心脏术后急性呼吸窘迫综合征患者肺复张的应用

危 宇(综述)，刘 彬，许卫江(审校)

(武汉亚洲心脏病医院心外科ICU，武汉 430022)

心脏外科术后发生急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)的危险因素包括高龄、吸烟史、急诊手术、术后低心排血量等，Milot等[1]进行了回顾性的病例对照研究来观察心外科体外循环术后ARDS的发生率和病死率，入选3278例进行心外科体外循环的患者，有70例患者在术后30 d内发生了呼吸衰竭，其中有13例患者术后发生了ARDS，ARDS发生率为0.4%,病死率为15%,ARDS组中38%的患者有既往心外科手术病史，对照组为3.5%(P<0.002)，在术后阶段，ARDS组较对照组患者接受了更多的血制品输入[(4±5) U vs (2±3) U,P<0.01]，相比对照组更容易并发休克(31% vs 5%,P<0.02)。不难看出，心外科体外循环术后并发ARDS是少见并发症，但仍有15%的病死率，其中再次心脏外科手术、休克以及术后血制品输入量均为心脏手术后ARDS发生的重要的预测因素。Sievers等[2]研究也发现,瓣膜置换术后ARDS发生率低，但术后早期低氧血症较常见。

1 ARDS肺保护性通气策略的提出

ARDS患者中出现大量肺泡塌陷导致肺容积减少、顺应性降低和通气/血流比例失调是ARDS典型的病理生理改变。随着重症医学不断进步，有部分学者曾认为ARDS病死率有所下降，但Phua等[3]分析了1984～2006年研究病例数达50例以上的相关文献，应用Meta分析1994年前后的病死率趋势，发现1984～1993年间ARDS病死率下降，1994～2006年病死率并没有明显下降，而当时1994年发布了公认的急性肺损伤(acute lung injury，ALI)/ARDS诊断标准。因此，他们认为事实上ARDS病死率并未明显下降，仍然为44%左右。

在近十年中，机械通气是ARDS支持治疗和挽救生命的重要治疗方法，但大家认识到机械通气可以引起肺部形态学和生理学改变，同时引起呼吸相关性肺损伤。在这种情况下，肺保护性通气策略(小潮气量和限制性吸气平台压策略)开始应用到ARDS患者机械通气治疗中，有研究[4]将1996～1999年多中心ALI和ARDS患者入选进行随机试验，比较接受传统机械通气治疗和小潮气量机械通气治疗的病死率，传统机械通气治疗包括初始潮气量为12 mL/kg，吸气末0.5 s测量呼吸道平台压力<50 cm H2O(1 cm H2O=0.098 kPa)，而小潮气量实施方法包括初始潮气量为6 mL/kg,呼吸道平台压力<30 cm H2O。该试验在纳入了861例患者后终止了，因为小潮气量试验组病死率显著低于传统治疗组(31.0% vs 39.8%,P=0.007)，因此在ALI和ARDS患者中，使用小潮气量机械通气模式可以降低病死率，减少呼吸机使用时间。而且如果呼吸机模式不适当，最终可以导致ARDS患者多器官功能损害，Imai等[5]通过动物实验进一步证明了不恰当的通气模式可以导致远隔器官内皮细胞损伤以及器官功能障碍，同时证明了不恰当的机械通气可以导致肾脏和小肠上皮细胞凋亡。因此，这也在一定程度上可以解释ARDS患者多器官功能障碍的高发病率。因此,选择合适的通气策略对于ARDS的治疗意义不仅在于是否成功纠正低氧血症，而且更有益于患者远期存活率。

2 肺复张定义以及心外科术后ARDS施行肺复张的理论基础

肺复张是肺保护性通气的必要调整。由于开放塌陷肺泡和肺实变区所需的开放压一般远高于肺保护性通气时的平台压,肺保护性通气不能改善ARDS大量肺泡塌陷，而且15%～25%的患者进行肺保护性通气时需提高吸氧浓度，高浓度吸氧可致吸收性肺不张。因此，提出运用肺复张手法开放大量的塌陷肺泡,并用适当呼气末正压(positive end-expiratory pressure，PEEP)保持肺泡开放的“肺开放策略”[6]。因此，肺复张定义为使用特殊方法在可接受的呼吸道峰值压范围内间歇性给予较高的复张压，以促使塌陷肺泡复张、增加肺容积、改善氧合状态，减轻呼吸机相关肺损伤的过程，也被称为肺泡复张。肺复张的基本原理是打开膨胀不全的肺泡，因此能增加呼气末肺容量，改善气体交换，并且减轻呼吸机相关性肺损伤。

ARDS患者行胸部CT扫描可以发现肺泡大量塌陷，参与通气的肺泡仅占肺容积的20%～30%，肺泡部分塌陷使相应肺单位通气不足，通气/血流比值降低，肺内分流明显增加，ARDS 早期肺内分流率可达10%～20%，后期高达30%以上[7]。肺复张手法促进塌陷肺泡复张，增加呼吸末容积，改善气体交换及通气/血流比。因此，可以使用肺复张方法打开塌陷的肺泡，同时设置合适的PEEP以对抗由于小潮气量所导致的肺泡塌陷。李娜等[8]观察使用肺复张手法对ALI大鼠肺泡上皮细胞屏障功能的影响时发现，肺复张手法可以减轻ALI肺组织的病理损伤，增加肺泡上皮细胞肺组织肺泡表面活性蛋白C信使RNA的合成，下调肺部炎性反应，改善肺泡上皮细胞屏障功能。

心外科体外循环术后全身炎性反应和肺缺血/再灌注损伤相互影响，联合作用，导致肺水肿，肺顺应性降低，肺血管阻力增加，弥散功能障碍。体外循环诱导的ALI乃至ARDS不但使心脏手术患者机械通气时间和重症监护时间延长，而且是心脏病患者术后主要的死亡原因之一。呼吸功能不全是体外循环后常见并发症，体外循环后ARDS发生率为2%，而明显肺不张的发生率达64%[1]。针对这种情况，国内外专家提出了一系列保护性肺通气策略，如低潮气量机械通气、压力控制模式、允许性高碳酸血症、最佳PEEP等，自从1992年Lachmann等[9]提出肺开放的概念以来，肺复张受到了人们的广泛关注。许多学者发现，ARDS患者用肺复张治疗能收到良好效果[10]。

3 ARDS实施肺复张的影响因素

在ARDS患者中，肺复张仍有相当多的不确定因素，肺复张的成功与否可能与病变性质、病变阶段和(或)肺损伤程度以及特殊的肺复张技术有关。主要有以下3个方面：引起ARDS的病因、ARDS严重程度、ARDS病程。

3.1引起ARDS的病因 主要分为肺内源性和肺外源性。肺内源性ARDS，主要的损伤部位是肺泡上皮细胞，导致肺泡水肿，纤维化和中性粒细胞聚集。肺泡内存在着大量水肿液、纤维素、炎性介质，肺泡塌陷，甚至肺实变；肺外源性ARDS，肺外来源的炎性介质释放入循环系统导致肺部微血管充血阻塞和肺间质水肿，肺泡的可复张性好，所以肺外原因的ARDS对肺复张的反应好。Kloot等[11]研究了三种ALI模型，观察肺复张效果，结果发现只有在肺外源性引起的ALI模型中可以观察到氧合得到改善，结果明显好于肺内源性ALI。Riva等[12]设计了肺内源性和肺外源性ALI模型，相同跨肺压下，肺复张在肺外源性ARDS中能更有效地纠正肺泡塌陷，改善肺部机械通气和氧和状况，对肺泡上皮细胞损伤最小。Wrigge等[13]使用电阻抗成像和CT分别来评价肺部通气状况，指出在肺外源性ARDS患者进行肺复张时，肺部各个区域通气分部更均匀。

3.2ARDS严重程度 根ARDS患者据肺泡受累的严重程度，可将肺泡分为三类：①功能接近正常的肺泡，顺应性接近于正常，主要分布于非依赖区；②可复张的塌陷肺泡，主要分布于依赖区；③不可复张的塌陷肺泡，可能与纤维化有关；病变程度不同的肺泡复张所需要的压力是不同的。病变越重，肺泡萎陷和实变的程度越重，肺复张所需要的压力越大。轻中度和重度这两种不同程度ARDS，肺泡受累程度及不可复张的塌陷肺泡数量不同，导致了机械通气时肺复张效果、组织学改变，炎性反应和纤维化改变均有不同。

3.3ARDS的病程 Gattinoni等[14]发现，在合并感染或出血的肺内源性ARDS患者，应用PEEP对气体交换改善的作用并不明显，而以肺部弥漫性渗出改变为主的肺外源性ARDS患者应用PEEP则有良好的临床疗效；但在ARDS终末期，由于肺部出现重构和纤维化的改变，两者的差异就不明显了，因此ARDS病程处于渗出期时对肺复张反应相对较好,纤维增殖期由于肺组织结构重构、间质纤维化，则对肺复张反应差。

4 心脏手术后肺复张实施方法

肺复张有很多种方法，常用的有控制性肺膨胀法、压力控制法等。现阶段，最常用的肺复张方法是传统的控制性肺膨胀法，可能合并显著的呼吸系统和心血管系统的不良反应，为了减少这种不良反应，很多新的肺复张方法试图达到良好肺扩张的同时考虑复张压力和模式，如PEEP递增法、间断叹气法。然而，心脏手术后患者往往血流动力学易出现波动，而目前对于心脏手术后最好的肺复张技术仍不能确定，仍有待于临床进一步对照研究。

4.1控制性肺膨胀 控制性肺膨胀是一种新的肺复张方法，即在机械通气时给予足够的呼吸道压力，使塌陷肺泡充分开放，并持续一定时间，然后再回到以前的通气模式。实施时采用的是压力控制通气模式,最常用的为持续呼吸道正压通气和呼吸道压力释放通气。压力水平多在35～50 cm H2O，维持20～40 s，持然后调整到常规通气模式[15]。

4.2压力控制法 压力控制法肺复张是指在机械通气过程中，一次或多次间断给予高于常规平均呼吸道压的压力使塌陷的肺泡充分复张，并维持一段时间，增加复张肺泡的稳定性，然后恢复到复张以前的通气模式。复张的最佳压力和时间目前仍未明确,国内试验报道多选择峰压为30～45 cm H2O，PEEP为15～20 cm H2O，时间为1～2 min[16]。研究发现，采用个体化使用PEEP和支持压力水平，PEEP 15～20 cm H2O，支持压力15～20 cm H2O，呼吸道峰压不超过45 cm H2O，维持1 min，进行肺开放，反复进行，可以明显地改善肺顺应性和氧合的效果，不良反应较少，大多数情况下患者可以耐受[17]。

4.3PEEP递增法 又称为恒定压力控制通气伴间断逐步增加PEEP法，该方法系在恒定压力控制通气模式下逐渐增加PEEP水平达到肺复张，即在限制呼吸道峰值压40～45 cm H2O的前提下，逐步升高PEEP水平，每次增加5 cm H2O，直至PEEP 达到25～30 cm H2O，然后再逐渐降低PEEP，每次调整PEEP 后,维持30～60 s。最后PEEP 保持高于复张前PEEP 2～3 cm H2O停止[18]。

4.4间歇叹气法 深呼吸有利于促进塌陷肺泡的复张是采用间断叹息进行肺复张的理论基础。间断叹息通常设置为每隔一段时间采用较大的潮气量(如双倍潮气量)和吸气时间通气1次或数次，以促进塌陷的肺泡复张。但Pelosi等[19]观察到叹息改善ARDS患者氧合及呼气末肺容积的效应仅能维持30 min。间断叹息虽然能在一定程度上促进塌陷肺泡的复张，改善低氧血症，但其作用不持久，多数肺泡不能保持开放状态。谭焰等[20]采用呼吸道压力释放通气模式对ARDS家兔实施肺复张时发现，复张最佳时间为20 s，较30 s组复张前后氧和改善更加显著，肺部顺应性增加更明显。

4.5俯卧位通气 在术后ARDS患者中，上述方法均可以改善氧和，而使用俯卧位通气本身也可以看作是一种肺复张手段，俯卧位通气可能不仅有助于肺复张的成功，而且其本身也是一种肺复张手法。当处于俯卧位时，肺组织背部区域的跨肺压增加，肺泡开放，气体交换改善。Cakar等[21]在ARDS模型中使用俯卧位通气治疗，发现俯卧位时使用肺复张维持氧和更有效，而且维持氧和所需要的PEEP比仰卧位需要的PEEP低(8 cm H2O vs 15 cm H2O)。俯卧位通气联合肺复张可以更有效地改善重症肺部感染患者的氧合水平,减少肺内分流,且对血流动力学影响轻微[22]。

5 肺可复张性与最佳PEEP设定方法

实施肺复张时，PEEP水平的选择很重要，过高PEEP水平可能引起肺组织过度牵拉，Pássaro等[23]使用小鼠来评估不同的PEEP水平和同样的潮气量情况下肺组织学变化，他们在机械通气前和机械通气1 h后评估肺部机械力学指标和动脉血气分析结果，同时在机械通气1 h后评估肺组织学变化和肺组织肺泡表面活性蛋白CⅢ信使RNA(Ⅲ型前胶原RNA信使)表达的变化,发现低PEEP导致肺泡塌陷，然而过高PEEP导致肺泡过度扩张，这两种状况均不能改善氧和，并且引起肺组织肺泡表面活性蛋白CⅢ信使RNA过表达。因此,滴定式选择PEEP应达到最小的肺泡弹性回缩率和最大的氧合效果，任何偏离这种设置的呼吸模式均是有害的。Minkovich等[24]对冠状动脉旁路移植或单瓣置换患者的研究表明使用肺复张后，复张的肺泡维持在开放状态的时间主要与PEEP水平有关，只要PEEP高于肺泡临界关闭压水平，肺复张的效果能持续达到12 h以上。

5.1肺可复张性 在ARDS患者，PEEP可能通过维持塌陷肺泡呈开放状态而降低呼吸机诱导的肺损伤。由于PEEP的效果可能依赖于肺组织的可复张性，但是如何评价肺组织的可复张性，仍较困难，Gattinoni等[14]在68例ARDS患者中使用不同的PEEP，使用CT来同时评价肺组织复张比例，发现在ARDS患者中可复张性肺组织所占比例具有高度变异性，其与患者对PEEP的反应高度相关。但由于ARDS患者肺组织损伤有不均一性，肺可复张性是不同的；并且对于不同病因的患者，其胸壁弹性阻力的差异，可导致呼吸系统弹性阻力的改变。当呼吸系统弹性阻力增加时，需要进一步评估促进和维持肺泡开放的压力和时间，呼吸系统弹性阻力低的患者肺复张效果好[25]。

5.2复张后PEEP的设定 复张后最佳PEEP的设定是为了防止肺复张手法开放肺单位的再次塌陷，亦称为开放肺PEEP。没有充分的肺复张就不能正确评估开放肺PEEP，而不能设定恰当的开放肺PEEP就会限制肺复张的保护作用。目前复张后最佳PEEP有很多设置方法，主要包括以下几种方法。

5.2.1金标准方法 胸部CT导向PEEP递减法根据胸部CT扫描选择PEEP被认为是PEEP选择的金标准。具体方法：首先进行充分的肺复张后，将PEEP设置到较高的水平，然后每3～5 min将PEEP减少2 cm H2O，每次PEEP水平均做胸部CT扫描，Borges等[26]的研究指出直至出现肺泡明显的塌陷(塌陷肺泡>5%)，此时的PEEP增加2 cm H2O即为最佳PEEP。胸部CT法较客观、准确，但在操作上需要反复进行胸部CT扫描，在临床上缺乏可操作性。

5.2.2最佳氧合法 又称PEEP 递减滴定试验，PEEP 递减滴定试验是以保持最佳氧合为导向的PEEP 选择方法，Borges等[26]描述的PEEP滴定法为先实施充分的肺复张，肺复张后直接将PEEP设置在较高的水平(如25 cm H2O)，然后每3～5 min 将PEEP减少2 cm H2O，直到动脉氧分压及二氧化碳分压之和<380 mm Hg或氧合指数降低>5%，此时PEEP+2 cm H2O即为最佳PEEP。应用此法测得的最佳PEEP为18～20 cm H2O。与Gattinoni等[27]用胸部CT 法测得的最佳PEEP值相近。此为目前研究中较常用的方法，与其他的方法比较更能减少呼吸机相关性肺损伤。

5.2.3顺应性法 根据床边测定的肺顺应性来设定PEEP，即获得最大顺应性所需的PEEP水平。Henzler等[28]通过胸部CT观察肺复张的效果，研究结果表明肺顺应性的变化比动脉氧合和肺内分流能更好地反映复张后肺通气区域与非通气区域的变化。最大顺应性法的实施需要呼吸机具有监测非动态顺应性的功能，此方法方便实用。

5.2.4压力容量曲线法 压力容量曲线代表充气压或放气压和呼吸系统容积的静态关系。压力拐点被认为肺复张的标志，有研究表明PEEP设定为压力容量曲线低拐点上2 cm H2O可以减少呼吸机相关性损伤，更快地脱机，减少病死率[29]。并非所有的ARDS患者都有低位转折点,对这一类患者根据低位转折点来选择PEEP肯定有困难。吸气过程中肺泡复张是一个持续的过程,并非是一个全或无的现象，低位转折点并不能代表ARDS肺复张的程度，肺复张容积的变化能反映肺复张过程。临床上可以通过测定肺复张容积来选择PEEP水平,以达到更好的肺复张效果[30]。

5.2.5电阻抗CT法 床旁电阻抗CT是近年来研制出的一种新的监测方法，临床试验表明电阻抗成像能更有效地评估开放和闭合压，能更好地评估ARDS患者的通气模式。可以连续地在床旁监测，更方便、准确，但目前只应用于研究，未广泛应用于临床[31]。在不久的将来，应用电阻抗成像高标准的床旁监测区域通气能帮助决定ARDS 的最佳机械通气策略。

6 心脏手术后肺复张对血流动力学的影响

血流动力学抑制是心脏术后肺复张主要的并发症。对于心脏手术后患者实施肺复张时，由于肺复张增加了胸内平均压，可能导致静脉回流减少，心排血量降低。因此，在行复张前应保证充分的血容量，使脉搏压变异率限制在10%～12% 可减少心血管的抑制。对于右心室来说，主要表现为过高PEEP，可导致肺泡血管收缩，增加肺血管阻力，阻止右心室排空，加重右心室功能障碍；而对于左心室，由于静脉回流和右心室输出量下降，右心室过度扩张，室间隔左移，以及上升的胸内压均可限制左心室充盈，导致前负荷减少，可以降低心排血量和心肌供氧，最终影响心肌收缩力。李家琼等[32]比较了控制性肺膨胀法、PEEP递增法和压力控制通气法对ARDS模型犬的血流动力学的影响，三种肺复张方法在盐酸组和生理盐水组中对心排血量指数的影响无明显差异；但在盐酸组中控制性肺膨胀、PEEP递增法和压力控制法分别使心排血量降低46%、39%和25%，压力控制法比控制性肺膨胀、PEEP递增法对心排血量的影响小，因此压力控制通气法对盐酸组模型犬的心脏指数的影响较小。熊旭明等[33]使用健康犬研究肺复张对肺内源性及肺外源性ARDS的血流动力学影响，发现肺复张时平均肺动脉压、中心静脉压、肺动脉楔压均显著增加，肺内源性及肺外源性两组均明显增加，肺复张结束后恢复正常水平，两组平均动脉压、心指数均明显下降，肺复张结束后很快可以恢复正常水平。同时也有研究发现，肺复张联合保护性肺通气可以减少血管外肺水指数，降低血清肺表面活性蛋白A浓度，改善氧合及肺顺应性，降低肺损伤评分：血管外肺水指数、血清肺表面活性蛋白与氧分压/氧和指数、静态肺顺应性呈负相关，与肺损伤评分呈正相关，因此血管外肺水指数与血清肺表面活性蛋白A可以反映ARDS病情，同时可以作为肺复张治疗ARDS疗效的评价指标[34]。Reis Miranda等[35]观察肺复张对心脏手术的影响也发现，尽管复张时所用压力很大，但肺毛细血管阻力和右心室射血分数在复张后3 h内都没有明显的改变。Reis Miranda等[36]进一步使用经食管超声心动图发现，虽然使用了较高的PEEP水平，但在呼气相不改变右心室流出道的阻力，而在吸气时还可降低其阻力。

7 小 结

心外科围术期患者中往往存在术后发生低氧血症的高危因素，如二尖瓣、主动脉瓣病变患者术前反复发作心力衰竭，导致肺血管器质性改变、肺间质水肿，通气血流比例失调，肺弥散功能与肺顺应性下降；而冠心病患者往往具有肥胖、长期吸烟、胸腔容积小等高危因素。同时，在实施心脏直视手术过程中，体外循环可导致炎性反应，损伤肺泡Ⅱ型上皮细胞，使肺泡表面活性物质生成减少、肺间质和肺泡内的组织液量增加，加速肺水肿的发生，表现为肺顺应性降低，形成肺不张；另外，术中对肺组织的牵拉操作和单肺通气的实施可造成肺部机械性和生理性损伤；术后监护治疗中，在血流动力学不稳定的情况下，患者需要长时间呼吸机辅助，易发生呼吸机相关性肺炎，呼吸道分泌物多，直接导致肺段或肺叶塌陷，更易发生ARDS；而心脏直视术后发生的ARDS大多数均为肺外源性ARDS，往往需要实施肺复张治疗，并且效果较好[37]。

与一般ARDS患者不同的是，对于心脏直视术后患者，在实施肺复张前需要注意：①血流动力学状况，无低心排血量、无恶性心律失常；中心静脉压8～12 cm H2O；②排除气胸、呼吸道梗阻；③无严重腹部并发症；④排除严重颅内高压、脑疝；⑤充分镇静肌松。实施肺复张时应密切观察血流动力学变化，对于血流动力学不稳的患者应慎用。

肺复张所采取的手法上，较常使用的是控制性肺膨胀方法和压力控制通气，效果均较好，对血流动力学的抑制也是一过性的，均可以在短时间恢复；由于ARDS患者存在程度不等的肺不张，打开塌陷肺泡所需的跨肺压和最佳PEEP也不同，实施肺复张时临床医师需结合患者具体情况选择合适的肺复张压力[38]。肺复张期间也可对血管活性药物剂量进行适当调整，保证患者的平均动脉压、心率、中心静脉压均可维持稳定状态[39]。

总之，肺复张策略对于预防体外循环术后肺不张、纠正严重的低氧血症以及治疗ARDS是安全有效的，但仍有许多问题需要进一步观察，如如何选择合适的肺复张治疗频率，实施肺复张的最佳时机以及俯卧位通气肺复张在心外科术后应用的安全性等还存在争议，需要进一步的研究探讨。

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