Critical Care Medicine：呼吸机相关性肺损伤的肺超声和电阻 抗断层成像

翻译 梁珍婷/黎毅敏 广州医科大学附属第一医院重症医学科

审校 徐静媛 东南大学附属中大医院

目的：机械通气过程中的肺损伤涉及肺容积和肺泡含水量，肺超声（lung ultrasound，LUS）和 电阻断层抗成像（electrical impedance tomography，EIT）的变化与这些变量相关。本研究 探索了这些技术是否可以检测到呼吸机相关性肺损伤（ventilator-induced lung injury， VILI）发展过程中的信号改变。

设计：动物实验研究。

地点：一所大学医院的实验室。

实验对象：42只雌性猪（24.2 ± 2.0 kg）。

干预：动物被随机分为三组（n = 14）：高潮气量组（tidal volume，VT）（平均VT，803.0 ± 121.7 mL）、高呼吸频率组（respiratory rate，RR）（平均RR，40.3 ± 1.1次/min）和高呼气末正压组 （positive-end-expiratory pressure，PEEP）（平均PEEP，24.0 ± 1.1 cm H2O）。本研究持续 48小时。在基线时和实验开始30分钟，以及随后每6小时记录血管外肺水、呼气末肺容积、肺 应变、呼吸力学、血流动力学和气体交换。在同一时间点，记录相对基线的呼气末阻抗。每12小 时使用LUS在12个肺区域分别评估一次，每次得分从0分（存在A线）到3分（肺实变）。

测量与主要结果：在多因素回归模型中，血管外肺水和呼气末肺容积之间的比值与LUS总评 分显著相关（P < 0.002；校正后R2 ，0.21）。与呼气末肺阻抗差值独立相关的变量是肺应变（P < 0.001；校正后R2 ，0.18）和血管外肺水（P < 0.001；校正后R2 ，0.11）。

结论：数据显示如下：首先，决定LUS评分的是水/气比值，而不仅仅是肺水。因此，需要注意当 肺气体容量变化导致LUS评分改善，如PEEP增加后。其次，应变是呼气末肺阻抗差值的决定 因素，可能破坏细胞间连接。此外，在VILI发展过程中，血管外肺水的增加导致阻抗的降低。

专家述评

叶伟炎/黎毅敏 广州医科大学附属第一医院重症医学科

呼吸监测是接受机械通气的急性呼吸衰竭患者评估和管理的重要手段；胸部CT检查常常被视为呼吸监测的“金标准”，但因涉及患者转运和具有辐射，无法作为常规的动态监测手段，因此急需开发旁边、无辐射、非侵袭、便于操作、重复性好并具有高灵敏性和准确性的呼吸监测方法。肺部超声（lung ultrasound，LUS）和肺电阻抗成像（electrical impedance tomography，EIT）作为旁边、实时、无创、无辐射的重要检查手段，近年来逐渐受到大家的关注并展示出广泛的运用前景。

Steinberg等研究者发表在《Critical Care Medicine》的一项研究中，通过对其团队先前发表于（Anesthesiology 2020; 132:1126–1137）的机械能与肺损伤的研究的二次分析，为LUS和EIT在呼吸机相关性肺损伤的监测的作用提供了崭新的观点。该研究将42只健康雌性猪分成6组，使用基于两个不同机械能水平的三种呼吸机诱导肺损伤的通气策略[高潮气量（tidal volume，VT）、高呼气未正压（positive-end-expiratory pressure，PEEP）和高呼吸频率（respiratory rate，RR）]行48小时有创机械通气，同时动态在多个时间点进行了LUS检查和持续EIT监测，记录了血管外肺水（extravascular lung water，EVLW）、呼吸未肺容积（end-expiratory lung volume，EELV）、肺应变、呼吸力学、血流动力学和气体交换等数据。该研究发现在预测LUS评分的多元线性回归模型中，唯一与LUS评分显著独立相关的因素为水/气比（water/gas比值，即EVLW/EELV）并非单独的EVLW或EELV，这一结果提示我们应该谨慎地使用（特别是在考虑长期动态监测）LUS单独估计EVLW或肺气体含量。而在EIT的分析中，作者发现三种呼吸机相关肺损伤模型中，呼气末电阻抗（end-expiratorylung impedance，EELI）都随着通气时间的延长明显下降；EVLW和肺应变是可持续预测呼气末肺阻抗变化（ΔEELI）的独立因素。特别值得注意的是，在高PEEP模型组的实验动物肺电阻抗的降低更为显著，作者提出的可能解释为较高的肺应变导致肺实质细胞间的紧密连接被破坏，从而有利于电流信号的传导和导致肺组织电阻抗的下降。可见在高PEEP（或应变）的患者中，随着机械通气时间的延长，肺阻抗的下降可能意味着肺体积的减少或过度增加，EIT在这种情况下对患者肺部充气情况的评估可能并不准确。

这些结果看起来似乎都提示着我们，LUS和EIT仍然存在局限性，尚不能作为长期呼吸监测的工具。但是，我们并非就此放弃LUS和EIT，而应该需要更多的研究，改进定量方法可以提高它们的监测精度，进而更好地发挥他们的作用。首先，作者使用了三种通气策略均为临床上不常用的损伤性的机械通气策略，这些结果提示我们在使用LUS和EIT监测患者肺部变化时，应该考虑长时间的机械通气和不同机械参数对肺组织的影响；其次，不管是LUS还是EIT，我们都要结合患者的肺的病理生理变化综合思考，分析其结果背后可能提示肺的病理生理变化；该研究使用了健康的猪作为呼吸机相关性肺损伤的模型，而我们在临床上面对的患者则更为复杂，如患者存在肺基础疾病（如COPD或肺纤维化）的发生、胸水、液体复苏等都可能影响EIT和LUS的结果；第三，进一步开发全新的定量方法和基于计算辅助或人工智能的算法，提高EIT和LUS检查的精准性；最后，不管是EIT或者是LUS检查，其检查结果都不应该单独使用和解读，而是应该与其他监测手段的结果整合进行综合分析。我们期待在这一领域有更多基础研究和临床研究发表，推动LUS和EIT作为临床呼吸监测的手段的广泛应用，改善急性呼吸衰竭患者的预后。

专家述评

孙骎/杨毅 江苏省重症医学重点实验室，东南大学附属中大医院重症医学科

如何评价机械通气患者的肺损伤程度是临床面临的重要问题，而CT检查尽管能提供详尽的影像学信息，但临床可操作性低、无 法持续动态监测等因素限制了其在重症患者中的广泛使用。超声和EIT是近些年逐步推广的可实现持续、动态、无创的肺损伤监测的 新技术，Gattinoni等在近期的一项研究中再次探讨超声和EIT技术在评价肺水肿程度、肺容积等指标的准确度和可靠性[1] 。研究在动物 实验中心进行，以42头猪作为实验对象，此研究是对之前一项不同机械能对VILI影响的实验的二次分析。研究将动物分为3组，分别为 大潮气量组、高呼吸频率组和高PEEP组，每组再分为2小组，设置15和30 J/min的机械能目标。研究过程中，通过超声采集5个肺区域的 图像并评分，EIT收集肺通气相关数据，并通过PiCCO获得血管外肺水、氮气洗脱法测量FRC后计算应力应变等指标。本研究中，水气比 是指血管外肺水与呼气末肺容积的比值[2] 。

研究将肺超声评分和EIT监测到的肺阻抗变化值与常用的反应肺损伤的指标如血管外肺水、呼气末肺容积、应力、水气比等进行 相关性分析，发现水气比是与LUS评分相关的最重要的指标，当LUS评分随时间的变化与通气设置的变化（特别是PEEP）相关时，必须 警惕；而应力则是与肺阻抗变化最相关的指标。

如何解释这些结果？肺超声检查及LUS评分最早应用于心源性肺水肿的评估，近几年逐步应用于非心源性肺水肿及ARDS病理生 理改变的评估与监测[3,4] 。Chiumello等的研究也证实了LUS评分评估未通气、通气降低和正常通气的肺组织百分比的可靠性[5] 。需要注 意的是，CT可以精确地反映肺通气的情况及肺复张后通气增加的比率，而LUS评分在肺复张后容积的变化方面存在局限。本研究同样 发现，LUS评分与肺内气体含量本身无显著相关性，但LUS评分与水气比存在很好的一致性。这提示LUS评分并不能识别气体从过度 通气的肺泡转移到塌陷肺泡的病理生理改变。当PEEP增加时，尽管塌陷肺泡和过度膨胀肺泡的比例可能未发生显著变化，但由于水气 比降低，监测到LUS评分也相应降低[6] 。因此，LUS评分的降低并不一定提示肺部病变的改善，一些机械通气设置的变化如高PEEP、肺 复张等，也可能导致LUS评分下降，在统一的机械通气条件下比较LUS评分才能更准确地评估肺部损伤的严重程度。 EIT是一种新型的床旁肺通气监测技术，可实时显示肺部通气分布，具有连续监测患者的肺区域性通气状态及其对治疗反应的优 点[7] 。本研究发现与EIT呼气末阻抗值变化最相关的变量是肺应变，其次是血管外肺水和呼气末肺容积。在亚组分析中发现，呼气末肺 容积与呼气末肺阻抗变化值呈负相关，从生理学的角度来解释，可能过大的应变导致了肺组织间连接的断裂，从而抵消了阻抗的变 化。肺应变是临床可采用的反应肺损伤的重要指标[8] ，但需要相应的设备来测量FRC及呼气末肺容积等指标才能计算得到具体的应变 数值[9] 。

EIT通过监测电阻抗的变化，提供了一种可替代的监测手段，但由于其需要关注两次呼气末阻抗的变化值，这种阻抗分析变化 在床边是不容易获得的。

参考文献 

1. Steinberg I, Pasticci I, Busana M, et al. Lung Ultrasound and Electrical Impedance Tomography During Ventilator-Induced Lung Injury. Crit Care Med. 2022 Jul 1;50(7):e630-e637.
2. Vassalli F, Pasticci I, Romitti F, et al: Does iso-mechanical power lead to iso-lung damage?: An experimental study in a porcine model. Anesthesiology 2020; 132:1126–1137.
3. Jambrik Z, Monti S, Coppola V, et al. Usefulness of ultrasound lung comets as a nonradiologic sign of extravascular lung water. Am J Cardiol 2004; 93:1265–1270.
4. Costamagna A, Pivetta E, Goffi A, et al. Clinical performance of lung ultrasound in predicting ARDS morphology. Ann Intensive Care 2021; 11:51.25 Critical Care Medicine
5. Chiumello D, Mongodi S, Algieri I, et al. Assessment of lung aeration and recruitment by CT scan and ultrasound in acute respiratory distress syndrome patients. Crit Care Med 2018; 46:1761–1768.
6. Cressoni M, Chiumello D, Algieri I, et al. Opening pressures and atelectrauma in acute respiratory distress syndrome. Intensive Care Med 2017; 43:603–611.
7. Hinz J, Hahn G, Neumann P, et al: End-expiratory lung impedance change enables bedside monitoring of end-expiratory lung volume change. Intensive Care Med 2003; 29:37–43.
8. Motta-Ribeiro GC, Hashimoto S, Winkler T, et al. Deterioration of Regional Lung Strain and Inflammation during Early Lung Injury. Am J Respir Crit Care Med 2018 10 01;198(7).
9. Rezoagli E, Laffey JG, Bellani G. Monitoring Lung Injury