王 緩, 鄭 欣, 鐘 鳴

急性腦損傷(acute brain injury,ABI)包括創(chuàng)傷性腦損傷(traumatic brain injury,TBI)、腦出血(intracerebral hemorrhage,ICH)、蛛網(wǎng)膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)以及急性缺血性中風(fēng)(acute ischemic stroke,AIS)等,是一組常見且發(fā)病率高的疾病[1]。ABI不僅致死率極高,而且幸存者常常伴隨著廣泛的神經(jīng)功能障礙[2]。這些疾病嚴(yán)重影響臨床預(yù)后,也大大降低了患者后期生活質(zhì)量。并且,ABI不僅限于對腦部的嚴(yán)重影響,也可能引發(fā)顱外器官和系統(tǒng)的功能障礙。既往研究表明,在所有潛在的靶器官和系統(tǒng)中,肺部是腦損傷后最容易受到損害的部位[3]。高達(dá)30%的ABI患者會發(fā)生肺損傷及急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)[4]。ARDS是一種嚴(yán)重的肺實質(zhì)炎癥反應(yīng),涉及彌漫性肺泡損失和肺毛細(xì)血管通透性增加,導(dǎo)致肺泡液體滲出及氣體交換障礙,從而發(fā)生低氧血癥和肺生理異常。在腦損傷患者中,特別是顱腦外傷后,ARDS被認(rèn)為是死亡率增加的關(guān)鍵因素之一,能使患者住院死亡的風(fēng)險增加3倍[5]。對這些患者而言,準(zhǔn)確監(jiān)測和有效管理其呼吸狀況至關(guān)重要,卻也頗具挑戰(zhàn)[6]。電阻抗斷層成像(electrical impedance tomography,EIT)技術(shù)是近年來逐漸興起的一種肺部通氣監(jiān)測新技術(shù)。作為一種無創(chuàng)的功能性成像方法,EIT能夠?qū)崟r反映肺部通氣分布的不均勻性,對于ARDS患者的評估與管理具有重要價值。同樣基于阻抗變化,高滲鹽水增強EIT肺灌注成像可以用于肺血流生理的監(jiān)測和量化通氣血流匹配情況。乳酸作為代謝產(chǎn)物,在組織缺氧和全身性炎癥反應(yīng)中通常會上升,是評估組織代謝狀態(tài)的重要生化指標(biāo)。特別是在腦損傷后,由于腦組織對氧氣的高需求,乳酸水平的監(jiān)測顯得尤為重要。盡管乳酸濃度及EIT背側(cè)通氣感興趣區(qū)域(region of interest,ROI)在臨床上已被單獨應(yīng)用于病情監(jiān)測和評估,但兩者間的關(guān)聯(lián)性尚未被充分研究?，F(xiàn)有文獻對腦損傷后ARDS患者中這兩項指標(biāo)的聯(lián)合應(yīng)用和相關(guān)性探討不足。本研究旨在探索ABI并發(fā)ARDS患者乳酸水平與EIT背側(cè)通氣ROI之和的相關(guān)性以揭示肺部通氣不均和全身代謝狀態(tài)之間的聯(lián)系,為臨床提供更為精準(zhǔn)的評估和管理參數(shù)。

1 對象與方法

1.1研究對象 收集2020年5月至2021年12月復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科收治的腦損傷并發(fā)ARDS患者的臨床資料。納入標(biāo)準(zhǔn):(1)年齡>18歲。(2)患者因腦損傷術(shù)后入ICU。(3)接受EIT通氣監(jiān)測。(4)符合ARDS的診斷標(biāo)準(zhǔn)[7],包括急性發(fā)作,動脈血氧分壓(partial pressure of oxygen in arterial blood,PaO2)/吸氧濃度(inspiratory fraction of oxygen,FiO2)≤300 mmHg,機械通氣呼氣末正壓(positive end expiratory pressure,PEEP)≥5 cmH2O,胸部X射線檢查顯示雙側(cè)浸潤,無心力衰竭。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)EIT監(jiān)測禁忌證,如起搏器、燒傷或限制電極放置的傷口。(2)血流動力學(xué)不穩(wěn)定,即收縮壓(systolic blood pressure,SBP)<75 mmHg或平均動脈壓(mean arterial pressure,MAP)<60 mmHg(盡管使用血管加壓藥)和(或)心率<55次/min。(3)患者的臨床數(shù)據(jù)或EIT通氣圖像數(shù)據(jù)缺失。本研究獲復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)[批號:B2019-230(2)R],符合赫爾辛基宣言。

1.2研究方案 (1)收集患者基線特征信息:性別、年齡、入ICU時的急性生理學(xué)和慢性健康評估Ⅱ(Acute Physiology and Chronic Health Evaluation,APACHE Ⅱ)評分、氧合指數(shù)(ratio of arterial oxygen partial pressure to fractional inspired oxygen,P/F ratio)、住院時間等。(2)收集患者EIT時的動脈血氣指標(biāo)和炎癥相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)。(3)收集患者EIT肺通氣評估數(shù)據(jù)及同時段部分患者肺血流監(jiān)測數(shù)據(jù),然后獲取其可視化床旁通氣血流匹配度分析數(shù)據(jù)。將包含16個等距電極的EIT專用帶放置在第4或第5肋間的胸部周圍,并連接到EIT機器(PulmoVista 500;Dr?ger Medical GmbH,Lübeck,Germany)[8]。EIT信號以50 Hz的幀速率記錄。在EIT數(shù)據(jù)基線記錄5 min后,進行持續(xù)20 s的吸氣末屏氣。屏氣開始2 s后,通過中心靜脈導(dǎo)管注射10 mL 5% NaCl溶液。在2 s內(nèi)推注的NaCl溶液通過肺循環(huán),并且產(chǎn)生一條遵循典型首過效應(yīng)動力學(xué)的阻抗稀釋曲線。EIT通氣成像是通過對5個連續(xù)呼吸周期的平均值進行離線跟蹤分析獲得。將EIT圖像人為劃分成4個平行區(qū)域或4個象限,即ROI1、ROI2、ROI3、ROI4。在本研究中,將患者肺通氣EIT圖像分為4個平行區(qū)域,測量各個區(qū)域中通氣像素的百分比。在EIT肺通氣水平比較時,采用分層法獲得各ROI數(shù)值(區(qū)域通氣測量值)。基于水平層,腹側(cè)和背側(cè)區(qū)域分別定義為從胸骨到脊椎沿軸線的上部和下部,即腹側(cè)區(qū)域為ROI1+ROI2,背側(cè)區(qū)域為ROI3+ROI4[9]。通過調(diào)整ROI的位置和尺寸,可定制肺部圖像的區(qū)域量化。各ROI覆蓋的區(qū)域由相應(yīng)的區(qū)域阻抗波形顯示。與全局阻抗波形相比,區(qū)域阻抗波形顯示特定ROI內(nèi)阻抗變化的總和,并可對肺部不同區(qū)域內(nèi)的阻抗變化進行比較,即比較肺的區(qū)域通氣分布情況。根據(jù)入組患者的背側(cè)通氣ROI之和(ROI3+ROI4),以中位數(shù)為界,可將患者分為背側(cè)通氣低水平組(n=6)和背側(cè)通氣高水平組(n=6)。根據(jù)動脈血二氧化碳分壓(partial pressure of carbon dioxide in arterial blood,PaCO2)水平,以中位數(shù)為分界點分為PaCO2低通氣組和PaCO2高通氣組。

1.3研究終點 (1)探究ABI并發(fā)ARDS患者中EIT時血氣指標(biāo)P/F ratio、PaCO2、動脈血乳酸與EIT背側(cè)通氣ROI之和(ROI3+ROI4)的相關(guān)性。(2)探究ABI并發(fā)ARDS患者通氣血流匹配的情況。將患者肺通氣和肺灌注EIT圖像按“左上、左下、右上、右下”分為4個象限區(qū)域(依次為ROI1、ROI2、ROI3、ROI4),進行以下測量:①死腔通氣-EIT%,對應(yīng)于通氣但未灌注的像素除以通氣和(或)灌注的像素總數(shù)。②分流-EIT%,對應(yīng)于灌注但不通氣的像素除以分類為通氣和(或)灌注的像素總數(shù)。③通氣血流匹配水平,對應(yīng)于同時通氣和灌注的像素除以通氣和(或)灌注的像素總數(shù)。根據(jù)既往研究[10],通氣血流匹配水平<60%提示通氣血流匹配顯著失調(diào)。

2 結(jié)果

2.1患者特征 共納入12例患者,其中男6例,女6例,中位年齡64(42,81)歲,入ICU時中位APACHE Ⅱ評分為19(6,31)分,住ICU中位時間為12(7,39)d,住院中位時間為24(12,60)d,出院死亡9例,見表1?；颊逧IT時P/F ratio為(150±53)mmHg,各動脈血氣指標(biāo)見表2,炎癥相關(guān)指標(biāo)見表3。

表1 12例ABI并發(fā)ARDS患者基線特征和EIT時SBP、DBP及EIT背側(cè)通氣ROI之和

表2 12例ABI并發(fā)ARDS患者EIT時的動脈血氣指標(biāo)

表3 12例ABI并發(fā)ARDS患者EIT時的炎癥相關(guān)指標(biāo)

2.2EIT監(jiān)測下ABI并發(fā)ARDS患者背側(cè)通氣ROI之和與動脈血乳酸水平、PaCO2、P/F ratio的相關(guān)性分析結(jié)果 EIT監(jiān)測時患者動脈血乳酸水平與EIT肺通氣成像中背側(cè)通氣ROI之和(ROI3+ROI4)呈負(fù)相關(guān)(r=-0.700,P=0.011)。PaCO2水平、P/F ratio與背側(cè)通氣ROI之和(ROI3+ROI4)無明顯相關(guān)性(P>0.05),見圖1。

圖1 EIT監(jiān)測下ABI并發(fā)ARDS患者背側(cè)通氣ROI之和與動脈血乳酸水平、PaCO2、P/F ratio的相關(guān)性分析結(jié)果圖

2.3背側(cè)通氣低水平組和背側(cè)通氣高水平組動脈血氣指標(biāo)及炎癥相關(guān)指標(biāo)比較 本研究中納入EIT分析患者的平均背側(cè)通氣ROI之和(ROI3+ROI4)的中位數(shù)為43%(34%,51%)。背側(cè)通氣低水平組和背側(cè)通氣高水平組動脈血氣指標(biāo)及炎癥相關(guān)指標(biāo)比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),見圖2。

圖2 背側(cè)通氣低水平組和背側(cè)通氣高水平組動脈血氣指標(biāo)及炎癥相關(guān)指標(biāo)比較結(jié)果圖

2.4PaCO2低通氣組和PaCO2高通氣組動脈血氣指標(biāo)及炎癥相關(guān)指標(biāo)比較 PaCO2低通氣組和PaCO2高通氣組的動脈血氣指標(biāo)及炎癥相關(guān)指標(biāo)比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),見圖3。

圖3 PaCO2低通氣組和PaCO2高通氣組動脈血氣指標(biāo)及炎癥相關(guān)指標(biāo)比較結(jié)果圖

2.5EIT監(jiān)測下ABI并發(fā)ARDS患者通氣血流匹配情況 根據(jù)本研究可獲取的5例患者(病例1～5)肺通氣及灌注成像數(shù)據(jù)分析,患者的平均死腔通氣-EIT%為(45±18)%,分流-EIT%中位數(shù)為2%(0.1%,16%),平均通氣血流匹配水平為(49±11)%(<60%),存在通氣血流匹配顯著失調(diào)。EIT測量的1例患者(病例2)的肺通氣和肺灌注見圖4。

?代表性的通氣(藍(lán)色圖譜)分布圖像;?代表性的灌注(紅色圖譜)分布圖像;?通過整合通氣和灌注圖譜獲得的代表性圖譜:粉色區(qū)域指同時被通氣和灌注的匹配單元,而紅色區(qū)域僅表示被灌注的單元,藍(lán)色區(qū)域僅表示被通氣的單元;?4個水平ROI中通氣(藍(lán)色數(shù)字)和灌注(紅色數(shù)字)分布百分比的代表性圖譜

3 討論

3.1本研究發(fā)現(xiàn),ABI并發(fā)ARDS患者中乳酸水平與EIT監(jiān)測到的背側(cè)通氣ROI之和之間有明顯相關(guān)性。在ARDS的治療中,呼吸管理是至關(guān)重要的,而乳酸水平的變化可能反映了患者通氣效率的改變。這項發(fā)現(xiàn)提供了一種新的生理標(biāo)志物,有助于在EIT的輔助下調(diào)整通氣策略,以優(yōu)化患者的氧合和通氣效果。此外,這一結(jié)果也提示我們,乳酸水平可能是評估ARDS患者肺部通氣分布狀態(tài)的一個有價值的間接指標(biāo),尤其是在ARDS常見的背側(cè)通氣不均的患者中。血乳酸濃度已經(jīng)廣泛用作危重患者組織灌注改變的標(biāo)志物[11],連續(xù)的乳酸濃度監(jiān)測結(jié)果可能比單個值更有參考價值。EIT床旁的連續(xù)實時監(jiān)測或許能與乳酸水平變化呈一定相關(guān)性,但有待更多研究驗證。

3.2本研究中床旁EIT可視化分析可見,ABI并發(fā)ARDS患者通氣血流匹配存在顯著失調(diào),與既往研究[12]相符。這種失調(diào)可能導(dǎo)致氣體交換效率降低,從而加劇了患者的低氧血癥。EIT對于揭示ARDS患者通氣血流匹配失調(diào)具有重要意義。這一發(fā)現(xiàn)強調(diào)了EIT在ARDS患者呼吸管理中的潛在應(yīng)用價值,特別是在監(jiān)測和調(diào)整通氣策略以優(yōu)化氣體交換方面。然而,需要注意的是,盡管EIT提供了通氣分布的重要視角,但其數(shù)據(jù)解釋需結(jié)合患者的臨床表現(xiàn)和其他監(jiān)測結(jié)果進行綜合判斷。

3.3腦損傷并發(fā)ARDS的患者預(yù)后更差,死亡率更高,其中的相關(guān)機制也一直存在爭議。在病理生理方面,腦損傷會引起呼吸系統(tǒng)力學(xué)的改變,包括肺部彈性和氣道阻力,并導(dǎo)致全身和肺部炎癥,以及肺靜水壓和通透性增加。顱內(nèi)高壓會增加肺通氣不良區(qū)域的血管外肺水量,并可能直接加劇肺部炎癥[13]。值得注意的是,腦損傷炎癥介質(zhì)引起的全身炎癥狀態(tài)本身就會使患者更容易發(fā)生機械通氣相關(guān)性肺損傷及呼吸機相關(guān)性肺炎(ventilator associated pneumonia,VAP)[3]。在臨床因素方面,除意識改變、誤吸或微誤吸是高危因素以外,腦損傷患者相關(guān)的吞咽障礙也會增加肺炎的發(fā)生風(fēng)險。在分子機制方面,一方面腦損傷后引起的免疫抑制和腦-肺相互作用可能導(dǎo)致全身性炎癥、肺部損傷以及感染[14-16];另一方面腦損傷后ARDS的發(fā)生可能是由神經(jīng)源性肺水腫(neurogenic pulmonary edema,NPE)引起,后者與交感神經(jīng)-腎上腺素系統(tǒng)的激活有關(guān)[17]。其中兒茶酚胺風(fēng)暴“爆炸傷”理論是目前NPE病理生理機制解釋中最為廣泛接受的[18-19]?；谝陨蠙C制,ABI患者易發(fā)生ALI/ARDS。研究表明,乳酸是細(xì)胞缺氧的標(biāo)志物。因此,通過動脈血乳酸與背側(cè)肺通氣及肺血流異常的相關(guān)性,有助于早期診斷ABI患者是否發(fā)生ARDS,并且通過EIT背側(cè)通氣連續(xù)反映患者乳酸水平,深化對ARDS發(fā)病機制的理解。

3.4本研究為單中心回顧性研究,受納入患者樣本量限制,關(guān)于EIT監(jiān)測背側(cè)通氣水平與動脈血氣指標(biāo)及炎癥水平的關(guān)聯(lián)性還需要進一步驗證。期待不僅在ABI并發(fā)ARDS的患者中,而且在更多類型的ARDS患者中進行臨床研究,以進一步提高對這一疾病的綜合治療。

綜上所述,在ABI并發(fā)ARDS的患者中,由于接受腦損傷和肺損傷的“雙重打擊”[20],這類患者的呼吸和整體管理更具挑戰(zhàn)性。EIT監(jiān)測的背側(cè)通氣ROI之和與患者動脈血乳酸水平具有明顯的相關(guān)性,由此通過EIT通氣監(jiān)測不僅能實時反映患者肺通氣血流變化,而且與患者全身代謝狀態(tài)也有一定相關(guān)性。EIT監(jiān)測有利于評估此類患者的通氣血流匹配水平,對其進行個體化呼吸治療。未來,期待更多樣本量和多中心的臨床研究能對相關(guān)結(jié)論和生理學(xué)表現(xiàn)進一步驗證與深入探討。