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【醉仁心胸】肺超声和电阻抗断层扫描用于呼吸机相关肺损伤评估

发布时间:2022-09-26 01:48:17 来源:欧宝娱乐平台网页版登录 作者:欧宝娱乐登录入口

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【醉仁心胸】肺超声和电阻抗断层扫描用于呼吸机相关肺损伤评估

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  胸部CT被广泛应用于临床中,但是由于辐射等问题,目前针对需要插管通气等病人有了新的技术比CT更方便,并且可以进行严格的临床检测,肺超声和电阻抗断层扫描技术。

  目前对于各类原因引起肺损伤患者的诊断和治疗成为目前热点之一,而在诊断过程中,随着科研成果的不断开拓,医学成像已经成为医疗诊断中重要方式之一,如CT、核磁等。但是,针对肺损伤患者进行CT扫描存在一些具体问题,如患者的搬运困难、辐射危害等,因此在此方面更优异的肺超声(Lung Ultrasound)和电阻抗断层扫描(Electrical Impedance Tomography, EIT)应运而生,可以为临床医生的诊断决策提供重要信息,为病人能快速准确地进行诊断治疗提供了可能。为了让该技术可以在临床上更有效运用,来自德国哥廷根大学的IreneSteinberg联合意大利多家医学中心在动物实验中同时使用了LUS和EIT方法,旨在探究在呼吸机介导的肺损伤中肺超声和电阻抗断层扫描技术与病理变化之间的关系。该研究结果于2022年2月发表在Crit Care Med期刊上。

  目前,在对有通气需求的患者进行CT扫描时存在辐射问题以及搬运问题,它不能用于严格的临床监测。一个最优的呼吸系统监测设备,应该是易于使用和理解,并且可在床边使用。它应该提供患者临床状况的评估信息,甚至能够给患者更好的个性化呼吸治疗。因此,肺超声(LUS)和电阻抗断层扫描(EIT)似乎是在重症监护中监测急性肺部疾病最好的候选者,它们能够了解患者的炎症性水肿情况,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潜在并发症和临床病程。

  LUS最初是用于评估充血性心力衰竭中血管外肺水的方法,并已被广泛应用于气胸、肺炎,以及ARDS。EIT是一种监测肺容积变化的方法,评估肺复张情况。在该研究中,作者同时使用了LUS和EIT方法,通过一项长期实验旨在了解健康动物呼吸机介导的肺损伤(VILI)。

  在高TV组,TV设置为功能残气量(FRC)的2.5倍,呼气末正压设置为5cmH2O,通过改变RR值(7~15)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,呼气末正压设置为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Trendelenburg20°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mL/kg,PEEP:5cmH2O,RR在15-18次/min之间,以保持PetCO2为35-45mmHg。在来自同一队列的原始文章中,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)对动物进行机械功率的应用水平的分组。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。文章符合动物研究:体内实验报告标准。

  在基线检查时、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,并且每12小时重复一次,直到实验结束或者动物死亡。使用Z.1扫描引擎便携式超声波系统(Zonare医疗系统,迈瑞生物医疗电子,中国深圳)12兆赫线非依赖区、中间区和依赖区分别位于肺的顶端和底部(解剖标志被用来识别每一个区域)。统一在3.5cm深度处进行LUS,不考虑皮下和肋间组织的厚度。图像根据LUS分数(10,11)进行评分:“0”-带有两条或更少B线”-超过两条独立的B线”-多条聚集的B线”-肺实变。总分为计算为12个区域的总和。

  图1.进行测量的六个标志物:蓝色和红色标记物表示根尖(蓝色)和基底(红色)的肺超声(LUS)检查的区域沿垂直轴的区域(非依赖、中间和依赖区域)。电阻抗断层扫描(EIT)带位于腋窝以下3.5cm处。

  采用Pulmovesta500EIT系统(德雷格,吕贝克,德国)测量阻抗,使用一条16个电极胸椎带,放于胸腔中部,腋窝下方3厘米处。每24小时,数据被导出并离线分析,以评估阻抗随时间的变化。详细地说,用在特定时间点记录的肺阻抗和使用MATLAB(MatsWorck,Inc.)特定算法得出的基线之间的差异,去评估与通气分布无关的变化,但与呼气末肺组织阻抗有关。

  采用热稀释法(PiCCO监测系统)对血管外肺水进行评估,每6小时在数据收集前重复一次校准。呼气末肺容积为FRC之和,实验开始时采用多呼吸氦稀释法,然后每12小时测量一次,从正压到零的呼气末压的释放量。总应变计算为

  使用R(R统计计算基金会4.0版;R统计计算基金会,奥地利维也纳)进行统计分析。连续变量的检验结果为n,用Shapiro-Wilk正态性检验得到的连续性变量。变量被描述为均值和均值。采用术后统计分析来评估肺特征和两种成像技术的影响。构建单回归模型以识别影响输出的相关自变量。随后,将单个变量合并成多元回归模型。双向方差分析网络采用重复测量进行比较,检查组间随时间的变化,并对重复测量进行校正,并用Tukey组间进行两两比较方法。双侧p值小于0.05被认为有统计学意义。

  如图2所示,LUS总评分随着血管外肺水的增加而显著增加(图2a;p0.001,调整后的R2=0.08),并随着血管外肺水的增加而显著降低呼气末肺容积(图2B;p=0.001和调整后的R2=0.05)。LUS评分与组别之间无显著相关性,而与水/气比值显著相关,如图2C所示(p0.001和调整后的R2=0.21)。在多元线性回归在预测LUS总评分的模型中,唯一显著关联的是与水/气比值(p=0.002),而血管外肺水(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、呼气末肺容积和液体平衡的随时间变化。如图所示,所有LUS总分均显著增加(p=0.001)。值得注意的是,呼气末正压组LUS评分的恶化倾向低于其他组,但没有达到统计学意义(p=0.055)。同样,在图3B中,与其他组相比,高呼气末正压组的水/气比随时间的恶化有显著不同(p=0.003)。如图3C所示,到高呼气末正压组测量的不成比例的高气体体积。如图3D所示,高呼气末正压组的液体平衡显著升高(p=0.02)。总之,这些LUS呼气末正压组的恶化程度较小,随着时间的推移,水/空气比较低,气液平衡较高。

  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。比较采用组间差异随时间的变化的方差分析。A.p0.001随时间变化,p=0.055。两两比较:潮气量组与呼吸频率组(p=0.29),与呼气末正压(PEEP)组(p0.007);呼吸频率组与PEEP组(p=0.23)。B.随时间的变化p0.001,两组间差异的p=0.003。两两比较:潮气量组与呼吸频率组(p=0.74),与PEEP组(p0.001);呼吸频率组与呼气末正压组(p0.001)。C.随时间的变化p=0.002,p0.001为组间的差异。两两比较:潮气量组与呼吸频率组(p=0.38),以及与PEEP组(p0.001);呼吸频率组与PEEP组(p0.001)。D,随时间的变化p0.001,p=0.02为组间的差异。成对型比较:潮气量组与呼吸频率组(p=0.39),与PEEP组(p0.001);呼吸频率组与PEEP组(p0.001)。误差带表示SE的平均值。

  在队列中,没有发现肺阻抗的呼气末差异与水/气比值之间的任何关系(p=0.59)。

  相反,呼气末肺阻抗的差异与血管外肺水、呼气末肺容积之间存在显著相关性。如图4所示,血管外肺水的增加与阻抗的降低相关(p0.001;调整后的R2,0.11),而阻抗随着呼气末肺容积的增加而意外降低(p0.001;调整后R2, 0.09)。值得注意的是,这种下降主要是由较高的呼气末正压组驱动的:在去除这部分个体后,呼气末肺容积和呼气末阻抗差之间的关系为正相关,尽管在非常低的显著性水平(R2=0.02)。随着应变的增大,阻抗也显著降低(p0.001;调整后的R2,0.18)。将三个变量纳入多元线性回归模型显示,血管外肺水和应变是肺阻抗的呼气末差异的独立预测因子(p0.001两个变量,校正后的R2=0.24),而与呼气末肺容积的相关性不再显著(p=0.77)。

  图5展示了三组应变、血管外肺水和肺阻抗的呼气末差异的时间过程。如图5A所示,三组间差异显著(p0.001),高PEEP组差异较高。三组患者血管外肺水相似,且随着时间显著增加(p=0.65和p0.001)。如图5C所示,在三组中都随着时间的推移而降低,其中高PEEP组比其他两组显著降低(p=0.01 vs高容量组,p=0.005 vs高RR组)。

  图6. 三组患者应变(A)、血管外肺水(B)和呼气末的肺阻抗(C)的差异随时间变化。各组间差异的双向方差分析。A.p0.001表示随时间和组之间的变化。两两比较:潮气量组与呼吸频率组(p0.001),以及与呼气末正压组(呼气)组(p0.001);呼吸频率组与组(p0.001)。B,随时间变化为p0.001,两组间差异p=0.65。两两比较:潮气量组与呼吸频率组(p=0.53),与PEEP组(p=0.98);呼吸频率组与PEEP组(p=0.41)。C.随时间的变化p0.001,p=0.25为不同组之间。两两比较:潮气量组与呼吸频率组(p=0.96),与PEEP组(p=0.01);呼吸频率组与PEEP组(p=0.006)。误差带表示均值的SE。Au=任意单位。

  该研究的主要发现如下:1)与LUS评分统计相关的主要变量是水/气比,2)与呼气末肺阻抗差异统计相关的主要变量是肺实质所受到的应变。

  肺超声检查最初用于评估心源性肺水肿的程度,以及几年后,它的使用范围扩大到包括非心源性肺水肿的评估,ARDS的病理基础。这项技术已被证明在检测肺水含量增加和气体含量减少方面是可靠的。事实上,Chiumello等人的发现,未通气、低通气、通气不良的CT定量分析中的组织和正常通气组织与LUS评分相关。然而,当这与CT扫描进行比较时,LUS评分与肺复张指数(inflation-to-recruitment ratio)相关。需要强调的是,这两种技术测量的是不同的东西:CT扫描直接测量了的恢复通气后呼气末正压增加的数量,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,在该研究中,气体含量本身与LUS评分无关,而是与水/气比有关。水/气比的潜在重要作用有学者基于理论基础提出了挖掘LUS评分的方法。我们的数据与这些理论一致,并为这一现象提供了解释,LUS评分可能不区分进入先前塌陷肺单位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,当高PEEP使总气体体积的增加,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水平变化或导致水气比降低的任何操作。因此,LUS评分的变化更密切地反映了在使用标准通气环境时肺状况的恶化或改善,特别是在相同的PEEP水平下。

  EIT主要用于评估通气分布,可能还有局部肺复张。它一般用于病理生理学研究诊断目的,目前允许监测在短时间内发生的变化。在长期实验中收集到的信息有些不同,作者记录了48小时的EIT数据,我们能够跟踪随着时间阻抗的变化过程。结果是与EIT呼气末信号的变化相关最重要的变量是肺的应变,其次是血管外肺水和呼气末肺容积。令人惊讶的是在呼气末,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,在标准潮气量的监控过程中,图像是根据吸入潮气量导致阻抗的突然增加而产生的。这个过程在每次呼吸过程中都会不断地重复。因此,虽然在正常监测期间,电阻抗的潜在差异在于潮气量和相应的呼气末血量;但是本实验中,记录了在实验中每个时间点呼气末量和在引入VILI前记录的呼气末量之间的肺阻抗差异。然而,肺复张指数和应变的影响应考虑。事实上,我们发现呼气末肺容积与肺容积的呼气差异呈负相关,主要是因为高PEEP组。这表示过度的应变会克服了阻抗的增加,这表明循环中非生理性应变可能与持续的肺膨胀作用不同。简而言之,大量的应变损害和破坏了细胞之间的紧密连接,从而减少了电流通过组织的困难,即中断电流紧密连接降低了阻抗。

  胸部CT被广泛应用于临床中,但是由于辐射等问题,目前针对需要插管通气等病人有了新的技术比CT更方便,并且可以进行严格的临床检测,肺超声和电阻抗断层扫描技术。肺超声最初是用于评估充血性心力衰竭中血管外肺水的方法,现已被广泛应用于气胸、肺炎和非心源性肺水肿、ARDS的病理基础。电阻抗断层扫描是一种监测肺容积变化的方法,评估肺复张情况,目前可用于评估肺气体或者液体灌注情况。该研究通过动物实验探究了呼气末电阻抗与呼吸机介导肺损伤和肺超声与呼吸机介导肺损伤的关系。研究发现与LUS评分统计相关的主要变量是水/气比,LUS与肺复张指数密切相关;与呼气末肺阻抗差异统计相关的主要变量是肺实质所受到的应变。但是该研究还是存在一定局限性的,因为该研究是以解剖标志作为超声评估的参考点,因此,在整个实验过程中,超声的区域可能会略有变化。其次,这两种技术在临床上也应当探究他们的规律,从而为临床医疗的发展奠定基础。

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