PaCO2-EtCO2梯度评估猪肺创伤与脓毒症中静脉血掺杂的有限效用

本研究通过分析猪肺挫伤、多发伤、防弹衣钝性创伤（BABT）和脓毒症模型数据，发现动脉血二氧化碳分压（PaCO2）是静脉血掺杂（Qs/Qt）的最强预测指标，而动脉与呼气末二氧化碳分压梯度（PaCO2-EtCO2）并未优于单独使用PaCO2，表明其不能作为评估通气/灌注（V/Q）失调的可靠独立标志物。

　　

摘要

目的：静脉血掺杂增加是通气/灌注（V/Q）失调的一种形式，是肺创伤、多发伤和脓毒症等疾病中导致低氧血症的关键因素。动脉血与呼气末二氧化碳分压梯度（PaCO₂–EtCO₂）被提议作为V/Q失调的无创标志物，但其与静脉血掺杂的关系尚不清楚。本研究旨在猪的不同肺损伤模型中，探讨PaCO₂、EtCO₂与作为气体交换受损标志的静脉血掺杂之间的关联。

方法：研究回顾性分析了50头平均体重56.2公斤的猪的数据，这些猪遭受了肺挫伤、多发伤、防弹衣钝性创伤（BABT）和脓毒症。测量了动脉血气、EtCO₂和静脉血掺杂，并计算了PaCO₂–EtCO₂梯度。采用线性混合效应模型评估PaCO₂、EtCO₂和PaCO₂–EtCO₂梯度对静脉血掺杂的预测能力。模型性能通过条件性R²和均方根误差（RMSE）进行评估。

结果：在所有亚组中，PaCO₂是静脉血掺杂的最强预测因子，其R²值范围在0.602至0.804之间。PaCO₂–EtCO₂梯度在肺挫伤、BABT和脓毒症中具有中等预测能力，但在多发伤中未显示显著关联。EtCO₂整体预测性能较弱。

结论：PaCO₂–EtCO₂梯度在预测静脉血掺杂方面并未优于单独使用PaCO₂，因此不能作为可靠的独立标志物。未来研究应探索将其与其他生理参数整合，以改进对通气/灌注失调的临床评估。

引言

肺损伤和疾病，包括创伤和脓毒症，是导致低氧血症的重要原因。低氧血症的一个主要因素是静脉血掺杂增加，即流经肺部但未参与气体交换的血流。静脉血掺杂可由肺泡塌陷（肺不张）或肺泡内充满液体（水肿）等机制引起。在创伤中，肺挫伤可能直接损伤肺组织，增加静脉血掺杂；而脓毒症则引发全身性炎症反应，促进肺不张和水肿的形成。动脉血二氧化碳分压（PaCO₂）与呼气末二氧化碳分压（EtCO₂）的梯度在健康肺中通常为0.3–0.8 kPa（2–6 mmHg），当出现V/Q失调时会增加。该梯度与疾病严重程度相关，并可指导通气设置调整，但其与静脉血掺杂的关系尚未完全阐明。此外，不同肺损伤对该梯度的影响也不明确，因为它受心输出量和代谢等因素影响。在许多急性肺损伤中，尤其是在创伤和脓毒症时，两种形式的V/Q失调可能并存，形成复杂且异质性的气体交换模式。本研究旨在评估PaCO₂、EtCO₂或其梯度是否能作为实验性肺损伤模型中静脉血掺杂的易得替代标志物。

材料与方法

研究汇集了四项先前实验研究的数据，共分析了50头猪。所有研究均遵循ARRIVE指南，并获得瑞典农业委员会的批准。动物在实验前至少在认可的动物设施中适应5天。通过注射药物进行镇静和麻醉，并进行气管切开术或气管插管以进行机械通气。使用肺动脉导管监测中心静脉压（CVP）、心输出量（CO）、肺动脉压（PAP）、混合静脉血氧饱和度（SvO₂）、肺动脉楔压（PAWP）和核心体温。通过集成在呼吸机系统中的旁流式二氧化碳监测仪连续测量EtCO₂。定期测量动脉血气参数和血红蛋白水平。实验结束后，动物通过注射戊巴比妥钠实施安乐死。

回顾性分析的组别包括：

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  肺挫伤组：通过枪击垂直于固定在右侧胸部的防弹装甲板诱导肺挫伤。
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  防弹衣钝性创伤组：使用火药驱动武器发射塑料弹丸模拟BABT。
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  多发伤组：结合爆炸伤、低体温、脂多糖输注和 uncontrolled hemorrhage 诱导多发伤模型。
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  脓毒症组：通过静脉注射铜绿假单胞菌诱导脓毒症模型。
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  对照组：动物仅接受常规准备，无额外干预。

生理学计算：静脉血掺杂通过分流方程计算。所有实验均在受控实验室环境中进行，确保测量条件的一致性。

数据：汇集五个试验队列的数据，排除缺失值后，最终分析包含50只动物的314个独特测量值。对于静脉血掺杂值超过100%的生理不可能情况，将其调整为100%。

统计分析：采用线性混合效应模型评估二氧化碳测量值与静脉血掺杂的关联。为每个亚组分别构建三个模型，以PaCO₂、EtCO₂或PaCO₂-EtCO₂梯度作为固定效应，并调整分钟通气量。模型性能通过条件R²、RMSE和AIC进行比较。

结果

结果显示，在不同肺损伤模型中，静脉血掺杂、PaCO₂、EtCO₂和PaCO₂-EtCO₂梯度的时间趋势存在差异。

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  肺挫伤组：创伤后静脉血掺杂急剧升高后逐渐下降。PaCO₂是静脉血掺杂的最强预测因子。PaCO₂-EtCO₂梯度也显示出显著关联，但性能中等。EtCO₂的预测能力较弱。
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  多发伤组：静脉血掺杂水平稳步上升。PaCO₂再次成为最佳预测因子。EtCO₂关联性较弱，而PaCO₂-EtCO₂梯度无显著关联。
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  防弹衣钝性创伤组：趋势与肺挫伤组相似。PaCO₂是最强预测因子。梯度模型具有相似的预测性能，而EtCO₂预测能力较弱。
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  脓毒症组：静脉血掺杂逐渐增加。PaCO₂和梯度均显示出最强的关联性，性能相当。EtCO₂预测能力较弱。
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  对照组：所有变量保持稳定。PaCO₂是最稳健的预测因子，梯度性能明显较弱，EtCO₂无显著关联。

等高线图显示了各亚组中PaCO₂和EtCO₂值的密度分布，反映了每种条件下不同的V/Q动态和气体交换模式。Bland-Altman图支持上述发现，PaCO₂模型的一致性最好。

讨论

本研究证明，PaCO₂–EtCO₂梯度在预测静脉血掺杂方面并未优于单独使用PaCO₂，因此不能作为可靠的独立标志物。该梯度的意义具有情境依赖性。在肺挫伤、BABT和脓毒症中，它与静脉血掺杂相关，这与先前研究一致。然而，在多发伤中未观察到关联，可能是由于心输出量变化等混杂因素所致。

PaCO₂与静脉血掺杂的强相关性，尤其是在肺挫伤模型中，证实了其对肺灌注异常的敏感性。EtCO₂作为独立变量的预测能力较弱，这与它易受心输出量和死腔通气影响的特性一致。

研究存在一些局限性。首先，吸入氧浓度固定为21%，这可能影响静脉血掺杂。其次，未评估扩散限制作为低氧血症的原因。第三，猪与人类在肺功能上存在种间差异。第四，观察期仅限于急性期变化。第五，计算肺毛细血管氧含量时假设血红蛋白完全饱和。第六，未系统记录详细的通气参数。第七，分流分数的计算未包含混合静脉血中物理溶解的氧分量。

结论

PaCO₂–EtCO₂梯度在预测静脉血掺杂方面并未优于单独使用PaCO₂，因此不能作为可靠的独立标志物。未来研究应探索将其与其他生理参数整合，以改进对通气/灌注失调的临床评估。