單肺通氣肺萎陷及肺復張的方法及進展

陳雪姿(綜述),王 彬(審校)

(重慶醫科大學附屬第一醫院麻醉科,重慶 400016)

目前胸外科大部分手術都是通過電視輔助胸腔鏡手術進行的,與傳統的開胸手術相比,電視輔助胸腔鏡手術的操作空間更小,對視野暴露的要求更高,良好的肺萎陷顯得尤為重要。目前臨床上通過單肺通氣技術實現了非通氣側肺的萎陷,但是自然萎陷需要的時間較長,因此如何加速肺萎陷是臨床關注的熱點問題。加快肺泡內氣體的彌散速度、減少肺的通氣以及加速肺內氣體吸收是臨床常用加速肺萎陷的方法。手術結束后,萎陷肺的充分復張對術后肺功能的恢復非常重要?，F將就單肺通氣的肺萎陷及肺復張進行綜述。

1 肺萎陷的方法

1.1自然萎陷法 自然萎陷是目前臨床上最常用的肺萎陷方式。自然萎陷是指患者在全身麻醉情況下改側臥位后,立即夾閉雙腔氣管導管中非通氣肺的管腔,直到胸膜打開后將管腔的遠端端口與大氣相通。在吸入純氧的情況下,一個肺單位可在6 min內萎陷。因此胸膜打開前至少用純氧進行6 min單肺通氣[1]。但是,在胸腔向大氣開放前,隨著每一次正壓呼吸,通氣肺產生的壓力將傳遞到對側胸腔,導致平均每次有約134(65～265) mL氣體進入非通氣肺,使非通氣側肺萎陷不良[2]。當胸膜打開后,由于功能殘氣量和閉合容量之間的正常關系被破壞,胸腔內肺容量將會顯著改變。閉合容量是肺的固有特性,而功能殘氣量則依賴于肺實質向內和胸壁向外的彈性回縮相互作用。全身麻醉誘導后功能殘氣量降低約40%,可導致部分肺泡萎陷,當外科氣胸形成后,功能殘氣量消失,肺泡將繼續萎陷[3]。由于自然萎陷需要的時間較長,雙腔氣管導管達到最佳肺萎陷的平均時間為17 min,支氣管封堵器為19～26 min[4],因此,人們不斷探索影響肺萎陷的因素,以此嘗試使用不同方法加快肺萎陷的速度。

1.2混合氧化亞氮法 加快肺泡內氣體吸收是加速肺萎陷的主要方法。目前的研究提示吸收性肺萎陷有兩種可能的機制,即低于臨界水平的通氣血流比和完全性氣道阻塞。通氣血流比的臨界水平是指肺泡內的通氣速率與氣體吸收入血的速率平衡時的通氣血流比值。如果通氣血流比值進一步降低,則肺泡內氣體吸收速率加快,肺泡就會萎陷。當肺泡停止通氣時,肺泡內氣體吸收入血的速率決定了吸收性肺萎陷的速率[5]。不同氣體在血液中的物理溶解度和化學親和力是不同的。當吸入的氣體中含有不溶性惰性氣體如氮氣或氦氣時,氣體的吸收速率減慢,反之當吸入的氣體中含有相對易溶的惰性氣體如氧化亞氮(N2O)時,氣體的吸收速率加快[6]。N2O在血液中的溶解度是氮氣的34倍,N2O/O2混合氣體能夠通過“第二氣體”效應,促進O2的吸收[7-8],而純氧通氣時,氧氣的吸收速率則會受到血液分流和血紅蛋白的載氧能力的限制[6]。因此,在吸入氣體中混合N2O能加快肺泡內氣體吸收,加快肺萎陷。研究[9]表明,在雙肺通氣過程中加入N2O可促進胸膜打開后5 min和10 min的肺萎陷,即Ⅱ期肺萎陷。但并不會加快胸膜打開后1 min內的肺萎陷,即Ⅰ期肺萎陷。這從另一個角度驗證,N2O/O2混合氣體的作用是加快肺泡內氣體吸收。在胸腔鏡手術中,采用左側雙腔氣管導管行單肺通氣時,達到快速肺萎陷時吸入N2O的半最大效應濃度為27.7%,能引起95%最大效應的濃度為48.7%。且在此濃度范圍期間,N2O/O2混合氣體的吸入,臨床上未出現顯著的血氧飽和度下降[7]。因此,推薦在麻醉后雙肺通氣期間吸入27.7%～48.7%的N2O/O2混合氣體,加快肺萎陷速度。

1.3提高吸入氣體氧濃度法 完全性氣道阻塞是指通往肺部某一區域的氣道關閉或完全堵塞。氣道阻塞后殘余的氣體會形成密閉的氣體袋,袋內氣體與周圍組織或血液的氣體會形成壓力差,這個壓差就是促進氣體吸收的驅動力。單肺通氣技術配合肌松藥的使用,使得肺泡通氣停止的同時肌松弛,致使功能殘氣量下降,肺容量降低會進一步促進氣道關閉,進而導致大量含氧氣體被封閉形成氣體袋。隨著氣體吸收,氣體袋的體積減小。袋內氣體的含氧濃度越高,氣體的吸收速度就會越快[10]。研究[11]表示,在用吸入氣中的氧濃度分數(fraction of inspiration O2,FiO2)為100%的預充氧在3 min誘導麻醉的患者中,平均有10%的患者出現肺萎陷,在相同時間內用80% FiO2預充氧,出現肺萎陷的患者明顯減少,平均為2%。在預充氧期間將吸入氣氧濃度減少至60%時幾乎未見肺萎陷,而在30% FiO2預充氧時未出現肺萎陷現象。Ko等[12]也對比了雙肺通氣期間分別吸入純氧與40% FiO2后再進行單肺通氣時,不同研究時段的肺萎陷評分,結果表明雙肺通氣期間吸入氧濃度較低時,單肺通氣期間肺萎陷速度更慢。因此總的來說,吸入氣體的氧濃度越高,肺泡內氣體吸收的速度就越快,肺泡塌陷的速度就越快,肺萎陷就更快。FiO20.8被認為是吸收性肺萎陷的重要臨界線[13]。

1.4斷流技術 肺斷流技術是通過斷開氣管導管與呼吸機的連接,使雙肺同時斷開通氣,從而加速肺萎陷的一種方法。斷流的時間節點不同以及斷開通氣的時長不同,會導致肺萎陷的速度不同。通過實驗證明,在使用肺斷流技術時,不論是使用雙腔氣管導管還是支氣管封堵器,斷流技術都可以促進術中肺的萎陷,并且與未使用斷流技術的試驗組相比,低氧血癥的發生率差異無統計學意義[14-15]。已有研究[15]證明使用支氣管封堵器進行自然萎陷時,肺萎陷所需的時間比使用雙腔氣管導管更長,但當支氣管封堵器與肺斷流技術同時運用,肺萎陷速率與使用雙腔氣管導管進行自然萎陷時基本相等。目前常用的斷流時間為15 s～2 min[1,14-16]。有試驗者嘗試在切皮前先將雙腔支氣管導管與呼吸機斷開2 min,證實單肺通氣前2 min斷流技術可以加速非通氣肺的萎陷,且與未使用肺斷流技術相比不會導致低氧血癥發生率的增加[16]。也有研究[14]將斷開呼吸的時間點選擇為進入胸膜腔的瞬間,根據肺I期萎陷時間為1 min,選擇斷開呼吸1 min后開始啟動單肺通氣,此種方法可利用大氣壓對非通氣側肺的擠壓作用來加速肺萎陷。

1.5非通氣肺吸引法 非通氣側肺吸引技術可使肺順應性急劇下降,當氣管導管大部分或完全被吸引管阻塞時,會在肺中形成較大的負壓,加快肺萎陷,縮短胸腔鏡下解剖節段切除時的等待時間,且良好的肺萎陷能讓外科醫生更好地處理節段間邊界,縮短手術時長[17]。但是,采用非通氣側肺吸引技術時,吸引力的大小、吸引管的尺寸、吸引的時長以及臨床醫生操作水平的高低,都會對肺萎陷的質量產生影響。El-Tahan等[18]研究顯示,在使用支氣管封堵器的情況下,較弱的吸力如10～20 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa)對加快肺萎陷無效,而較強的吸力如40 cmH2O則可能會損傷氣道黏膜,導致嚴重的低氧血癥和肺部水腫,甚至危及生命,而當吸引壓力為30 cmH2O時,通過支氣管封堵器的吸引口進行吸引,可縮短完全肺萎陷的時間,并且與單純的肺斷流技術相比,非通氣側肺吸引技術可縮短53.1%的時間實現完全肺萎陷,且不會引起氣道并發癥。但在相同的壓力下使用雙腔氣管導管時,卻不會在臨床上顯著促進肺萎陷。因此,采用非通氣側肺吸引技術時,使用支氣管封堵器,且吸引壓力為30 cmH2O時,可有效且安全的加快肺萎陷速率。

2 肺復張

2.1肺復張的方法 手術結束后,萎陷肺的良好復張是保證肺功能的前提,以此減少術后肺部并發癥的發生,改善患者預后。超聲引導下的肺復張法證明,手控膨肺明顯有助于兒童和老人在麻醉期間萎陷肺的復張[19-21]。手控膨肺通過短暫提高氣道壓力,打開肺泡,可增加動脈氧合,降低機械通氣時的呼吸阻力,恢復肺的順應性[22]。手控膨肺時若潮氣量較小或氣道壓力較低,萎陷的肺泡將難以復張。Rothen等[23]采用電子計算機斷層掃描(computed tomography,CT)觀察萎陷肺的復張,并且用多種惰性氣體法研究膨肺對通氣血流比值的影響,顯示在手動膨肺氣道壓力(airway pressure,Paw)=40 cmH2O并持續15 s后,20 min和40 min的平均肺分流由麻醉誘導后的7.5%分別下降至1.0%和2.8%。然而由于氣道閉合導致低通氣血流比區域從之前的3.7%增加至10.6%和7.8%。但總的效應是平均肺泡動脈氧分壓差由14.3 kPa降低至11.1 kPa,說明此種膨肺方法可以改善氣體交換。因此,若采用持續恒定壓力手控膨肺時,潮氣量達到肺活量,且Paw=40 cmH2O并持續15 s以上,可以使萎陷的肺泡幾乎完全復張[24]。

肺超聲檢查可在圍手術期通過半定量評分準確評估肺的通氣損失程度,明確萎陷肺的面積,并有助于確認手控膨肺后肺復張的效果。超聲引導下的遞進壓力手控膨肺是指,將氣道壓力從10 cmH2O逐漸遞增,每次增加5 cmH2O,最大氣道壓力不超過40 cmH2O,潮氣量限制在20 mL/kg,FiO2為0.4,直至超聲成像下無明顯肺塌陷區域。該方法與持續恒定壓力的手控膨肺相比,遞進壓力的手控膨肺聯合個體化呼氣末正壓可更好的實現麻醉后萎陷肺的復張,改善氧合[25]。

2.2個體化呼氣末正壓通氣(positiveend-expiratory pressure,PEEP) 單肺通氣后使用PEEP可以有效幫助萎陷肺復張,從而改善氧合。PEEP改善氧合的機制主要是保持肺泡開放[26], 防止呼氣末肺泡萎陷,在不增加機械張力的情況下減少肺損傷的風險,但過度PEEP可引起肺泡過度膨脹,減少靜脈回流并增加右心室后負荷,引起血流動力學損害,從而增加分流和惡化氧合[27]。因此,適當的PEEP顯得尤為重要。單肺通氣后采用肺復張法重新開放塌陷的肺泡,然后應用5 cmH2O的PEEP維持目前最常用于胸外科手術[28]。

但隨著進一步的研究[29]顯示,固定的PEEP值可能不適用于所有患者。由于個體差異(如胸廓的大小和形狀、腹腔容量、肺容量和胸腔壓力等),導致個體對PEEP的需求也存在較大的差異。因此,個體化PEEP顯得尤為重要。

最佳PEEP是指能夠產生最大呼吸系統順應性的PEEP水平[30]。目前有幾種確定個體化PEEP的滴定方法,如肺順應性指導法[31]、電阻抗斷層掃描法[27]、肺超聲法[32]、食管測壓法以及跨肺壓法等。個體化最佳PEEP的應用,在血流動力學穩定的前提下,可以顯著提高肺的順應性,降低驅動壓,改善肺的氧合[29]。胸外科手術患者常因腫塊大小、部位或伴隨肺部疾病的不同,在呼吸順應性方面存在差異[33]。因此對于不同的患者,設置相同的PEEP可能導致肺過度膨脹或肺通氣不足。在這種情況下,使用個體化水平的PEEP比標準水平的PEEP更能有效實現單肺通氣后肺的復張。有實驗[29]顯示,在肺復張法后采用基于肺順應性的PEEP遞減滴定法,得到的最佳個體化PEEP為(8.8±2.4)cmH2O,與常規設置的5 cmH2O固定PEEP差異有統計學意義,且最佳PEEP與身體質量指數呈顯著正相關。個體化PEEP的應用有利于萎陷肺更好的復張,可以改善患者的氧合,并傾向于在遞進壓力手控膨肺法后持續使用。

2.3肺復張的注意事項 麻醉狀態下,高FiO2常常與吸收性肺萎陷的發生有關。純氧的吸收性肺萎陷和自由基對肺泡膜的損害都會導致肺內分流增加,氧合功能減退,暴露于高濃度氧的環境下對肺表面活性劑的性能有負面影響[13]。當單肺通氣后萎陷肺需再次復張時,如果使用低濃度的氧氣,可以延緩復張的肺再次塌陷的速度。臨床研究[10]表明,氣體吸收在麻醉相關肺萎陷的發生中起關鍵作用。當氣道完全阻塞或通氣血流比低于臨界水平時,會發生吸收性肺萎陷。在相同的膨肺壓力下,采用較低的FiO2可延長氣道關閉后氣體滯留的時間,延緩復張肺泡的再次塌陷。有研究者在超聲引導下行肺復張術,顯示在肺復張期間,使用高FiO21.0與使用低FiO20.4相比,高FiO2不僅不會產生更大的氧合效益,反而會加快復張肺泡再次塌陷的速度[34]。因此,空氧混合降低吸入氣的含氧濃度,可以延緩單肺通氣后,非通氣肺復張肺泡再次塌陷的速度,保證肺的通氣和氧合功能。FiO2低于0.6可減緩大多數肺泡再次發生塌陷的速度[35]。手法肺復張可以逆轉萎陷的肺泡,適當的PEEP可以維持肺泡的開放,但目前手法肺復張的持續時間沒有統一標準。有研究[36]表明,與持續時間為30 s的手法肺復張相比,連續三次持續時間為10 s的手法肺復張,可以減少復張期間循環的周期波動。但與持續時間為15 s的手法肺復張相比,持續時間為30 s時,持續時間較長的手法肺復張和緩慢的升高氣道壓力,可有效改善肺功能,同時最大限度地減少對肺部的生物學影響[37]。目前,手法肺復張的持續時間通常為15～40 s[38-40]。

3 總結與展望

綜上所述,單肺通氣前吸入高濃度氧氣或混合吸入27.7%～48.7%氧化亞氮,并配合使用肺斷流技術,以及單肺通氣后行非通氣側肺吸引技術,將有利于加速非通氣側肺萎陷。而單肺通氣后萎陷肺的復張,較低FiO2的復張氣體、適當的膨肺壓力以及個體化PEEP是更好的選擇。

雖然目前大多數麻醉醫師使用雙腔支氣管導管作為手術肺萎陷的首選,但是隨著不斷研究,雙肺通氣聯合人工氣胸技術、非插管胸腔鏡手術(nonintubatedvideo-assisted thoracic surgery,NIVATS)等都正在逐漸開展。單腔氣管插管加人工氣胸行單肺通氣[41-42],可明顯提高胸腔鏡食管癌根治術中淋巴結清掃數量,減輕手術對患者血流動力學及肺功能的影響,且術野暴露程度良好。NIVATS通常是在局部麻醉和靜脈鎮靜下對自主呼吸的患者進行的,目前已安全應用于小、中、大型胸外科手術,如復發性氣胸胸膜切除術、胸膜造口術、肺氣腫手術、肺活檢等[43]。隨著麻醉與手術技術的進步,這或許會為未來的發展提供新的方向。