楊　偉綜述,張桂敏審校

(昆明醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院：1.麻醉科；2.心外科　650032)

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心臟術后肺功能不全的研究進展

楊偉1綜述,張桂敏2△審校

(昆明醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院：1.麻醉科；2.心外科650032)

[關鍵詞]術后肺功能不全；機械通氣；保護性肺通氣；無創(chuàng)機械通氣

術后肺功能不全(postoperative pulmonary dysfunction，PPD)是心臟手術后常見的一種并發(fā)癥，大約40%的心臟手術患者術后再次進去重癥監(jiān)護室(ICU)是由于呼吸衰竭而導致的[1]，但目前仍沒有降低該并發(fā)癥發(fā)生率的有效措施。PPD的病理生理機制非常復雜，首先是與心臟手術相關的因素：如胸骨切開、體外循環(huán)、血液制品的輸入、機體的降溫、全身麻醉等；其次是氣體交換解剖的改變如肺泡-動脈氧分壓差的增大、肺部微血管通透性的增加、肺血管阻力的升高、肺內分流的增多以及淋巴細胞核血小板的聚集等；此外，肺通氣機制的改變，如潮氣量的降低，殘氣量的減少，以及肺動態(tài)和靜態(tài)順應性的降低，以上這些因素都可以導致患者出現(xiàn)PPD[2]。

PPD的臨床表現(xiàn)包括胸腔積液(27.0%～95.0%)、肺不張(16.6%～88.0%)、無臨床癥狀的低氧血癥(3.0%～10.0%)，以及急性呼吸窘迫綜合征(ARDS，0.5%～1.7%)，盡管ARDS的發(fā)生率不高，但其病死率卻很高(50%～90%)[3]。此外，心臟手術后的肺損傷與手術引起的全身炎癥反應密切相關，這種全身炎癥反應可以降低肺部的氣體交換，增加肺內分流和肺血管的阻力，使肺血管內白細胞和血小板產生聚集，降低肺的順應性和功能殘氣量(FRC)及潮氣量[4]。

1與心臟術后PPD發(fā)展的相關因素

1.1全身麻醉在任何大手術后都會不可避免的出現(xiàn)肺損傷，其中一個主要的因素就是全身麻醉。全身麻醉影響肺功能的因素也有多個方面：(1)全身麻醉時患者需要仰臥位，此時出現(xiàn)膈肌的上移而導致FRC的減少；(2)由于肌松劑的作用而使患者胸壁順應性增加，同時伴有胸內血容量的分布的改變，導致通氣血流比的失調及異常的肺內分流；(3)許多麻醉藥物本身也會影響肺功能，如吸入麻醉藥物可以抑制缺氧性肺血管收縮，阿片類藥物可以降低機體對低氧和高二氧化碳的反應[5]。這些因素都可以增加肺泡-動脈的氧分壓差(PA-aO2)，降低FRC和潮氣量，從而可以導致低氧血癥和肺不張的發(fā)生。

1.2體外循環(huán)(extracorporeal circulation,ECC)已證實心臟停跳下的ECC可以對心臟手術后的肺功能產生明確的損害。當ECC開始時，肺通氣停止導致肺泡表面活性物質減少，使肺泡塌陷，從而出現(xiàn)肺不張；此外，肺循環(huán)的停止使肺部出現(xiàn)缺血性損傷及大量炎癥介質的釋放[6]。這些因素可以影響肺部氣體交換并導致小氣道的閉合，使患者術后肺功能降低。有學者研究表明與使用ECC組相比，不使用ECC的患者術后出現(xiàn)更低的肺部并發(fā)癥，可以更早拔除氣管導管，并且肺炎的發(fā)生率也明顯降低[7]。因此，ECC可以引起肺損傷，延長肺功能的恢復，加重機體的全身炎癥反應，顯著地增加術后肺部并發(fā)癥的發(fā)生率。

1.3外科手術和機體溫度與心臟手術密切相關的多種因素都會影響肺功能，并可以加劇肺功能不全的進一步進展。這些因素包括胸骨的正中切開、機體的降溫、乳內動脈的分離以及體外循環(huán)的使用。胸骨正中切開對肺功能不全的影響機制目前還不清楚，但是經(jīng)胸骨開胸時對胸壁的影響最小，對肺的壓縮也是最小，因此經(jīng)胸骨開胸也成了一種最佳的手術方式。正常的溫度能夠降低肺內分流及PA-aO2，在冠狀動脈搭橋術時正常體溫并不顯著影響氣體的交換，這表明正常體溫在體外循環(huán)后對肺功能的有一定的保護作用[8]。

1.4機械通氣機械通氣可以顯著改變肺部結構和功能，機械通氣可以導致肺的炎癥反應并擴散到遠端器官，從而影響治療的效果。機械通氣除了引起肺損傷外，心臟手術中的其他因素在炎癥反應中也起著重要的作用，包括體外循環(huán)、外科手術操作及器官缺血再灌注損傷等。機械通氣引起的炎癥性肺損傷來源于機械性和生物學性創(chuàng)傷，機械性創(chuàng)傷包括容積傷和氣壓傷，氣壓傷是由于高氣道壓引起的肺損傷；同樣，容積傷是由于潮氣量過大使肺泡過度擴張而引起的[9]。機械通氣創(chuàng)傷導致的應激可以顯著改變肺泡上皮細胞的結構及其完整性，并可以引起肺泡上皮細胞的水腫。生物學創(chuàng)傷與機械通氣應激引起的生物學反應有關，大潮氣量可以引起炎癥介質的釋放，從而導致局部和全身的炎癥反應[10]。高氣道壓可以引起細胞因子和其他可溶性炎癥介質的釋放，激活白細胞和血管內皮細胞，通過細胞通路改變組織器官的功能。氣壓傷是由機械通氣過程中肺泡的交替塌陷和過度膨脹引起的促炎因子的釋放、白細胞的聚集及局部炎性反應的激活引起的[11]。機械應力是如何轉變?yōu)樯飳W信號而產生氣壓傷的具體機制還不清楚，有實驗研究[12]肺泡毛細血管膜與炎癥介質產生的關系，結果證實了氣壓傷是由促炎介質的釋放和免疫系統(tǒng)的激活引起的。同樣，參與氣壓傷的因素包括細胞膜受體、敏感通道、炎癥瀑布樣反應的激活、NF-κB轉錄水平的激活，NF-κB是細胞內核酸序列修飾和炎性介質(TNF-α、IL-1、IL-6和IL-8)合成的主要成分[13]。

生物學損傷可引起廣泛的生物學反應，如氧自由基的激活、細胞的生長發(fā)育或凋亡、基因和蛋白質的表達、凝血系統(tǒng)及免疫系統(tǒng)的激活，這些最終引起了顯著的炎癥反應。同樣，肺組織局部的炎癥反應介質能夠進入體循環(huán)內而導致全身炎癥反應綜合征(SIRS)。肺不張是引起術后肺功能不全的一個重要因素，同時也是導致肺部炎癥進一步發(fā)展的重要原因，肺不張的面積與肺內分流有顯著的相關性。肺不張導致呼氣末低肺容積，它的進展伴隨著肺泡表面活性物質的缺失和肺不張區(qū)域內肺泡的反復塌陷和膨脹，在未給予或者給予較低的呼氣末正壓(PEEP)通氣時肺不張的范圍可以進一步增加[14]。肺泡反復塌陷和再復張可以引起塌陷性創(chuàng)傷，即當塌陷的肺組織受到高通氣壓力時，這個部位的肺泡因為出現(xiàn)開放與塌陷的交替而產生損傷性的橫向力，這種橫向力作用于塌陷的肺組織可以產生足夠的壓力而損傷氣道的上皮細胞，并導致一種肺泡毛細血管膜的“壓力性衰竭”，而這又可以引起微血管通透性的增加、肺水腫，血漿蛋白的滲出導致肺泡表面活性物質功能的障礙并激活炎癥反應[15]。

2降低心臟術后肺功能不全的治療措施

2.1保護性肺通氣策略(open lung approach，OLA)研究[16-17]表明，保護性肺通氣措施可以降低術后患者肺不張和肺部感染的發(fā)生，保護性肺通氣最初是用于治療急性炎癥反應綜合征的患者，它的目的是為了降低肺不張區(qū)域肺泡交替開放和塌陷的剪切力，減輕肺泡的損傷和肺水腫，抑制高潮氣量通氣引起的炎性細胞的聚集和炎性因子的產生。保護性通氣策略是把通氣方法和一定的PEEP水平結合以便能夠給與最小的平臺期壓力而能夠避免肺泡塌陷，通?？梢圆捎?～6 mL/kg的潮氣量進行通氣。Serita等[18]發(fā)現(xiàn),通氣策略個體化可以提高擇期行心臟手術后患者的氧分壓和肺的順應性。在對健康麻醉的兒童使用OLA中，通過CT掃描并沒有發(fā)現(xiàn)肺不張的發(fā)生，這種通氣方式也可以減輕肺泡表面活性物質的改變，因此減少了肺泡內蛋白的丟失[19]。同時，這種通氣方式可以預防肺泡在呼氣末的塌陷，但這種壓力對肺泡毛細血管膜的影響有限。

使用較高的PEEP水平可以預防呼氣末肺泡的塌陷，降低炎癥反應，減少細菌在肺內的局部擴散。最近，有學者[20]對腹部手術后患者的研究結果表明采用低潮氣量聯(lián)合高PEEP可以降低肺部炎癥反應和肺泡促凝血的改變。Miranda等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在氣管插管后采用6 mL/kg的潮氣量和14 cm H2O的PEEP可以較傳統(tǒng)通氣組(8 mL/kg的潮氣量結合5 cm H2O PEEP)患者血漿中IL-6、IL-8、IL-10、TNF-α和γ-干擾素的水平顯著降低。在機械通氣期間，OLA通氣可以增加氧合指數(shù)(PaO2/FiO2)，這說明術中肺不張的發(fā)生顯著降低了。后來，Miranda等[22]又發(fā)現(xiàn)OLA通氣對肺功能的保護一直持續(xù)到氣管拔管，在拔管的當天，他們發(fā)現(xiàn)采用保護性肺通氣策略組患者的功能殘氣量比傳統(tǒng)通氣組高40%，并且這種通氣方式對FRC的保護作用一直持續(xù)到氣管導管拔出后5 d，而且這組患者拔管后低氧血癥(吸空氣時SpO2<90%)的發(fā)生率也顯著低于傳統(tǒng)通氣組。

心臟手術后的患者出ICU后需要吸入的氧濃度越高，其再次進入ICU的風險也大。而OLA策略能降低心臟術后患者發(fā)生低氧血癥的概率且可以增加患者的FRC，這表明此方法可以降低患者再次進入ICU的風險。然而，OLA也有幾個不良反應：如高PEEP可以顯著升高顱內壓、減少心室的充盈、增加右心室的后負荷但并不影響心室的收縮力，當患者容量不足時，心血管的不良反應尤為突出。但Miranda等[23]通過對心臟手術患者放置漂浮導管研究發(fā)現(xiàn)OLA通氣不增加肺血管的阻力，也不影響右心室的射血分數(shù)。此外，還發(fā)現(xiàn)當患者血容量充足時，高PEEP也不影響右心室的前負荷。

通常認為，高PEEP可以增加右心室的后負荷，但在OLA通氣時并不影響右心室后負荷，因為OLA通氣使用小潮氣量通氣方式并避免了肺不張的發(fā)生。肺不張可以顯著增加右心室的后負荷，其機制一是由于在無通氣肺區(qū)域的缺氧性肺血管收縮，二是在通氣肺區(qū)域由于肺毛細血管受到過度膨脹肺泡的壓迫[24]。

根據(jù)以上的研究表明對于心臟手術的患者可以在氣管插管后即開始進行OLA，并可以一直持續(xù)到患者拔管的時候。因為到目前為止還未發(fā)現(xiàn)采用OLA策略的明顯不良反應，但是該方式卻有很多潛在的優(yōu)勢，如降低通氣引起的炎癥反應、增加氧合指數(shù)(PaO2/FiO2)、減少術后FRC的下降以及降低低氧血癥的發(fā)生率等。

2.2體外循環(huán)期間的通氣策略在ECC期間暫停呼吸可以增加肺循環(huán)中溶酶體酶的活性，這可以增加患者心臟術后肺功能不全的發(fā)生率。而在ECC期間單純給予低潮氣量通氣則依然會增加局限的肺不張和肺水腫的發(fā)生，降低肺的順應性并增加肺部感染的發(fā)生。為了預防這些并發(fā)癥的發(fā)生，可以在ECC期間采用間斷機械通氣或者持續(xù)氣道正壓通氣(CPAP)。Loeckinger等[25]研究在ECC時采用10 cm H2O的CPAP對術后肺部氣體交換的影響，結果發(fā)現(xiàn)與停止通氣組相比，CPAP可以提高患者術后的PaO2、顯著降低ECC 4 h后PA-a O2、 改善氣管導管拔出后肺部的氣體交換。

2.3早期拔除氣管導管和無創(chuàng)機械通氣(noninvasive mechanical ventilation,NIV)對于心臟手術患者，采用大潮氣量聯(lián)合使用低PEEP或者不使用PEEP進行通氣時可以增加患者的炎癥反應，延長患者的機械通氣時間和停留在ICU的時間，增加器官功能障礙的風險[26]。而在術中和術后采用低潮氣量(6 mL/kg)聯(lián)合較高的PEEP水平(8～14 cm H2O)則可避免肺泡塌陷而導致肺不張，同時還可以縮短機械通氣的時間，降低再次插管的發(fā)生率。心臟手術患者術后早期拔出氣管導管(術后6～8 h內)可以降低術后并發(fā)癥的發(fā)生，減少患者ICU停留的時間及患者的住院費用。Camp等[27]研究在心臟術后9 h內拔出氣管導管可以改善患者的預后、降低患者的術后病死率。最近，Zhu等[28]綜述結論表明對心臟手術患者早期拔管并不增加術后的并發(fā)癥和再次插管的發(fā)生率，同時可以減少患者在ICU的停留時間。

肺不張是術后呼吸功能衰竭的一個重要因素，而NIV對術后有發(fā)展為急性呼吸衰竭的高?；颊哂幸欢ǖ念A防作用。NIV已經(jīng)用于治療術后急性呼吸衰竭的患者，盡管它對這些已經(jīng)發(fā)展為急性呼吸衰竭的患者還未有明確的有益之處，但是多項研究表明預防性的使用NIV或者CPAP可以降低患者呼吸做功并改善氣體交換，同時還可以縮短患者機械通氣的時間[29-30]。如果NIV使用正確，則可以減少肺不張的發(fā)生和PPD，而且還是可以減少再次插管的發(fā)生率、ICU停留的時間、住院的時間及患者再次進入ICU的發(fā)生率。

3結論

PPD是心臟術后常見切不可避免的并發(fā)癥，迄今為止，它的發(fā)生率依然很高。它發(fā)生的病理機制目前還不清楚，但是血多因素與PPD的發(fā)展都有關系，有兩個主要的機制已被證實是心臟術后PPD的基本原因：(1)手術應激及其相關的因素(ECC、正中胸骨的切開、心肌保護采用的低溫、乳內動脈的分離等)導致的全身炎癥反應；(2)炎癥反應引起的肺損傷并由非最佳機械通氣方式而加重。因此，對心臟手術患者在氣管插管后盡早采用OLA策略，給予小潮氣量通氣(6 mL/kg)并進行適當?shù)姆螐蛷?，同時給予合適的PEEP(8～14 cm H2O)。此外，在ECC期間可以給予低頻率的機械通氣。采用這兩種通氣方式可以減輕炎癥反應、改善氣體交換、增加患者術后的FRC并降低患者再次進入ICU 的發(fā)生率，而且還不影響患者的血流動力學。

術后早期拔管和早期使用NIV也是預防心臟手術后PPD發(fā)展的措施，這樣可以降低患者的術后肺不張的發(fā)生，減少患者術后ICU的停留時間，降低患者的醫(yī)療住院費用并可以減少患者再次氣管插管的發(fā)生率。

參考文獻

[1]Piotto RF，F(xiàn)erreira FB,Colósimo FC,et al.Independent predictors of prolonged mechanical ventilation after coronary artery bypass surgery[J].Rev Bras Cir Cardiovasc,2012,27(4):520-528.

[2]Taggart DP.Respiratory dysfunction after cardiac surgery:effects of avoiding cardiopulmonary bypass and the use of bilateral internal mammary arteries[J].Eur J Cardiothorac Surg，2000,18(1):31-37.

[3]Sachdev G,Napolitano LM.Postoperative pulmonary complications:pneumonia and acute respiratory failure[J].Surg Clin North Am,2012,92(2):321-344.

[4]Ng CS,Arifi AA,Wan S,et al.Ventilation during cardiopulmonary bypass:impact on cytokine response and cardiopulmonary function[J].Ann Thorac Surg,2008,85(1):154-162.

[5]Matthay MA,Wiener-Kronish JP.Respiratory management after cardiac surgery[J].Chest,1989,95(2):424-434.

[6]de Amorim CG,Malbouisson LM,da Silva FC,et al.Leukocyte depletion during CPB:effects on inflammation and lung function[J].Inflammation,2014,37(1):196-204.

[7]Ascione R,Lloyd CT,Underwood MJ,et al.Inflammatory response after coronary revascularization with or without cardiopulmonary bypass[J].Ann Thorac Surg,2000,69(4):1198-1204.

[8]Birdi I,Regragui IA,Izzat MB,et al.Effects of cardiopulmonary bypass temperature on pulmonary gas exchange after coronary artery operations[J].Ann Thorac Surg,1996,61(1):118-123.

[9]García-Delgado M,Navarrete-Snchez I,Colmenero M.Preventing and managing perioperative pulmonary complications following cardiac surgery[J].Current Opinion in Anaesthesiology,2014,27(2):146-152.

[10]Zupancich E,Paparella D,Turani F,et al.Mechanical ventilation affects inflammatory mediators in patients undergoing cardiopulmonary bypass for cardiac surgery:a randomized clinical trial[J].J Thorac Cardiovasc Surg,2005,130(2):378-383.

[11] Saddy F,Moraes L,Santos C,et al.Biphasic positive airway pressure minimizes biological impact on lung tissue in mild acute lung injury independent of etiology[J].Crit Care,2013,17(5):R228.

[12]Uhlig U,Haitsma JJ,Goldmann T,et al.Ventilation-induced activation of the mitogen-activated protein kinase pathway[J].Eur Respir J,2002,20(4):946-956.

[13] Ko YA,Yang MC,Huang HT,et al.NF-κB activation in myeloid cells mediates ventilator-induced lung injury[J].Respir Res,2013(14):69.

[14]Kuchnicka K,Maciejewski D.Ventilator-associated lung injury[J].Anaesthesiol Intensive Ther,2013,45(3):164-170.

[15]Esan A,Hess DR,Raoof S,et al.Severe hypoxemic respiratory failure:part 1-ventilatory strategies[J].Chest,2010,137(5):1203-1216.

[16]Tao T,Bo L,Chen F,et al.Effect of protective ventilation on postoperative pulmonary complications in patients undergoing general anaesthesia:a meta-analysis of randomised controlled trials[J].BMJ Open,2014,4(6):e005208.

[17]Plataki M,Hubmayr RD.The physical basis of ventilator-induced lung injury[J].Expert Rev Respir Med,2010,4(3):373-385.

[18]Serita R,Morisaki H,Takeda J.An individualized recruitment maneuver for mechanically ventilated patients after cardiac surgery[J].J Anesth,2009,23(1):87-92.

[19]Hartog A,Vazquez GF,Gommers G，et al.At surfactant deficiency application of “the open lung concept” prevents protein leakage and attenuates changes in lung mechanics[J].Crit Care Med,2000,28(5):1450-1454.

[20]Wolthuis EK,Choi G,Dessing MC,et al.Mechanical ventilation with lower tidal volumes and positive end-expiratory pressure prevents pulmonary inflammation in patients without preexisting lung injury[J].Anesthesiology,2008,108(1):46-54.

[21]Miranda DR,Gommers D,Struijs A,et al.Ventilation according to the open lung concept attenuates pulmonary inflammatory response in cardiac surgery[J].Eur J Cardiothorac Surg,2005,28(6):889-895.

[22]Miranda DR,Struijs A,Koetsier P,et al.Open lung ventilation improves functional residual capacity after extubation in cardiac surgery[J].Crit Care Med,2005,33(10):2253-2258.

[23]Miranda DR,Gommers D,Struijs A,et al.The open lung concept:effects on right ventricular afterload after cardiac surgery[J].Br J Anaesth,2004,93(3):327-332.

[24]Duggan M,McCau CL,McNamara PJ,et al.Atelectasis causes vascular leak and lethal right ventricular failure in uninjured rat lungs[J].Am J Respir Crit Care Med,2003,167(12):1633-1640.

[25]Loeckinger A,Kleinsasser A,Lindner KH,et al.Continuous positive airway pressure at 10 cm H2O during cardiopulmonary bypass improves postoperative gas exchange[J].Anesth Analg,2000,91(3):522-527.

[26]Lellouche F,Dionne S,Simard S,et al.High tidal volumes in mechanically ventilated patients increase organ dysfunction after cardiac surgery[J].Anesthesiology,2012,116(5):1072-1082.

[27]Camp SL,Stamou SC,Stiege RM,et al.Can timing of tracheal extubation predict improved outcomes after cardiac surgery[J].HSR Proc Intensive Care Cardiovasc Anesth,2009,1(2):39-47.

[28]Zhu F,Lee A,Chee YE.Fast-track cardiac care for adult cardiac surgical patients[J].Cochran Database Syst Rev,2012,10(10):CD003587.

[29]Cabrini L,Plumari VP,Nobile L,et al.Noninvasive ventilation in cardiac surgery:a concise review[J].Heart Lung Vessel,2013,5(3):137-141.

[30]Landoni G,Zangrillo A,Cabrini L.Noninvasive ventilation after cardiac and thoracic surgery in adult patients:a review[J].J Cardiothorac Vasc Anesth,2012,26(5):917-922.

作者簡介：楊偉(1980-)，在讀博士，主要從事臨床心血管麻醉。△通訊作者，Tel:13577064285；E-mail:1422069538@qq.com。

doi:·綜述·10.3969/j.issn.1671-8348.2016.16.039

[中圖分類號]R654.2

[文獻標識碼]A

[文章編號]1671-8348(2016)16-2273-04

(收稿日期：2015-12-18修回日期：2016-03-06)