综述｜单肺通气期间心肺交互作用的研究进展

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单肺通气期间心肺交互作用的研究进展

刘彩霞 徐典 吴爽 刘琨 巩超 陈莲华

上海交通大学医学院附属上海市第一人民医院麻醉科

通信作者：陈莲华

Email: lianhuachen1994@aliyun.com

基金项目：国家自然科学基金面上项目（81870714）

【摘要】单肺通气（OLV）技术可在胸外科手术中更好地控制通气，实现更有效的肺隔离，是胸外科手术中重要的麻醉管理技术。OLV作为机械通气的一种特殊形式，影响正常的肺通气和血流动力学，为麻醉管理带来诸多挑战。心肺之间通过肺循环耦合，两者在解剖和生理功能上存在的相互作用即为心肺交互作用。OLV期间心肺交互作用尤为突出，主要表现为心脏前后负荷、自主神经张力和炎症反应的改变。在OLV手术的围术期，OLV所引起的病理生理变化可能干扰心肺交互作用。本文综述OLV期间心肺之间的三种主要交互作用以及检测方法，为临床优化麻醉管理、改善患者结局提供参考。

【关键词】单肺通气；心肺交互；自主神经；炎症

单肺通气（one-lung ventilation， OLV）是指通过使用双腔支气管导管或支气管阻塞器等设备控制单侧肺进行通气的方法。OLV可以有效防止患侧肺有害物质扩散，为手术操作创造更加清晰的视野，是胸外科手术麻醉实施的重要组成部分。目前，临床研究重点多集中在呼吸功能的维持和优化方面［1-2］。然而OLV期间不仅肺本身会受到损伤，其他的一些器官尤其是心脏也会因OLV造成的病理生理改变而受到不同程度的影响［3］，这就是“器官串扰”［4］作用的体现。肺和心脏同属胸腔内脏器，不仅在解剖结构上的联系十分密切，在生理功能上也息息相关，因此，心肺之间的串扰和交互作用不可避免。1773年，英国生理学家Stephen Hales在进行有创动脉压测量时发现呼吸会对静脉回流产生影响，首次关注到“心肺交互”这一现象［5］。OLV是一种特殊的机械通气形式，OLV期间一侧肺的萎陷和手术造成的肺组织的损失会改变心脏的前后负荷，这种由呼吸力学的变化引起的心室充盈和射血改变的现象，称为心肺之间的机械交互作用［6］。此外，心肺之间还存在以自主神经介导的心肺交互作用和以炎症反应介导的心肺交互作用。本文介绍OLV期间心肺之间的三种主要交互作用，为临床优化麻醉管理提供参考。

OLV期间心肺之间的机械交互作用

OLV对右心功能的影响右心的主要功能是通过降低或保持尽可能低的右心房压，优化全身静脉回流，将回流至右心中的静脉血泵入高顺应性、低阻力的肺循环，同时不影响左心室充盈。当右心功能受损时，机体可能失去对液体的反应能力，导致通过肺循环回流至左心的容量不足，从而造成全身血液灌注不足。接受胸外科手术的患者是出现右心功能衰竭的高危人群，这主要是因为OLV技术的应用，肺组织的缺失和缺氧性肺血管收缩的存在，导致肺血管腔横截面积的损失，进而引发肺循环阻力急剧增加［7］。

（1）OLV对右心室前负荷的影响。右心室的前负荷和静脉回心血量有关，充足的静脉回流对于正常的心输出量的维持必不可少。患者在自主呼吸时，胸内压下降从而导致右心房压下降，实现静脉回流的增加，这增加了右心室前负荷，同时通过Frank-Starling机制增加了心输出量。在正常呼吸期间，胸膜和经肺压力波动的幅度非常小，略高于和低于大气水平，从而最小化肺应力，促进静脉回流并优化通气/血流比值，这种平衡在正压通气期间常常被扰乱。患者OLV期间由于术侧肺的萎缩和机械通气作用可导致胸内压升高，从而使右心房压升高，静脉回流减少，使右心室充盈减少，最终导致心输出量下降［8］。Cournand等［9］研究表明，在正压机械通气期间，右心室跨壁充血压力的降低是心输出量下降的重要原因，这与“Valsalva效应”相似。但由于机械通气可以降低右心的前负荷，从而改善心功能，因此，对于右心衰竭的患者而言，“Valsalva效应”却是有益的［10］。

（2）OLV对右心室后负荷的影响。右心室的后负荷即为肺动脉压力，肺血管阻力（pulmonary vascular resistance， PVR）的增加会导致右心室后负荷的升高，迫使右心室以更高的压力泵血。右心室对后负荷升高的适应能力差，后负荷轻微升高，每搏量却会急剧下降。PVR受肺容量变化的影响，呈“U型”曲线，当肺容量等于功能残气量（functional residual capacity， FRC）时，PVR达到最小值。当肺容量高于或低于功能残气量时，会由于肺泡或肺泡外血管塌陷导致PVR增大。OLV期间塌陷的肺（肺容量总是小于FRC）和通气的肺（如果过度通气，肺容量就会大于FRC）都可能增加右心室后负荷，OLV引起的肺内分流会导致低氧血症的发生，进而产生缺氧性肺血管收缩以及肺切除术本身造成的肺血管的损失，进一步加重右心室后负荷［11］。当右心室的收缩功能无法适应后负荷的升高时，急性右心功能障碍就会发生。OLV期间机体处于肺动脉高压的状态，从而打破“右心室-肺动脉耦联”的平衡。尽管OLV的时间有限，但如果患者本身心脏功能较为脆弱，就有可能导致急性肺源性心脏病的发生，因此，近年来关于右心室保护性通气策略的研究备受关注［12］。Slobod等［10］研究表明，右心室后负荷会随着潮气量的增加而升高，限制潮气量和驱动压力的机械通气策略具有心脏保护作用。慢性肺动脉高压会诱导右心室进行性肥大，使得右心室收缩力与肺动脉弹性增加相匹配。由于大多数肺动脉高压具有不可逆性，当肺动脉弹性大大超过右心室收缩弹性的适应性增加时，由于右心室扩张，可引起进行性肺血管闭塞，或两者兼而有之，引发终末期肺源性心脏病［13］。

OLV对左心功能的影响左心房功能主要是储液器、导管和主动泵，左心室则在维持动脉压方面起着核心作用，而动脉压又是维持各器官血流灌注的主要决定因素之一。冠心病、高血压、心肌梗死等都有可能导致左心室功能障碍，左心室功能障碍则会带来心力衰竭、肺水肿、心律失常等一系列并发症。

（1）OLV对左心室前负荷的影响。左心室前负荷又称为左心室舒张末期压力（left ventricular end-diastolic pressure， LVEDP），用于衡量心脏在舒张末期时心室的舒张程度。OLV期间，整个回路都在胸腔内，肺动脉到左心房的压力梯度不会因胸内压的变化而改变，此时影响左心室前负荷的主要是右心的泵血［14］。左心室前负荷的大小与右心室射血量相关［15］，OLV期间右心室前负荷减少而后负荷升高，导致左心室前负荷也下降。

（2）OLV对左心室后负荷的影响。左心室的后负荷是左心室收缩之后所遇到的阻力，可以用动脉压减去胸内压来表示［14］。正压机械通气过程中只有采用高PEEP或大潮气量时，动脉压才会有所升高，OLV期间更加注重肺保护，一般少采取高PEEP和大潮气量，所以OLV期间动脉压变化不大。但OLV期间胸内压升高，左心室后负荷增加，回流至左心室的血量减少，进一步降低左心室输出量。因此，左心室后负荷的升高和回心血量的减少可能会导致低输出状态的发生。然而，左心室回心血量的减少能够减轻左心室前负荷，减少心肌做功，降低氧耗，对于左心收缩性心力衰竭等具有一定的积极作用。因此，正压通气也成为急性心力衰竭伴呼吸衰竭的一项辅助治疗措施。

OLV期间由自主神经介导的心肺交互作用

循环系统的神经调节主要是通过交感神经和迷走神经的相互作用来实现的。心脏自主神经主要由交感神经和副交感神经双重支配，与冠状动脉及其分支伴行。胸外科手术期间，心脏自主神经可能会暴露、回缩和受伤，从而受到损伤。再加上手术对肺的直接损伤、OLV肺容积和压力的改变、麻醉药物影响、疼痛等围术期应激因素的存在都会导致支配心脏的自主神经失调［16］。这种自主神经失调在诱发心律失常方面尤为突出［12-13］。心率变异性（heart rate variability， HRV）则是评估心脏自主神经系统功能的最有价值的非侵入性测试，HRV变量分析已被提议作为患者心血管事件风险分层临床评估的一个组成部分［19］。Hong等［20］研究表明，自主神经功能障碍可能导致急性肺损伤后心律失常的发生。Kimura等［21］研究评估了OLV对患者心脏自主神经的影响，结果表明，心脏自主神经的失调和HRV的长期下降，这可能与胸外科术后心律失常的出现有关。而Sato等［22］研究表明，OLV不会对心脏自主神经系统产生实质性影响。

OLV期间由炎症反应介导的心肺交互作用

OLV期间通气侧肺主要受到过度灌注和机械通气引起的肺损伤的影响，而非通气侧肺则容易受到缺血-再灌注损伤和再通气时的剪切应力的影响［23］。塌陷肺的损伤始于缺氧本身，并在复氧过程中加剧。Ju等［24］研究表明，复氧损伤是自由基大量产生所造成的结构损伤。这些损伤则会导致活性氧和细胞因子释放到循环中，对心肌细胞造成损伤［11］。手术直接损伤、肺实质丧失等也会促使炎性因子释放，导致包括心脏血管不良反应在内的术后并发症的发生［25］。OLV期间，由于肺组织的切除和缺氧性肺血管收缩的存在，机体也处于一种类似于肺动脉高压的状态。Prisco等［26］研究表明，在肺动脉高压患者中，较高的白细胞介素（interleukin， IL）-6水平与更严重的右心室功能障碍相关，糖蛋白130（glycoprotein 130， GP130）的拮抗作用可纠正右心室代谢紊乱，改善右心室功能障碍。Al-Qazazi等［27］研究表明，巨噬细胞-NLRP3的激活可促进肺动脉高压患者的右心室衰竭，同时也证实了GP130的抑制对肺动脉高压导致的右心室衰竭的改善作用。可见肺动脉高压导致的右心室衰竭不仅是右心室后负荷升高的结果，还与炎症反应有关。OLV期间巨噬细胞释放肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α， TNF-α）和IL-6，加重炎症反应，除了吸引大量外周中性粒细胞进入肺部和巨噬细胞加剧肺部的炎性病变［28］，同时也会带来全身效应，肺的肺泡-毛细血管通透性增加，导致炎性介质、脂多糖和细菌转移到体循环中，可能导致包括心脏在内的多器官功能障碍和死亡［29］。此外，炎症反应和自主神经系统活动之间也存在着关联作用，炎性标志物可以在特定条件下（尤其是术后）调节自主神经系统［30］。

OLV期间心肺交互作用的监测方法及改善预后的措施

监测方法OLV期间心肺相互作用的机制非常复杂，实施有效的监测方法对于及时识别OLV可能导致的心脏功能变化至关重要。

（1）超声心动图。超声心动图评估的主要侧重点在于观察心室的尺寸，同时评价其收缩及舒张功能，以及测量肺动脉收缩压以及判断体液状态。斑点追踪超声心动图在诊断右心衰竭、肺动脉高压、致心律失常性右心室发育不良和先天性心脏病方面的作用已得到充分证实［31］。经胸壁超声心动图在患者术前和术后心脏功能评估过程中得到了广泛应用，但在OLV期间常常因为会干扰手术操作而受到了限制，因此，OLV期间主要通过经食管超声心动图来对危重患者的心脏功能进行评估。OLV期间经食管超声心动图主要用于心脏前后负荷和心脏舒缩功能的监测，帮助麻醉科医师全面了解心脏在OLV这一特殊情境下的功能状态。

（2）血液检查。心肌损伤标志物，B型利钠肽（B-type natriuretic peptide， BNP）、N末端B型利钠肽原（N-terminal pro-B type natriuretic peptide， NT-proBNP）对OLV患者术中以及术后心力衰竭的发生有一定的提示作用，但目前尚无针对右心或者左心的特异性生物标志物。研究和辨识这些生物标志物具有重要意义，有助于辨识高风险患者，从而在OLV术前、术中以及术后进行干预，降低心肺并发症的发生风险。

（3）肺动脉导管。肺动脉导管对OLV期间心肺交互作用的危害有一定的提示作用［32］。肺动脉导管直接测量肺动脉压，提供有关左右心房压力、心输出量、PVR。每搏量变异度（stroke volume variation， SVV）或脉搏压变异度（pulse pressure variation， PPV）会提供有关前负荷升高是否也会导致心输出量增加的信息，被认为是液体反应性的最准确指标［33］。但这一有创监测在OLV麻醉时并未常规使用，临床应用价值还有待考证。

改善预后的措施针对OLV期间的心肺交互作用，采取一些改善预后的措施十分必要，比如通过对呼吸参数和机械通气方法的调整改善患者氧合，对缺氧性肺血管收缩做调整减轻右心室后负荷，改变患者体位减少对心脏的压迫等。

（1）改善氧合。OLV期间患者低氧血症发生率较高，低氧血症与术后心脏并发症有关［34］，成为限制OLV技术使用的关键问题。为了使氧合作用最大化，可以优化通气侧肺中通气/血流比值或增加流经萎陷肺的血液氧含量，具体的措施包括通气模式的调整，肺复张手法的应用，两肺差异性通气，或呼吸暂停式供氧等［35］。

（2）改变体位。OLV期间患者的体位会根据不同手术入路的要求而做出调整。Wittenstein等［36］研究表明，OLV期间，内毒素中毒猪侧位通气肺的相对灌注和氧合比仰卧位高，且不受低血容量的影响。在侧卧位患者OLV期间，重力增加了灌注到通气肺的血流，通气/血流比值更加匹配，PaO2升高，因此，在侧卧位时可以更好地改善氧合。但患者在进行侧卧位通气时，萎陷的术侧肺的重量、腹部器官的压力、膈肌移位及健侧肺的挤压（高肺容量时）都会压迫纵隔心包中的心脏，可能对心脏产生不良的影响。

（3）使用药物。Liu等［37］研究表明，右美托咪定可以抑制OLV期间的炎症反应和氧化应激，改善患者预后。非甾体类抗炎药氟比洛芬酯亦可改善OLV期间的氧合，提高肺动态顺应性，减少术后并发症［38］。缺氧性肺血管收缩（hypoxic pulmonary vasoconstriction， HPV）是肺循环在缺氧条件下发生的一种代偿性反应，肺部微血管乏灌注，发生缺氧性肺泡血管收缩，从而将血液转移至有氧肺泡以优化通气/血流比值，减少肺内分流，改善OLV患者的氧合水平。因此合理增强HPV，充分利用HPV对氧合的增强作用，将对优化OLV患者的麻醉管理起到一定的作用。但HPV增强会导致PVR升高，进而导致右心室后负荷增加，七氟醚和地氟醚等常用的吸入性麻醉药对HPV具有一定的抑制作用，而丙泊酚等静脉麻醉药对HPV的抑制作用则较轻微［39］。周菁等［40］研究表明，伊洛前列素被证明能明显扩张通气侧肺血管，降低平均肺动脉压。

小 结

OLV是胸外科手术中重要的麻醉管理技术，可以扩大术野，降低呼吸对手术操作的影响，实现良好的肺部隔离。作为机械通气的一种特殊形式，OLV期间的心肺交互作用是复杂多变的，本文介绍了心肺之间的机械交互作用、由自主神经介导的心肺交互作用、由炎症反应介导的心肺交互作用及现有的监测方法和改善预后的措施。然而现有的监测方法有限，随着医学技术的发展，对心肺交互的研究逐渐深入，通过基因编辑技术研究心肺发育过程中的交互机制、利用高精度成像技术（如超声心动图、CT等）实时监测心肺功能的变化、麻醉药物的选择和通气策略的应用等方面值得进一步研究。

参考文献略。

DOI:10.12089/jca.2025.05.015