胸科手術單肺通氣對肺免疫功能的影響

吳靜波,蔡杰衡,陳志峰,馬翔

(廣東藥學院附屬第一醫院 麻醉科,廣東 廣州 510080)

胸外科手術通常采用單肺通氣(OLV),但是與雙肺通氣(TLV)相比,OLV時肺容量顯著下降,因此平均氣道壓升高,導致通氣側肺的機械張力增加,使肺泡血管受壓、肺血管阻力(PVR)上升,引發肺泡內的促炎反應。應用小潮氣量(VT)低氣道壓(容量及壓力限制通氣)通氣可能對開胸手術的患者更有利[1]。在本次前瞻性隨機臨床研究中,我們旨在探討對應用OLV行開胸手術的患者,標準通氣(VT=10 ml·kg-1)是否使肺功能產生時間相關的改變。同時還針對降低VT(5 ml·kg-1)會減少OLV期間和之后機械通氣相關肺炎性反應的假設進行驗證。

1 資料與方法

1.1 一般資料

40例擬行擇期開胸手術的患者(ASAⅡ～Ⅲ級)均簽署了知情同意書。排除標準包括：心功能不全(紐約心臟病協會NYHA分級>Ⅱ級)、肺部疾病(肺活量或FEV1低于預期值的50%)、肺動脈高壓(肺動脈平均壓>30 mmHg)和凝血功能異常者，3個月內使用過免疫調節劑(抑制細胞生長藥物、皮質類固醇激素、非甾類抗炎藥、疫苗和血制品)的患者，大量吸煙和有急性炎癥表現(臨床診斷、C- 反應蛋白、白細胞計數或體溫異常)的患者。

1.2 麻醉方法

患者術前30 min肌肉注射咪唑安定0.05 mg·kg-1。應用咪唑安定(0.1 mg·kg-1)、丙泊酚(1～1.5 mg·kg-1)、芬太尼(4 μg·kg-1)、順式阿曲庫銨(0.1 mg·kg-1)進行全麻誘導。麻醉維持采用持續輸注丙泊酚[(4.0±1.2) mg·kg-1·h-1]、瑞芬太尼[(0.2±0.08) μg·kg-1·min-1]和順式阿曲庫銨(2 μg·kg-1·min-1)。

用左或右支標準雙腔支氣管導管(DLT)37 F或39 F完成氣管插管后,進行間歇正壓機械通氣,Fi02約為0.45,PEEP為3 mmHg。在麻醉誘導和標準雙腔支氣管插管后,患者隨機分為2組：A組20例,VT=10 ml·kg-1；B組20例,VT=5 ml·kg-1。調節呼吸頻率,維持PaCO2于正常范圍。OLV期間,非通氣側肺萎陷,通氣側呼吸參數設置如下：保持VT不變,分別維持原有的10 ml·kg-1和5 ml·kg-1,調節呼吸頻率使PaCO2在35～45 mmHg,FiO2設置在0.8～1.0,維持PaO2>80 mmHg。OLV期間的PEEP設置為零,同時避免吸氣相峰壓超過30 mmHg和呼氣末氣流受限。A組有3例患者氣道峰壓達到30 mmHg,此時將VT減小1 ml·kg-1。呼氣末PEEP實測為0～2 mmHg,組間無差異。

1.3 觀察指標及數據收集

1.3.1 血流動力學指標 以Swan- Ganz導管測心排血量。記錄以下呼吸循環系統參數：心率(HR)、平均動脈壓(MAP)、平均肺動脈壓(MPAP)、中心靜脈壓(CVP)、肺動脈楔壓(PAWP)、動脈血氣和混合靜脈血氣。根據標準公式計算并持續記錄體循環血管阻力(SVR)、肺血管阻力(PVR)、氧供指數(DO2I)、氧耗指數(VO2I)和分流分數(Qs/Qt)。

1.3.2 支氣管肺泡灌洗(BAL)液的收集 采用標準程序進行BAL。插管后30 min進行經DLT第1次BAL,術中在OLV結束后即刻和術后2 h進行通氣側肺的BAL。纖支鏡頭端進入并嵌塞左下葉或右中葉的一個段支氣管的楔形開口處進行支氣管灌洗,每次隨機選不同段的支氣管進行。用0.9%生理鹽水80 ml分次緩慢注入支氣管,每次部分吸出20 ml,50%～60%的灌洗液得到回收,回收量組間無差異。灌洗液在冰水中以無菌網狀過濾器過濾,離心10 min,上層液存于-80 ℃留作分析用。細胞小片以含0.01%疊氮鈉和2%牛血清的磷酸鹽緩沖液作懸浮,進行染色和計數。

1.3.3 免疫相關因子測定 以定量酶聯免疫試劑測定灌洗液中白介素(IL)- 8、IL- 10、可溶性細胞間黏附分子(sICAM- 1)濃度，測定腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、多形核中性粒細胞彈性蛋白酶含量。蛋白濃度以比色儀測定,以總蛋白形式計量。

1.4 統計學處理

2 結 果

2.1 患者一般情況和手術情況的比較

兩組間患者一般情況差異無統計學意義,兩組術前FVC、FEV、PaO2、PaCO2差異無統計學意義,術中OLV持續時間、手術時間差異無統計學意義。40例病人術中11例使用了1～2個單位紅細胞,A組中有1例在術中及術后使用了4個單位紅細胞。在應用血制品方面組間差異無統計學意義。見表1。

2.2 兩組血流動力學的比較

所有患者均可見MPAP、PAOP、CVP增高,但組間差異無統計學意義;MAP和心臟指數(CI)則無變化。

一般情況A組(n=20)B組(n=20)年齡/歲61.35±15.5562.45±15.74男∶女15∶517∶3體重/kg68.18±7.7870.68±8.54身高/cm168.48±10.15169.68±12.64術前FVC/%90.67±20.8987±19.83術前FEV1/%78.74±16.1474.52±14.22術前PaO2/mmHg72.72±13.8872.66±11.43術前PaCO2/mmHg37.12±6.1138.34±5.32手術時間/min132.67±18.33120.46±17.76OLV時間/min71.23±19.1468.46±19.89輸血量(單位)∶患者數10∶49∶5

見表2。

2.3 兩組氣體交換數據的比較

采用不同VT的兩組患者的氣道峰壓(PAWpeak)和平臺壓(PAWplateau)有顯著差異,但PaCO2無差異。B組需要加快呼吸頻率才能維持PaCO2在期望值(A組：f=8～10次·min-1,B組：f=14～16 次·min-1),但兩組的分鐘通氣量和吸呼比未見差異。B組OLV期間PaCO2顯著升高,說明其通氣死腔量更大。兩組患者的Qs/Qt值均增高。見表3。

2.4 兩組免疫相關炎癥因子的比較

兩組患者機械通氣期間肺泡內的細胞數、蛋白和白蛋白濃度均增加(圖1)。B組機械通氣期間和之后的BAL液中細胞數、蛋白、白蛋白濃度均顯著增加。兩組患者在OLV期間和之后,肺泡內PMN彈性蛋白酶、IL- 8和TNF-α的濃度均升高(圖2)。但與A組相比,B組肺泡的TNF-α濃度在OLV后明顯下降。與PMN彈性蛋白酶、IL- 8和TNF-α的變化相反,B組肺泡內sICAM- 1濃度在機械通氣期間顯著降低(圖2)。A組肺泡內IL- 10濃度在機械通氣時顯著降低,而B組則無變化(圖2)。OLV之后和術后2 h,除了TNF-α,兩組間肺泡內細胞數、蛋白和白蛋白濃度、IL- 8、PMN彈性蛋白酶和IL- 10的時相變化差異均無統計學意義。肺泡內sICAM- 1濃度B組顯著低于A組。雖然在開胸前僅有30 min的TLV,但與A組相比,B組的肺泡內蛋白、白蛋白、sICAM- 1和IL- 10的濃度明顯降低,在術后2 h兩組間則無明顯差異。

變量術前TLV時OLV期間術后TLV時A組(n=20)B組(n=20)A組(n=20)B組(n=20)A組(n=20)B組(n=20)HR/次·min-172±872±1172±1274±968±1372±9MAP/mmHg70±1468±981±1076±1177±1469±4MPAP/mmHg16±417±523±4a22±6a19±719±5CVP/mmHg6±25±210±2a9±3a7±26±2PAOP/mmHg7±37±212±3a12±4a9±37±3CI/L·min-1·m-22.5±0.82.5±0.52.9±0.92.9±0.42.8±0.62.7±0.7

與同組其他時間點比較，aP<0.05

變量術前TLV時OLV期間術后TLV時A組(n=20)B組(n=20)A組(n=20)B組(n=20)A組(n=20)B組(n=20)MV/L·min-17.0±0.956.56±0.997.11±1.036.59±0.867.14±1.106.83±0.89RF/min9.3±0.815.3±1.0a9.2±0.915.8±1.3a9.2±1.016.6±1.9aPAWpeak/mmHg15.9±3.812.1±3.2a24.9±5.8b21.6±7.22ab17.1±3.414.6±5.2aPAWplateau/mmHg13.5±2.910.4±3.1a19.4±4.7b19.4±7.3b14.9±3.412.8±5.0aFiO20.50±0.10.53±0.10.97±0.10.98±0.020.50±0.10.55±0.1PaO2/mmHg165±59160±48200±110156±94170±59155±67PaCO2/mmHg41±644±639±646±5a41±1648±8aSaO2/%97±197±197±296±297±196±1SvO2/%78±876±681±777±879±476±7(Qs∶Qt)/%12±512±430±8b33±6b12±414±6

與同時間A組比較，aP<0.05;與同組其他時間點比較，bP<0.05

與同組不同時間點比較，aP<0.05;與同時間A組比較，bP<0.05

圖1OLV患者肺泡腔內細胞數及PMN彈性蛋白酶、蛋白和白蛋白濃度的時相變化

3 討 論

我們的研究顯示OLV啟動了通氣側肺泡腔的促炎反應。BAL液內IL- 8、TNF-α、PMN彈性蛋白酶、蛋白與白蛋白濃度和細胞數在OLV期間及之后都增高,抗炎因子IL- 10減少。與A組相比,B組患者進行OLV后TNF-α和sICAM- 1濃度顯著降低,IL- 10濃度顯著升高。但術后2 h組間無差異,只有sICAM- 1濃度在B組呈下降趨勢。細胞因子與肺的多種病理生理狀態有關[2- 3],TNF-α是一種多肽類細胞因子,主要由單核巨噬細胞生成,通常與重癥炎癥反應有關[4]。實驗數據表明,與血漿單核細胞相比,肺泡的巨噬細胞生成較多TNF-α，而IL- 1所占比重少[5],這可以解釋為什么麻醉后患者進行傳統機械通氣時血漿中TNF-α的濃度未見改變[6]。因此,本研究檢測BAL液中的TNF-α濃度,反映的是肺泡內巨噬細胞TNF-α的分泌。

IL- 8是對肺泡炎癥細胞動員起最重要作用的細胞因子,ARDS、敗血癥和多器官衰竭患者的BAL液中IL- 8增高,并且IL- 8濃度與肺功能障礙程度相關[7]。我們的研究發現肺泡內IL- 8濃度增高與BAL液中細胞數的增加相關,而且不受通氣模式的影響[8- 9]。另外,肺泡上皮表達sICAM- 1,其與白細胞相互作用,促進白細胞的跨上皮移動和激活[10- 11]。有趣的是sICAM- 1的表達在VT 5 ml·kg-1通氣組顯著減少,提示減小VT能部分防止上皮細胞激活。抗炎癥細胞因子如IL- 10表明機體對細胞激活的反應,通過調節促炎因子的表達而直接減弱肺損傷程度[12]。我們發現大VT通氣后IL- 10的分泌顯著受抑,而小VT通氣未見這種現象,提示小VT通氣有更好的抗炎免疫調節作用。

與同組不同時間點比較，aP<0.05;與同時間A組比較，bP<0.05

圖2不同時點患者BAL液中肺泡炎癥標志物的濃度

多項研究提示過度膨肺可導致通氣相關的肺損傷,并且加劇促炎反應狀態[13]。另外一個因素是過度膨肺可增加肺毛細血管的跨膜壓[14]。肺毛細血管壓升高可能導致肺的血- 氣屏障破壞,使BAL液中白蛋白濃度增加。我們的研究中,值得注意的是兩組患者在OLV時MPAP和PAOP呈現同等程度的升高,這可以解釋肺泡白蛋白濃度為何在兩組間沒有差異。

兩組患者OLV期間所記錄的氣道平臺壓近似,但峰壓顯著不同。在Y形接口處測得的氣道壓由多因素決定,包括吸氣流速、氣道阻力、肺和胸廓的順應性等。實際上機械通氣時阻力最大、順應性最小的部分是氣管導管。因此,吸氣流速高時氣道壓并不能反映肺泡壓力。但是因為雙腔氣管導管的阻力和順應性是恒定的,因此使用特定的吸氣流量模式時,氣道平臺壓也具有可比性。

應當注意的是,本研究的另一缺陷包括樣本較小和未使用盲法。在實驗設計中,插管后即刻就分別使用5 ml·kg-1和10 ml·kg-1進行機械通氣,這是因為BAL本身可能導致肺炎癥反應,因此應限制操作次數,所以未設所有病例使用VT=10 ml·kg-1時的支氣管灌洗液作為對照樣本。另外尤其不能除外在手術前灌洗液中細胞數的增多與第l次支氣管灌洗有關。

簡言之,OLV促進通氣側肺泡促炎物質的生成和釋放。減小VT,可進一步降低氣道峰壓,對OLV后和術后恢復期肺泡內的TNF-α、sICAM- 1和IL- 10的濃度有顯著影響。保護性肺通氣措施(包括使用PEEP的壓力限制通氣和慢氣流呼吸模式)是否能夠減小肺損傷仍有待進一步研究。

[1] TUGRUL M，CARED E，KARADENIZ H，et al.Comparison of volume controlled with pressure controlled ventilation during one- lung anaesthesia[J].Br J Anaesth，1997，79:306- 310.

[2] 嚴霞.不同潮氣量對大鼠肺IL- 6和STAT3表達及肺損傷的影響[D].長沙：中南大學，2008.

[3] 胡國棟,蔡紹曦,陳英華,等.不同潮氣量機械通氣對大鼠支氣管和肺組織細胞凋亡的影響[J].第一軍醫大學學報,2005,15(3)：11- 16.

[4] 唐柚青,郭振輝,鄧青南,等.小潮氣量通氣對機械通氣導致肺損傷及多器官功能衰竭中核因子- κB活性的影響[J].實用醫學雜志,2007,12(4)：112- 114.

[5] BRODSKY J B，FITZMAURICE B.Modern anesthetic techniques for thoradc operations[J] World J Surg,2001,25:162- 165.

[6] 張新日,杜永成,姜宏英,等.肺泡巨噬細胞活化在大鼠呼吸機相關肺損傷中的作用[J].中華結核和呼吸雜志,2006,7(4)：65- 68.

[7] 董春山.異丙酚對機械通氣肺損傷影響的動物實驗研究[D].烏魯木齊：新疆醫科大學，2006.

[8] MAUS U，ROSSEAU S，KNIES U，et al.Expression of proinflammatory cytokines by flow- sorted alveolar macrophages in severe pneumonia[J].Eur Respir J，1998，11:534- 541.

[9] RICH E A，PANUSKA I R，WALLIS R S，et al.Dyscoordinate expression of tumor necrosis factor- alpha by human blood monocytes and alveolar macrophages[J].Am Rev Respir Dis,1989,139:1010- 1016.

[10] BOUTTEN A，DEHOUX M S，SETA N，et al.Compartmentalized IL- 8 and elastase release within the human lung in unilateral pneumonia[J].Am J Respir Crit Care Med,1996,153:336- 342.

[11] LEE J H，DELSORBO L，UHLIG S，et al.Intercellular adhesionmolecule- 1 mediates cellular crosstalk between parenchymal and immune cells after lipopolysaccharide neutralization[J].J Immunol,2004,172:608- 616.

[12] FARIVAR A S，KRISHNADASAN B，NAIDU B V，et al.Endogenous interleukin- 4 and interleukin- 10 regulate experimental lung ischemia reperfusion injury[J].Ann Thorac Surg,2003,76:253- 259.

[13] DREYFUSS D，RICARD J D，SAUMON G.On the physiologic and clinical relevance of lung- borne cytokines during ventilator- induced lung injury[J].Am J Respir Crit Care Med,2003,167:1467- 1471.

[14] FU Z，COSTELLO M L，TSUKIMOTO K,et al.High lung volume increases stress failure in pulmonary capillaries[J].J Appl Physiol,1992,73:123- 133.