孫高悅, 李 云

(安徽醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院 麻醉與圍術期醫(yī)學科, 安徽 合肥, 230601)

呼氣末正壓(PEEP)對改善患者機械通氣過程中的氧合、預防肺不張、改善呼吸系統(tǒng)力學指標具有重要作用[1]。研究[2-4]表明,在機械通氣中,個體化PEEP較固定PEEP更能改善氧合和通氣分布,并能提高術中肺順應性,降低氣道驅動壓及減少術后肺部并發(fā)癥。但如何理想設置個體化PEEP仍有較大爭議。傳統(tǒng)指標如順應性、驅動壓、壓力-容量曲線等都只能反映肺的總體通氣情況。電阻抗成像技術 (EIT) 可以無創(chuàng)、實時、動態(tài)、連續(xù)監(jiān)測肺通氣情況,為個體化PEEP的設置提供安全、高效的方法。本文就EIT指導個體化PEEP臨床應用的研究進展進行綜述。

1 EIT的概述和PEEP的作用

1.1 EIT的概述

EIT需要在胸壁周圍不低于第六肋間的位置放置16或32個電極,通過對電極施加較小的交流電,測量相鄰電極對產生的電壓,感應呼吸過程中生物電阻抗變化,以獲得相應的原始圖像[5], 然后采用特定算法,將獲得的原始圖像簡化為肺組織斷層圖像,生成EIT波形。EIT能夠評估肺通氣和灌注情況,并在動態(tài)條件下評估肺功能[5]。在臨床上, EIT可以用于評估慢性阻塞性肺疾病、肺纖維化、哮喘等患者的肺功能和區(qū)域通氣情況[6], 還可診斷氣胸、胸腔積液、肺栓塞等疾病[7-8], 并指導危重癥患者的撤機[9]以及新型冠狀病毒肺炎患者的治療[10]。此外, EIT可以指導單肺通氣、腔鏡手術、肥胖患者的術中機械通氣[11-13]、優(yōu)化肺移植術后患者的機械通氣[14]及評估患者術后肺不張的發(fā)生情況[12]。

1.2 PEEP的作用

麻醉過程中,機械通氣可增加肺不張的發(fā)生率。PEEP的應用可預防肺泡萎陷,促使萎陷的肺泡再次復張,改善術中氧合[15-16]。但過低或過高的PEEP水平都會對肺泡產生不良影響。過低的PEEP可能會使肺泡膨脹不良,降低肺泡順應性; 而過高的PEEP水平會導致肺泡過度膨脹,增加通氣不均勻性,造成呼吸機相關性肺損傷(VILI)的產生[17]。此外,低水平的PEEP會導致術中低氧血癥的發(fā)生,而高水平的PEEP則會增加術中血流動力學的波動和血管活性藥物的使用[18]。機械通氣中個體化PEEP可以降低驅動壓,增加氧合指數和依賴區(qū)的通氣量,防止肺泡重復開閉[12, 19]。

2 EIT指導個體化PEEP的設定

2.1 根據EIT參數指導PEEP設定

2.1.1 根據區(qū)域順應性(Cr)進行設定: 肺泡萎陷或過度膨脹均會造成肺順應性降低,造成肺氧合下降。區(qū)域生物阻抗的變化與區(qū)域潮氣量密切相關,因此可以利用生物阻抗變化與驅動壓來計算區(qū)域順應性。

COSTA E L等[20]開發(fā)了1種EIT的算法,即估計在最大肺復張之后進行遞減性PEEP滴定期間區(qū)域順應性的變化,并根據實驗結果推測,最高PEEP水平下區(qū)域順應性的降低可能是由于肺泡過度膨脹,而最低PEEP水平下區(qū)域順應性的降低是由于肺泡萎陷?；趨^(qū)域順應性的變化,通過計算遞減滴定PEEP過程中整個肺萎陷和過度膨脹的百分比,并繪制相應曲線,曲線交點對應的PEEP值被定義為最佳PEEP。LIU K等[11]采用COSTA E L等[20]的研究方法對胸腔鏡手術單肺通氣的老年患者采用遞減法設置個體化PEEP, 結果顯示, EIT組測出的個體化PEEP均值高于固定PEEP(5 cmH2O)組,且能夠改善患者單肺通氣時的氧合及優(yōu)化呼吸力學。

PEREIRA S M等[21]在進行腹部手術的患者中,通過EIT利用基于區(qū)域順應性的肺萎陷和過度膨脹百分比曲線指導設定最佳PEEP。不同于COSTA E L等[20]研究,其將最佳PEEP設置為距肺萎陷和過度膨脹曲線交叉點最近的PEEP值,結果表明,個體化PEEP值與固定PEEP值(PEEP=4 cmH2O)相比,可以改善術中氧合,降低驅動壓,減少術后肺不張。一項研究[22]對入住ICU的新型冠狀病毒肺炎相關急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)患者采用PEREIRA S M等[21]方法進行EIT滴定,結果顯示,與PEEP-FiO2表推薦的PEEP比較, EIT滴定PEEP水平較高。

2.1.2 根據呼氣末肺阻抗(EELI)設定: 平靜呼氣末尚存留于肺內的氣體量即為功能殘氣量。功能殘氣量可以緩沖呼吸過程中肺泡氣氧分壓和二氧化碳分壓的變化幅度,有利于肺換氣; 此外,肺泡內殘留部分氣體,有利于肺泡膨脹。研究[17]顯示, EELI的變化與呼氣末肺容量具有良好的相關性。肺復張之后, EELI下降則表明PEEP水平不足。

ERONIA N等[3]對低氧血癥患者在ARDSNet表推薦PEEP基礎上進行了EIT指導個體化PEEP滴定。先將PEEP設置為ARDSNet表推薦的PEEP, 在此基礎上,進行1次40 s肺復張,計算△EELI(EIT監(jiān)測下肺復張30 s后和10 min后EELI的差值),進行遞減或遞增PEEP的滴定。在△EELI 末下降不超過△EELI初值10%時設置為個體化PEEP。該水平PEEP能夠維持肺復張后的肺泡膨脹。結果顯示,EIT設置的個體化PEEP值高于ARDSNet表推薦的PEEP值,個體化PEEP對氣體交換和降低驅動壓有積極作用。

2.1.3 根據感興趣區(qū)域(ROI)設定: 肺部通氣時可分為依賴區(qū)和非依賴區(qū)。仰臥位平靜呼吸時,由于重力原因,腹側的非依賴區(qū)胸腔內負值較大,且不受臟器壓迫,因此肺泡通氣要優(yōu)于依賴區(qū)[23]; 使用PEEP可以改善依賴區(qū)的通氣。因此,可以將EIT圖像從腹側向背側水平分成4個等高的區(qū)域,分別命名為ROI1、ROI2、ROI3、ROI4, 其中ROI1+ROI2為非依賴區(qū), ROI3+ROI4為依賴區(qū)。將潮氣呼吸引起的全肺阻抗變化設置為100%,而每個感興趣區(qū)域在潮氣呼吸時的阻抗變化以占全肺阻抗變化的百分比表示。通過分析這4個ROI的阻抗變化,可以將肺內通氣較為均勻時的PEEP值設置為個體化PEEP。

HE X Y等[24]利用EIT圖像中的ROI指標對腹腔鏡手術患者進行個體化PEEP滴定; 在機械通氣后,逐步遞增PEEP, 同時利用EIT進行動態(tài)監(jiān)測。將背部即依賴區(qū)ROI3、ROI4達到最大,而腹側即非依賴區(qū) ROI1和ROI2達到最小時的PEEP值設置為最佳PEEP。研究結果顯示,在氣腹期間EIT監(jiān)測下個體化設置PEEP可以改善氧合。

2.1.4 根據整體不均勻性 (GI) 指數設定: 機械通氣往往造成肺內通氣不均勻,仰臥位下非依賴區(qū)的通氣往往優(yōu)于依賴區(qū),不均勻的肺部通氣會增加VILI的發(fā)生風險。ZHAO Z Q等[25]證實GI指數和肺內通氣情況具有良好的相關性。GI指數能夠量化肺內潮氣量的分布,其計算方式為: 每1次呼吸循環(huán)中,肺通氣區(qū)域中位阻抗值與任意2個時間點的像素差絕對值之和,除以肺總阻抗值的變化。GI指數越低,表明肺內通氣分布越均勻。利用標準化潮氣量的差值,計算區(qū)域面積下的GI指數,可以將最佳PEEP設置為GI指數最低,即肺內通氣較為均勻時,有助于制訂個體化通氣策略,優(yōu)化患者術中機械通氣方案[26-27]。

ZHAO Z Q等[28]對ARDS患者利用GI指數設定個體化PEEP, 采用PEEP遞增法,且每個呼氣末的PEEP水平維持10次呼吸周期。通過離線分析得到了GI指數圖像,將GI指數最小時(即通氣較為均勻時)設置為最佳PEEP。其研究結果表明,利用GI指數根據肺內通氣均勻性選擇個體化PEEP是合理可行的。

此外, HE H W等[29]采用區(qū)域順應性與GI指數相結合的方式對ARDS患者進行個體化PEEP滴定,若過度萎陷和膨脹百分比曲線交點落在相鄰步長PEEP之間,則將整體不均勻性指數最低的PEEP設為個體化PEEP。研究結果顯示, EIT組患者病死率下降6%, 表明早期利用EIT對ARDS患者進行的個體化PEEP設置對臨床預后有積極影響。

2.1.5 根據區(qū)域通氣延遲指數(RVDI)設定: 不均勻的通氣能夠增加局部肺泡的應力和應變,提高VILI的發(fā)生率,因此區(qū)域通氣的監(jiān)測至關重要。EIT可以通過測量吸入氣體引起的區(qū)域阻抗變化和通氣時間的關系來可視化通氣分布延遲程度[30]。

區(qū)域通氣延遲時間定義為全肺阻抗曲線開始變化時(即吸氣開始時)到局部阻抗達到該區(qū)域局部阻抗最大值40%時的時間。因局部區(qū)域延遲時間取決于吸氣時間,通常以吸氣時間來標準化。RVDI定義為所有像素的局部區(qū)域通氣延遲時間的標準差[31]。RVDI可以比較肺部充氣時肺泡開放的均勻程度,因此可以利用此項指標進行個體化PEEP的滴定。

NESTLER C等[13]對在全麻下進行手術的肥胖患者采用EIT監(jiān)測下的RVDI進行個體化PEEP滴定; 在低流量通氣的過程中,將初始PEEP設定為26 cmH2O, 進行遞減,離線計算各PEEP水平下的RVDI, 將 RVDI最低水平時的PEEP值設置為個體化PEEP。研究結果顯示,該個體化PEEP水平能夠改善肥胖患者的氧合和通氣分布,降低驅動壓。GIRRBACH F等[32]對機器人輔助下腹腔鏡前列腺切除術患者采用RVDI滴定個體化PEEP值; 在容量控制通氣的模式下,將初始PEEP設置為20 cmH2O, 采用遞減的滴定方式。通過計算各個PEEP水平下的RVDI值,將個體化PEEP設置為RVDI最小時的PEEP值。EIT指導個體化PEEP相比于固定PEEP值,可以改善拔管前氧合,增加呼氣末肺容量。

2.1.6 根據靜默區(qū)(SS)設定: EIT可以動態(tài)觀察肺內通氣分布,通常將肺內通氣不良的區(qū)域稱為SS, 該參數與肺復張成反比。因此,利用EIT觀察肺總SS的變化,可以減少肺不張的發(fā)生,增加通氣均勻性,是滴定個體化PEEP的1種方法。

SCARAMUZZO G等[33]比較2種個體化PEEP的滴定方式對20名接受機械通氣的ARDS患者的生理影響,分別是EIT組和呼氣末跨肺壓組。其中EIT指導PEEP組將肺總SS即通氣不良或不通氣區(qū)域小于等于15%的PEEP水平選為最佳PEEP, 結果顯示所有患者的PEEP水平均不同?；加蟹蝺仍葱訟RDS患者的EIT指導的PEEP水平低于呼氣末跨肺壓組,而肺外源性ARDS患者則相反。

2.2 不同EIT參數指導個體化PEEP應用的比較

多種EIT參數可以指導滴定術中個體化PEEP, 但是不同的EIT參數由于生理特性不同,測出的個體化PEEP數值也有差異[34]。BITO K等[34]比較依賴區(qū)通氣和肺萎陷與過度膨脹百分比得出的個體化PEEP水平,結果發(fā)現當前者的PEEP水平高于后者時,拔管后需要進行吸氧的患者較少,患者的肺部通氣分布較好。GIRRBACH F等[31]比較了根據GI指數、RVDI及ROI這3個參數滴定的個體化PEEP, 結果顯示,相較于RVDI得出的PEEP水平,使用GI指數和ROI測出的PEEP值更高。此外,有研究[27]顯示, GI指數和EELI滴定的個體化PEEP水平可能會偏高。目前,臨床上對于EIT指導個體化PEEP的滴定通常選用單一參數,未來需要研究證實是否多項參數聯合用于EIT指導個體化PEEP的滴定對機械通氣患者更有益。

2.3 EIT與其他方式聯合指導個體化PEEP設定

目前,臨床上常使用肺順應性法滴定個體化PEEP。但在利用肺順應性法指導PEEP滴定過程中,不同PEEP水平上可以出現2個相似的最佳順應性。研究[35]結果顯示, EIT通過獲取肺阻抗變化得到肺通氣圖像觀察肺局部順應性變化,可以為利用肺靜態(tài)順應性參數滴定PEEP提供補充,以選擇最佳PEEP。SLOBOD D等[36]對3例低氧性呼吸衰竭的患者,通過將跨肺壓和EIT監(jiān)測相結合的方式,量化壓力支持通氣期間肺泡萎陷和過度膨脹程度用于滴定個體化PEEP。研究表明,這種滴定個體化PEEP的方式是可行的。此外,研究[37]顯示,將EIT測量獲得的呼氣末肺容量與壓力-容量曲線相結合,采用階梯PEEP法滴定個體化PEEP同樣具有一定臨床意義。 不同的個體化PEEP滴定方式可能代表不同呼吸指標,EIT與其他方式相結合,可以綜合不同方式的優(yōu)點,有利于選擇最佳的個體化PEEP水平。

3 臨床應用局限性

3.1 EIT儀器的影響

EIT的原理是通過施加電流測量電壓,以觀察區(qū)域生物阻抗變化,因此EIT的監(jiān)測可能對裝有起搏器或除顫器設備的患者造成影響,手術中的電磁設備同樣也會對EIT監(jiān)測產生干擾。

3.2 EIT平面的局限性

EIT是通過電極獲得肺內生物阻抗變化獲得像素圖像,觀察肺內通氣分布。但EIT指導PEEP過程中,電極的位置通常放置在同一平面,因此EIT僅能觀察1個切面的通氣情況,而對于體內有可能存在肺泡萎陷和過度膨脹的情況通常被掩蓋。

3.3 EIT電極位置

EIT獲得的阻抗變化與區(qū)域通氣潮氣量具有很好的相關性。研究[38]表明,潮氣量與阻抗回歸曲線斜率存在個體差異,這種差異取決于絕對肺容積和測量平面。因此,第5或第6肋間水平的EIT電極放置位置可能不適用于所有患者。此外,EIT電極推薦放置位置通常不低于第6肋間,若患者術野較高、胸部創(chuàng)傷會對EIT的測量造成一定的影響。

4 總 結

臨床研究表明,個體化PEEP與固定PEEP相比,能夠改善術中氧合,降低驅動壓,減少肺泡的重復開閉。相較于肺超聲法、食道測壓法、壓力-容量曲線法、肺順應性法等設定個體化PEEP的方式, EIT指導個體化PEEP的設定具有可視化、實時動態(tài)監(jiān)測肺內通氣情況等優(yōu)點。EIT進行個體化PEEP的滴定時,多個參數聯合是否優(yōu)于單一參數滴定,以及EIT與其他個體化PEEP滴定方法聯合是否優(yōu)于單獨使用EIT等問題還需進一步探討。