Critical Care Medicine July 2022 • Volume 50 • Number 7• e237

        研究目的 机械通气时的肺损伤涉及肺体积和肺泡水含量，而肺部超声(LUS)和电阻抗断层扫描(EIT)的变化与这些变量有关。我们研究了这两种技术在呼吸机诱导肺损伤(VILI)的发展过程中检测信号的改变。

        研究类型 动物实验研究。

        研究对象 母猪42头(24.2±2.0 kg)。

        研究内容 实验动物随机分为3组：高潮气量(TV)组 (平均潮气量803.0±121.7ml)、高呼吸频率(RR)组(平均呼吸频率 40.3±1.1次/分钟)和高呼气末正压(PEEP)组(平均呼吸末正压2 4.0±1.1cmH2O)。记录基线和通气30分钟后，以及随后每6小时的血管外肺水含量、呼气末肺容量、肺张力、呼吸力学、血流动力学和气体交换。在同一时间点，相对于基线记录呼气末阻抗。在12个视野中每12小时评估1次LUS，每个领域的评分从0(A线的存在)到3(巩固)。

        测量结果和主要结果 在多元回归模型中，血管外肺水量与呼气末肺活量的比值与LUS总分显著相关(P<0.002;校正R2，0.21)。与呼气末肺阻抗差异独立相关变量是肺张力(p<0.001;校正R2，0.18)和血管外肺水量(p<0.001;校正R2，0.11)。

        结论 决定LUS分数的是水和气体的比例，而不仅仅是水。因此，当PEEP增加后，我们需要谨慎判断随肺气体含量的变化，LUS评分的改善。其次，呼气末肺阻抗差异可能由于扰乱细胞间连接张力水平，从而改变肺阻抗。此外，呼吸机相关肺损伤的发展过程中血管外肺水的增加也是肺阻抗降低的原因之一。

        关键词 电阻抗断层成像;肺部超声;无创成像;呼吸机相关肺损伤;

        胸部CT是目前提供最详细解剖信息的成像技术。然而，对于使用呼吸机的患者，CT检查并不是很便捷，不能用于严格动态的临床监测。临床工作中，我们需要易于使用的呼吸系统监测设备来评估患者临床情况的可靠信息，并在可能的情况下，提供更好地个性化呼吸治疗以满足患者的特定需求。为此，肺超声(LUS)和电阻抗断层扫描(EIT)似乎是监测重症监护环境中急性肺部疾病的极佳候选，因为两者都是无创和无辐射的，即炎性水肿、肺水和肺气体含量的增加或减少，这些变化在很大程度上决定了机械通气的临床过程和潜在的并发症。

        LUS最初是作为一种评估充血性心力衰竭时血管外肺水的方法发展起来的，后来被广泛用于各种肺部疾病，如气胸、肺炎和急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的检测。另一方面，EIT作为监测肺容量变化的方法，还被用于评估肺复张和肺血流灌注，因为不仅气体，液体也改变电阻抗。

        研究中，我们同时使用LUS和EIT进行了一项长期实验，旨在了解健康动物中VILI的机制和进展。在VILI基础上，研究变量在统计上与LUS和电阻抗的相关性，以及它们如何被用作监测而不是诊断工具。

        材料和方法

        42头母猪(体重24.2±2.0公斤)在15J/min和30J/min两种机械功率水平下进行机械通气，呼吸机功率与潮气量(TV)、呼吸频率(RR)或呼吸末正压(PEEP)有关。机械功率的计算公式如下：Powerrs=0.098·RR·TV·(ppeak-1/2·▲P)。

        在高TV组，TV设置为功能残气量(FRC)的2.5倍，FEEP设置为5cmH2O，通过改变RR值获得两种不同的机械功率水平。在高RR组，RR设置为40，TV在10-14mL/kg之间变化，PEEP设置为5cmH2O，以提供正确的能量。在高PEEP组，PEEP设置为25cmH2O，RR值在11-21之间，根据机械功率组，潮气量为13mL/kg。

        动物采用反Trendelenburg体位20°俯卧通气。将它们随机分配到三组(n=14)：两个机械功率水平各7个。从开始VILI通气30分钟后，实验开始到结束每6小时测试一次它们肺力学、气体交换、血流动力学、代谢状态和液体平衡的基线。所有研究组均在相同的标准通气参数下进行基线测量：TV：6mL/kg，PEEP：5cmH2O，RR在15-18次/min之间，以保持PetCO2为35-45mmHg。在同一队列中，研究人员观察到无论是15J/min或30J/min的机械功率，都会导致类似的解剖损伤。因此，根据机械功率的主要决定因素(TV、RR或PEEP)对动物进行分组，该方案得到了当地负责任的伦理委员会(下萨克森州消费者保护和食品安全办公室，项目18/2795)的批准。

        肺部超声测量

        在基线时、插管后、动物准备后、开始之前、进行VILI通气实验之前进行评估，每12小时重复一次，直到实验结束或动物死亡(总共五次肺超声评估)。使用Z.One Scan Engine便携式超声系统，采用12 MHz线性探头，12个区域，即每侧胸腔6个区域。分别是肺尖和肺底的非依赖区、中间区和依赖区(图1)。统一在3.5cm深处进行LUS，不考虑皮下和肋下组织的厚度。根据LUS分数进行分级：“0”为含两条或两条以下B线的A型图案，“1”为两条以上独立的B线，“2”为多条聚集的B线，“3”为肺实变。LUS总分为12个区域的总和。

        图1：进行测量的六个标志物：蓝色和红色标志物表示肺超声(LUS)沿垂直轴(非依赖区、中间区和依赖区)在尖端(蓝色)和底部(红色)检查的区域。电阻抗断层扫描(EIT)带位于腋下3.5 cm处。

        电阻抗断层成像测量

        采用Pulmosta 500 EIT系统(Draeger，Luebeck，德国)测量阻抗，使用16个电极的胸带，放置在胸中，腋下3cm(图1)。在整个实验过程中，从基线开始记录阻抗数据。每隔24小时数据被导出分析，以评估阻抗随时间的变化。在特定时间点记录的肺阻抗和使用MATLAB(MathWorks，Inc.Natick，MA)特定算法得出的基线之间的差异，去评估与通气分布变化无关，但与呼气末肺组织阻抗有关。

        肺特性

        血管外肺水用热稀释(PICCO监测系统)评估，每6小时在数据收集前重复校准一次。呼气末肺容积为FRC总和，在实验开始时采用多呼吸氦稀释法和以后每12小时测量一次，从正压到零的呼气末压的释放量(volumbpeep)。总张力计算如下：图片，水/气的比值为血管外肺水/呼气末肺容积。

        统计分析

        用Shapiro-Wilk正态性检验得到的连续性变量。应用统计分析评估肺特性和呼吸参数对两种成像技术的影响。构建单回归模型识别影响输出的相关自变量。随后，将单个变量合并到多元回归模型中。双向方差采用重复测量进行比较，对重复测量进行校正，采用Tukey方法进行组间两两比较。双侧P<0.05被认为具有统计学意义。

        结 果

        肺超声与呼吸机所致肺损伤的统计学相关变量

        如图2所示，随着血管外肺水的增加，LUS总分显著增加。(图2a;p<0.001，校正R2=0.08)，随呼气末肺容量增加而显著降低(图2b，p=0.001，校正R2=0.05)。LUS评分与损伤之间没有明显的相关性。而与水/气比有显著关联，如图2C所示(p<0.001，校正R2=0.21)。在多元线性回归预测LUS总评分模型中，唯一显著相关性的是水/气比(p=0.002)，而血管外肺水量(p=0.86)和呼气末肺容量(p=0.78)无明显关联。

        在图3中，展示了LUS评分、水/气比、呼气末肺活量和液体平衡的时间进程。结果显示，各实验组的LUS总分均有显著提高(p=<0.001)。值得注意的是，PEEP组的LUS评分恶化趋势低于其他组，但无统计学意义(p=0.055)。同样，在图3B中，高PEEP组的水/气比随时间的恶化与其他组相比有显著差异(p=0.003)。如图3C所示，由于在高PEEP组中测量到的不成比例的高气量所致。如图3D所示，高PEEP组的液体平衡显著高于对照组(p=0.02)。总体而言，PEEP组的LUS评分恶化较少，表现为随着时间的推移，水/气比降低，气量和液体平衡增加。

        图2.肺超声(LUS)评分作为肺和水/气比值的函数。LUS总分与血管外肺水的线性回归分析。

        图3.三组肺超声(LUS)患者肺总评分(A)、水气比值(B)、呼气末肺容积(C)、液体平衡(D)的时间进程。比较采用双向方差分析进行组间随时间的差异。

        研究发现，呼气末肺阻抗的差异与血管外肺水、呼气末肺容积和肺张力之间存在显著相关性(图4)。如图所示，血管外肺水的增加与阻抗的降低相关(p<0.001;校正的R2，0.11)，而阻抗随着呼气末肺容积的增加而降低(p<0.001;校正的R2，0.09)。值得注意的是，这种下降主要是由较高的PEEP组驱动的：在去除这一因素后，呼气末肺容积和呼气末阻抗差异正相关，尽管在非常低的水平(R2=0.02)。随着张力的增大，阻抗也显著降低(p<0.001;校正的R2，0.18)。将这三个变量归为多元线性回归模型中，血管外肺水和张力是呼气末肺阻抗差异的独立预测因素(两个变量的p<0.001，校正的R2=0.24)，而与呼气末肺容积的相关性不再显著(p=0.77)。

        图4.肺的呼气末阻抗作为血管外肺水、呼气末肺容积和肺张力的功能的差异。肺阻抗和血管外肺水呼气末差异的线性回归。

        图5.三组患者的张力(A)、血管外肺水(B)和肺阻抗(C)的呼气末差异的时间进程。各组间随时间变化的差异的双向方差分析。

        在图5中，展示了三组肺张力(图5A)、血管外肺水(图5B)和肺阻抗的呼气末差异(图5C)的时间过程。如图5A所示，三组间的张力差异显著(p<0.001)，在高PEEP组中含量较高。三组患者的血管外肺水相似，且随着时间的推移而显著增加(p=0.65和p<0.001)。三组的肺阻抗差异，如图5C所示，随着时间的推移而下降，高PEEP组显著低于其他两组。

        结 论

        本研究的主要发现如下：1、与LUS评分有统计学相关的主要变量是水/气比，2、与呼气末肺阻抗差异有统计学相关的主要变量是肺实质所承受的张力。

        肺超声

        LUS检查最初是用来评估心源性肺水肿的程度，之后其使用被扩大到包括非心源性肺水肿的评估。这项技术被证明在检测肺水增加和气体含量减少方面是可靠的。事实上，Chiumello等发现，CT定量分析中未通气、通气不良和正常通气组织的百分比与LUS评分相关。然而，当与CT扫描相比时，LUS评分与复张指数相关。需要强调的是，这两种技术测量的是不同的东西：CT扫描直接测量呼气末正压增加后组织再通气的量，而肺复张指数间接估计了进入新通气单位的空气和进入已经开放单位的空气。

        实际上，研究发现气体含量本身与LUS评分无关，而与水/气比有关。有学者发现水/气比在决定LUS评分方面存在潜在的重要作用。我们的数据与这些理论一致，并为这一现象提供了解释，LUS评分可能无法区分进入先前塌陷的单位的气体体积和进入已经打开的肺单位的气体体积。不管通气和血流的比例如何，当总气体体积因PEEP而增加时，水/气比降低，LUS因此而提高。

        因此，我们的数据说明LUS评分的下降必须与通气设置中可能发生的变化一起考虑，特别是PEEP水平的变化或任何导致水/气比下降的操作。LUS评分的变化更能反映在标准通气时肺状况的恶化或改善，特别是在相同的PEEP水平下。

        肺阻抗电阻抗断层扫描的呼气末差异

        EIT主要用于评估通气分布和可能的区域肺复张，可允许监测在短时间内变化。在长期实验中收集到的信息不同，因为作者记录了48小时的EIT数据，并且能够跟踪随时间阻抗的变化过程。结果与EIT呼气末信号变化相关的最重要的变量是肺的张力，其次是血管外肺水和呼气末肺容积。令人惊讶的是，呼气末阻抗随着时间的推移而持续下降，而随着气体含量的增加而增加。事实上，在标准的潮气量监测过程中，图像是根据吸入潮气量导致的阻抗的突然增加而产生的。这个过程在每次呼吸中都会不断地重复。在正常监测期间，电阻抗的潜在差异在于潮气量和相应的呼气末血量;在本实验中，记录了每个时间点的呼气末量与引入VILI前记录的呼气末量之间的肺阻抗变化。然后，肺复张指数和肺张力的影响应考虑。事实上，本实验发现呼气末肺容积与肺容积的呼气差异呈负相关，主要是因为PEEP组，这表明了过度的肺张力克服了阻抗的增加。

        总 结

        水、气比值是与LUS评分最重要相关的统计学变量。因此，当LUS评分随时间的变化，当与通气设置的变化相关时，特别是PEEP，必须谨慎观察。除了最初的适应症外，EIT还可能用于VILI进展的持续监测。