小儿全身麻醉中肺保护性通气策略的研究现状和困境

程慕樵季海英 夏然 吕淑楠 张成密 李玮伟 石学银

上海交通大学附属新华医院麻醉与重症医学科，上海 200092

国际麻醉学与复苏杂志,2022,43(9):968-972.

DOI：10.3760/cma.j.cn321761-20220427‑00636

 基金项目 

国家自然科学基金（81974292）；

上海市科委科技项目（19411966000）

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【综述】

小儿的解剖和生理特点与成年人不同，各器官发育不成熟，术中通气管理困难。机械通气肺损伤（ventilator‑induced lung injury, VILI）会导致术后肺部并发症（postoperative pulmonary complications, PPCs）的发生，影响小儿预后，因此肺保护性通气（lung protective ventilation, LPV）策略的实施就变得尤为重要。虽然目前关于小儿最佳术中通气策略的数据有限，且健康小儿LPV策略的临床实践很大程度上是基于临床经验、成年人数据的外推和包括儿科重症监护患者在内的其他小儿患者的证据，但是在小儿全身麻醉过程中实施LPV策略是有积极意义的，特别是对早产儿/新生儿（行腔镜手术/肺切除术、脊柱侧弯、支气管肺发育不良、先天性心脏病、肥胖等）。本文就小儿全身麻醉中LPV策略的研究现状和困境进行综述，旨在为减轻小儿VILI、降低PPCs发生率和推进小儿相关研究的发展提供新思路，加速术后康复。

1 小儿呼吸系统的解剖和生理特点      

与年龄相关的呼吸系统的差异导致了小儿不同的通气需求和策略。小儿呼吸系统的特点是出生后肺部发育迅速，气道、肺实质和胸壁的生长速度各不相同，且各个年龄段的肺部特征均不一致，缺乏统一的衡量标准和计算方式。对于小儿而言，肺顺应性随身高的增加而增加，功能残气量（functional residual capacity, FRC）也随着年龄的增长而增长，而肺部的闭合能力却随着年龄的增长而显著降低。小儿呼吸系统的这些发育变化还明显受到共存疾病的影响，如肥胖正在成为小儿日益相关的问题（特别是在发达国家），肥胖儿的FRC降低，类似的肺功能异常也见于脊柱侧弯的患儿。

此外，鉴于不同年龄的小儿和成年人呼吸系统的生理和生物学差异，很难直接将成年人的临床实践外推至小儿。与成年人相比，小儿的胸腔容积较为固定，胸壁顺应性强，气道闭合较早，FRC较小，容易出现麻醉相关的肺不张和氧饱和度下降；且婴幼儿的基础代谢率和组织耗氧高、呼吸功能储备有限，容易发生低氧血症。此外，小儿呼吸和免疫系统的生理和生物学差异可能是造成其对有害机械通气的反应与成年人不同的原因（如婴幼儿较少的肺表面活性物质和随年龄增长而增加的肺部胶原蛋白浓度）。在这些差异的背景下，小儿全身麻醉过程中LPV策略的实施不能完全照搬成年人经验。

2 LPV策略      

小儿术中最佳LPV策略尚未得到充分探索。小潮气量、PEEP、肺复张等各项措施的相对重要性也不确定。虽然目前还没有关于小儿全身麻醉中最佳机械通气措施的建议，但LPV策略与小儿术后PPCs发生率更低、氧合更好的相关性已经得到证实。

2.1　小潮气量

由于临床试验的缺乏，对于需要手术的小儿机械通气的最佳潮气量并没有绝对的建议。虽然较大的潮气量容易导致小儿肺部组织的过度膨胀和高气道压，引发机械通气相关的压力‑容量性肺损伤，但是小潮气量通气会使小儿的小气道和肺泡进一步闭合，甚至造成局部肺不张，引起氧合不足，导致临床相关的低氧血症。关于小儿适宜潮气量的研究结果也是相互矛盾的：Sly等在动物试验中发现，大潮气量不会加剧幼鼠的肺损伤，并且与小潮气量相比，大潮气量对肺部组织弹性和气道阻力的恶化程度较小；而Ren等通过对行脊柱大手术的患儿进行对比发现，接受大潮气量的小儿发生PPCs的风险较高，且亚组分析提示潮气量的大小对3岁以下小儿的肺部不良结局没有影响。欧洲儿科和新生儿重症监护协会在欧洲小儿机械通气共识会议（PEMVECC）上推荐，以生理性潮气量作为小儿机械通气的设定目标，并尽可能避免潮气量大于10 ml/kg［理想体重（ideal body weight, IBW）］。

2.2　PEEP

PEEP对小儿呼吸力学的影响尚不十分清楚，个体化的PEEP水平可能有助于获得最佳的肺保护。然而，关于小儿全身麻醉手术过程中适当PEEP水平的研究有限。Wirth等发现与2 cmH2O（1 cmH2O=0.098 kPa）的PEEP相比，5 cmH2O的PEEP可使小儿肺部组织的局部通气更均匀；Cruces等分析健康麻醉小儿的呼吸力学发现，与不使用PEEP相比，5 cmH2O的PEEP可使呼吸系统顺应性最佳。这些研究肯定了PEEP对小儿的肺保护作用，但最佳PEEP水平的金标准似乎并未明确。Lee等通过评估不同PEEP水平下呼吸系统顺应性的变化来确定全身麻醉期间小儿的最佳PEEP值，认为8 cmH2O的PEEP可能是预防全身麻醉相关的肺不张和过度扩张的最佳PEEP水平；而Park等在6~12个月的婴儿全身麻醉中比较3种水平PEEP（3、6 cmH2O和9 cmH2O）对麻醉相关性肺不张的影响，提示6 cmH2O的PEEP较3 cmH2O可显著减少健康婴儿肺不张的发生。Acosta等则提议5 cmH2O的PEEP对于普通小儿已经足够，但对胸外科手术可能需要维持PEEP在（10±2） cmH2O，而病态肥胖小儿的PEEP处于15~16 cmH2O水平可能是必要的。基于以上这些研究，对于大多数的健康全身麻醉小儿来说，临床常规使用5~8 cmH2O的PEEP可能是比较合适的。2017年PEMVECC对接受机械通气小儿所设PEEP水平提出的建议是：对于无肺损伤的小儿，PEEP可以设置为3~5 cmH2O；有严重肺疾病的小儿，可能需要较高的PEEP；但要在肺泡塌陷/过度扩张、血流动力学和氧合之间寻求最佳平衡。需要注意的是，该建议主要是针对ICU中危重症小儿机械通气的建议，仅为术中小儿PEEP的设置提供一定的参考意见。

2.3　肺复张

大多数小儿在麻醉诱导过程中极易发生肺不张，而肺复张策略可逆转肺泡塌陷并改善气体交换。常用的小儿肺复张措施有手法复张和PEEP肺复张两种。Song等研究发现，超声引导下PEEP肺复张操作有助于降低婴儿麻醉相关性肺不张的发生率；全身麻醉过程中的手法复张也有助于减少小儿术后低氧饱和事件的发生，从而改善氧合，缩短机械通气时间。但是这两种措施哪种更有效，尚缺乏大型多中心前瞻性随机对照试验来证实。关于如何进行肺复张的具体操作也存在争议，Acosta等推荐对小儿进行肺复张时肺平台压的增加不能超过30 cmH2O；PEMVECC则声明没有结论数据可以推荐最佳的肺复张措施（持续手法复张或PEEP滴定）。

2.4　FiO2

高FiO2对所有年龄段的患者都有潜在的危害，可能导致肺毛细血管损伤、心肌梗死和氧化应激等，特别是在早产儿和新生儿中，高FiO2可加重视网膜病变和支气管、肺发育不良。使用高FiO2还可导致直接的肺毒性和肺部并发症，如通过降低肺泡氮导致氧气快速吸收和肺泡塌陷而形成的吸收性肺不张。与成年人比较，高FiO2策略在小儿麻醉中较为常见，因为小儿FRC较低、代谢需求更高，容易发生低氧血症。因此，应选择合适的FiO2水平以降低肺不张和低氧血症的发生风险。

Kim等发现，在小儿麻醉诱导过程中，与80%FiO2和100%FiO2相比，60%FiO2可减少麻醉诱导后即刻肺不张的形成，但是这种效果会在手术结束时消失。Grandville等却证明，尽管接受高FiO2小儿的肺容量在术后24 h恢复到正常范围，但是肺组织的通气不均匀性在术后24 h持续存在。Song等进行的一项随机对照试验发现，与众所周知的“高FiO2促进吸收性肺不张”的说法相反，术后肺部超声显示，低FiO2组和高FiO2组肺不张的发生率相似，较高的FiO2并没有引起更多的肺不张。基于以上的矛盾数据，不应该推荐一个普遍适用的固定FiO2数值，而应实时监测氧输送情况以指导FiO2的设定。应维持PaO2≥60 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa），且其无创代替参数SpO2也可用于监测FiO2。建议在麻醉诱导结束后使用较低水平的FiO2，并根据相应的氧合情况进行及时的调整。

2.5　驱动压

目前，驱动压指导的个体化通气策略引起广泛关注，但仍存在一定的争议，观察性研究提供的结果数据相互矛盾，对于将驱动压作为可改善VILI的指标或可更改的呼吸机变量，证据更是稀少。一项观察性研究证实，驱动压是对成年急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome, ARDS）患者死亡风险进行最佳分层的通气变量。而Lanspa等却发现，对ARDS患者来说，潮气量（而不是驱动压）与术后30 d病死率相关。Cavalcanti等甚至在一项多中心临床试验中得出降低驱动压的通气策略会导致病死率增加的结论。这些研究为使用驱动压来开发LPV策略提供了新的见解，可见直接将驱动压作为LPV策略调整关键值的有效性还有待证实。 

3 小儿LPV研究受限的原因      

迄今为止，关于小儿机械通气设置的所有维度都不能精确地定义，小儿特殊的生理特点和不断发育变化的呼吸系统特征阻碍了其LPV研究的进程。

3.1　IBW的计算

IBW也称预测体重，是根据特定年龄或身高计算出的最佳营养状况的体重，是肺容积的良好预测指标。LPV策略中通常使用IBW来计算潮气量。然而，目前还没有计算小儿IBW的标准方法。比较IBW各计算方法的研究表明，小儿实际体重和IBW可能有很大差异，且各方法计算出的IBW结果并不相同。Bilharz等将通过McLaren‑Read、Moore和BMI三种方法计算出的IBW与实际体重进行比较发现，IBW和实际体重的差异在实际体重≥25 kg的小儿中最为明显。Ward等则发现国家卫生统计中心（NCHS）、McLaren‑Read、Moore和BMI四种常用于计算IBW方法的结果差异很大，特别是在10岁的小儿中，建议使用McLaren‑Read法来计算小儿IBW。此外，一项回顾性研究发现，超重和肥胖儿童根据IBW计算出的所用潮气量要高于根据实际体重计算出的结果，可能会导致此类患儿的不良预后。这些研究表明，IBW计算的异质性不仅给LPV研究结果的分析带来了困扰，也导致肥胖和营养不良小儿接受小潮气量的临床实践受到限制。

3.2　机械死腔的大小

机械死腔一般指放置在气管导管和呼吸回路Y段之间的装置造成的死腔。LPV策略依赖于较小的潮气量，这就需要准确的潮气量输送。由于小儿所需的潮气量较小，机械死腔的小幅增加就会显著增加死腔与潮气量的比率并对气体交换产生不良影响，年龄越小的患者对机械死腔的增加越敏感，从而导致PaCO2增加或需要增加分钟通气量以维持正常的PaCO2。虽然增加分钟通气量可以克服因机械死腔增加而导致的通气效率低下，但这种干预可能会增加小儿发生VILI的风险。由此可见，机械死腔的存在给LPV在小儿的实施造成了困难。

由于肺内解剖死腔的容量是固定的，因此要将解剖死腔对小儿的影响降到最低，最实用的方法是谨慎管理呼吸回路中机械死腔的大小。Pearsall等建议，对于6个月以下的婴儿，使用机械死腔较小的过滤器和弯头，可使机械死腔从30 ml减少到17 ml。King和Feldman就不同体形小儿适用的呼吸器械提出了具体建议，并根据不同小儿可容受的机械死腔容量进行了分级，5 kg以下的小儿所能容受的机械死腔要尽可能达到最小，否则可能造成术后肺损伤。

3.3　强调氧合还是呼吸力学

氧合和呼吸力学是相互联系的，因为影响氧合的呼吸机参数的变化会同时影响呼吸力学，很难确定哪些变量（氧合或呼吸力学）与结果独立相关。Yehya和Thomas研究发现，对于小儿ARDS患者，氧合（而不是呼吸力学）的改善与较低的病死率相关。Ren等则证实改善氧合、保持PaCO2和pH在正常范围内与保护肺免受损伤一样重要，甚至比避免肺泡的过度扩张更为重要。但Lee等却认为不应仅强调监测气体交换参数以指导最佳LPV策略，而应与LPV策略结合使用，通过设置PEEP改善呼吸力学从而进一步改善氧合。因此，建议在维持氧合的基础上，尽量达到呼吸力学指标的平衡点。

4 结 语     

VILI是影响小儿预后的重要因素之一，LPV策略可以在一定程度上减少VILI的发生。但目前关于健康小儿全身麻醉过程中LPV的研究较为匮乏，除了小潮气量、PEEP、肺复张这些传统LPV策略之外，FiO2、驱动压等对于小儿的重要性也不容忽视，但各项措施的最佳实施条件及方案都有待深入研究。未来应在完善IBW标准化计算、减小机械死腔等理论基础上，依据不同年龄/体重/手术类型等情况对小儿全身麻醉过程中的LPV策略做进一步临床研究，为降低小儿PPCs发生率、加速其术后康复提供新的见解。

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