急性腦損傷并發(fā)ARDS患者中乳酸水平與EIT中背側通氣分布關聯(lián)性的臨床研究

王 緩, 鄭 欣, 鐘 鳴

急性腦損傷(acute brain injury,ABI)包括創(chuàng)傷性腦損傷(traumatic brain injury,TBI)、腦出血(intracerebral hemorrhage,ICH)、蛛網膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)以及急性缺血性中風(acute ischemic stroke,AIS)等,是一組常見且發(fā)病率高的疾病[1]。ABI不僅致死率極高,而且幸存者常常伴隨著廣泛的神經功能障礙[2]。這些疾病嚴重影響臨床預后,也大大降低了患者后期生活質量。并且,ABI不僅限于對腦部的嚴重影響,也可能引發(fā)顱外器官和系統(tǒng)的功能障礙。既往研究表明,在所有潛在的靶器官和系統(tǒng)中,肺部是腦損傷后最容易受到損害的部位[3]。高達30%的ABI患者會發(fā)生肺損傷及急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)[4]。ARDS是一種嚴重的肺實質炎癥反應,涉及彌漫性肺泡損失和肺毛細血管通透性增加,導致肺泡液體滲出及氣體交換障礙,從而發(fā)生低氧血癥和肺生理異常。在腦損傷患者中,特別是顱腦外傷后,ARDS被認為是死亡率增加的關鍵因素之一,能使患者住院死亡的風險增加3倍[5]。對這些患者而言,準確監(jiān)測和有效管理其呼吸狀況至關重要,卻也頗具挑戰(zhàn)[6]。電阻抗斷層成像(electrical impedance tomography,EIT)技術是近年來逐漸興起的一種肺部通氣監(jiān)測新技術。作為一種無創(chuàng)的功能性成像方法,EIT能夠實時反映肺部通氣分布的不均勻性,對于ARDS患者的評估與管理具有重要價值。同樣基于阻抗變化,高滲鹽水增強EIT肺灌注成像可以用于肺血流生理的監(jiān)測和量化通氣血流匹配情況。乳酸作為代謝產物,在組織缺氧和全身性炎癥反應中通常會上升,是評估組織代謝狀態(tài)的重要生化指標。特別是在腦損傷后,由于腦組織對氧氣的高需求,乳酸水平的監(jiān)測顯得尤為重要。盡管乳酸濃度及EIT背側通氣感興趣區(qū)域(region of interest,ROI)在臨床上已被單獨應用于病情監(jiān)測和評估,但兩者間的關聯(lián)性尚未被充分研究?，F(xiàn)有文獻對腦損傷后ARDS患者中這兩項指標的聯(lián)合應用和相關性探討不足。本研究旨在探索ABI并發(fā)ARDS患者乳酸水平與EIT背側通氣ROI之和的相關性以揭示肺部通氣不均和全身代謝狀態(tài)之間的聯(lián)系,為臨床提供更為精準的評估和管理參數(shù)。

1 對象與方法

1.1研究對象 收集2020年5月至2021年12月復旦大學附屬中山醫(yī)院重癥醫(yī)學科收治的腦損傷并發(fā)ARDS患者的臨床資料。納入標準:(1)年齡>18歲。(2)患者因腦損傷術后入ICU。(3)接受EIT通氣監(jiān)測。(4)符合ARDS的診斷標準[7],包括急性發(fā)作,動脈血氧分壓(partial pressure of oxygen in arterial blood,PaO2)/吸氧濃度(inspiratory fraction of oxygen,FiO2)≤300 mmHg,機械通氣呼氣末正壓(positive end expiratory pressure,PEEP)≥5 cmH2O,胸部X射線檢查顯示雙側浸潤,無心力衰竭。排除標準:(1)EIT監(jiān)測禁忌證,如起搏器、燒傷或限制電極放置的傷口。(2)血流動力學不穩(wěn)定,即收縮壓(systolic blood pressure,SBP)<75 mmHg或平均動脈壓(mean arterial pressure,MAP)<60 mmHg(盡管使用血管加壓藥)和(或)心率<55次/min。(3)患者的臨床數(shù)據(jù)或EIT通氣圖像數(shù)據(jù)缺失。本研究獲復旦大學附屬中山醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會批準[批號:B2019-230(2)R],符合赫爾辛基宣言。

1.2研究方案 (1)收集患者基線特征信息:性別、年齡、入ICU時的急性生理學和慢性健康評估Ⅱ(Acute Physiology and Chronic Health Evaluation,APACHE Ⅱ)評分、氧合指數(shù)(ratio of arterial oxygen partial pressure to fractional inspired oxygen,P/F ratio)、住院時間等。(2)收集患者EIT時的動脈血氣指標和炎癥相關指標數(shù)據(jù)。(3)收集患者EIT肺通氣評估數(shù)據(jù)及同時段部分患者肺血流監(jiān)測數(shù)據(jù),然后獲取其可視化床旁通氣血流匹配度分析數(shù)據(jù)。將包含16個等距電極的EIT專用帶放置在第4或第5肋間的胸部周圍,并連接到EIT機器(PulmoVista 500;Dr?ger Medical GmbH,Lübeck,Germany)[8]。EIT信號以50 Hz的幀速率記錄。在EIT數(shù)據(jù)基線記錄5 min后,進行持續(xù)20 s的吸氣末屏氣。屏氣開始2 s后,通過中心靜脈導管注射10 mL 5% NaCl溶液。在2 s內推注的NaCl溶液通過肺循環(huán),并且產生一條遵循典型首過效應動力學的阻抗稀釋曲線。EIT通氣成像是通過對5個連續(xù)呼吸周期的平均值進行離線跟蹤分析獲得。將EIT圖像人為劃分成4個平行區(qū)域或4個象限,即ROI1、ROI2、ROI3、ROI4。在本研究中,將患者肺通氣EIT圖像分為4個平行區(qū)域,測量各個區(qū)域中通氣像素的百分比。在EIT肺通氣水平比較時,采用分層法獲得各ROI數(shù)值(區(qū)域通氣測量值)。基于水平層,腹側和背側區(qū)域分別定義為從胸骨到脊椎沿軸線的上部和下部,即腹側區(qū)域為ROI1+ROI2,背側區(qū)域為ROI3+ROI4[9]。通過調整ROI的位置和尺寸,可定制肺部圖像的區(qū)域量化。各ROI覆蓋的區(qū)域由相應的區(qū)域阻抗波形顯示。與全局阻抗波形相比,區(qū)域阻抗波形顯示特定ROI內阻抗變化的總和,并可對肺部不同區(qū)域內的阻抗變化進行比較,即比較肺的區(qū)域通氣分布情況。根據(jù)入組患者的背側通氣ROI之和(ROI3+ROI4),以中位數(shù)為界,可將患者分為背側通氣低水平組(n=6)和背側通氣高水平組(n=6)。根據(jù)動脈血二氧化碳分壓(partial pressure of carbon dioxide in arterial blood,PaCO2)水平,以中位數(shù)為分界點分為PaCO2低通氣組和PaCO2高通氣組。

1.3研究終點 (1)探究ABI并發(fā)ARDS患者中EIT時血氣指標P/F ratio、PaCO2、動脈血乳酸與EIT背側通氣ROI之和(ROI3+ROI4)的相關性。(2)探究ABI并發(fā)ARDS患者通氣血流匹配的情況。將患者肺通氣和肺灌注EIT圖像按“左上、左下、右上、右下”分為4個象限區(qū)域(依次為ROI1、ROI2、ROI3、ROI4),進行以下測量:①死腔通氣-EIT%,對應于通氣但未灌注的像素除以通氣和(或)灌注的像素總數(shù)。②分流-EIT%,對應于灌注但不通氣的像素除以分類為通氣和(或)灌注的像素總數(shù)。③通氣血流匹配水平,對應于同時通氣和灌注的像素除以通氣和(或)灌注的像素總數(shù)。根據(jù)既往研究[10],通氣血流匹配水平<60%提示通氣血流匹配顯著失調。

2 結果

2.1患者特征 共納入12例患者,其中男6例,女6例,中位年齡64(42,81)歲,入ICU時中位APACHE Ⅱ評分為19(6,31)分,住ICU中位時間為12(7,39)d,住院中位時間為24(12,60)d,出院死亡9例,見表1?；颊逧IT時P/F ratio為(150±53)mmHg,各動脈血氣指標見表2,炎癥相關指標見表3。

表1 12例ABI并發(fā)ARDS患者基線特征和EIT時SBP、DBP及EIT背側通氣ROI之和

表2 12例ABI并發(fā)ARDS患者EIT時的動脈血氣指標

表3 12例ABI并發(fā)ARDS患者EIT時的炎癥相關指標

2.2EIT監(jiān)測下ABI并發(fā)ARDS患者背側通氣ROI之和與動脈血乳酸水平、PaCO2、P/F ratio的相關性分析結果 EIT監(jiān)測時患者動脈血乳酸水平與EIT肺通氣成像中背側通氣ROI之和(ROI3+ROI4)呈負相關(r=-0.700,P=0.011)。PaCO2水平、P/F ratio與背側通氣ROI之和(ROI3+ROI4)無明顯相關性(P>0.05),見圖1。

圖1 EIT監(jiān)測下ABI并發(fā)ARDS患者背側通氣ROI之和與動脈血乳酸水平、PaCO2、P/F ratio的相關性分析結果圖

2.3背側通氣低水平組和背側通氣高水平組動脈血氣指標及炎癥相關指標比較 本研究中納入EIT分析患者的平均背側通氣ROI之和(ROI3+ROI4)的中位數(shù)為43%(34%,51%)。背側通氣低水平組和背側通氣高水平組動脈血氣指標及炎癥相關指標比較差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05),見圖2。

圖2 背側通氣低水平組和背側通氣高水平組動脈血氣指標及炎癥相關指標比較結果圖

2.4PaCO2低通氣組和PaCO2高通氣組動脈血氣指標及炎癥相關指標比較 PaCO2低通氣組和PaCO2高通氣組的動脈血氣指標及炎癥相關指標比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),見圖3。

圖3 PaCO2低通氣組和PaCO2高通氣組動脈血氣指標及炎癥相關指標比較結果圖

2.5EIT監(jiān)測下ABI并發(fā)ARDS患者通氣血流匹配情況 根據(jù)本研究可獲取的5例患者(病例1～5)肺通氣及灌注成像數(shù)據(jù)分析,患者的平均死腔通氣-EIT%為(45±18)%,分流-EIT%中位數(shù)為2%(0.1%,16%),平均通氣血流匹配水平為(49±11)%(<60%),存在通氣血流匹配顯著失調。EIT測量的1例患者(病例2)的肺通氣和肺灌注見圖4。

?代表性的通氣(藍色圖譜)分布圖像;?代表性的灌注(紅色圖譜)分布圖像;?通過整合通氣和灌注圖譜獲得的代表性圖譜:粉色區(qū)域指同時被通氣和灌注的匹配單元,而紅色區(qū)域僅表示被灌注的單元,藍色區(qū)域僅表示被通氣的單元;?4個水平ROI中通氣(藍色數(shù)字)和灌注(紅色數(shù)字)分布百分比的代表性圖譜

3 討論

3.1本研究發(fā)現(xiàn),ABI并發(fā)ARDS患者中乳酸水平與EIT監(jiān)測到的背側通氣ROI之和之間有明顯相關性。在ARDS的治療中,呼吸管理是至關重要的,而乳酸水平的變化可能反映了患者通氣效率的改變。這項發(fā)現(xiàn)提供了一種新的生理標志物,有助于在EIT的輔助下調整通氣策略,以優(yōu)化患者的氧合和通氣效果。此外,這一結果也提示我們,乳酸水平可能是評估ARDS患者肺部通氣分布狀態(tài)的一個有價值的間接指標,尤其是在ARDS常見的背側通氣不均的患者中。血乳酸濃度已經廣泛用作危重患者組織灌注改變的標志物[11],連續(xù)的乳酸濃度監(jiān)測結果可能比單個值更有參考價值。EIT床旁的連續(xù)實時監(jiān)測或許能與乳酸水平變化呈一定相關性,但有待更多研究驗證。

3.2本研究中床旁EIT可視化分析可見,ABI并發(fā)ARDS患者通氣血流匹配存在顯著失調,與既往研究[12]相符。這種失調可能導致氣體交換效率降低,從而加劇了患者的低氧血癥。EIT對于揭示ARDS患者通氣血流匹配失調具有重要意義。這一發(fā)現(xiàn)強調了EIT在ARDS患者呼吸管理中的潛在應用價值,特別是在監(jiān)測和調整通氣策略以優(yōu)化氣體交換方面。然而,需要注意的是,盡管EIT提供了通氣分布的重要視角,但其數(shù)據(jù)解釋需結合患者的臨床表現(xiàn)和其他監(jiān)測結果進行綜合判斷。

3.3腦損傷并發(fā)ARDS的患者預后更差,死亡率更高,其中的相關機制也一直存在爭議。在病理生理方面,腦損傷會引起呼吸系統(tǒng)力學的改變,包括肺部彈性和氣道阻力,并導致全身和肺部炎癥,以及肺靜水壓和通透性增加。顱內高壓會增加肺通氣不良區(qū)域的血管外肺水量,并可能直接加劇肺部炎癥[13]。值得注意的是,腦損傷炎癥介質引起的全身炎癥狀態(tài)本身就會使患者更容易發(fā)生機械通氣相關性肺損傷及呼吸機相關性肺炎(ventilator associated pneumonia,VAP)[3]。在臨床因素方面,除意識改變、誤吸或微誤吸是高危因素以外,腦損傷患者相關的吞咽障礙也會增加肺炎的發(fā)生風險。在分子機制方面,一方面腦損傷后引起的免疫抑制和腦-肺相互作用可能導致全身性炎癥、肺部損傷以及感染[14-16];另一方面腦損傷后ARDS的發(fā)生可能是由神經源性肺水腫(neurogenic pulmonary edema,NPE)引起,后者與交感神經-腎上腺素系統(tǒng)的激活有關[17]。其中兒茶酚胺風暴“爆炸傷”理論是目前NPE病理生理機制解釋中最為廣泛接受的[18-19]。基于以上機制,ABI患者易發(fā)生ALI/ARDS。研究表明,乳酸是細胞缺氧的標志物。因此,通過動脈血乳酸與背側肺通氣及肺血流異常的相關性,有助于早期診斷ABI患者是否發(fā)生ARDS,并且通過EIT背側通氣連續(xù)反映患者乳酸水平,深化對ARDS發(fā)病機制的理解。

3.4本研究為單中心回顧性研究,受納入患者樣本量限制,關于EIT監(jiān)測背側通氣水平與動脈血氣指標及炎癥水平的關聯(lián)性還需要進一步驗證。期待不僅在ABI并發(fā)ARDS的患者中,而且在更多類型的ARDS患者中進行臨床研究,以進一步提高對這一疾病的綜合治療。

綜上所述,在ABI并發(fā)ARDS的患者中,由于接受腦損傷和肺損傷的“雙重打擊”[20],這類患者的呼吸和整體管理更具挑戰(zhàn)性。EIT監(jiān)測的背側通氣ROI之和與患者動脈血乳酸水平具有明顯的相關性,由此通過EIT通氣監(jiān)測不僅能實時反映患者肺通氣血流變化,而且與患者全身代謝狀態(tài)也有一定相關性。EIT監(jiān)測有利于評估此類患者的通氣血流匹配水平,對其進行個體化呼吸治療。未來,期待更多樣本量和多中心的臨床研究能對相關結論和生理學表現(xiàn)進一步驗證與深入探討。