肺保护性机械通气对脑损伤患者脑灌注压和脑氧代谢的影响

马海鹰 武巧元

DOI：10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2014.12.003

作者单位：213003 江苏省常州，南京中医药大学附属常州市中医医院ICU

【摘要】目的观察肺保护性机械通气对颅脑损伤患者脑灌注压（CPP）及脑氧代谢的影响。方法  选择ICU需要机械通气的严重颅脑损伤伴呼吸衰竭患者40例，所有患者均行颅内压（ICP）监测、右侧颈内静脉逆行穿刺置管。将患者随机（随机数字法）分为①肺保护性通气组：潮气量为6～8mL/kg，初始吸氧体积分数40%，逐步提升呼气末正压（PEEP），PEEP与吸氧（FiO₂）匹配同步升高，保持FiO₂允许性低值;②常规通气组（对照组）：潮气量为8～12 mL/kg，FiO₂与PEEP匹配同步升高，保持PEEP允许性低值。监测桡动脉血气、平均动脉压（MAP）、颈静脉血氧饱和度（SjVO₂），颈静脉血二氧化碳分压（P_jVCO₂），计算CPP= MAP-ICP;氧合指数PaO₂/ FiO₂。 结果  肺保护性通气组PEEP（ 8.2±3.3）cmH₂O（1 cmH₂O=0.098 kPa）、ICP（19.7±3.6）mmHg（1 mmHg=0.133 kPa） 、PaCO₂（54±7.3 mmHg）高于对照组，VT、FiO₂低于对 照组，差异具有统计学意义;两组PaO₂/FiO₂、S_jVO₂、MAP、CPP差异无统计学意义。相关分析提示PaCO₂与CPP呈正相关（r=0.368， P=0.019）， 与ICP、PaO₂、S_jVO₂、P_jVCO₂等并无相关性（P>0.05）;PEEP与ICP呈正相关;PEEP分为≤5 cmH₂O、6～ 10 cmH₂O及>10 cmH₂O三组，各组间ICP两两比较差异有统计学意义;PEEP在0～10 cmH₂O上升，CPP变化不明显;PEEP>10 cmH₂O时与CPP呈明显负相关（r=-0.395， P=0.017），CPP（ 58.5± 7.2）mmHg，低于PEEP 0～ 5 cmH₂O时的（ 69.1±9.7）mmHg，差异具有统计学意义;PEEP越高，氧合指数越低;不同的PEEP水平下MAP、S_jVO₂、P_jVCO₂无明显变化。将PaCO₂分为35～45 mmHg和46～60 mmHg组，后者的CPP高于前组者，差异具有统计学意义（P< 0.05）。S_jVO₂与PaO₂及P_jVCO₂相关，与PaCO₂、CPP、ICP、MAP及PEEP等均无相关性。 结论  肺保护性通气策略对颅脑损伤患者来说是相对安全的。适当的CO₂潴留联合较高的PEEP不影响脑灌注。肺保护性通气与常规通气相比S_jVO₂差异无统计学意义。提示两种通气方式下脑氧代谢无变化。

【关键词】颅脑损伤;脑灌注压;颈静脉血氧饱和度;呼吸衰竭 ;机械通气;肺损伤;潮气量;血气分析;呼气末正压

The impact of lung-protective mechanical ventilation on cerebral perfusion pressure and cerebral oxygen metabolism in patients with severe cerebral injury combined with respiratory failure

Ma Haiying， Wu Qiaoyuan. ICU， Changzhou Traditional Chinese Medicine Hospital Affiliated to Nanjing Chinese Medicine University， Changzhou 213003， China

【Abstract】ObjectiveTo explore the impact of lung-protective mechanical ventilation （low tidal volume and optimal positive end-expiratory pressure （PEEP） on cerebral perfusion pressure （CPP） and cerebral oxygen metabolism. MethodsForty patients with severe cerebral injury along with respiratory failure were randomly assigned into two groups： lung-protective ventilation group A and conventional ventilation group B. Group A was planned to prescribe tidal volume 6～8 mL/kg， initial FiO₂40%， PEEP gradually increasing from 2 cmH₂O to matched with FiO₂elevation， but the FiO₂ was kept at permissive lower level. Group B was formulated with tidal volume 8～12 mL/kg， PEEP stepwise increasing from 0 2 cmH₂O  to match with FiO₂ elevation， but PEEP was kept at permissive lower pressure. The intracranial pressure （ICP）， mean arterial pressure （MAP）， CPP， arterial and jugular venous blood gas were monitored.  ResultsPEEP （8.2±3.32 cmH₂O ）， ICP （19.7±3.6 mmHg）， PaCO₂ （54±7.3 mmHg）， jugular venous carbon dioxide partial pressure （P_jVCO₂， 56.7±9.6 mmHg） in group A were higher than those （5.7±2.3 cmH₂O， 16.9±3.8 mmHg， 41±5.2 mmHg， 49.8±6.9 mmHg ） in group B （P< 0.05 or P< 0.01 ）. VT， FiO₂ in the group A were lower than those in the group B. There were no differences in PaO₂/FiO₂， jugular venous oxygen saturation （S_jVO₂）， MAP， and CPP between two groups. PaCO₂ were significantly correlated with CPP （r =0.368， P =0.019） while there was no correlation with ICP， PaO₂， S_jVO₂， P_jVCO₂ （all P>0.05）. CPP （69.7±12.3 mmHg） was higher in case of PaCO₂ （46～60mmHg） than those （61.5±9.1 mmHg） in case of PaCO₂ （35～45 mmHg）. There was correlation between PEEP and ICP （r =0.436， P =0.005）. When PEEP was divided into three groups： ≤52 cmH₂O ， 6～ 102 cmH₂O  and >102 cmH₂O ， ICPs were different one another among three groups. When PEEP >102 cmH₂O ， it had a distinguished negative correlation with CPP （r=-0.395， P=0.017）， while PEEP ≤102 cmH₂O ， CPP presented decreasing tendency. S_jVO₂ correlated with PaO₂ （r =0.403， P =0.014） and P_jVCO₂ （r =-0.502， P =0.001） respectively. There were no significant relationships between S_jVO₂ and CPP， ICP， MAP， PEEP， respectively.ConclusionsLung-protective mechanical ventilation was relatively safer in patients with severe cerebral injury compared with conventional mechanical ventilation. Mild PaCO₂ elevation （46～60 mmHg） combined with higher PEEP （<102 cmH₂O ） did not decrease CPP. There was no difference in S_jVO₂ between the two modes of mechanical ventilation， suggesting no changes in cerebral metabolism occurred.

【Key words】Cerebral injury;  Cerebral perfusion pressure;  Jugular venous oxygen saturation;  Respiratory failure;  Mechanical ventilation;  Acute lung injury; Tidal volume;  Blood gas analysis;  Positive end-expiratory pressure

有20%～25%的严重脑出血或脑外伤患者并发急性肺损伤（ALI）或急性呼吸窘迫综合征（ARDS） ^[1]。神经源性肺水肿、感染、误吸等是继发肺功能损害的常见原因，机械通气是其主要治疗措施。但机械通气是正压通气，尤其在使用呼气末正压（ PEEP） 时，理论上可诱导胸腔内高压，减少静脉回流量（包括颅内静脉回流量），加重颅内高压，诱导脑部继发性缺血、缺氧性损伤^[2]。因此，临床医生在处理肺功能不全合并脑水肿时，可能面临进退两难的境地。本研究观察不同的机械通气策略对脑损伤患者脑灌注压和脑代谢的影响，试图寻找矛盾双方最佳的契合点。

1资料与方法

1.1一般资料

选择常州市中医医院ICU收治的需要机械通气的严重颅脑损伤或急性脑出血患者40例，男26例，女14例，年龄18～65岁。所有患者符合：（1）经头颅CT扫描或手术证实为严重脑挫裂伤、硬膜下血肿或脑内血肿，GCS评分3～8分，有脑疝形成者需首先脱水或手术减压;（2）无其他部位严重合并伤;发病前无心、肺、肝、肾等重要脏器功能不全，无慢性肺疾病基础，如慢性阻塞性肺病、肺纤维化等;（3）患者出现呼吸急促、血氧饱和度下降、过度通气或呼吸节律改变等需要有创机械通气支持;（4）两组的年龄、体质量及病情严重程度等差异无统计学意义;（5）控制血糖在6.3 ～ 10 mmol/L之间，无低血糖事件发生。

1.2临床路径与观察指标

患者一经确诊均行颅内压（ICP）监测：测定部位为左或右侧脑室。手术患者在手术中放置导管;非手术患者选择额中线旁开2.5cm、额部发髻后2.5 cm为穿刺点，或参照CT定位探针方向对准侧脑室前角，用微创颅内血肿穿刺针钻颅，进针4～6 cm后见脑脊液流出，立即用三通开关和导管接换能器与监护仪相连行持续颅内压监测。患者出现呼吸形式严重异常，如呼吸频率>35～40次/min或<6～8次/min，血气分析提示严重通气和/或氧合障碍，PaO₂<50 mmHg，尤其是充分氧疗后仍<50 mmHg，PaCO₂进行性升高，pH值动态下降者^[3]给以气管插管或气管切开接呼吸机（德国西门子SERVO-I， V4.0型），PRVC模式，呼吸频率12～20次/min，吸氧（FiO₂）40%～80%。躁动者给以力月西或丙泊酚镇静使Ramsey评分达3～4分。将患者随机（随机数字法）分为2组。①肺保护性通气组：设定潮气量为6～8 mL/kg，初始吸氧体积分数40%，PEEP从2 cmH₂O开始，每隔5～10 min增加1～2 cmH₂O递增PEEP，PEEP保持与吸氧体积分数匹配同步升高，保持吸氧体积分数允许性低值^[4]，直到脉搏血氧饱和度（SpO₂）达95%或以上，PaO₂ ≥90 mmHg。②常规通气组：设定潮气量为8～12 mL/kg，初始吸氧体积分数40%，PEEP水平从0开始逐渐升高，每隔5～10 min增加1～2 cmH₂O递增PEEP，吸氧体积分数保持与PEEP匹配同步升高，保持PEEP允许性低值，直到监测SpO₂达95%或以上，PaO₂ ≥90 mmHg即可。两组均监测PaCO₂在35 ～ 60 mmHg之间，通过镇静或者调节呼吸频率防止严重的过度通气或CO₂潴留。

行右侧颈内静脉逆行穿刺置管^[5]，头端达颈静脉球位置下方1 cm处，采集静脉血气测颈静脉血氧饱和度（The jugular venous oxygen saturation，S_jVO₂），颈静脉血二氧化碳分压（P_jVCO₂）。右侧挠动脉穿刺置管监测平均动脉压（MAP）、脉搏氧饱和度（SpO₂）、动脉血气测动脉血氧分压（PaO₂）、动脉血二氧化碳分压（PaCO₂）。

1.3统计学方法

计算脑灌注压（CPP），CPP= MAP- ICP;氧合指数PaO₂/ FiO₂。计量资料采用均值±标准差（x±s）表示，采用SPSS 17.0软件进行单因素方差分析，多个样本均数的两两比较采用SNk-q检验，两组比较采用t检验，两个变量间的相关分析采用Pearson相关性检验，P< 0.05为差异具有统计学意义。

2结 果

2.1呼吸参数、血气结果及脑灌注压

肺保护性通气组PEEP、PaCO₂、PjVCO₂、ICP高于对照组，VT、FiO₂低于对照组，差异具有统计学意义;两组PaO₂/FiO₂、SjVO₂、MAP、CPP差异无统计学意义，见表1。

2.2相关性分析

PaCO₂与CPP呈正相关，与ICP、MAP、PaO₂、SjVO₂、PjVCO₂等并无相关性。随着PEEP的升高，ICP逐渐升高，两者呈正相关;PEEP在 0～10 cmH₂O之间逐步上升，CPP呈下降趋势，当PEEP超过10 cmH₂O时，PEEP与CPP呈明显负相关且有统计学意义。PEEP与氧合指数呈高度负相关。SjVO₂仅与PaO₂、PjVCO₂呈相关性（P< 0.05， P< 0.01），与PaCO₂、CPP、ICP、MAP及PEEP等均无相关性。见表2。

将PEEP分为≤5 cmH₂O、6～ 10 cmH₂O及>10 cmH₂O三组，PEEP越高，氧合指数越低，ICP逐渐升高，组间两两比较差异具有统计学著意义;PEEP≤10 cmH₂O之间变化时，CPP变化不明显，超过10 cmH₂O时，CPP明显下降，平均达58.5 mmHg，低于PEEP 0～ 5 cmH₂O时的 69.1 mmHg，差异具有统计学意义（P< 0.05）;不同的PEEP水平下MAP、SjVO₂、PjVCO₂无明显变化。将PaCO₂分为35～45 mmHg和46～60 mmHg组，发现后者的CPP高于前者，差异具有统计学意义;两组ICP、MAP、PaO₂、SjVO₂及PjVCO₂差异无统计学意义。见表3。

3讨论

严重颅脑损伤患者往往需要建立人工气道和机械通气。为保证脑及全身器官的氧供，应维持SpO₂ ≥95%和/或PaO₂≥90 mmHg。并发ALI或ARDS时，单纯提高吸氧体积分数不能纠正低氧血症，小潮气量+最佳PEEP能够把萎陷的肺泡打开，防止复张的肺泡反复塌陷，从而减少肺内分流，改善氧合。但是，小潮气量+最佳PEEP容易产生CO₂潴留，导致严重颅脑损伤患者脑血管扩张，脑血容量增加，颅内压增高^[6]。廖景文^[7]却认为，轻中度的高碳酸血症有神经保护作用，因为相对较高的PaCO₂及偏酸性环境可使氧离曲线右移，使组织可充分利用氧、促进葡萄糖代谢;此外，允许性高碳酸血症通气抑制了兴奋性氨基酸转移酶，脑组织分泌兴奋性谷氨酸水平降低，有神经保护作用;对于新生儿，适宜的允许范围在46～60 mmHg。Zhou等^[8]研究显示，PaCO₂在60～100 mmHg之间对短暂性脑缺血-再灌注损伤大鼠具有保护作用。本研究将颅脑损伤并发呼吸衰竭的患者分为两组，肺保护性通气组采取小潮气量+最佳PEEP，监测PaCO₂在（54±7.3）mmHg之间;常规潮气量组则采用正常潮气量+较低PEEP，PaCO₂波动在（41±5.2）mmHg。结果肺保护性通气组PaCO₂、PEEP值、PjVCO₂、ICP高于对照组，VT、FiO₂低于对照组，差异具有统计学意义;两组PaO₂/FiO₂、SjVO₂、MAP、CPP差异无统计学意义。提示肺保护性通气策略与颅内压升高有关，但不减少颅脑损伤患者脑灌注，对SjVO₂亦无显著影响。

肺保护性通气策略需要较高的PEEP并产生CO₂潴留，是否与颅内压的升高有关？本文将PEEP与ICP、CPP等行相关性分析发现，ICP与PEEP呈正相关性。不同的PEEP（≤5 cmH₂O、6～ 10 cmH₂O及>10 cmH₂O）水平下，ICP两两比较差异显著。随着PEEP的升高，CPP呈下降趋势，当PEEP超过10 cmH₂O时，PEEP与CPP相关性有统计学意义（r=-0.395， P=0.017），CPP平均达（ 58.5± 7.2）mmHg，明显低于PEEP 0～ 5 cmH₂O时的 （69.1±9.7）mmHg，两组差异具有统计学意义（P< 0.05）。闰润民等^[9]通过动物实验证实：在正常颅内压状态下，PEEP使颅内压上升，在已有颅内高压存在时，PEEP对颅内压影响不明显，但在重度高颅压 （ICP>40 mmHg） 情况下，PEEP使脑灌注压明显下降。该结论与本研究结果表明，颅内压增高在一定程度时，脑血管自动调节存在，脑灌注压受PEEP的影响小;当颅内压增加过高时，脑血管自动调节功能损害严重，脑灌注压降低，此时再应用PEEP，颅内压继续上升，脑灌注压进一步降低。提示使用较高的PEEP在重度颅内高压时是不安全的，应尽快降低颅内压来保证呼吸支持。

颅内压与PaCO₂相关分析发现，PaCO₂与CPP呈正相关，与ICP、PaO₂、SjVO₂、PjVCO₂等并无相关性。将PaCO₂分为轻度潴留组[ （46～ 60）mmHg]与正常组[（35～45）mmHg]，前组CPP明显高于后组，差异有统计意义，ICP则无明显改变。该结果与以往CO₂潴留导致颅内压升高结果差异具有统计学意义，可能是本研究中PaCO₂升高为轻度，虽能够导致脑血管扩张、血容量增加，但并不增加颅内压，而轻度CO₂潴留可刺激呼吸中枢，交感神经兴奋，导致平均动脉压升高，引起脑灌注压升高。

CPP正常的患者仍能发生继发性脑损伤，取决于脑组织灌注、脑氧代谢是否充分^[10-11]。一项为期10年的前瞻性研究结果表明，监测脑灌注压的同时监测脑氧代谢较单纯监测脑灌注压更能改善神经预后。其机制是脑组织通过“血流—代谢偶联”保持血流与供氧的相互匹配，当脑血流量下降时，脑组织摄氧量代偿增加，脑静脉血中氧含量下降;反之，脑血流增多超过代谢需要时，脑组织从血流中所摄取氧的比例相对减少，致脑静脉血中氧含量增高。基于氧离曲线的特性，静脉血氧饱和度处于曲线的陡直段，饱和度比静脉氧分压更敏感。因而，颈静脉（人脑血液回流主要通过颈内静脉）血氧饱和度（SjVO₂）的变化能反映脑血流与脑氧代谢率的平衡，正常范围为55%～71%^[5]。持续低于 50%提示脑组织缺血且预后不良。本研究结果显示，肺保护性通气策略与常规通气策略相比，SjVO₂差异无统计学意义。相关性分析表明，SjVO₂仅与PaO₂ 、PjVCO₂呈相关性，与PaCO₂、CPP、ICP、MAP及PEEP等均无相关性，提示仅通过脑压力指标来判断脑氧代谢是不够的。SjVO₂与PjVCO₂呈负相关值得关注，可能的解释是静脉CO₂分压较动脉CO₂分压更能反映组织微循环灌注情况，当脑“血流—代谢偶联”失代偿时， 脑血流量下降伴随脑氧摄取下降， SjVO₂升高，血分流增加，氧弥散异常以及细胞线粒体功能障碍等使有氧代谢减少，脑组织CO₂产量减少， PjVCO₂下降。采用PjVCO₂与SjVO₂共同反映脑组织代谢及氧耗，笔者正在探索其意义。

总之，肺保护性通气策略对颅脑损伤患者来说是相对安全的。较高PEEP可导致脑灌注压下降，而轻度CO₂潴留可增加脑血流并使脑灌注压增加^[11]，两者的综合效应即适当的CO₂潴留联合较高的PEEP不影响脑灌注。在监测脑灌注压的同时监测SjVO₂ 、PjVCO₂可进一步反映脑组织代谢及氧耗。肺保护性通气与常规通气相比，SjVO₂差异无统计学意义，提示两种通气方式对脑氧代谢无明显影响。但是需强调，本研究是轻度CO₂潴留，PEEP的平均值亦不超过10 cmH₂O，过度CO₂潴留及过高PEEP是否能得出相同的结论尚有待探讨。

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（收稿日期：2014-08-01）

（本文编辑：何小军）

p1309-1313