全身麻醉下叠加高频喷射通气应用的研究进展

本文原载于《中华麻醉学杂志》 2021年第10期

叠加高频喷射通气(SHFJV)是由Aloy等[1]于1991年首次提出，即通过叠加常频(8~20次/min)和高频(400~800次/min)喷射通气以增加呼气末肺容积和改善氧合，而无需常规气管插管的一种通气方式。作为一种新的通气技术，该技术最早应用于成人的喉外科手术[2]，后来该通气技术成功用于儿童喉外科手术[3,4]。随着该技术及设备的日臻完善，SHFJV的适用范围得以拓展，在国外已被广泛应用于包括呼吸、ICU、耳鼻喉、急诊等临床科室。对某些特定疾病，尤其是气道相关疾病，SHFJV起到了很好的辅助治疗作用，增加了治疗的安全性和有效性，但该技术国内鲜有知晓，应用更无从谈起。为此，本文拟就SHFJV的工作原理、安全性和危险因素、临床应用等方面对其进行综述。

一、SHFJV的原理

SHFJV的本质是一种无气管插管的通气方式，常规全麻须经口或经气管切口插管建立人工气道后再行机械通气，而SHFJV则应用常频和高频结合的气体容量方式，通过喷射喉镜和喷射呼吸机，在声门上空间进行通气而无需气管插管。常频喷射通气作用于吸气阶段以克服胸肺部呼吸运动的阻力，同时不间断使用高频喷射气流建立起呼气末正压以防止气体在呼气末阶段完全流失，从而形成脉冲式的吸气压力和呼气末正压。常频喷射通气保证有充足的吸气压水平，让患者获得足够通气量，促进二氧化碳排出，避免其重复吸收，提高氧合；HFJV则使吸气压水平进一步提高，以维持呼气末正压，提高肺泡氧浓度，避免呼气阶段肺泡萎陷，以维持肺组织复张状态，从而更利于氧气利用。由于文丘里效应，SHFJV夹带的周围气体量增加，这使得在开放系统中以较低的通气压力就可获得足够的潮气量；同时，常频和高频的叠加增强了对流，使得SHFJV能产生更有效的气体交换作用[5]。

二、与传统HFJV的比较

1．血流动力学改变：

Tung等[6]回顾性分析了194例HFJV用于肺静脉隔离的病例，发现在持续性低血压患者中出现了轻微心包积液但不伴填塞，并且经常出现左室充盈和收缩功能下降，停用HFJV后，血流动力学改变和积液几乎立即消失，这表明HFJV可影响人体的血流动力学。而徐璟等[7]比较了HFJV和SHFJV两种通气模式的气道压力，SHFJV组吸气峰压(PIP)高于HFJV组，但仍远低于机械通气时气道峰压的安全值25 cmH2O(1 cmH2O＝0.098 kPa)[8]；SHFJV组患者PEEP高于HFJV组，但2组患者各时点MAP和HR等血流动力学指标无差异。有研究表明，当PEEP在5~7 cmH2O范围内对正常血容量和高血容量患者并不减少静脉回流[9]，提示在全麻患者中采用SHFJV能减少人体血流动力学改变，以增加通气及换气的安全性。

2．更好的通气与氧合作用

Sütterlin等[10]在没有气道狭窄的猪模型中系统对比了HFJV和SHFJV这两种模式，结果表明，SHFJV在增加呼气末容量方面更有效，并且当单一高频喷射频率≥300次/min时则不能在正常情况下提供足够氧气。随后Sütterlin等[11]在猪模型中添加了可变的气道狭窄，分别研究了HFJV和SHFJV在气道阻塞情况下不同通气频率对通气效果的影响，结果显示，在严重气道阻塞(>75%)时，相同频率下SHFJV能提供更好的通气，而当HFJV的频率>150次/min，则无法提供足够的氧合并且出现高碳酸血症几率增加。Bacher等[12]通过对比声门上单一喷射通气和声门上叠加喷射通气发现声门上叠加喷射通气的效果优于单一喷射通气，随后，进一步发现声门上叠加喷射通气比声门下叠加喷射通气效果更佳[13]，这与Leiter等[14]的研究结果一致。熊伟等[15]比较分别使用SHFJV和HFJV进行硬质支气管镜检查的80例患者后发现使用SHFJV的患者氧合指数明显优于使用HFJV的患者。

3．更少的并发症

传统HFJV常见的并发症有CO2潴留、高碳酸血症以及气压伤，其他并发症还包括皮下气肿、气胸、喉痉挛、气道灼伤、气道阻塞、粘膜损伤等[16,17,18,19]。如前所述，喷射通气的机制以文丘里效应为主，喷射频率越高，每次卷吸气量越少，潮气量也越少，加上麻醉时自主呼吸消失，肺内气体不能受胸廓弹性的有效挤压而排出，导致CO2排出困难；同时，喷射频率越高，单位时间内呼吸时相过短，呼气不充分，使气体交换效能减低，有时会出现缺氧和高碳酸血症[20]，故而HFJV最常见的并发症是CO2蓄积[21]及气体潴留[22]。HFJV另一常见并发症是气压伤[23]，这是由于使用高压气体源和高呼吸频率，不可避免地缩短了呼气时间，导致空气滞留。此外，手术器械导致的气道堵塞、肌肉松弛不足导致的声门关闭或粘膜水肿造成远端气道压力过高更增加肺气压伤的风险。有研究显示，HFJV还会诱发暂时性心包积液，这可能与CO2水平有关[6]。

而SHFJV通过同时使用2个不同频率的喷射气流，而且通气时进气和出气双向同时喷射，这种特殊的喷射方式，不仅使气体交换更充分，还能减少CO2潴留，有效避免了HFJV的上述问题，从而确保了麻醉的安全性，减少了并发症的发生。在越来越多临床工作者的尝试中可以发现，SHFJV的并发症发生率相比于HFJV已经大大减低，Halmos等[24]研究了使用SHFJV的成年患者共接受了244次上气道手术，未发现如气压伤、皮下气肿、气管内着火或死亡等严重并发症。这与Lanzenberger-Schragl等[25]研究了500例喉部和气管手术患者使用SHFJV后的结果一致。Mausser等[26]研究了SHFJV在62例婴幼儿喉外科手术中的应用，结果显示术中患儿血流动力学稳定，并未出现气胸、坏死性支气管炎等严重并发症，说明SHFJV也同样适用于婴幼儿的喉外科手术。

三、SHFJV应用于气道手术的其它安全特性

1．气道灼伤或起火：

自从1970年Strong等[27]开展CO2激光喉显微外科手术以来，激光手术已然成为咽喉部良恶性肿瘤最主要的治疗方式[28]，如复发性呼吸道乳头状瘤[29,30]、喉癌[31,32]等。激光手术的主要优点是微创和精准，但在富氧环境中，CO2激光作为一种能量器械极易燃烧起火[33]。尽管近年来研发出多种金属材料或特殊材料制作的气管导管，但气道起火的风险仍然存在[34]，尤其是SHFJV采用无管麻醉，如何避免在高浓度氧环境中同时使用激光且避免燃爆确保安全，此乃该技术在喉科应用的巨大挑战。

Stuermer等[35]发现，氧浓度低于或等于50%可降低CO2激光手术中气道起火的发生率。多数学者建议激光模式下通风气体的氧浓度<40%[36,37,38]。现今SHFJV已明确可被安全应用于喉科激光手术而不发生燃爆的原因，其一是因为高压喷射的气体是空气和氧气的混合气体，而非纯氧环境[39]；其次，经过不断的发展，现有SHFJV设备均设计了与之对应的特定激光手术模式，该模式自动降低FiO2，可在保证一定时限的足够通气前提下，使通风气体中的氧浓度<40%，确保不会发生气道灼烧甚至燃爆，从而增加了该技术在喉科的实用性及安全性。

气管出血：预期大出血是SHFJV的绝对禁忌证。Nowak等[40]通过四腔喷射导管对测试肺进行SHFJV，并且将浓缩红细胞注入人工气管的尾部和头部模拟气管出血，经过连续录像观察研究得出：若出血部位发生在喷射源尾部或者出血没有局限在夹带流内，SHFJV能有效防止血液进入下呼吸道。若出血部位发生在喷射源头端，则在SHFJV过程中还会抽吸血液。SHFJV进气和出气双向同时进行，即使没有麻醉气管插管的遮挡，由于特殊的气流方式，SHFJV模式下血液不会因重力流至下气道，从而降低出血后血液进入下呼吸道导致窒息的风险。然而SHFJV在较深气道段大出血情况下的效果还需要进一步研究。

四、SHFJV在临床中的应用

1．咽喉部手术

喉显微手术首先需要在支撑喉镜下清楚显露声门结构，因此必须有较深的麻醉才能提供咽喉部肌肉松弛及避免喉镜置入过程中剧烈的心血管反应。目前多采用小口径带气囊导管进行气管插管间歇正压控制通气静脉复合全身麻醉。为确保气道阻力保持在适中的力度，其在气管内放置的导管内径不可过小，由此增加了在患者喉部狭小空间占据的位置，不利于手术医生操作，特别是在咽喉后部及声门下病变手术时影响更为明显。此外，对于声带黏连、喉肿物、喉气管狭窄等病例，狭窄的气道为常规经口插管的障碍，且增加了麻醉风险，此种既往只能通过气管切开解决，而气管切开对于患者是另一种创伤，且由此带来的护理问题及功能受损严重影响患者生活质量。

因此在喉部手术麻醉医生和外科医生需共用使用气道的情境下，维持患者通气稳定同时获得更大的手术视野成为麻醉医生和外科医生的共同目标[41]。90年代末由Alexander团队发明的喷射喉镜经过几十年的发展逐渐成熟，不同于传统的HFJV，该喉镜具有特制的喷射内窥镜喷嘴，使用声门上SHFJV，无需导管，医生的手术视野和操作空间不会受到喷射内窥镜的影响，且可保证手术过程中充分的氧合和通气。即使因肺部或心脏疾病而处于高风险的患者，这项技术也可安全应用。尤其对于狭窄患者，从狭窄处上方即可进行通气，无需气管切开，从而减少了创伤，并能最大限度地确保安全[42]。敖腾等[43]成功将SHFJV应用于1列喉癌术后喉狭窄的患者。SHFJV优化了声带手术的操作条件，且不影响肺内压力，使其非常适用于喉部手术。

随着CO2激光技术被广泛应用于喉部病变，现有SHFJV的设备亦对此进行了改良和更新，使之能在安全保障的前提下顺利实施激光手术。当SHFJV设备切换至激光模式状态后，通过连接专用的监测导管，可在术中持续监测喷射氧浓度和气道内氧浓度，将氧浓度控制在一定范围内，从而确保不会发生气道灼烧甚至燃爆。近年来国外已有大量的SHFJV应用于喉科手术且均取得满意疗效[24,42,44]。

2．呼吸内科内镜下的检查及治疗

Schragl等[45]的研究结果显示，SHFJV不仅可以保证气道狭窄患者有足够的气体交换，还能安全应用于硬性支气管镜及气管-支气管系统腔内支架置入，这就为呼吸内科的检查和治疗提供了极大的便利。Ristescu等[46]分析了24例全身麻醉下行支气管镜检查的肿瘤患者，发现全身麻醉下SHFJV的方案是癌症患者诊断或治疗性支气管镜检期间保持足够的麻醉深度、维持心血管稳定性和气体交换的安全有效方法。在Anwar等[47]的1项随机对照研究中发现SHFJV可以安全地用于支气管内超声引导下的经支气管针吸术，无论是通过硬性支气管镜还是喉罩，SHFJV均可提供有效的通气和氧合[15,48,49,50]。

3．胸部手术

Lesser等[51]在动物模型中通过研究压力控制通气(PCV)和SHFJV两种通气模式中的膈肌、支气管纵膈的运动幅度，结果表明，SHFJV可最大限度地减少单肺通气过程中膈肌、支气管的运动，这为肺部肿瘤消融提供了良好的条件。Zarogoulidis等[52]成功将SHFJV应用于1例60岁需要进行肺部肿瘤切除的男性患者，术中并未出现于通气相关的并发症。Welter等[53]在使用Veres等[54]研发的通过喉罩进行高频喷射通气的新装置来修复气管后壁撕裂时，建议肺部功能受限而不能耐受超过1 h喷射通气的患者可以使用SHFJV以实现更好的气管修复效果。Nowak等[55]认为经皮扩张气管造口术理想的通气模式是SHFJV，一方面保证重症患者氧合和通气，一方面确保内镜下的视野。

4．其他

Saito等[56]应用SHFJV成功治疗了1例病毒性心肌炎引起的肺水肿。Bingold等[57]收治了5例因H1N1感染而导致ARDS的患者，采用SHFJV来改善氧合，结果证明，SHFJV是ARDS期间保护性通气的一种选择，与ECMO相比，使用更简单，并发症少，成本效益高。然而该研究样本过小，还需要大量的对照研究以获得更可靠的结论。Kraincuk等[58]发现SHFJV还可以用于急性肺损伤的肺泡复张，不仅如此，对于肝脏手术的射频消融、体外冲击波碎石术、心脏消融术，SHFJV也能提高手术的安全性[59,60]。

五、SHFJV通气效果的影响因素

1．狭窄程度：

Plate等[44]的1项回顾性分析中纳入了年龄<18岁患者的99例手术，该研究结果显示，管腔狭窄程度增加10%则通气失败的几率增加23%，这说明对于儿童和青少年，气道的严重狭窄可能是影响通气效果的危险因素。Mausser等[61]的研究发现，在气道狭窄的情况下，增加驱动压力不仅不会增加通气量，还会导致更高的肺动脉压，而潮气量不会发生显著变化。而对于成人来说高度气道狭窄并不是导致SHFJV失败的因素[24]，Ihra等[62]推荐将SHFJV用于重度喉气管狭窄的患者。而Jiang等[63]认为SHFJV更加适用于中度气道狭窄的患者，同时还应监测auto-PEEP并且保持auto-PEEP<10 cmH2O。尽管严重的气道狭窄并不是喷射通气的禁忌证[64]，但在面对严重气道狭窄的患者时，麻醉医生和外科医生应做好充足的准备。

2．肺部疾病史：

在Halmos等[24]的1项回顾性研究中发现，有肺部疾病的患者例如慢性阻塞性肺疾病、肺结节病等，在接受SHFJV时失败的风险更高，即更容易中途转为气管内导管通气。Hohenforst-Schmidt等[50]的1项回顾性分析表明，肺部疾病在通气效果中起关键作用，对于患有肺部疾病的患者来说，手术持续时间是影响通气效果的决定性因素，时间超过42.5 min后，CO2分压升高的风险增加。虽然SHFJV循环抑制很小，而对于患有晚期肺泡蛋白沉积症的患者，在肺灌洗过程中可能会导致肺氧合能力恶化[65]。但目前，大部分学者认为SHFJV比HFJV更加适用于有肺部疾病或者冠脉疾病患者，而这些疾病状态是HFJV的相对或绝对禁忌证。

3．过度肥胖：

对于过度肥胖是否是导致SHFJV失败的危险因素，目前的研究还存在争议。除了氧储备受损外，肥胖患者还常合并可能导致通气过程中呼吸力学受损并增加术后肺部并发症(PPCs)的其他疾病。PPCs的发生与年龄、阻塞性呼吸暂停，BMI≥40 kg/m2、麻醉持续时间、高峰气道压力和通过挤压气囊进行的复张操作有关[66]。Hohenforst-Schmidt等[50]认为高BMI并不是SHFJV的危险因素，这与Halmos等[24]的研究结果相悖。但目前的研究倾向于可以将SHFJV应用于肥胖患者，并且大部分能够获得良好的通气和氧合效果[42,44]。

六、SHFJV参数设置

相较于过去，目前研发应用的SHFJV喷射呼吸机智能化程度更高，操作更为简捷，根据公斤体重自动调节通气参数的全自动化设计让无论是体重几千克的早产儿还是肥胖患者，只要在主菜单选择通气模式并输入体重，系统都将自动设置通气参数。通过SHFJV特制的监测导管自动监测术中患者的氧饱和度和气道压力，麻醉医生亦可根据术中呼吸机各项监测指标适时手动调节通气参数，以获得最佳通气及最稳定麻醉状态。Mausser等[26]研究了SHFJV在婴幼儿喉外科手术中的应用，将呼吸机驱动压力设置为：低频0.02 bar/kg，高频0.03 bar/kg，呼吸机频率为：低频14~24次/min，高频600次/min，I∶E为1∶1，结果显示术中患儿血流动力学稳定，并未出现气胸、坏死性支气管炎等严重并发症，提示SHFJV是一种适用于新生儿、婴幼儿及儿童的微创通气技术。

七、小结

SHFJV的出现为麻醉医生和外科医生提供了极大便利，且有各种应用场景及优势，值得临床推广应用。特别是对于耳鼻喉科的医生，将SHFJV与喷射喉镜相结合，这种无需气管插管的通气技术，既保证了患者足够的氧合，又提供了足够的手术视野。但是更多的问题还需要进一步探讨，例如如何准确评估严重气道狭窄患者以及超重患者对于SHFJV的适用性和耐受性，以及如何在开放性系统中持续准确地监测呼气末容量以及二氧化碳分压等还需要更多的临床数据和研究。

利益冲突

所有作者均声明不存在利益冲突