側臥位單肺通氣(OLV)的時候，動脈氧合常常由於非通氣側的強制性分流而受損，在通氣側肺，由於肺不張的產生造成通氣肺容量減少以及通氣-灌註失調導致氧合進一步減少。應用呼氣末正壓（PEEP）可以改善通氣側肺的肺內分流。然而，目前的研究結果是存在矛盾的，有些研究顯示PEEP可以持續改善氧合，而有些則認為其對患者氧合無益甚至會惡化氧合。這種矛盾的部分原因可能在於不同研究中PEEP和潮氣量（VT）之間相互影響的不同。事實上，此前的研究中，OLV期間使用的VT在6-10ml/kg之間。大潮氣量本身可通過肺不張區域減少而降低肺內分流，但這種策略可能有害，會造成肺損傷並促進細胞因子產生。因此，OLV期間的正確VT成為研究重點，近期研究結果表明OLV期間，將潮氣量設為4-5ml/kg理想體重（PBW）較為合適。
由於低潮氣量更可能引起肺不張，本研究的目的在於探究低潮氣量單肺通氣時使用較高的PEEP是否既可通過減少分流改善氧合，又可通過降低驅動壓改善呼吸力學/肺力學。因此，在胸腔鏡手術患者單肺通氣（4-5ml/kg PBW）期間，我們應用不同水平的PEEP（0，5和10cmH2O），監測通氣/血流比值和呼吸力學，嘗試描述增加PEEP後的生理效應。
材料與方法
本文收集並分析了2016年1月至11月在費拉拉大學醫院（義大利）全身麻醉下行胸腔鏡手術的41位患者數據。本研究已獲我院倫理委員會批准並在clinicaltrial.gov完成註冊，且在術前與患者籤署知情同意書。
選擇年齡超過18歲、ASA分級I-III級、需單肺通氣和側臥位的電視輔助胸腔鏡手術進行選擇性肺葉切除或肺切除的患者。排除血流動力學不穩定（收縮動脈壓低於80%基線值）、嚴重慢性呼吸衰竭（全球阻塞性肺病倡議3或4期的慢性阻塞性肺疾病患者）、術前血紅蛋白低於10g/ml、需臨時改為開胸手術、計劃短於30分鐘手術的患者。
所有患者術前常規按照美國胸科協會標準取坐位，測肺功能。測量項目包括：肺總量、FEV1、FVC、ERV、KCO。所有患者行全身麻醉，全麻誘導前於T3-T6間隙硬膜外置管並注射3ml0.25%布比卡因。
所有患者在誘導期間均使用80%的吸入氧濃度，防止術後肺不張的發生，誘導使用丙泊酚（1.5-2mg/kg），芬太尼（3ug/kg)，羅庫溴銨（0.6mg/kg)誘導插管。誘導後插入型號合適的雙腔管（帶側孔），纖維支氣管鏡引導定位。術中以丙泊酚（150-200μg·kg -1·min–1），瑞芬太尼（0.1-0.2μg·kg-1·min–1）和順式阿曲庫銨（2μg·kg-1·min–1）維持。平衡液以3ml·kg-1·h-1 速率輸注。
患者使用Drger Primus呼吸機的方形血流波形通氣。在雙肺通氣期間，VT設定為6-8 ml/kgPBW和0 PEEP。在OLV期間，根據實驗方案，將VT降至4-5ml/kgPBW，PEEP為0至10cmH2O不等。FiO2設為可維持外周血氧飽和度（SpO2）等於或大於92％。吸-呼氣比設為1：2，調整呼吸頻率以維持動脈PaCO2在40-60mmHg。
呼吸力學通過前文所述的常數V』/快速閉塞法來評估。通過增加吸氣末暫停至40%來獲得吸氣末閉合容量。驅動壓(ΔP)通過平臺壓減去PEEP來計算，肺動態順應性（CRS）計算公式為Vt/（吸氣末平臺壓-PEEP）。
患者使用Dräger Infnity C700 監護儀常規監測心電圖、SpO2、呼氣末二氧化碳，並通過動脈置管連續監測動脈血壓。後者按照我院有創血壓監測標準於全麻誘導前、局麻下進行，並常規採集樣本行動脈血氣監測，動脈採樣後在均在三分鐘內進行動脈血氣分析。並且每位患者均使用BIS進行麻醉深度監測。
肺內分流和V/Q的測量用到的是Automatic Lung Parameter Estimator （ALPE）測量系統，為了測量患者的V/Q比值，需要研究人員改變三到四次的吸入氧濃度，在各個氧濃度下，分別測量患者通氣量、氧耗、SpO2、CO2產生量以及吸入呼出氣體的O2和CO2含量。通過在呼吸迴路中插入採樣管自動進行流速、O2和CO2測量，SpO2監測於手指上進行。同時，根據動脈血氣血氣定標估計出酸鹼平衡和PaCO2等參數。這些參數用來在肺三室模型中標定通氣和灌注情況，兩個通氣和灌注室以及一個單獨灌注室，描述肺分流術。這個模型同時考慮了很多肺外因素包括酸鹼平衡、血紅蛋白含量、血紅蛋白與氧非線性結合、心輸出量和測得的耗氧量。該模型和之前在ICU患者中使用的一樣，假定心臟指數為3.7L·min–1·m–2 。以格翰和喬治的公式，根據身高和體重來計算體表面積。通氣和灌注的參數估計如下示。眾所周知，改變吸入氧濃度可以用來確定有無發生肺內分流，當存在吸入氧濃度100%的時候依然存在氧合問題，那麼一定存在肺內分流。吸入氧濃度為100%的時候，會增加吸收性肺不張的風險，所以ALPE系統的原則也是，當確定發生肺內分流的時候，提高吸入氧濃度並無益於SpO2的上升。而在低V/Q處，提高吸入氧濃度則可以提升SpO2。因此，通過這樣幾次調節吸入氧濃度，該系統可以估算出是否發生了分流或者是低V/Q。同時ALPE還考慮呼氣末肺毛細血管排除CO2能力對高V/Q分流、低V/Q分流的影響。為了便於理解，從ALPE分析中獲得的通氣和灌注估計值被轉換成指數，用來描述高V/Q和低V/Q區域。低V/Q失衡意味著肺泡血液與氣體之間氧分壓差低，例如，10Kpa的低V/Q指數意味著要把吸入氧濃度提高10%才能改善氧合。而高V/Q常有CO2氣體排出不夠，預示血流分流短路過多開放，呼氣末肺毛細血管排除CO2的能力下降。該系統已經在很多患者中適用。
研究方案
於術前患者仰臥位、PEEP值為0、雙肺通氣時，測量TLV基線值（1），側臥位開始OLV且非通氣側肺塌陷後再次測量（2）。立即將非通氣側的氣管導管斷開（圖1），與大氣相通，待評估過肺內分流、呼吸力學和在ZEEP下氣體交換後，我們以隨機順序對其增加5或者10cmH2O的PEEP，並維持15分鐘以達到平衡。由計算機生成數字進行隨機化。分別測量呼吸力學、血流動力學和氣體交換參數。技術路線圖如圖1所示。
統計分析
使用SPSS 20.0進行統計分析。數據的正態分布使用Shapiro-Wilk正態檢驗。數據以均值±SD或中位數（四分位間距）描述。不同PEEP水平測量結果差異的正態分布和非正態分布的變量分別用重複測量方差分析和Friedman秩和檢驗。多重比較通過Bonferroni矯正P值。治療效果表示為平均差異和95％CI或中位差異（四分位間距）。Pearson積矩相關R方分析用於分析相關性。相關性強度取決於r的絕對值（0.20-0.39為「弱」,0.40-0.59為「中等」，0.60-0.79為「強」）。所有針對主要和次要結果的分析均為預先計劃好的；此外，確定一組患者的ΔP未隨PEEP升高而下降後，進一步進行事後亞組分析以描述生理變量。進行雙尾統計假設檢驗，P≤0.05認為差異有統計學意義。
樣本量計算
根據主要觀察結果來推算樣本量：側臥位OLV患者在增加PEEP的條件下，肺內分流情況的改善。基於至少90%的功率，在使用5cm的水採用配對t檢驗，α=0.05時從38±5%到34±7%，需要監測40名患者分流分數的平均差異。這與先前研究OLV期間VT為10 ml/kg時PEEP的影響時觀察到的分流分數差異一致。最終共招募50名患者，由於退出實驗、參與中斷以及計劃外轉開胸手術等原因，脫落率為20%。使用medcalc軟體（版本9.3.6.0）進行樣本量分析。
結果
研究人群
在50名患者中，最終41名完成了研究，其臨床和人口統計特徵如表1所示。數據均無缺失。雙肺通氣期間，PEEP為0時，肺內分流率為 19% (9-23)，CRS為36.2±10ml/cm H2O，∆P of 13 ±4cm H2O.改為OLV時，當PEEP仍為0時，分流率升至33% (27-45)，而CRS降至22±5ml/cmH2O ，∆P 升至16± 3 cm H2O. 血流動力學在整個實驗過程中均沒有變化（表2）。
PEEP對通氣/血流比例和呼吸力學的影響
在單肺通氣期間，PEEP從0cmH2O增加到5 cmH2O再增加到10cmH2O導致分流比例下降分別為5％（0-11）和11％（5-16）（P <0.001），而同時CRS從 3ml/cm H2O (CI1.4 - 4.6) 增加至6.7ml/cm H2O (CI 4.7-8.5)(P < 0.001)。PEEP為10cmH2O時，驅動壓力從0cmH2O±2cmH2O正呼氣末壓力下的16±3cmH2O降至12±3cmH2O（P <0.001）。不管PEEP水平如何，高V/Q比值在雙肺通氣和單肺通氣之間沒有顯著差異（圖2）。研究結果呈現一定趨勢：高V/Q區域，PEEP為10cmH2O時，ΔP隨PEEP增加而增加。與PEEP為0cmH2O相比，PaO2/ FiO2比率僅在PEEP為10cmH2O時顯著增加，281（129-243）mmHg VS 142（96至168）mmHg（P <0.001）。
單肺通氣期間分流嚴重程度的預測因子
在ZEEP（PEEP為0）期間，OLV期間ERV(補呼氣量)與分流量之間存在強烈的負相關（r ＝-0.79；r2= 0.62；P<0.001）（圖3）。PEEP為5cmH2O和10cmH2O也存在相似關係，但相關性較弱（r=-0.72；r2=0.52；P<0.001）及（r=-0.58；r2=0.40）。此外，KCO（轉移係數)和分流之間存在中度相關性（r=-0.47；r2=0.23；P=0.04），體重指數與分流之間呈弱相關性（r=0.33；r2=0.12；P=0.03）。
討論
本研究的主要發現為：在單肺通氣期間行「保護性」小潮氣量通氣的患者中，需10cmH2O的PEEP來降低分流分數和驅動壓力以增加氧合。在接受全身麻醉和肌肉鬆弛的患者中，伴有肺不張發生的FRC減少會損害通氣/血流比例。在單肺通氣期間，非通氣側肺中通氣不足以及通氣側肺中麻醉引起的肺不張可進一步導致通氣/血流比例失調和缺氧。但是，未得出單肺通氣期間用以改善氧合的正確PEEP值。這可能是由於分流受呼吸模式特別是VT與PEEP之間相互作用的高度影響。最近，「肺保護通氣」的概念從ARDS擴展到了麻醉領域，強調儘量減少肺不張和過度膨脹，提倡使用小潮氣量和「合適」的PEEP水平。然而，與推薦的用於雙肺通氣期間的保護性通氣相比，單肺通氣可能需要更低的潮氣量。相較於10ml/kg的潮氣量，在胸科手術中，潮氣量設置為5ml/kg時，可以降低TNF-α、IL-8和IL-10的水平。值得注意的是，動物實驗表明，10ml/kg的潮氣量更易導致因通氣不均而造成的肺損傷。Qutub等人的研究進一步證明小潮氣量在單肺通氣中的角色，與4ml/kg的VT相比，8ml/kg甚至是6ml/kg的Vt都會加重肺水腫。因此，Lohser和Slinger建議，在OLV中，潮氣量設置為4或者5ml/kg PBW較為合適。然而，使用小潮氣量可能會加重通氣側肺不張的可能性。Cereda等人的研究表明，急性肺損傷病人中，使用小潮氣量可致肺順應性下降，但是使用適當的PEEP可以減輕這一作用。設置小潮氣量而不加用PEEP時，確實容易加劇肺不張和術後肺部併發症的發生。
我們建議當潮氣量設置為4-5ml/kg的時候，將PEEP值設定為10cmH20，因5cmH20的PEEP確實不能夠改善氧合，降低肺內分流和驅動壓（圖2）。近年來，Neto等人的研究表明，術中驅動壓力越高，術後肺部感染的風險也隨之上升，這在接受胸科手術的患者中也一樣。值得注意的是，我們的患者在不使用PEEP時，有大部分（65%）的患者ΔP都超過了14cmH2O，且最近的研究描述了這種ΔP的降低與ARDS患者死亡率之間的顯著關聯。鑑於我們的患者在OLV時使用10cmH20的PEEP後，ΔP從16±3cmH20降到12±3cmH20(P < 0.001)，而且ΔP超過14cmH20的比例也大大減小（29%），我們建議在OLV期間聯用小潮氣量和相對高的PEEP以降低患者術後肺部併發症的發生。然而，我們的研究並沒有設計研究呼吸策略對臨床結果的影響，需要進一步的研究來證實這一點假設。
但也有一種說法，儘管使用了小潮氣量，單肺通氣期間使用PEEP還是會使肺泡過度膨脹。在我們的研究中，我們測量了高V/Q區並作為一個標記,發現無論是增加5還是10cmH20的PEEP，聯用小潮氣量的時候，都不會增加死腔量。基於這些研究結果，我們認為使用PEEP不會引起肺泡過度膨脹。然而，在ARDS的文獻中經常可以看到，肺泡過度膨脹通常以CT以及過度充氣和生理無效腔的關係來評估（西區1）。有趣的是，我們觀察到一個不太顯著的趨勢，僅在少數患者中PEEP增加導致了高V/Q（6/41;15%），且驅動壓沒有隨PEEP增加而降低。在這部分對增加PEEP而缺乏相應生理性反應，降低驅動壓的患者中，同樣也存在肺內分流，患者的中位值變化很小(PEEP 0: 32% ; PEEP 5: 33% ; PEEP 10: 28% )。
因為接受胸外科手術的病人，都存在不同程度的肺內分流，大概20-30%,我們調查了可能的分流決定因素並預測了術中低氧血症的高風險因素。有趣的是，我們發現術前ERV與肺內分流率有很強的負相關（r=-0.79；r2=0.62）（表3）。其他肺活量測定參數，如第1秒用力呼氣量、FVC和Tiffenau指數，則不適用。而其他臨床或肺活量測定變量則對肺內分流（KCO）預測水平較弱（體重指數和FVC/肺活量）。術前ERV和術中分流之間的關係可以用兩種因素來解釋。第一，FVC和ERV本身就受麻醉的影響而降低。第二，如果患者本身術前ERV就很低，那麼全麻會進一步降低，並且導致功能殘氣量低於閉合容量。Rothen等人[44]之前證實，當閉合容量大於功能殘氣量的時候，肺內分流增多。PEEP可以增加ERV，使其大於閉合容積，減少分流，從而減弱本研究中術前ERV與圍術期分流的關係。
我們的研究也有一定的局限性。首先，儘管整體分流水平與之前的文獻報導的相似，但是這是一個單中心的研究。我們的研究結果可能會受當地外科和麻醉水平的影響。第二，本研究中使用的通氣灌注匹配評估技術採用三室肺模型。與氧合指數（如pao2/fio2）相比，該模型在描述數據方面有了實質性的改進，但還並不是多惰性氣體消除技術（MIGET）中使用的複雜的50室模型，這是評估氣體交換的參考方法。
儘管我們這項技術要比上述的方法要簡單，但是卻很好的適用於MIGET的數據,該模型與MIGET相似，可以精確的模擬動脈氧合。因此，考慮到MIGET技術花費高昂，該方法可作為床邊評估V/Q的一種方法。雖然這裡使用的模型涵蓋了幾個肺外參數，但是並沒有測量心輸出量，只是默認其為一個常數。這對於評估患者的肺內分流來說可能是個潛在的誤差來源，應為PEEP可能會通過幾種機制來影響心輸出量，例如降低心臟前負荷或者是增加右心後負荷。然而，過往的研究表明，在OLV期間，對通氣側肺加用PEEP，對於心輸出量來說並無太多影響。甚至積極的肺復張時也只是對CO有著輕微的影響。此外，之前對於該模型的驗證研究表明，CO每改變一升，肺內分流估計值會隨之改變2%。還應值得注意的是，表2所述的高V/Q值代表的是肺水平的氣體交換的一個功能性的描述，而是通常CT所說測量到的一個解剖性的評估。最後，儘管我們的研究結果顯示增加PEEP的短期生理效應是積極的，但仍需進一步研究，以確定保護性OLV與10cmH20的PEEP聯合應用是否會改善術後結局，或者對於某些患者來說，是否更高的PEEP會對他們有益處。
總之，本研究表明，在低潮氣量單肺通氣期間，加重合適的PEEP從而防止術中驅動壓以及肺內分流升高尤其重要。PEEP值設置為10cmH2O可能較為合適，我們的研究表明，設置PEEP水平可以不必考慮高V/Q。本結果對於設計OLV期間的肺保護通氣方案具有潛在的臨床意義。