【醉仁心胸】术中潮气量对术后呼吸系统并发症的影响取决于呼吸系统的弹性阻力：一项回顾性、多中心队列研究

编译：王宇、江雪梅  审校：施宏、吕欣    

同济大学附属肺科医院麻醉科

引言   

高达45%的患者会出现术后呼吸系统并发症(PRC)，包括无症状肺不张，乃至急性呼吸窘迫综合征(ARDS)。PRC与住院时间延长和重症监护使用率相关，会导致死亡率增加9倍。术中机械通气设置可能会通过气压伤和容积伤影响PRC的风险。然而，研究术中潮气量影响的随机对照试验报告了不同的结果。一些回顾性研究甚至表明使用低潮气量会有潜在的有害影响。   肺弹性阻力，反映了每单位体积使肺膨胀所需的压力。肺组织的顺应性与弹性阻力呈反比关系，即顺应性越大，弹性阻力则越小。在ARDS患者中，使用较低潮气量通气降低死亡率的益处与呼吸系统弹性有关。但常见于术中患者的肺弹性阻力值，与ARDS患者明显不同。因此低潮气量通气（6-8ml kg-1) 的假定益处尚不清楚。Aiman Suleiman等人于2022年6月在British Journal of Anaesthesia 杂志上发表了一项研究，假设术中机械通气期间潮气量与 PRC 之间的相关性受患者呼吸系统弹性阻力的影响。   

摘要   

背景：术中潮气量大小对术后呼吸系统并发症的影响尚无定论。该研究假设，术中潮气量对术后呼吸系统并发症的影响取决于呼吸系统的弹性阻力。   

方法：研究者从医院登记数据中，回顾性分析了接受择期非心胸外科手术的患者的潮气量（Vt; ml kg-1），主要结局是呼吸衰竭（手术后7天内再插管，拔管后低氧血症，或两者兼有）。主要暴露定义为潮气量和标准化呼吸系统弹性阻力之间的相互作用(驱动压力除以潮气量; cm H2O/[ml kg-1]), 多变量逻辑回归模型，有和没有交互项(将 Vt£8 m l k g-1 归类为低潮气量；Vt>8 m l k g-1 归类为高潮气量）。针对潜在的混杂因素进行了调整。其他分析包括路径中介分析和分数多项式建模。   

结果: 最终，10821/197474 (5.5%)例患者出现术后呼吸系统并发症。高潮气量与更高的术后呼吸系统并发症风险相关（调整优势比为1.42/ml kg-1，95%置信区间[CI，1.35-1.50]；P<0.001）。这种关联被呼吸系统弹性阻力所改变（P<0.001）。在肺顺应性低（<42.4 ml cm H2O-1）的患者中，较高的 Vt 与较高的术后呼吸系统并发症风险相关（当肺顺应性为14ml cm H2O-1时，术后呼吸系统并发症风险为5.8%[95%CI, 3.8-7.8]；当肺顺应性为41.2ml cm H2O-1时，术后呼吸并发症风险降为0.3%[95%CI，0.0-0.5]）。当肺顺应性高于41.2 ml cm H2O-1 时，这种关联就不存在。此时，与高潮气量相关的不良反应则完全由驱动压力介导了（P<0.001）。   

结论：呼吸系统弹性阻力改变了术中机械通气过程中肺损伤与较高潮气量的关联。这些数据表明，呼吸系统弹性阻力可为围手术期肺保护性通气策略的设计提供信息。   

方法   

研究设计：     这是一项回顾性多中心研究，分析了2006年1月至2018年12月在美国马萨诸塞州波士顿的贝斯以色列女执事医疗中心(BIDMC)和马萨诸塞州总医院(MGH)进行的手术病例。该研究使用了来自麻醉机构研究数据库的去除识别信息的数据，该数据库结合了来自多个医院信息管理系统的围手术期数据。BIDMC 和 MGH的机构审查委员会（临床研究委员会，协议编号分别为 2021P000126 和 2021P000535）批准了这项研究，并放弃知情同意。数据来源的描述见补充材料，附录 S1.1。   研究人群：   纳入全身麻醉下行非心胸外科手术的成年患者。排除ASA分级≥5分 的患者和接受急诊手术、腹腔镜手术或显微喉镜检查的患者。初步分析使用完整病例方法，其中剔除了缺少混杂因素信息的患者病例。   数据采集：   研究者记录了患者一般特征、合并症，包括 Charlson 合并症指数 (CCI)、术后肺部并发症风险评分（即术后呼吸系统并发症预测评分 [SPORC] ≥7）、术中麻醉和呼吸机相关因素（补充数据）。   

肺弹性阻力：   标准化肺弹性阻力由驱动压力除以每公斤 IBW 的潮气量计算得出。驱动压力是根据平台压（DP）减去呼气末正压（PEEP）计算得出（驱动压力=平台压- PEEP）；在临床常规期间没有记录平台压力时，可根据吸气峰值压力计算得出（吸气峰值压 - PEEP）。为了确保这种方法不会引入偏倚，研究者在对平台压缺失的患者病例进行估算后，仅对可测得平台压的患者进行敏感性分析。   

主要结果：   主要结果是PRC，定义为一个复合变量，包括手术后7天内有创机械通气治疗或拔管后低血氧血症。拔管后低血氧血症定义为在拔管后的10 分钟内至少发生一次外周血氧饱和度(SpO2) <90%。关于暴露和结果变量的详细信息见补充材料。   

二次分析：   研究者还评估了驱动压力和PRC之间的关系。   

主要暴露：   主要暴露定义为每公斤理想体重的潮气量（IBW；以ml kg-1 IBW表示）和标准化呼吸系统弹性阻力（以cmH2O/[ml kg-1]表示）之间的相互作用。研究者将潮气量分为高潮气量组(>8 m l k g-1 IBW)和低潮气量组(<8 m l kg-1 IBW)。    

统计分析：   描述性数据以平均值（标准差 [SD]）或中位数（四分位间距 [IQR]）显示。调整后的优势比(aOR)用于初步分析（潮气量´弹性）和二次分析（驱动压力´弹性）。基于现有文献和临床合理性，采用多变量logistic回归模型进行分析，并对潜在混杂因素进行了交互项分析。与主要结果呈线性相关的变量被列为连续变量，而非线性相关的变量被归类为临床相关类别（见补充数据）。研究者进行了敏感性分析，以调查他们的主要分析在高危患者的特定亚组中是否稳健，包括 ASA分级≥3分的患者、多种合并症患者 (CCI > 2) 和慢性肺部疾病患者。研究中进一步测试了研究结果对于本文暴露和结果定义的替代分类是否可靠，包括潮气量、肺弹性阻力和PRC；此外，研究者使用多变量混合效应logistic回归模型，对气道装置的类型（气管导管与喉罩气道）和使用高潮气量作为随机效应的提供者异变性进行了调整。并对缺失数据进行了多重插补。计算了PRC的调整相对风险（RRadj）（预测风险归一化为人群的平均风险）。其他分析包括路径中介分析，和分数多项式模型也测试了驱动压力和 PRC 之间的关联（见补充数据）。使用 Stata（第 15 版；StataCorp LLC，College Station，TX，USA）进行分析。两侧 P 值 <0.05 被认为是有统计学意义的。   

结果   

研究人群：   从2006 年至 2018 年间，共确定了243333例符合纳入标准的于全身麻醉下进行手术的患者。排除不符合条件的病例后（图1），研究者计算了 197 474例个体标准化肺弹性阻力（图2），其中一个亚组（n = 96 957）根据平台压力计算（补图 S1）。         呼吸系统顺应性、呼吸系统弹性阻力和标准化呼吸系统弹性阻力之间的关系见表1所示，按理想体重70公斤的个体进行标准化。全身麻醉手术患者的标准化呼吸系统弹性阻力的中位数(IQR)为1.77 (1.46-2.18) cm H2O/(ml kg-1)（表2；补充表 1）。

主要结果：   共有 10 821 例患者发生PRC（5.5%）。PRC患者的标准化呼吸系统弹性阻力（中位数为1.92 [1.58-2.34]）高于非PRC患者（1.76 [1.45-2.17] cm H2O/(ml kg-1)；P<0.001）。标准化呼吸系统弹性阻力（P interaction<0.001修正了高潮气量与PRC之间的关联。在接受较高潮气量 (>8 ml kg-1 IBW) 的患者中，PRC的发生率更高(aOR=1.42 [1.35-1.50], P<0.001每增加 1 cm H2O/(ml/kg-1)呼吸系统弹性阻力,对应于调整后的风险增加1.9% [1.6-2.2]，P<0.001/1 cm H2O/[ml/kg-1]）（图3a）。对于接受较低潮气量的患者，并伴随较高呼吸系统弹性阻力，其PRC风险较低（aOR=1.21 [1.17-1.26]；P<0.001；图 3b）。高度和低度标准化呼吸系统弹性阻力（按70 公斤理想体重个体进行标准化）显示出相似的结果。研究中对于高危患者的特定亚组的分析是稳健的（补充数据）。

二次分析：   全身麻醉期间驱动压力的中位数 (IQR)为 15 (12-19) cm H2O。驱动压力越高，PRC风险越增加（aOR=1.04 [1.03-1.04]，P<0.001每增加1 cm H2O）。在标准化呼吸系统弹性阻力>1.65 cm H2O/(ml kg-1)的患者中，高驱动压力完全介导了高潮气量对 PRC 的不利影响（间接影响：100%，P<0.001）。超出发生PRC（> 14.1 cm H2O）的平均风险估值相关的驱动压力，与更高的PRC发生率相关（图4a），此发现由非线性分析支持（图4b；补充数据）。

敏感性分析：   主要结果在所有敏感性分析中都得到证实，包括研究者暴露的修正分类和结果变量、多重插补和提供者可变性。   

讨论   

研究者发现，术中机械通气期间潮气量对PRC的影响取决于个体患者的呼吸系统弹性阻力。高潮气量与高度呼吸系统弹性阻力（即肺顺应性差）患者的PRC风险增加相关。这种关联在中度和低度呼吸系统弹性阻力的患者中不存在。高潮气量对于高度呼吸系统弹性阻力患者的有害影响完全是由高驱动压力介导。   先前关于低潮气量通气对正常肺手术患者的影响研究尚不明确。一系列研究显示，将患者随机分配到低潮气量（6 ml kg-1 IBW）+PEEP组vs.高潮气量（10-12 ml kg-1 IBW）无PEEP组，前者对主要并发症，肺功能和术后肺部并发症有保护作用，与 ICU 和手术室中关于非ARDS 患者的其他研究一致。术中应用低潮气量通气已成为一种常见的优先通气策略，研究表明，近年来接受潮气量≥10 ml kg-1 IBW的患者数量正在下降。然而，其他研究，包括最近的一项大型单中心RCT研究并未能证实术中低潮气量通气的有益作用。   最近一项针对ARDS重症患者的研究发现，低潮气量通气对低死亡率的益处因呼吸系统弹性阻力不同而异，这表明肺保护性通气策略应针对驱动压力而不是潮气量。一项来自 RCT研究的个体患者的荟萃分析阐明，术中低潮气量的有益作用完全由低驱动压力介导。手术患者的呼吸系统顺应性比 ARDS 患者更接近正常。手术患者在可能加剧通气设置的有害生物力学影响的辅助因素方面也存在差异，例如全身炎症反应的严重程度。本文研究表明，术中高潮气量的有害影响（仅存在于标准化弹性阻力高的患者中）完全由驱动压力的增加介导。鉴于该变量与整体呼吸系统应激有关，该研究结果表明，术中肺损伤可能是术后肺部并发症的关键决定因素。当患者的标准化呼吸系统弹性阻力低于 1.65 cm H2O/(ml kg-1) 时，相当于 70 kg 患者的肺顺应性³42 ml cm H2O-1，低潮气量通气的有益作用不存在。   该研究结果可能为先前随机对照试验中的不同结果提供了潜在的解释。例如，在Severgnini及其同事的阳性研究中，肺顺应性中位数为40 ml cm H2O-1。相比之下，在最近的一项阴性研究中，患者的肺顺应性中位数高出20%，为47.7 ml cm H2O-1（基于报告的气道压力、PEEP 和潮气量值），因此反映了低于 1.65 cm H2O/(ml kg-1) 的较低肺弹性阻力。   尽管该结果支持中度至高度呼吸系统弹性阻力患者降低通气的潮气量，但发现肺弹性阻力低于0.8 cm H2O/(ml kg-1)的患者群体，其低潮气量通气似乎是有害的。在这个阈值，即相当于70 kg患者肺顺应性为87.5 ml cm H2O-1，该群体发生PRC的风险随着潮气量的降低而增加。先前一项回顾性研究发现当低潮气量(6-8 ml kg-1 IBW)联合最小 PEEP (<5 cm H2O)时，30天死亡率增加，这与该研究结果相一致。尽管该人群仅占患者队列1%不到，但这些观察结果值得进一步研究，因为它们挑战了某些患者低潮气量通气的一般安全性。   这项研究首次报告了在非ARDS或呼吸衰竭的手术患者中，通过呼吸系统弹性阻力来改变潮气量与 PRC 之间的关联。呼吸系统的标准化弹性阻力反映了肺和胸壁的弹性情况。肺弹性阻力增加主要是肺充气容积减少的结果，这可能是由于肺不张或肺实变所致。由于肺弹性阻力增高，驱动压力升高，从而产生了较高的跨肺压并与呼吸机相关性肺损伤有关。这些发现得到临床和实验室研究的支持，证明肺组织损伤与周期性拉伸和高驱动压力施加的高动态应变密切相关。通过降低潮气量来降低驱动压力可防止过度膨胀，并减少炎症介质（如白细胞介素-8 和髓过氧化物酶）以及局部中性粒细胞炎症的释放。本文研究者无法区分肺和胸壁的弹性阻力，他们假设呼吸系统弹性阻力和潮气量之间的相互作用主要由肺部弹性阻力驱动。   该研究结果支持机械通气个体化的理念，即使在肺部健康的患者中也是如此。静态弹性（或顺应性）可以在临床常规期间通过吸气末保持，或在具有足够吸气末平台压的容量控制通气期间进行近似测量。尽管该结果支持低潮气量通气似乎对本次队列中约60%的患者有益，并且至少对大多数患者是安全的，但它可能对一小部分呼吸系统顺应性非常高的患者有害。需要进一步对弹性阻力极低的患者进行研究，以阐明该人群中低潮气量通气的局限和潜在有害影响。   在规划分析时，本文研究者考虑了病理生理学和临床方面。初步分析的病理生理学原理是，术后并发症是由潮气量和患者呼吸系统弹性阻力之间相互作用引发的应激导致的。潮气量和弹性阻力之间的相互作用反映在驱动压上，这在临床实践中很容易测量。这就是研究者进行第二次分析的原因。该分析进一步使研究者能够通过估算与PRC平均风险相关的驱动压力（在本次队列中为14.1 cmH2O）将驱动压力的大小纳入临床环境。对于此分析，研究者没有调整潮气量或顺应性。   该研究使用常规测量变量依据潮气量、平台压（或平台压不可用时的吸气峰压）和PEEP来计算呼吸系统弹性阻力。呼吸系统弹性阻力取决于肺和胸壁的弹性回缩力。由于缺乏对术中跨肺压的常规评估（通过食管测压法），该研究无法区分呼吸系统弹性阻力的这两个组成部分。先前关于术中和ICU的一些研究，报导了跨肺压力和呼吸系统驱动压力之间的良好一致性。在手术室，肺弹性阻力占呼吸系统弹性阻力的50%至95%，尽管肥胖患者的这一比例可能较小。为了解决假设肥胖患者呼吸系统弹性阻力和肺弹性阻力之间相关性的潜在偏差，研究者对 BMI <35 的患者亚组进行了敏感性分析；他们的结果仍然稳定。   该研究者使用记录到的平台压力来计算呼吸系统弹性阻力。在容量控制通气期间，大多数呼吸机的吸气平台时间的标准设置是吸气时间的10-20%，即在通气频率为12次且吸气/呼气比(I/E)为1:1时，吸气平台时间设为0.25-0.50秒。先前的研究表明，对于许多患者来说，低于1-3秒的吸气末平台时间，可能会高估肺泡压力。虽然这意味着本文研究者没有完全描述呼吸系统的静态条件，并且可能略微高估了驱动压力和呼吸系统弹性阻力，但该文的这些数据反映了临床医生通常可获得的信息。然而，研究者确定的14.1 cmH2O的危害阈值将根据驱动压力的推导方式不同而有所变化，当使用较长的吸气末平台时间进行估计时可能会更低。此外，即使研究者估算了缺失的平台压、排除了没有可用平台压的患者或计算了吸气峰压的弹性阻力，该研究结果仍然很可靠。该研究的回顾性设计可能会产生其他局限性，因为不能完全排除残留的、未知的混杂因素。   总之，PRC与潮气量之间的关联受到患者呼吸系统弹性的影响。临床医生应考虑评估个体患者的肺力学，并在弹性阻力高（即顺应性差）的患者中应用低潮气量，以限制高驱动压力的应用。未来的研究需要探索低潮气量通气对弹性阻力极低（即顺应性高）的患者的潜在有害影响。   

评述：   该研究通过回顾性分析197474例接受择期非心胸外科手术的患者出现术后呼吸系统并发症的情况，发现术中机械通气期间潮气量对PRC的影响取决于个体患者的呼吸系统弹性阻力。高潮气量与高度呼吸系统弹性阻力（即肺顺应性差）患者的PRC风险增加相关。中度和低度呼吸系统弹性阻力的患者中这种关联不存在。术中应用低潮气量通气已成为一种常见的优先通气策略，然而，以往并未能证实术中低潮气量通气的确切有益作用。该结果支持低潮气量通气似乎对本次队列中约60%的患者有益，并且至少对大多数患者是安全的，但它可能对一小部分呼吸系统顺应性非常高的患者有害。以往有研究发现，低潮气量通气对低死亡率的益处因呼吸系统弹性阻力不同而异，这表明肺保护性通气策略应针对驱动压力而不是潮气量。该研究使用常规测量变量依据潮气量、平台压（或平台压不可用时的吸气峰压）和PEEP来计算呼吸系统弹性阻力，这些数据均为临床医生通常可获得的信息。临床医生应具有机械通气个体化的理念，医生在仔细评估患者的肺或呼吸系统力学后，可以通过调整潮气量来降低PRC的风险。通过考虑评估个体患者的肺力学，并在弹性阻力高（即顺应性差）的患者中应用低潮气量，以限制高驱动压力的应用。未来的研究需要探索低潮气量通气对弹性阻力极低（即顺应性高）的患者的潜在有害影响。   

编译：王宇、江雪梅   审校：施宏、吕欣  

原始文献：

Suleiman A, Costa E, Santer P, Tartler TM, Wachtendorf LJ, Teja B, Chen G, Baedorf-Kassis E, Nagrebetsky A, Vidal Melo MF, Eikermann M, Schaefer MS. Association between intraoperative tidal volume and postoperative respiratory complications is dependent on respiratory elastance: a retrospective, multicentre cohort study. Br J Anaesth. 2022 Jun 8:S0007-0912(22)00243-4. doi: 10.1016/j.bja.2022.05.005. Epub ahead of print. PMID: 35690489.

参考文献：

1. Treschan TA, Kaisers W, Schaefer MS, Bastin B, Schmalz U, Wania V, Eisenberger CF, Saleh A, Weiss M, Schmitz A, Kienbaum P, Sessler DI, Pannen B, Beiderlinden M. Ventilation with low tidal volumes during upper abdominal surgery does not improve postoperative lung function. Br J Anaesth. 2012 Aug;109(2):263-71. doi: 10.1093/bja/aes140. Epub 2012 Jun 1. PMID: 22661750.

2. Aoyama H, Pettenuzzo T, Aoyama K, Pinto R, Englesakis M, Fan E. Association of Driving Pressure With Mortality Among Ventilated Patients With Acute Respiratory Distress Syndrome: A Systematic Review and Meta-Analysis. Crit Care Med. 2018 Feb;46(2):300-306. doi: 10.1097/CCM.0000000000002838. PMID: 29135500.

3. Karalapillai D, Weinberg L, Peyton P, Ellard L, Hu R, Pearce B, Tan CO, Story D, O'Donnell M, Hamilton P, Oughton C, Galtieri J, Wilson A, Serpa Neto A, Eastwood G, Bellomo R, Jones DA. Effect of Intraoperative Low Tidal Volume vs Conventional Tidal Volume on Postoperative Pulmonary Complications in Patients Undergoing Major Surgery: A Randomized Clinical Trial. JAMA. 2020 Sep 1;324(9):848-858. doi: 10.1001/jama.2020.12866. PMID: 32870298; PMCID: PMC7489812.

（仅供医学专业人士参考）

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