读书报告丨通过EIT扫描测量肺通气和灌注预测ARDS的结局

文章概述

本研究使用电阻抗层析成像技术（EIT）测量未匹配的通气和灌注单位，预测ARDS的预后。研究发现未匹配单位的百分比是死亡的独立预测因子。此外，呼气末正压（PEEP）对未匹配单位的百分比和仅通气单位与仅灌注单位之间的比率的影响可能因ARDS的严重程度而异。通过EIT对通气/灌注匹配的床旁评估可能有助于ARDS的特征化，识别高死亡风险的患者，并指导个体化治疗。

研究背景

基于ARDS的病理和生理学，ARDS是一种严重的肺部疾病，其特点是肺泡和肺间质的炎症反应导致肺功能受损。ARDS患者肺内常同时存在无通气仅灌注的区域与无灌注仅通气的区域。而这些通气灌注不匹配的区域可能反映ARDS的严重程度并增加肺损伤的风险。尽管存在相关病理生理学的影响，但不匹配的通气和灌注并没有在床边进行常规评估。所以本研究是通过EIT量化床边不匹配通气和灌注，探讨其与ARDS患者死亡率的关系，并基于PaO₂/FiO₂和依从性探讨PEEP对不同ARDS严重程度患者亚组不匹配通气和灌注的影响。

研究方法

本研究是一项前瞻性研究，共纳入了50例入住意大利米兰Maggiore Policlino医院ICU的患者。研究对象为符合柏林定义的ARDS患者，需要进行气管插管、深度镇静和肌松，并接受控制性机械通气，同时需要有中心静脉导管。研究排除了年龄小于18岁、血流动力学不稳定、妊娠、EIT使用禁忌证等患者。研究过程中，患者的通气模式、潮气量、呼吸频率、呼气末正压和吸氧浓度由主治医生根据临床需要进行调整。患者保持半卧位。研究使用了专用的EIT带子，带有16个电极，固定在患者胸部的第五或第六肋间隙，并连接到EIT监测仪（PulmoVista® 500, Dräger, Lübeck, Germany）。EIT数据以50 Hz的帧率进行采集，并存储以供离线分析。在记录了5 min的基线EIT数据后，进行了持续20 s的吸气末屏息。屏息开始后的2 s内，通过中心静脉导管手动注射了10 ml的5%氯化钠溶液。在不到2 s的时间内注射生理盐水，通过肺循环产生阻抗稀释曲线，遵循典型的首次通过动力学（图1a)。以50 Hz的帧率记录EIT信号。EIT通气图（图1b，红色灌注图，蓝色通气图）是通过离线分析连续5个呼吸周期的平均值获得的。将EIT图像水平地分割成3个大小相同的相邻区域：腹侧、中间和背侧并根据测量的通气图分析（图1c上图：3个肺区灌注百分比（红色数字）和通气百分比（蓝色数字）。下图：通风与灌注图整合图，灰色区域为通风与灌注相匹配的单元）。

研究终点

• 探讨通过EIT测量的不匹配单位的百分比是否能预测ARDS的预后。

• 探索通气/灌注比的区域分布以及不匹配单位与ARDS病理生理学之间的相关性。

• 探索在不同ARDS严重程度亚组中PEEP对不匹配单位百分比和仅通气单位与仅灌注单位之间的比率的影响。

研究过程

研究对象、数据收集及分析

研究采用了50例入住意大利米兰Maggiore Policlinico医院重症监护病房的ARDS患者作为研究对象。在入组时，收集人口学数据、ARDS病因、ICU入院时简化急性生理评分II (SAPS II)、控制机械通气设置和动脉血气分析。采用吸气末和呼气末屏息法采集总PEEP、平台压、驱动压和呼吸系统顺应性。通气量比按前面描述的计算。方案结束后收集的结果数据包括：第28天住院死亡率和无呼吸机天数。使用t检验或威尔科克森（Wilcoxon）符号秩检验对患者亚组中的目标生理变量进行差异比较。进行多变量分析以预测临床结果（即死亡率和28天内的无创通气天数），并根据临床严重程度（SAPS II和SOFA评分）进行调整。通过构建受试者ROC曲线评估独立预测死亡率的指标的判别能力。

患者群体

患者主要特征见表1。重度ARDS (PaO₂/FiO₂≤100 mmHg和/或接受静脉-静脉体外膜氧合）9例（18%），中度ARDS（PaO₂/FiO₂>100 mmHg和≤200 mmHg) 23例（46%），轻度ARDS (PaO₂/FiO₂>200 mmHg和≤300 mmHg) 18例(36%)。中位PEEP为11 cmH₂O。驱动压力平均值为11±4 cmH₂O，平台压力平均值为22±4 cmH₂O。从插管到纳入研究的天数为2±4天（即早期ARDS），住院死亡率为26%（50例患者中13例）。10例（20%）患者在研究前采用俯卧位。

基于EIT的测量和临床结果

表2显示了整个研究人群、存活者与非存活者的临床严重程度、通气设置、eit基础通气和灌注参数。

非幸存者在ICU入院时的SAPS II较高（P<0.001）。相反，幸存者和非幸存者的驱动压力、呼吸系统顺应性、PaO₂/FiO₂比和通气量比（即CO₂清除效率）并无差异。非幸存者的不匹配单位比例较高(图2a)，仅灌注单位比例较高，仅通气/仅灌注单位比例较低（表2）。

调整后的多因素Logistic回归分析显示，在调整临床严重程度（SAPS II和SOFA评分）后，较高比例的不匹配单元是导致死亡率的唯一独立危险因素（OR 1.22, 95%CI 1.07～1.39, P=0.004）。对于不匹配单位的百分比，ROC曲线下面积为0.88（95%CI 0.79～0.97, P<0.001)（图2b)。不匹配单位的27%的截断值预测了敏感性为77%，特异性为87%，阳性预测值为67%，阴性预测值为91%。在调整临床严重程度（SAPS II和SOFA评分）后，较高比例的不匹配单位也是整个人群中第28天无呼吸机天数减少的唯一独立预测因子（r=−0.415，P=0.004）。当同样的分析只在幸存者身上进行时，相关性就丧失了。图3显示了2例不匹配单位百分比高、低的患者的代表性通气和灌注图像（图3a、b）。

通气和灌注分布

在整个人群中，肺腹侧通气的百分比高于肺背侧通气的百分比(腹侧通气32 [27-38]% vs背侧通气18 [13-21]%，P<0.001)，而灌注则相反(腹侧灌注28 [22-38]% vs背侧灌注36 [32 - 44]%，P<0.001)（图4a)。因此，腹侧通气/灌注比的相对值高于背侧(1.2 [0.9 - 13]v s. 0.9 [0.8-1.2]， P=0.016)(图4b)。仅灌注单位的较高百分比与较低的背侧通气相关(r=−0.486，P<0.001)(图5a)。

仅灌注单位百分比与PaO₂/FiO₂之间也存在微弱的负相关(r=−0.29，P=0.039)，表明背侧通气的丧失有助于肺内分流术引起氧合障碍(图5b)。

PEEP对通气/灌注匹配的影响

ARDS特征亚组患者通气/灌注匹配时PEEP与EIT衍生指标的相关性。在PaO₂/FiO₂比低于168 mmHg中位数的严重亚组中，较高的PEEP与较低的不匹配单位百分比相关(r=-0.387, P=0.056)，但在PaO₂/FiO₂比较高的亚组中则没有相关性(r=0.152, P=0.465)(图6)。

在依从性高于41 ml/cmH₂O中位数的患者亚组中，较高的PEEP与较高的通气/灌注单位比相关(r=0.386, P=0.056)，但在依从性较低的亚组中则无相关性(r=-0.193，P=0.351)(图7)。

研究结果

1. 不匹配单位的比例与ARDS的严重程度和临床结果之间存在相关性。

2. 高比例的不匹配单位可能意味着基线严重程度较高以及VILI（通气引起的肺损伤）风险较高，患者的死亡风险更高

3. 研究还发现不同ARDS严重程度的患者亚组中，PEEP对不匹配单位百分比和仅通气单位与仅灌注单位比率的影响可能因ARDS亚型的氧合和顺应性而有所不同。

研究结论

本研究通过使用EIT技术对ARDS患者肺仅通气和仅灌注单位的情况进行评估，识别死亡风险较高的患者，并为临床预后提供了预测指标。这一研究结果有助于更好地理解ARDS的病理生理学，并为ARDS患者提供个性化指导的治疗和管理。

研究优点

1. 使用EIT来定量评估ARDS患者中未匹配的通气和灌注：通过测量未匹配的通气和灌注的百分比，可以更准确地评估ARDS的严重程度，并预测患者的临床结局。

2. 探索未匹配的通气和灌注与ARDS病理生理学的相关性：未匹配的通气和灌注可能与肺泡闭合、肺泡表面活性物质耗竭和肺泡低碳酸血症等因素有关，这些因素可能导致通气和灌注不匹配的区域增加。通过研究这种相关性，可以更好地理解ARDS的发病机制。

3. 评估不同ARDS严重程度患者中PEEP的影响：通过研究PEEP对未匹配的通气和灌注的影响，可以为ARDS患者的个体化治疗提供指导。

研究不足

1. 样本数量有限：该研究只招募了50例患有ARDS的患者，样本数量相对较少。这可能限制了对结果的统计分析和推广性。

2. 缺乏对比组：该研究没有设置对照组，无法与其他类型的患者或健康人群进行比较。这使得难以确定未匹配通气和灌注单位与ARDS严重程度和预后之间的关系。

研究展望

1. 验证和改进EIT对通气/灌注匹配的评估：这项研究使用了EIT来评估机械通气的ARDS患者中仅通气和仅灌注的单位。后续研究可以进一步验证EIT在评估通气/灌注匹配方面的准确性，并探索改进EIT技术以提高其精确度和可靠性。

2. 研究ARDS亚型的通气/灌注匹配差异：这项研究提到，ARDS患者的通气/灌注匹配可能因氧合和顺应性的不同而有所差异。后续研究可以进一步探索不同ARDS亚型之间通气/灌注匹配的差异，并确定与不同亚型相关的预后和治疗反应。

3. 探索通气/灌注匹配与ARDS预后的关系：这项研究发现未匹配单位的百分比是ARDS患者死亡的独立预测因子。后续研究可以进一步探索通气/灌注匹配与ARDS预后的关系，并确定通气/灌注匹配作为ARDS严重程度和预后的指标。

4. 个体化治疗指导：根据这项研究，通过EIT评估通气/灌注匹配可以帮助识别高死亡风险的患者。后续研究可以进一步探索如何利用通气/灌注匹配信息来指导个体化的ARDS治疗策略，以提高患者的预后。

研究意义

本研究的理论意义在于证明了EIT可以用于评估ARDS患者中未匹配的通气和灌注单位，并且未匹配单位的百分比是死亡的独立预测因子。实践意义在于EIT可以用于个体化治疗的指导，帮助识别高死亡风险的患者，并改善ARDS的特征化和预后评估。