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摘要
越来越多的观察发现，一些COVID-19患者肺顺应性正常，但与典型的急性呼吸窘迫综合征(ARDS)不同，存在明显的低氧血症。我们假设肺血液分布的变化可能是部分原因，并使用CT扫描的功能呼吸成像来计算肺血容量。我们发现COVID-19患者的小口径血管(此处定义为< 5mm)的血容量明显减少2横截面积)与匹配的ARDS患者和健康对照组比较。这表明单独使用高水平的PEEP可能不足以为这些患者充氧，可能需要额外的管理策略。
- 急救护理
- ARDS
- / CT成像
- 核磁共振成像
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介绍
COVID-19大流行导致一部分患者进展为呼吸衰竭，需要机械通气。1这在全球范围内对医院的通气能力和个体患者的通气策略都造成了重大挑战。处理急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的传统方法包括使用高水平呼气末正压(PEEP)的机械通气，通过对肺泡施加机械压力和压缩位于间隙内的渗漏毛细血管来招募肺。2这种高PEEP的使用减少了右至左分流，并允许吸入的氧合部分有效地为血液充氧。
然而，越来越多的观察到，一些COVID-19患者出现呼吸衰竭并明显低氧血症，但肺功能保留正常顺应性，这与典型的ARDS不同。3.其机制尚不清楚，但一些研究小组假设可能是血管异常反应引起的。我们通过应用一种新的图像分析方法来研究这些患者肺部的血容量和分布，进一步研究了这一点。
功能呼吸成像(FRI)通过CT扫描创建气道和肺血管的3D重建，以计算气道大小和肺循环中的血容量。4个5与吸烟有关的慢性阻塞性肺疾病的特征是小血管的远端修剪，其变化的大小预测疾病的临床严重程度。4研究表明，肺内血容量的计算机模型与血管变化的组织学标记有很强的相关性。6
方法
我们使用FRI结合自动血管分割算法对Hessian矩阵进行特征值分析来增强和识别管状结构，并根据形状分析返回每个体素属于管状结构的概率。为了解释CT切片厚度对结果的影响，进行了敏感性分析。根据< 5mm血管的横截面积计算血容量2定义为小血管(BV5)和bbb10毫米2作为大型船只(BV10)，正如其他人之前定义的那样。6为了解释个体之间肺容量的差异，我们计算了每个患者血管内的血容量占肺部总血容量的百分比。
我们对来自英国第三肺中心的10名插管的COVID-19患者(9名在静脉-静脉体外膜循环(VV-ECMO)开始时进行)的CT扫描进行了FRI，并将其与7名未插管的COVID-19 ARDS患者和107名健康志愿者的回顾性数据进行了比较。这项研究得到了皇家帕普沃斯研发委员会的批准(参考编号:S02467)。COVID-19患者在10厘米小时的PEEP下进行扫描2O;ARDS患者在PEEP 0和20 (图1）.各组比较均采用Kruskal-Wallis检验;采用Mann-Whitney检验计算组间比较。采用R V.3.6.1 (R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria)软件进行统计分析。
(A) COVID-19患者的血管血流。(B)急性呼吸窘迫综合征患者的血管血流。颜色表示血管的横截面积。ARDS，急性呼吸窘迫综合征。
结果
这些组在年龄、性别、身高和患病率方面是相匹配的。COVID-19患者的身体质量指数(中位数31，范围28.4-35.1)高于ARDS患者(中位数26，范围24.8-28.4)(p=0.015)。FRI结果显示，各组大鼠血容量分布存在差异(图2和3）.COVID-19患者的小口径肺血管(BV5)内总血量明显减少，BV5定义为横截面积< 5mm的血管2)与ARDS和健康对照组相比(p=0.005, COVID-19 vs ARDS PEEP0;p=0.005, COVID-19 vs ARDS PEEP20;p<0.001, COVID-19 vs健康)。相反，它们在大口径血管内的血容量比例(BV10，横截面积为bbb10 mm)明显更高2) (p=0.007 COVID-19 vs ARDS PEEP0, p=0.009 COVID-19 vs ARDS PEEP20, p<0.001 COVID-19 vs健康)。新冠肺炎组血压、动脉pH、右心室功能均在正常范围内。两组间肺总血容量相似。
通过横截面积(0 - 20mm)测量的所有血管的血流量总量2）.(B)以横截面积(0-100 mm)测量的所有血管的血流量总量2）.COVID-19患者在PEEP 10 cmH下进行扫描20，在正压20厘米时的ARDS2ARDS，急性呼吸窘迫综合征。
(A)盒须图显示了研究组和相应的横截面积< 5mm血管的血容量比例2。(B)箱须图显示研究组和相应的横截面积为bbb10 mm的血管的血容量比例2。ARDS，急性呼吸窘迫综合征;BV5，血管容积小于5mm2;BV10，指血管容积大于10mm的血管2;TBV，总血管容积。所有组间比较均采用Mann-Whitney检验。
讨论
我们的研究结果表明，在COVID-19中看到的气体交换受损可能部分是由于血液从小口径肺血管重新分配的结果。其机制可能是由于肺动脉远端血管收缩或微血栓的存在或两者兼而有之，导致血管阻力增加。COVID-19患者的血栓性并发症发生率很高，荷兰一项大型重症监护病房研究显示，31%的患者出现并发症，包括急性肺栓塞、深静脉血栓形成和缺血性中风。7死后研究显示，尽管抗凝治疗，但经常出现肺微血栓。8最近，在一些儿童中报道了类似川崎病的血管炎症谱，作为晚期后遗症。9
本研究的主要局限性是调查的患者数量较少，并且COVID-19患者在VV-ECMO开始时进行了扫描，因此与ARDS组相比，可能具有更严重的肺部疾病谱。然而，鉴于COVID-19组的心脏指标(CT扫描时测量)在正常参数范围内，并且各组间肺总血容量(FRI测量)没有差异，这表明血液分布存在内在差异，与心功能或肺血管内血总量无关。有趣的是，我们没有发现ARDS患者和健康志愿者之间肺血液分布的差异。在标准ARDS中，肺感染引起的肺泡损伤是低氧血症的主要驱动因素，没有明确的证据表明小血管异常，但也可能是我们的ARDS样本量不够大，无法确定这些。
我们的发现与最近的一项尸检研究一致，该研究发现，与匹配的ARDS组相比，COVID-19患者肺泡微血栓的发生率是其负担的9倍。双肺损伤模式与弥漫性肺泡损伤和血管周围t细胞浸润一致。然而，COVID-19组显示血管小，毛细血管结构性变形，毛细血管拉长，并随着肠套接柱的存在而突然改变口径。10这提示组织学上小血管紊乱，我们的放射学分析证实了这一发现。我们的数据也证实了其他人的建议，高PEEP招募肺部可能不利于这些患者1但是，增加小血管血流量的措施，包括充分的抗凝治疗，如果考虑到肺微血栓或使用肺血管扩张剂，应考虑作为这些患者整体管理策略的一部分。应该进行更大样本量的进一步研究来证实我们的发现。
脚注
推特@blackmaccat
贡献者MT和AR设计了这项研究。CP和TM收集数据。JDB、MLL和WD进行功能呼吸成像分析。MT、AR和EMS对数据进行分析，EMS进行统计分析。所有作者都参与了手稿的撰写。
资金这组作者还没有从公共、商业或非营利部门的任何资助机构为这项研究宣布具体的资助。
相互竞争的利益JDB, MLL和WD是Fluidda NV的员工，他们进行了功能性呼吸成像分析。MT和AR是执行数据分析的Qureight董事。
患者同意发表不是必需的。
出处和同行评审不是委托;外部同行评审。