重来设定潮气量以避免呼吸机相关性肺损伤。

此外,在临床麻醉中我们也应当认识到,对于一些急性呼吸窘迫综合征患者安全的压力和容量水平对另一些患者却可能会导致肺过度膨胀,因此设定潮气量时应遵循个体化原则。另一方面,过分地减少潮气量将发生肺不张,引起部分肺单位反复开闭,发生剪切伤。

②最佳PEEP通气:严重的呼吸衰竭表现为肺水肿和呼气末肺泡塌陷。此时,低PEEP不足以稳定肺泡和维持其扩张,反而会使得气压伤所引起的呼吸机相关性肺损伤发生的可能性增加。为了防止肺萎陷肺泡的容量损伤和避免肺泡反复开启、闭合产生不张伤,有学者提出最佳PEEP的概念,即使所有肺泡都处于开放状态。将PEEP维持在高于肺泡出现萎陷的气道压临界水平,使肺组织适度膨胀,避免过度扩张导致呼吸机相关性肺损伤。

一项近期发表的采用随机试验患者数据进行的荟萃分析探讨了急性呼吸窘迫综合征患者通气策略的取舍并得出结论,最佳PEEP能够使氧合不佳的患者的死亡率降低5%(氧合不佳的定义为氧合指数≤200mmHg)。

最佳PEEP的判断,目前一般有3种方法:一是根据压力-容积曲线(P-V曲线)中吸气支的低拐点来选择PEEP,以使呼气末肺充分打开;二是根据压力-容积曲线(P-V曲线)中呼气支的低拐点来选择PEEP;三是根据患者氧和情况来判断最佳PEEP。

考虑到跨肺压在肺损伤中的重要性,有学者也建议根据跨肺压来设定PEEP,可以采用食管内压作为胸膜腔内压的替代值。然而,食管内压绝对值的应用的难度在于会受到心脏附件,胸膜压不均一分布(如一个胸膜腔内压数值并不能代表全肺的压力),食管的变形和收缩(尤其患者处于仰卧位时)的干扰。

尽管如此,还是有对急性呼吸窘迫综合征患者采用该法的研究出现。Talmor等开展的一项初步研究中,设置PEEP值,使呼气终末跨肺压的值达到0~10cmH2O,同时将吸气终末的跨肺压限定在25cmH2O。他们发现患者氧合情况获得改善,28天内的死亡率有下降的趋势。这些数据为我们带来希望,但是另一项样本量更多的研究表明在某些临床指标有所改善的情况下才推荐采用此方法。

③俯卧位通气:约70%的存在低氧血症的急性呼吸窘迫综合征患者采用俯卧位通气能改善氧合功能,目前的中华医学会重症脓毒血症指导指南也推荐对机械通气治疗无效的重急性呼吸窘迫综合征患者,若无禁忌证,可考虑俯卧位通气(D级)。

俯卧位通气肺保护作用可能的机制包括呼气末肺容积增加,获得更佳的通气血流比例,心脏下肺单位受到的压迫减少,局部的通气状况获得降低胸膜腔压力梯度,提高胸壁顺应性,促进分泌物排出,从而改善急性呼吸窘迫综合征患者的通气;多项动物实验也表明,俯卧位能增加通气的均一性,从而最大程度上避免肺损伤。

近期的一项涵盖了7项研究,共1724例患者的荟萃分析的研究表明,俯卧位可以使存在严重低氧血症(PaO2/FiO2< 100mmHg)的急性呼吸窘迫综合征患者的死亡率下降约10%。患者采用俯卧位可以预防包括压疮、气管内插管梗阻和闭式引流管移位等并发症的发生。而一项有456例的急性呼吸窘迫综合征患者参与的研究表明,在接受吸入氧浓度为0.60或更高的机械通气时氧合指数<150mmHg的急性呼吸窘迫综合征患者中,采用仰卧位通气的患者28天内的死亡率为32.8%,而采用俯卧位通气患者的死亡率为16%。

实施俯卧位通气时,应当结合其他肺保护性通气策略。严重低血压、室性心律失常、颜面部创伤级未处理的不稳定性骨折为俯卧位通气的相对禁忌证。

④液体通气:液体通气是把携氧液体通过器官灌入肺中取代气体进行氧气和二氧化碳交换的通气技术。与常规气体交换原理不同,液体通气技术是通过携氧液体在肺泡膜形成液-液界面,气体由分压高的一侧向分压低的一侧弥散,进而达到气体交换的目的。

液体通气主要有两种方式,完全液体通气和部分液体通气。部分液体通气是指在肺内注入相当于功能残气量的液体,并结合常规机械通气进行正压通气。功能残气容积时肺泡腔内充盈的是全氟液体,吸气相为气液混合充盈状态。

部分液体通气简便易行,但仍需结合常规机械通气,容易导致无全氟化碳充盈的肺组织过度膨胀。完全液体通气是指用液态呼吸介质完全替代气态介质,应用液体呼吸机进行人工通气的技术。但由于完全液体通气需特殊液体呼吸机,全氟化碳在体外循环过程中氧合及排毒程序复杂,技术要求高,限制了该技术的临床应用。

大量的研究表明液体通气的治疗作用包括以下方面:

a.较好的携氧及二氧化碳能力,在肺内起气体转运的作用;

b.抗炎作用;

c.液体呼气末正压作用,使萎陷的肺泡重新开放,降低肺泡张力,减少无效腔;

d.由于全氟化碳(PFC)的重力作用,肺内上、下区域血流重新分布,尤其是使下垂部位的血流减少,从而改善肺内通气血流比。

液体通气发挥起作用可能的病理生理机制为:

a.促进内源性肺泡表面活性物质的产生;

b.有利于肺泡及小气道分泌物的排出;

c.稳定细胞膜,抑制炎性介质的释放,从而抑制肺组织的炎症反应,防止或减轻肺损伤。

⑤高频振荡通气:高频振荡通气(HFOV)是采用高频(高达15次/秒)振荡能产生小潮气量(有时会小于生理无效腔的潮气量)的一种技术。理论上说,这是降低呼吸机相关性肺损伤最理想的技术。

在一篇涵盖了8个随机对照研究,共419名成人急性呼吸窘迫综合征患者的荟萃分析中,采用了高频振荡通气的患者的死亡率较采用传统通气方法的患者显著下降(风险比0.77),表明高频振荡通气能提高生存率且不会造成损伤。然而,由于近期发表的两项大型多中心研究表明高频振荡通气并不能改善急性呼吸窘迫综合征患者的预后,目前尚不推荐这种通气方法为急性呼吸窘迫综合征患者的一线治疗方法。

⑥肺复张手法:肺复张手法的目的在于打开塌陷的肺泡,以增加可通气肺组织的数量并改善氧合。复张没有通气的肺泡可以减少过度充气带来的损伤,因为潮气量将在一个更大的体积下均匀分布。临床上肺复张手法的用处依然不确定。尽管肺复张手法可以改善氧合,但是没有证据显示其在改善预后方面的益处。而且,因为频繁发生低血压和低氧,很少有患者能够耐受过大的胸腔容量。

根据肺损伤的原因、类型以及体液水平,肺复张手法的效果变异很大。Riva等报道肺复张手法对肺外原因而非肺内原因导致的肺损伤模型更加有效。最常用的是使肺持续膨胀的方法。然而这一策略只有短期效果,却带来循环方面的不良反应,增加了气压伤/容量伤的风险,影响了肺泡液体的清除。由于复张手法对病情转归的影响和其并发症仍存在疑问,临床中复张手法的作用尚不确定。

⑦体外膜肺氧合:体外膜肺氧合(ECMO)起源于体外循环技术,最初是通过体外血液气体交换来治疗可逆性的呼吸衰竭,继而成为手术室外各种原因引起的心肺功能衰竭的暂时性替代措施,并取得了一定的治疗效果。

20世纪60年代末,有人尝试用体外心肺支持技术治疗呼吸功能衰竭,并提出体外膜肺氧合的概念。Hill等于1972年采用体外膜肺氧合技术成功治愈了一位24岁合并呼吸衰竭的复合伤患者。4年之后,Bartlett 等报道了首例新生儿急性肺损伤应用体外膜肺氧合技术治疗并存活。

此后体外膜肺氧合的应用逐渐增多,多项研究表明体外膜肺氧合可显著降低新生儿急性肺损伤及小儿急性呼衰的死亡率,这是吸入NO、高频振荡通气、肺泡表面活性物质替代等治疗措施都无法实现的,因而体外膜肺氧合已经成为新生儿急性肺损伤的标准治疗手段。

1989年以来,登记在体外生命支持组织临床应用体外膜肺氧合的例数超过24000例,多数为新生儿。体外膜肺氧合对成人肺损伤的疗效尚存在争议,但普遍认为此技术是一项安全有效的维持生命的临时救治手段。使用体外膜肺氧合治疗急性呼吸窘迫综合征的患者具有两个明显的优势:第一,可挽救患者使用传统的通气模式不能氧合的问题;第二,使用体外膜肺氧合能够降低气道压力和潮气量,能够产生保护性通气作用,但使用体外膜肺氧合时要注意其并发症的发生。

体外膜肺氧合的并发症主要包括机械原因和生理原因两大类。前者如回路血栓堵塞或脱落、氧合器功能不良、机械泵或加热器故障、置管和拔管相关并发症等。一旦发生上述并发症,应迅速让机体从体外膜肺氧合上脱离,并恢复治疗前的机械通气,同时处理相应的回路问题。

体外膜肺氧合的临床应用给体外循环带来新的理念和定位,是心肺辅助循环的一种拓展,众多实验和临床资料证实体外膜肺氧合对改善机体氧合、排出多余CO2、维持血流动力学的稳定、促进心肺功能的恢复十分有效。而正确掌握适应证和选择转流方式,尽可能降低和减少相关并发症,才能更好地提高体外膜肺氧合对危重患者治疗的成功率。我们有理由相信,随着科技的不断进步和发展,体外膜肺氧合一定会在临床危重患者的治疗中发挥越来越重要的作用。

⑧体外去CO2:由Kolobow提出的体外去CO2(ECCO,R)的主要目的是减少呼吸机引起的呼吸道压力增高所致的肺损伤,且对II型呼吸衰竭(高碳酸血症为主)有帮助。主要概念为:高碳酸血症在人工肺支持时,小血流量即可纠正;外去CO2纠正通气缺陷所引起的CO2潴留,因余肺仍有排CO2的功能;人工肺排CO2与血流量无关,与膜面积有关;可降低FiO2和呼吸道压力,避免氧压伤和O2中毒。

将部分体外循环支持和机械通气相结合也是可行的,此法能降低维持生命所需的通气强度,通过体外回路来清除二氧化碳。与完全体外膜肺相比,这种混合策略的优点在于能降低并发症的发生率,且由于降低了潮气量,还可降低肺损伤的概率。初步结果支持这种方法,但仍有待进一步的研究来明确应该采用哪种体外循环支持、应用的时机,以及适用哪些患者。

(2)药物干预:

①神经肌肉阻断药:因为呼吸极度困难,急性呼吸窘迫综合征患者常出现人机对抗,这种情况会加重呼吸机相关性损伤。注射神经肌肉阻滞药,以确保人机同步和便于限定压力和潮气量为其治疗方法之一。

在一项共有340例氧合指数< 150mmHg的急性呼吸窘迫综合征患者参与其中的、多中心、安慰剂对照的随机研究中,Papazian等发现持续采用神经肌肉阻断药48小时的患者的校正后的90天内死亡率低于安慰剂对照组,且不会增加呼吸肌无力的发生。但其降低死亡率的确切机制尚不清楚,但是既往研究表明接受神经肌肉滞药剂治疗的患者血清细胞因子的水平下降。Papazian 等的研究发现,两组的死亡率差异出现较晚(约在治疗后16天出现),可能是与生物伤所造成的多器官功能障碍的比例减少有关。

②抗炎药物和干细胞:药物干预旨在最大程度地减少尚未报道的人体中生物伤,但是抗炎策略和间充质干细胞的应用已经在动物实验有所报道。与在其他条件下(如败血症)应用此类治疗相比,这些治疗方法用于预防呼吸机相关性损伤最大的好处是可以在炎症发生前应用(如在机械通气开始前使用)。这些治疗方法仍处于试验阶段,优点尚不明确。

(3)肠道管理:尽可能术后早期肠道禁食水。脓毒症患者使用含免疫活性物质的肠内营养液,可降低死亡率、多器官功能损伤和菌血症。

(4)输血策略:严格掌握输血指征,减少非必须输血。对输血相关性肺损伤高危患者应选用洗涤红细胞,此外还应该注意以下几个方面:

①不使用有潜在致重症输血相关性肺损伤献血者的血液制品;

②不再将多产妇列为献血者;

③监测库存血中的抗白细胞抗体;

④改良血制品加工工艺:

⑤液体管理:正性液体平衡是急性呼吸窘迫综合征的危险因素;开放输液与术后急性呼吸窘迫综合征有显著的相关关系。

本文由作者自行上传,并且作者对本文图文涉及知识产权负全部责任。如有侵权请及时联系(邮箱:guikequan@hmkx.cn
关键词:
机械性肺损伤,麻醉期,呼吸机

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