【醉仁心胸】单肺通气强度与术后呼吸衰竭

编译：吴雨桐；审校：胡涵、吕欣‍‍  

同济大学附属肺科医院麻醉科

背景：研究表明，在双肺通气的情况下，高强度机械通气（以高机械功率（MP）评估）与术后呼吸衰竭（PRF）有关。我们研究了在单肺通气（OLV）期间较高的MP是否与PRF相关。

方法：在这项基于注册的研究中，纳入了2006年至2020年在新英格兰三级医疗机构网络中进行胸外科手术全麻和OLV的成年患者。在通过预先定义的术前和术中因素对队列进行广义倾向评分加权，评估OLV期间的MP与PRF（七天内紧急无创通气或再插管）之间的关联。还研究了与双肺通气相比，单肺通气中MP和强度在预测PRF中的重要性。

结果：研究共纳入878名患者，其中106例（12.1%）出现PRF。OLV期间发生和不发生PRF的MP中位数（IQR）分别为9.8 J/min（7.5-11.8）和8.3 J/min（6.6-10.2）。OLV期间较高的MP与PRF相关（每增加1 J/min，调整后OR为1.22；95%CI 1.13-1.31；p < 0.001），并呈现U形剂量-反应曲线，在6.4 J/min时发生PRF概率最低（7.5%）。PRF预测因子的优势性分析显示，相对于RR和Vt，驱动压力具有更大的影响，动态部分的MP比静态部分MP的影响更大，单肺通气期间的MP优于双肺通气期间的MP（对伪决定系数的贡献分别为0.017、0.021和0.036）

结论：高强度OLV主要由驱动压力驱动，其与PRF呈剂量依赖性相关，可能构成机械通气的一项靶标。

1.引言

每年有2%到6%的患者在接受胸科手术后于医院内死亡。死亡的主要原因与急性肺损伤导致的术后呼吸衰竭（PRF）有关，PRF指需要进行紧急无创通气或再插管。事实上，胸科手术是与PRF发生相关性最大的手术。

PRF的病因是多因素的。有人提出了围手术期一系列“多重打击”损伤事件，包括双肺通气、单肺通气（OLV）过程中呼吸机诱导的肺损伤、手术本身以及伴随的再扩张/再灌注损伤。与传统通气方式相比，接受OLV的患者更容易发生气压伤、容量伤、肺血管损伤和氧中毒。

高吸气压造成的压力、高潮气量造成的压力和较高的呼吸频率已被确定为呼吸机诱导肺损伤的关键驱动因素。一个综合性的概念是机械功率（MP），用于估计输送到呼吸系统的能量，从而估计通气的强度。较高的 MP 与急性呼吸窘迫综合征患者的死亡率增加相关。此外， 在接受全身麻醉的外科手术患者中，它与更高的PRF风险有关。然而，在胸外科手术中单肺通气期间通气强度与 PRF 之间的关系尚不清楚。因此，我们假设在单肺通气期间较高的 MP与 PRF 的风险增加有关。

2. 材料与方法

2.1、研究设计

在这项医院注册研究中，我们分析了2006年至2020年间在美国马萨诸塞州三级学术医院贝斯以色列女执事医疗中心进行的胸科手术病例。补充材料1（ S1.1），提供了数据收集的详细信息。该研究已获得当地机构审查委员会（IRB）的批准（协议号：2021P000275），并豁免了知情同意的要求。

2.2、研究对象

纳入标准：接受全麻且单肺通气（OLV）进行胸外科手术的成年患者。排除标准：美国麻醉医师学会ASA分级大于IV的患者、急诊手术的患者以及术前计划插管入手术室或术后维持插管的患者。我们采用完全病例法，只纳入暴露、结果和所有混杂变量数据完整的患者。

2.3、暴露和结果的测量指标

主要的暴露因素定义为单肺通气(OLV)期间的机械功率（MP），根据OLV期间的潮气量（Vt）、呼吸频率（RR）、呼气末正压（PEEP）和峰值吸气压力（Ppeak）的中位数值来估计，这些值可获得逐分钟的记录。平台吸气压（Pplat）可通过使用计算MP最终公式中的Ppeak来近似，采用先前验证过的公式计算暴露因素：MP（J/min）= 0.098 * RR * Vt * [PEEP + ½(Pplat-PEEP) + (Ppeak-Pplat)]。进一步分别计算MP的静态成分（RR*Vt*PEEP）和动态成分（RR*Vt*（Ppeak -PEEP））。

主要结局是PRF，定义为术后七天内需要紧急无创通气或再插管。有关暴露和结果测量指标的详细信息请参见补充材料1中的S1.2。

2.4、混杂模型

根据现有文献和临床合理性，选择将预先定义的混杂变量整合到我们的模型中。这些变量包括年龄、性别、BMI、阻塞性睡眠呼吸暂停、吸烟状况、限制性肺疾病、风险评分（ASA身体情况分级和术后呼吸系统并发症预测评分“SPORC”、胸外科手术类型（肺叶切除术、胸腺切除术和其他纵隔手术、肺切除术、楔形切除术、食管胃切除术、肺剥脱术、气管支气管成形术、胸膜固定术和其他胸膜手术）、手术方式（开胸与胸腔镜式）、硬膜外镇痛、年龄调整的最低肺泡浓度、术中药物累积剂量（血管加压药物、非去极化神经肌肉阻滞剂、新斯的明、短效和长效阿片类药物）、舒更葡糖的使用[16]、输注的红细胞包装单位数、晶体液和胶体液输注量、低血压时间的累积持续时间[17]、手术持续时间、单肺通气持续时间、吸入氧浓度和手术年份。有关混杂控制的详细信息请参见补充材料。

2.5、初步分析

在初步分析中，我们创建了一个以预先定义混杂因素为条件的广义倾向评分。然后，我们通过广义倾向评分加权的logistic回归分析，估计单肺通气期间机械功率（MP）与 PRF 之间的剂量-反应关系。在第二步中，我们进行另一项logistic回归分析，如前所述，根据确保一致性的广义倾向评分进行了调整。选择这种利用广义倾向评分的方法的原因在于它在推断因果关系方面具有优越性，并且能够在少数自由度的前提下容纳大量的混杂因素。有关初步模型的详细信息请参见补充材料1的第S1.4节。

2.6、二次分析

在二次分析中，我们使用预测因子的优势分析，研究了MP（驱动压力、潮气量和呼吸频率）中包含的呼吸机参数在预测 PRF 中的相对重要性。我们进一步研究了动态组成部分（RR * Vt * (Ppeak—PEEP)）与静态组成部分（RR * Vt * PEEP）相比的相对重要性。有关二次分析的详细信息请参见补充材料1的第S1.5节。

2.7、探索性分析

在探索性尝试中，我们进行了多个分析，研究了以下问题：1）单肺通气期间和双肺通气期间 MP差异与PRF的关联；2）整个手术持续时间内MP与PRF的关联；3）双肺通气期间 MP与PRF的关联；4）使用预测因子的优势分析来比较单肺通气期间 MP 与双肺通气期间 MP 在预测 PRF方面的相对重要性，并考虑按持续时间加权；5）手术期间 MP 的早期增加与晚期增加与 PRF 的关联。有关探索性分析的详细信息请参见补充材料1的第S2.1-5节。

2.8、敏感性分析

为了避免偏差并评估结果的稳健性，我们进行了多个敏感性分析，包括：1）将MP分层为二元和五分位变量；2）将结果定义扩展为包括术后氧饱和度降低，即拔管后10分钟内，外周血氧饱和度小于90%持续15秒以上；3）扩展混杂模型以包括双肺通气期间的MP；4）研究主要相关性，排除拔管后前10分钟内术后氧饱和度<90%持续15秒的患者，作为即将发生的手术并发症（包括肺不张、漏气或肺炎）的替代；5）研究与复合结局的单个组分（即无创通气和重新插管）之间的关联；6）根据术前特征（年龄、ASA身体情况分类、SPORC、吸烟、限制性肺疾病和阻塞性睡眠呼吸暂停）进行广义精确匹配；7）研究医疗服务提供者间的差异效应；8）研究主要关联，排除疾病局限于手术肺的患者。有关敏感性分析的详细信息请参见补充材料1的第S3.1-8和补充材料2。

2.9、统计分析

通过调查连续变量及其组成部分的分布，以及每个混杂变量类别中的患者数来评估数据质量。使用方差膨胀因子和成对相关系数解决了主要暴露变量与混杂变量之间的潜在共线性问题。所有分析都在 Stata（版本SE 16.0，StataCorp LLC，美国德克萨斯州学院站）和R统计软件（版本4.1.0，维也纳统计计算基金会，奥地利）中进行。关于统计分析的详细信息，请参见补充材料1的第S1.4-5节。

3.结果

3.1、研究队列和特征

符合纳入标准的患者共有961名。最终的研究队列包括878例（图1）。单肺通气期间机械功率（MP）的中位数（四分位数范围[IQR]）为8.5（6.7-10.4）J/min。表1提供了与患者特征和PRF发生率变量分布相关的更多详细信息。

3.2、初步分析

在878名患者中，有106人（12.1%）发生了PRF。其中76人（8.7%）需要紧急无创通气，39人（4.4%）需要重新插管，9人（1.0%）两者都需要。未发生PRF的患者在单肺通气期间机械功率（MP）的中位数（四分位数范围[IQR]）为8.3 J/min（6.6-10.2），而发生PRF的患者的MP为9.8 J/min（7.5-11.8）（图2）。经过调整的分析显示，单肺通气期间较高的MP与PRF的风险增加相关（每增加1 J/min，ORadj为1.22；95%CI为1.13-1.31；p < 0.001）。呈现U形剂量-反应曲线关系，在机械功率中位数为6.4 J/min时，PRF的最低概率为7.5%（图3）。与平均人群风险12.1%相比，低于9.7J/min的MP与较低的PRF风险相关。在经广义倾向性评分调整的 logistic 回归模型中，结果仍保持一致，即单肺通气期间较高的机械功率与PRF的风险增加相关（每增加1 J/min，ORadj为1.18；95%CI为1.11-1.27；p< 0.001）（图4）。

3.3、二次分析

对单肺通气期间MP的单个成分进行优势分析，包括驱动压力、RR和Vt，结果显示驱动压力在预测PRF的贡献中占最主要地位（排名第一，对伪决定系数的贡献为0.017；图5）。此外，对MP的动态部分（PpeakPEEP）和静态部分（PEEP）进行的优势分析表明，在预测PRF方面，动态部分优于静态部分（排名第一，对伪决定系数的贡献为0.021）。

3.4、探索性分析

从双肺通气到单肺通气的MP变化与PRF之间没有发现相关性（ORadj为1.09；95%CI为0.86-1.38；p = 0.49）。在整个手术期间，MP和PRF之间存在显著相关性（每增加1 J/min，ORadj为1.21；95%CI为1.13-1.31；p < 0.001），以及双肺通气期间的机械功率和PRF之间存在显著相关性（每增加1 J/min，ORadj为1.25；95%CI为1.15-1.36；p < 0.001）。与双肺通气期间的MP相比，单肺通气期间的机械功率是PRF的更强预测因子（排名第一，对伪决定系数的贡献为0.036，而双肺通气中对伪决定系数的贡献为0.022）。详细信息请参见补充材料1的第S2.1-5节。

3.4、敏感性分析

在补充材料1的第S3.1-8节和补充材料2中提供的多个敏感性分析中，主要结果保持稳健。

4.讨论

在这项研究中，我们发现单肺通气期间的通气强度(以较高的MP为特征）与较高的PRF风险相关。优势分析显示，在预测PRF时，相对于RR和Vt，驱动压力具有更大的影响，动态部分的MP比静态部分MP的影响更大，单肺通气期间的MP优于双肺通气期间的MP。

研究报告指出，在非胸科手术中，较高的MP与PRF增加相关，无呼吸机天数越少，重症监护环境中住院死亡率越高。我们的研究将这些观察结果转化为单肺通气下接受胸外科手术的患者，这意味着机械功率的概念在识别该特定人群中存在PRF风险的患者方面具有临床价值。我们将紧急无创通气和重新插管作为PRF临床上明显的标志。术后无创通气的应用可以作为患有多种并发症的老年患者的预防措施，或作为缓解呼吸衰竭症状，防止进展为插管的治疗措施（紧急情况）。我们的研究通过分析呼吸治疗师的记录对后者进行了调查。76例（8.7%）患者术后需要紧急无创通气，其中9例（11.8%）需要插管。此前一项仅对肺切除患者进行的观察性研究中发现，在690名患者中，有113人（16.3%）出现呼吸衰竭并接受治疗性无创通气，其中13人（14.7%）需要插管。这些数字与我们的研究结果相符，并支持将紧急无创通气作为评估进展性呼吸衰竭的可靠指标。

我们的数据支持了驱动压力在预测PRF方面的主导地位，补充的多项研究显示驱动压力是术后肺部并发症的最强预测因子。这与Park等人之前的研究结果一致，该研究中，在单肺通气期间应用以驱动压力为导向的通气策略与传统通气相比，术后肺部并发症的发生率较低。然而，在最近的一项大型随机临床试验中，同一研究小组发现，虽然以驱动压力为导向的PEEP调整改善了肺力学，但并未降低术后肺部并发症的发生率。后一项试验中的随机化实现了驱动压力的差异，分别为7.1 cmH2O和9.2 cmH2O，低于先前确定的有害机械通气阈值。此外，降低驱动压力可以通过靶向较小的潮气量和个体化PEEP，这可以通过将潮气量通气转移到压力/容积曲线高顺应性区域来降低驱动压力。Park等人的研究解决了驱动压力的这两个方面之一：通过个体化PEEP来优化潮气量内周期顺应性（“PEEP组分”）。然而，两组潮气量与随后的吸气末Pplat仍然相似，这意味着没有研究驱动压力的吸气成分。此外，另一项试验表明，与传统的低PEEP水平（4 cmH2O）相比，在术中单肺通气时将PEEP调整到最低驱动压力水平可降低术后肺部并发症的发生率。

常见的情况是，医生往往会根据潮气量或驱动压力来调整呼吸频率（RR）。在Park等人的研究中，两组的通气频率保持在10-18次/分钟的范围内。据我们的研究结果，在接受6 mL/min的Vt和15 cmH2O驱动压力的70 kg的患者中，该范围将使MP增加4.1 J/min，从而使PRF的几率增加80%以上。在Colquhoun等人对3232例单肺通气患者进行的多中心队列研究中，也可以看到RR的掩盖作用，，在研究的4年期间，采用针对Vt和PEEP的肺部保护性通气策略后并没有降低术后肺部并发症的发生率。

肺保护性通气组的RR（14 ± 3.1）高于“非保护性”通气组（12 ± 2.7），因此，在没有考虑驱动压力和RR（PRF主要预测因素）的情况下，使用保护性OLV的传统定义可能掩盖了保护作用。这就强调了利用MP等综合概念的重要性。

在机械功率的各个组成部分中，潮气量对于预测PRF的贡献最小。我们团队和其他团队既往研究观察到，在双肺通气情况下，高潮气量（定义为>8 mL/kg）与术后呼吸并发症之间的关联完全由产生的驱动压力介导。这支持了我们的发现，即在预测OLV后PRF方面，驱动压力相对于潮气量更占主导作用，意味着应该在这一背景下，对潮气量较低的主导作用进行解释。

最近的一篇文章提出PEEP对肺内空气的流动没有贡献，因此对总MP没有贡献。Gama de Abreu等人认为，随着PEEP的增加，存储在肺部的能量根据呼吸系统的弹性特性影响驱动压力的幅度。在我们的分析中，虽然观察到动态机械功率比静态机械功率更具主导作用，但两个组成部分都有助于预测PRF。

4.1、临床意义

我们观察到OLV期间MP与PRF之间存在呈U型剂量依赖性相关，当MP超过6.4 J/min时，PRF的几率呈线性增加。在一个假设的临床场景中，在OLV期间向70公斤患者施加5 mL/kg的潮气量（假设通气肺的静态顺应性为18 mL/cmH2O），RR为10，PEEP设定为5，平台压力为24.4 cmH2O，峰压为27.4 cmH2O时，机械功率为6.1 J/min，调整后的PRF绝对风险为7.6%。如果将该患者的RR设定为14，潮气量设定为6 mL/kg，机械功率将增加到10.9 J/min，调整后的PRF绝对风险达到12.9%。根据我们的发现，该调整将导致PRF风险增加80%以上。我们的研究结果也不支持双肺通气与OLV之间MP变化影响PRF发生的风险，而是OLV整个时期的中位数机械功率影响PRF发生的风险。

4.2、局限性

局限性来源于回顾性研究设计，样本选择受限于数据和混杂因素的可用性。将最终公式中的平台压力（Pplat）代替峰压（Ppeak）可能会导致高估驱动压力及MP，特别是我们的结果表明了驱动压力是其主要预测因素。然而，在先前的研究中，我们发现无论使用Pplat还是Ppeak，MP与PRF之间的关联都保持一致且具有临床相关性。尽管样本规模相对较小，但我们的初步模型允许对多个临床相关的混杂因素调整，并进行了多种敏感性分析来证实我们的发现。另一个限制是缺乏对PRC的明确定义。因此，我们的定义可能会遗漏较轻的病例。然而，我们的主要结局包含客观指标，这增加了与其他不太明确的呼吸系统的临床相关性，并且可以通过不同的数据源进行验证。

4.3、结论

总之，更高强度的OLV（以MP评估）与PRF呈剂量依赖性相关。低MP可能是降低胸部手术患者PRF风险的一个新靶点。

述评

术后呼吸功能衰竭（PRF）是导致胸外科手术病人院内死亡的的常见原因，术后需要进行紧急无创通气或再插管，且胸外科的PRF发生率是最高的。这项研究中调查了胸外科手术中单肺通气（OLV）期间机械通气强度与PRF之间的关联。作者报道了，在OLV期间，较高的机械功率（MP），即反映传递给呼吸系统的能量，与更高的PRF风险相关。而且当MP为6.4 J/min时，PRF的风险最低。该研究还发现，驱动压力，即平台压力和呼气末压力之差，是MP组成部分中最强的PRF预测因子。MP的动态组成部分比静态组成部分更重要。作者提出在OLV期间降低MP可能是减少胸外科手术中PRF风险的一种新策略。该研究还强调了在OLV期间使用集成概念如MP来指导通气策略的重要性。该研究存在局限性，例如回顾性设计、使用峰压而非平台压力来估计MP，以及对PRF缺乏明确的定义。

编译：吴雨桐

审校：胡涵 吕欣

原始文献：

1.Suleiman A, Azizi BA, Munoz-Acuna R, Ahrens E, Tartler TM, Wachtendorf LJ, Linhardt FC, Santer P, Chen G, Wilson JL, Gangadharan SP, Schaefer MS. Intensity of one-lung ventilation and postoperative respiratory failure: A hospital registry study. Anaesth Crit Care Pain Med. 2023 May 24;42(5):101250.  

参考文献：  

1.Okahara S, Shimizu K, Suzuki S, Ishii K, Morimatsu H. Associations between intraoperative ventilator settings during one-lung ventilation and postoperative pulmonary complications: a prospective observational study. BMC Anesthesiol. 2018 Jan 25;18(1):13.  

2.Santer P, Wachtendorf LJ, Suleiman A, Houle TT, Fassbender P, Costa EL, Talmor D, Eikermann M, Baedorf-Kassis E, Schaefer MS. Mechanical Power during General Anesthesia and Postoperative Respiratory Failure: A Multicenter Retrospective Cohort Study. Anesthesiology. 2022 Jul 1;137(1):41-54.  

（仅供医学专业人士参考）

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