体外循环期间通气与否对猪模型血流动力学的影响

《Scandinavian Cardiovascular Journal》：Hemodynamic effects of ventilating or not, during cardiopulmonary bypass in a porcine model

　　

： 背景：体外循环（cardiopulmonary bypass, CPB）期间的最佳通气设置尚不明确。既往研究提示，当肺脏保持通气时，气体交换和肺顺应性可能获得改善。然而，其长期效应难以证实。目前对心脏停搏液灌注及体外循环期间通气设置所可能产生的即时循环效应关注较少，不同通气策略潜在的血流动力学影响尚不清楚。 方法：16头麻醉猪在常温体外循环下接受80分钟主动脉阻断（aortic cross-clamp）和心脏停搏液心脏停搏，随机分为通气组和非通气组。脱离体外循环后，对心脏、血流动力学及肺功能进行评估，观察时间长达120分钟。结果：两组动物的左心室变量和心输出量在脱离体外循环前后均无差异。脱离体外循环后，通气组动物的平均肺动脉压（mean pulmonary artery pressure, PAPmean）较非通气组升高。在存活动物中，两组的肺顺应性和氧摄取均无差异。结论：体外循环和心脏停搏期间断开呼吸机对肺顺应性和氧摄取无正面或负面影响。在通气组中，脱离体外循环后观察到肺动脉压一过性升高。

论文解读

研究背景与目的

随着心脏外科手术患者群体年龄增长及多病共存现象的日益普遍，术后心肺功能衰竭的防治成为临床关注的重点。体外循环（cardiopulmonary bypass, CPB）期间呼吸机的设置策略一直是讨论的焦点。早在三十余年前，Berry等人即已证实，在体外循环期间应用持续气道正压（continuous positive airway pressure, CPAP）对脱离体外循环后的氧摄取具有有利影响，但该效应持续时间短暂，因而未能形成普遍推荐。另有研究显示，体外循环期间维持通气可更好地保留术后动态肺顺应性。一项荟萃分析得出结论认为，体外循环期间通气可能改善术后气体交换，但其对患者预后的长期影响仍不确定。在随机临床试验中，当体外循环期间维持低潮气量通气时，很难证实其对术后肺部并发症具有明确的有益效应。

从外科操作角度而言，通气或CPAP引起的肺膨胀可能干扰手术视野，使操作复杂化，某些情况下还可能延长体外循环时间并增加术后并发症。此外，心脏直视手术期间肺萎陷已被证实是有效排气（de-airing）程序的一部分，血管内气泡和空气栓塞可能在心脏手术期间及术后导致任何器官的严重并发症，其中循环功能或中枢神经功能受损尤为关键。基于上述考虑，在体外循环期间断开呼吸机似乎是合理的。

理论上，肺萎陷相关的肺不张和肺泡氧浓度降低均可能增加肺血管阻力，从而加重对心脏停搏后脆弱的右心室功能的需求。此外，在主动脉阻断和心脏停搏期间，肺循环几乎停止，肺组织易遭受缺血再灌注损伤，此时支气管动脉循环的作用可能具有决定性意义。

既往研究多聚焦于体外循环期间不同通气策略对术后肺功能的影响，而脱离体外循环后持续通气对血流动力学的影响，即使在人体中也知之甚少。本研究在心脏停搏的麻醉猪模型上，将体外循环期间低潮气量通气组与不通气组进行比较，旨在探讨脱离体外循环早期阶段两组在心血管和肺效应方面的潜在差异。

研究方法概述

研究采用16头未成年家猪（NOROC品系，体重49–63 kg），随机分为通气组（n=8）和非通气组（n=8）。动物麻醉采用氯胺酮、地西泮、阿托品肌注预处理，异氟烷吸入诱导，硫喷妥钠静脉注射后气管插管，术中持续输注咪达唑仑和芬太尼。体外循环期间异氟烷经氧合器加入。手术经胸骨正中切开，置入肺动脉漂浮导管、主动脉压力导管及左心室压力导管，持续记录血流动力学参数。体外循环采用滚压泵系统，泵流量设定为90 mL·kg^?1·min^?1，主动脉阻断80分钟，冷晶体心脏停搏液（St. Thomas` Hospital 2）经主动脉根部灌注。通气组在心脏停搏期间以低潮气量100 mL、频率10次/分、PEEP 5 cmH₂O、FiO₂ 0.30±0.07继续通气；非通气组断开呼吸机。脱离体外循环后观察至120分钟。血流动力学变量以体表面积进行指数化，肺血管阻力指数（pulmonary vascular resistance index, PVRI）按公式计算，肺顺应性分为静态和动态两种计算方式。统计学采用两样本t检验或Mann-Whitney U检验，重复测量方差分析用于心脏停搏期间比较。

研究结果

基线特征与脱离体外循环情况：两组动物在性别（雌/雄均为6/2）和体重（59±3 kg vs. 57±4 kg）方面具有可比性，体外循环前血流动力学变量无组间差异。主动脉阻断期间平均主动脉压两组间无差异（p=0.39），在阻断40和60分钟时均下降（p<0.001），在开放阻断前恢复至初始值。脱离体外循环后，通气组接受麻黄碱30 [30; 34] mg、肾上腺素0.06 [0.00; 0.27] mg，非通气组分别接受40 [10; 45] mg和0.12 [0.01; 0.48] mg（p=0.65和p=0.72）。脱离体外循环后60分钟时，通气组8头、非通气组6头动物维持自主循环；120分钟时对应为7头和5头。由于180分钟时仅通气组5头和非通气组3头存活，统计比较已无意义，故仅详细报告脱离体外循环后前120分钟的数据。

心脏功能：主动脉开放后20分钟，左心室舒张末压（left ventricular end-diastolic pressure, LVEDP）较基线升高，平均13.0±5.2 mmHg（n=16），基线为8.2±3.6 mmHg。但脱离体外循环后两组心脏功能无差异，左心室收缩压、dP/dt_max和dP/dt_min等指标均无组间差异。

血流动力学：在体外循环期间接受通气的动物，其平均肺动脉压（PAP_mean）在主动脉开放和脱离体外循环后长达100分钟内较非通气组升高。非通气组在脱离体外循环后120分钟内PAP_mean相对稳定（波动于19–22 mmHg），而通气组从30 mmHg逐渐降至22 mmHg。除脱离体外循环后短时间内通气组肺血管阻力指数（PVRI）呈临界显著升高（p=0.056）外，未发现其他血流动力学差异。

肺功能：两组动物的肺顺应性（静态和动态）和氧摄取在观察期间均无差异。除脱离体外循环后非通气组动脉血氧分压（P_aO₂）和血氧饱和度下降外，存活动物的生化变量无显著差异。通气组在开放阻断后20分钟出现短暂的P_aO₂和饱和度升高。

讨论与结论

既往临床和实验研究已证实体外循环期间通气较不通气可改善氧摄取，而本研究在幼猪模型中未发现两组在氧摄取和肺功能方面存在显著差异，观察时间至开放阻断和脱离体外循环后120分钟。

本研究的创新发现是体外循环期间肺通气与脱离体外循环后早期肺动脉压升高之间存在关联。人类肺动脉高压定义为PAP_mean > 20 mmHg。通气组的肺动脉高压呈一过性，但在脱离体外循环的即刻阶段可能构成潜在威胁。由于两组心脏功能表现高度相似，LVEDP无显著差异，且两组平均LVEDP均未达到15 mmHg，依据现行指南，通气组的肺动脉高压最可能属于毛细血管前性病理生理机制。PVRI组间差异未达统计学显著，但该参数为计算值，依赖于在血流动力学不稳定的脱离阶段所测得的压力值和热稀释法心输出量。

对通气组肺动脉压升高的可能解释包括：主动脉阻断和心脏停搏期间肺组织循环仅依赖支气管动脉血流，而体外循环期间支气管动脉血流量减少，使肺组织易受缺血再灌注损伤。本研究期间由非搏动性滚压泵产生的平均主动脉压逐渐下降，体外循环期间支气管动脉循环的计算驱动压（AOP_mean - CVP_mean）低至37±8 mmHg和37±10 mmHg（阻断40和60分钟时），两组无差异。推测通气组在阻断期间有限的周期性肺内压力变化（平均平台压9.1±2.4 cmH₂O，相当于5.9 mmHg）可能对肺组织灌注产生不利影响，从而加重缺血再灌注损伤并诱发肺动脉高压。另一可能解释是通气本身引起的局部炎症。PROVECS临床试验亚组分析发现肺静脉中可溶性晚期糖基化终末产物受体（sRAGE）浓度升高，该生物标志物与肺上皮损伤相关，可能由肺过度膨胀引起。此外，通气组在体外循环期间肺泡死腔通气导致肺泡pO₂接近吸入值（平均FiO₂: 0.30），氧摄取低或无（平均呼出氧浓度: 0.29），肺泡CO₂低（平均呼出CO₂: 1.6 kPa）。在相对于肺血流量过度通气的肺区域，肺循环被重新分布至循环充足的区域，这种生理性再分布机制与通气组和非通气组肺小动脉血管张力差异相关。肺动脉高压的一过性特征提示其与肺泡死腔通气相关。

本研究中，非通气组80分钟的较长呼吸暂停期未影响肺顺应性。近期临床综述和荟萃分析显示，体外循环期间持续CPAP较机械通气可改善肺泡-动脉氧合梯度，而呼吸暂停与通气之间的P_aO₂/FiO₂比值无差异。VENICE国际队列研究则显示体外循环期间接受持续CPAP的患者术后肺部并发症风险增加。本研究与临床研究一致，表明体外循环和心脏手术期间通气对肺的积极效应有限甚至缺乏。理论上，氧可能产生吸收性肺不张或增加氧自由基浓度，但在本研究中通气组体外循环期间FiO₂平均仅0.30，氧的潜在毒性作用仍属推测。另一方面，与非通气组观察结果相反，低FiO₂和低氧血症通常与肺血管收缩和肺动脉压升高相关。

研究结论：在这项随机动物研究中，体外循环期间停止通气对肺功能无负面影响。与不通气动物相比，通气动物在脱离体外循环后出现持续长达100分钟的肺动脉压一过性升高。