王佐煥, 王 琳, 曹 陽
與傳統(tǒng)手術(shù)不同,腹腔鏡手術(shù)需要CO2氣腹以及手術(shù)操作所需的Trendelenburg體位,對患者肺功能有一定影響,可能造成呼吸機相關(guān)性肺損傷(ventilator-induced lung injury,VILI)[1-2]。近年來,學者們對造成VILI的原因有了更深入理解,認為單個呼吸變量指標與VILI并無直接相關(guān),但其中任何指標的組合變化會導致肺動態(tài)應變和功率增加[3-4]。為整合呼吸力學變量指標對VILI的貢獻,Gattinoni等提出了機械功(mechanical power,MP)的概念[5]。MP是單位時間內(nèi)多個呼吸周期循環(huán)累積的總能量,作為一個評估VILI的綜合指標參數(shù),已在臨床和實驗環(huán)境中得到驗證。MP直接作用于肺骨架,即細胞外基質(zhì),根據(jù)MP的大小,使固定在其上的上皮細胞和內(nèi)皮細胞發(fā)生變形[6],細胞感知機械應力將其轉(zhuǎn)化為生化信號,直接損傷肺泡細胞質(zhì)膜,導致肺泡屏障失效,細胞因子釋放,并轉(zhuǎn)移至體循環(huán)引起肺部損傷[7-8]。然而,不同通氣模式對呼吸系統(tǒng)輸送的MP大小,以及MP與炎癥反應的關(guān)系尚不清楚,本研究旨在用能量管理概念來分析不同通氣模式下MP和炎癥因子的變化,以期幫助識別VILI發(fā)生的易感個體,為臨床優(yōu)化通氣策略提供呼吸動力學證據(jù)。
1.1研究對象 選擇2021年5月至2021年11月在廣州市紅十字會醫(yī)院接受腹腔鏡下結(jié)直腸癌手術(shù)的患者60例,采用隨機數(shù)字表法將其分為常規(guī)通氣組(V組)和肺保護通氣組(P組),每組30例。兩組基線資料比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),具有可比性。見表1。本研究獲醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會批準(2021-248-01),所有患者簽署知情同意書。
表1 兩組基線資料比較
1.2納入、排除標準及剔除標準 納入標準:(1)年齡60~80歲;(2)ARISCAT評估為中危(26~34分);(3)ASA分級為Ⅱ~Ⅲ級;(4)BMI為19~28 kg/m2;(5)氣腹時間2~3 h;FEV1>70%;(6)術(shù)前胸片提示無肺炎。排除標準:(1)既往有胸部手術(shù)史,合并嚴重心臟和肺部疾病史,包括呼吸衰竭、膿毒癥、肺大皰、嚴重哮喘、慢性阻塞性肺疾病等;(2)術(shù)前2周內(nèi)行機械通氣。剔除標準:(1)術(shù)中出現(xiàn)嚴重并發(fā)癥;(2)中轉(zhuǎn)開腹;(3)術(shù)中改變通氣模式;(4)數(shù)據(jù)資料缺失。
1.3麻醉方法 患者術(shù)前均禁食8 h、禁飲2 h,到達手術(shù)室后常規(guī)進行心電圖檢查、脈搏血氧測定和血壓評估。開放靜脈補液、橈動脈穿刺測壓。采用以下標準化麻醉方案:依次靜脈注射咪達唑侖(宜昌人福醫(yī)藥股份有限公司)0.05 mg/kg、舒芬太尼(宜昌人福醫(yī)藥股份有限公司)0.4 μg/kg、丙泊酚(宜昌人福醫(yī)藥股份有限公司)1~2 mg/kg和順式阿曲庫銨(上海恒瑞醫(yī)藥有限公司)0.2 mg/kg進行誘導。選擇合適的氣管導管,在氣管插管成功后連接德爾格麻醉機(Perseus A500,德國),按分組情況行機械通氣。插管之后行右頸內(nèi)靜脈穿刺置管(7Fr 16G雙腔,貝朗醫(yī)療,德國),術(shù)中泵注順式阿曲庫銨0.1~0.2 mg/(kg·min)維持肌松,泵注鹽酸瑞芬太尼(宜昌人福醫(yī)藥股份有限公司)0.1~0.2 μg/(kg·min)進行鎮(zhèn)痛,泵注丙泊酚1.5~2.0 mg/(kg·h),并調(diào)節(jié)流速,維持腦電雙頻指數(shù)(bispectral index,BIS)在40~60,維持心率(heart rate,HR)在60~100次/min,維持平均動脈壓(mean arterial pressure,MAP)在基線值的20%左右。預計手術(shù)結(jié)束前30 min停止泵注肌松藥,在手術(shù)結(jié)束前3 min停止泵注所有靜脈用藥。手術(shù)操作均由同一醫(yī)療組完成,手術(shù)操作打孔位置在臍部和兩側(cè)下腹部,術(shù)中氣腹壓力設定在12 mmHg,術(shù)中予6~8 ml/(kg·h)乳酸林格液,給予膠體液5 ml/(kg·h)進行擴容。待患者蘇醒且拔出氣管導管后轉(zhuǎn)送到麻醉后監(jiān)測治療室(postanesthesia care unit,PACU)。
1.4通氣策略 兩組均采用容量控制通氣模式。V組:潮氣量(tidal volume,VT)=9 ml/kg,呼吸末正壓(positive end expiratory pressure,PEEP)=0 cmH2O。P組:VT=7 ml/kg,PEEP=5 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa)。VT均采用校正體重:女性=45.5+0.91×[身高(cm)-152.4];男性=50+0.91×[身高(cm)-152.4]。兩組其余設置均相同:呼吸頻率=12次/min,吸入氧濃度=75%,新鮮氣流量=2 L/min,吸呼比=1∶2。
1.5觀察指標 (1)兩組均于通氣后5 min(T1)、建立CO2氣腹并擺放Trendelenburg體位后10 min(T2)和60 min(T3),以及關(guān)閉氣腹恢復平臥位后10 min(T4)時,記錄氣道峰壓(peak airway pressure,Ppeak)、氣道平臺壓(airway plateau pressure,Pplat)、肺動態(tài)順應性(pulmonary dynamic compliance,Cdyn),并根據(jù)公式[9]計算MP。(2)兩組于T1、T2、T3和進入PACU時立即采集橈動脈血行血氣分析,記錄血氣酸堿度(pH值)、二氧化碳分壓(arterial partial pressure of carbon dioxide,PaCO2)、氧分壓(arterial partial pressure of oxygen,PaO2)、氧合指數(shù)(oxygenation index,OI)和肺泡-動脈氧分壓差(alveolar-arterial oxygen differential,PA-aO2)。(3)兩組于T1、T3和術(shù)畢即刻采集靜脈血樣3 ml,在4 ℃下以1 000×g離心15 min,取上清液,采用酶聯(lián)免疫吸附測定(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)法檢測血清肺Clara細胞分泌蛋白(Clara cell specific protein,CC-16)、白細胞介素-6(interleukin-6,IL-6)和中性粒細胞彈性蛋白酶(neutrophil elastase,NE)水平。試劑盒均購自北京達科生物技術(shù)有限公司,操作嚴格按照試劑說明書進行。計算T1到術(shù)畢即刻血清CC-16、NE和IL-6水平的變化量,分別記為△CC-16、△NE和△IL-6。
2.1兩組手術(shù)相關(guān)指標比較 兩組氣腹時間、機械通氣時間、手術(shù)時間、晶體液輸入量、膠體液輸入量比較差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。見表2。
表2 兩組手術(shù)相關(guān)指標比較
2.2兩組各時間點呼吸力學指標水平比較 在T1~T4時間點,兩組Ppeak、Pplat、MP均呈先升高后下降的趨勢,而Cdyn呈先下降后上升的趨勢。在T2、T3時間點,P組Cdyn水平高于V組,MP水平低于V組,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。在T3時間點,P組Pplat水平高于V組,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。見表3。
表3 兩組各時間點呼吸力學指標水平比較
2.3兩組不同時間點血清炎癥因子水平比較 在觀察時間內(nèi),兩組血清CC-16、NE和IL-6水平均呈上升趨勢,但P組血清CC-16、IL-6水平上升幅度更小(P>0.05),兩組血清NE變化幅度差異不顯著(P>0.05)。在T3時間點,P組CC-16水平低于V組,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。在術(shù)畢即刻,P組血清CC-16、IL-6水平均顯著低于V組(P<0.05)。見表4。
表4 兩組不同時間點血清炎癥因子水平比較
2.4兩組不同時間點血氣分析結(jié)果比較 在T1~T3時間點,兩組pH值、PaO2、OI、PA-aO2變化不顯著(P>0.05)。在觀察時間內(nèi),兩組PaCO2均呈先上升后下降的趨勢,變化幅度差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。見表5。
表5 兩組不同時間點血氣分析結(jié)果比較
2.5氣腹期間總MP與炎癥因子變化水平的相關(guān)性分析結(jié)果 氣腹期間總MP與血清△CC-16、△NE和△IL-6均呈正相關(guān)(P<0.05),其中與△CC-16的相關(guān)性最高(r=0.422,P=0.035)。見圖1。
圖1 氣腹期間總MP與炎癥因子變化水平的散點圖
3.1隨著腹腔鏡技術(shù)的廣泛應用,長時間的氣腹與Trendelenburg體位會引起呼吸動力學的顯著改變。此外,腹腔鏡技術(shù)下的結(jié)直腸癌切除術(shù)多半是老年患者,其呼吸功能儲備減少,肺換氣和通氣功能減弱,任何增加呼吸肌負擔的因素均會使VILI的發(fā)生風險增加。為了讓研究更具針對性,本研究采用ARISCAT風險評分表納入術(shù)后發(fā)生肺部并發(fā)癥風險的中?;颊哌M入研究。不同的呼吸機變量均被證明會導致VILI,包括VT[10]、Pplat[11]、PEEP[12]。既往研究多是從呼吸力學單個指標參數(shù)層面去解釋肺保護性通氣策略預防VILI的發(fā)生以及減少肺部炎癥因子的產(chǎn)生[10,13],而鮮有臨床研究采用MP這個綜合指標參數(shù)來評估通氣策略的優(yōu)劣。
3.2CC-16是一種抗炎蛋白,由肺遠端氣道上皮的Clara細胞分泌,它不僅是炎癥介質(zhì),而且可以反映呼吸道上皮細胞的早期損傷[14],在早產(chǎn)兒機械通氣[15]和成人腹部手術(shù)通氣5 h后表達增加[16]。IL-6是機械通氣后引起肺損傷的血漿標志物,不恰當?shù)臋C械通氣模式時間越長,IL-6在血漿中的峰濃度就越高。NE是肺損傷發(fā)展過程中肺泡恢復和中性粒細胞活化的早期標志物,反映肺炎癥反應和組織損傷[17-18]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),插管后兩組血清CC-16、IL-6與NE變化水平無顯著差異,但在氣腹期間和術(shù)畢,兩組血清CC-16、IL-6與NE水平均呈上升趨勢,提示兩組均出現(xiàn)了肺泡屏障改變、肺血管內(nèi)皮細胞受損。在觀察時間內(nèi),與V組比較,P組血清CC-16、IL-6和NE水平更低。既往研究認為小潮氣量聯(lián)合低PEEP這種通氣策略引起VILI的概率更小,可能更好地維持機體促炎/抗炎平衡,這是因為PEEP可以機械擴張肺泡和小氣道從而減輕肺不張,降低發(fā)生VILI的風險[12]。
3.3本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),氣腹期間總MP與炎癥因子的變化水平都存在正相關(guān)關(guān)系。在氧合、肺彌散能力都良好的情況下,兩組MP在氣腹期間均升高,結(jié)束氣腹后下降,但P組的MP和血清中CC-16、IL-6與NE的變化水平更低,考慮長時間開放氣腹后,V組所承受的機械應力更大且相對脆弱,所承載應力的肺骨架遭受的破壞更大。相似地,一些研究也將MP與炎癥因子變化水平建立聯(lián)系,相比于低MP組,高MP組的肺損傷評分和肺損傷標志物水平升高,提示較低的MP可以更好地保護肺泡上皮細胞層并減少肺損傷標志物釋放[19-20]。近幾年的動物實驗和臨床回顧性研究也證實,在接受機械通氣的實驗動物和危重患者中,MP與VILI、呼吸衰竭甚至死亡率之間存在關(guān)聯(lián),當MP每增加1 J/min,死亡風險增加1.060倍[21-23]。
3.4本研究是單中心、小樣本研究,未能分析MP引起VILI的閾值及其預測價值。由于MP是一個連續(xù)變量,它描述了一段時間內(nèi)給予呼吸系統(tǒng)的能量,而且VILI具有廣泛的表現(xiàn),在臨床環(huán)境中確定一個起點是比較困難的。Collino等[24]通過給予36頭豬不同水平的PEEP,發(fā)現(xiàn)引起肺損傷的MP閾值是13 J/min。另外,本研究通過血漿中的炎癥因子和血氣分析指標來判斷肺部狀況,未能通過肺組織學病理評分、肺組織重量測重等金標準來評估肺組織損傷和炎癥反應,這可能對VILI的評估以及研究結(jié)果評判造成一定的影響。
綜上所述,在老年腹腔鏡結(jié)直腸癌切除術(shù)中,長時間的氣腹與Trendelenburg體位會增加患者呼吸系統(tǒng)所遭受的機械應力,提高發(fā)生VILI的風險。肺保護性通氣策略的保護機制可能與較低的MP有關(guān),應用MP這個綜合指標來分析呼吸機變量對肺的影響可以為臨床優(yōu)化通氣策略提供呼吸動力學證據(jù)。