综述文章

One-lung Ventilation in Pediatric Patients: Lung Isolation Techniques and Clinical Management

DOI:

10.3791/71007

2026年5月5日

本文内容

摘要

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$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

This review evaluates pediatric lung isolation techniques, emphasizing age-specific strategies: double-lumen tubes for children >8 years, intraluminal blockers for ages 2–8 years (ETT ID ≥4.5 mm), and extraluminal blockers or mainstem intubation for infants <2 years. It highlights how 3D printing and protective ventilation optimize safety.

摘要

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$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Implementing one-lung ventilation (OLV) in pediatric patients presents unique clinical challenges due to age-dependent physiological and anatomical constraints. As minimally invasive thoracic surgery expands in pediatrics, the demand for precise lung isolation has increased. This narrative review evaluates current techniques—single-lumen tubes (SLT), double-lumen tubes (DLT), and bronchial blockers (BB)—with a focus on their safety profiles and clinical indications. Findings indicate that DLTs remain the benchmark for older children but are anatomically prohibitive for those under 8–10 years or shorter than 130 cm. BBs are the primary alternative for children aged 2–8 years (ETT ID ≥4.5 mm), although traditional devices such as the Arndt-Fogarty blockers have design limitations. For infants under 2 years, the primary strategies remain SLT mainstem intubation or extraluminal blocker placement, both of which carry a risk of right upper lobe (RUL) obstruction. Emerging innovations, particularly 3D-printed anatomically customized blockers, are highlighted as potential solutions to resolve device “fit” challenges in infants. Perioperative management remains non-standardized; however, evidence-based recommendations emphasize lung-protective ventilation to reduce pulmonary complications. Hypoxemia occurs in approximately 26% of pediatric OLV cases and requires a prioritized management framework that includes fiberoptic verification, secretion clearance, and optimized PEEP/CPAP application. By synthesizing current evidence, this review provides a decision-making algorithm to guide optimal device selection and improve safety outcomes in this vulnerable pediatric population.

引言

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For anesthesiologists, managing one-lung ventilation (OLV) in children poses significantly greater challenges than in adults. As minimally invasive thoracoscopic and robotic surgical techniques continue to evolve and expand, the demand for OLV in pediatric thoracic surgery is increasing. In parallel, advances in the understanding of pediatric physiology and lower respiratory tract anatomy, along with the development of bronchial blocking devices and related technologies, have contributed to progress in pediatric lung isolation.

Under physiological conditions, the human body maintains a homeostatic balance between ventilation and perfusion (V/Q). In adult thoracic anesthesia, the lateral decubitus position utilizes gravitational and hydrostatic pressure gradients to optimize oxygenation within the dependent lung. In contrast, pediatric patients exhibit a heightened vulnerability to mismatch and subsequent hypoxemia during OLV1,2. Several factors contribute to this disparity. First, the high compliance of the pediatric chest wall provides insufficient support for the dependent lung in the lateral position, reducing functional residual capacity (FRC) and predisposing the ventilated lung to airway closure and atelectasis following anesthesia induction3. Second, children derive less mechanical advantage from the diaphragm than adults. Additionally, the diminished hydrostatic pressure gradient in smaller bodies results in relatively decreased perfusion to the ventilated lung. Finally, the combination of reduced FRC and a metabolic rate approximately three times higher than that of adults (6–8 mL/kg/min vs. 2–3 mL/kg/min) markedly increases the risk of desaturation.

Anatomical disparities between pediatric and adult patients are equally critical in the context of lung isolation. The mean airway diameter in children follows a linear growth pattern from infancy through adolescence4, expanding from approximately 5 mm in neonates to 8 mm by 10 years of age5, and ultimately reaching adult dimensions of 15–20 mm6. Clinically, the left main bronchus is narrower than the right, necessitating the use of smaller endotracheal tubes for left-sided intubation. This constraint is particularly evident in infants aged 0–3 months, in whom the left main bronchus is often too small to accommodate even a 3.0 mm uncuffed tube2. Furthermore, the “margin of safety” for the precise placement of isolation devices is severely limited in younger patients. In children under 8 years old, the distance from the carina to the orifice of the right upper lobe (RUL) is typically less than 1 cm. If a device inadvertently bypasses this orifice, it may result in ventilation of only the right middle and lower lobes, potentially causing severe hypoxemia or obstructing the operative field7. In contrast, the distance from the carina to the left upper lobe orifice is generally three times greater, providing a larger margin for error during left mainstem isolation8.

Therefore, the objective of this narrative review is to synthesize current evidence on pediatric lung isolation techniques, evaluate their clinical profiles, and provide a structured framework for perioperative management.

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综述与观点

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小儿肺隔离技术
尽管双腔气管导管(DLT)在成人胸科手术中作为单肺通气(OLV)的确定性金标准,但小儿肺隔离尚无普遍接受的金标准9。目前的临床实践根据患者的年龄和解剖结构,个体化选择使用单腔气管导管(SLT)、双腔气管导管(DLT)或支气管阻塞器(BB)10表1)。

设备类别设备名称 / 型号外径 / 规格袖带特性中央管腔可用性临床适应症 & 局限性
支气管阻塞器(BB)Arndt Blocker5F(最小)低压/高容量 (安全) (内部导线环)适用于2至6岁儿童 (若为管腔内)
• 尺寸要求: 管腔内使用要求气管导管内径 ≥ 4.5 mm。
• 风险: 设备设置复杂;存在导线缠绕风险。
Fogarty 导管4F, 5F高压/低容量 (风险)用于婴儿 < 2年 (超说明书)
• 局限性: 无法进行吸痰或提供持续气道正压通气(CPAP);无导引通道。
• 风险: 支气管黏膜缺血/损伤的高风险
单腔支气管导管3.5、4.5、5.5(内径)高压/低容量 (风险) (独立通道)仅适用于年龄较大的儿童(> 6-8年
• 尺寸要求: 3.5 ID Univent 具有较大的外径(OD)figure-protocol-18.0 mm),相当于 6.0 ETT。
• 风险: 气流阻力高;轴较粗可能损伤声门。
5F 富士阻断剂5F低压/高容量 (安全)适用于幼儿的替代方法。
• 特性: 预成型的远端弯曲有助于提高放置的稳定性。
• 局限性: 无用于吸痰/持续气道正压通气的中央管腔。
EZ-Blocker7F低压/高容量 (安全)仅限儿童 > 6年
• 尺寸要求: 需要气管导管内径 ≥ 5.5 mm(最小值)。
• 特征: Y形结构在隆嵴处提供稳定性。
单腔管(SLT)标准气管内导管2.5 - 6.0 毫米(内径)有 cuff / 无 cuff (主腔)急诊 / 婴儿 < 2年。
• 适应证: 当气道过小时,无法使用其他设备。
• 局限性: 肺隔离密封不良;无法吸引手术侧肺。
• 风险: 右上叶支气管阻塞,若插入过深。
双腔管(DLT)最小 DLT26Ffigure-protocol-28.7 mm 外径低压/高容量 (安全) (双腔)仅限年龄较大的儿童> 8-10 年
• 尺寸要求: 对应于 figure-protocol-36.5 mm 内径气管导管
• 优势: 分离的金标准 & 独立通气。
• 风险: 大直径可能增加小气道声门损伤的风险。

表1:小儿肺隔离装置的物理参数与临床应用比较。 本表总结了常用肺隔离装置的物理参数,包括外径、套囊特性及中央管腔的可用性,以及临床应用特点,涵盖支气管阻塞器(Arndt、Fogarty、Univent、Fuji 和 EZ-Blocker)、单腔管和双腔管。请点击此处下载该表格。

单腔气管插管
使用单腔气管导管(SLT)进行支气管内插管是实现小儿单肺通气(OLV)的最简单方法,尤其适用于2岁以下的儿童11。当缺乏合适的双腔气管导管(DLT)或支气管阻塞器(BB)时,由于SLT长度足够,常被选用12。Koo等(2020年)报道的一例病例显示,在缺乏小儿专用设备的情况下,使用成人纤维支气管镜(FOB)引导SLT成功实现了4岁儿童的单肺通气13。通常情况下,导管会自然进入右主支气管。在进行右侧支气管插管时,需注意避免插入过深,以防阻塞右上叶支气管14。对于左侧支气管插管,可将导管斜面旋转180°,并将患者头部转向右侧,以利于导管正确就位15。对于8岁以下儿童,行左侧支气管插管时应选用内径(ID)比常规小0.5 mm的导管2

尽管在急救环境中有效且操作简便,单腔双腔管(SLT)存在显著局限性1˒2˒12:可能无法形成足够的密封,难以实现充分的肺萎陷,且不能对非通气侧肺进行吸引或施加持续气道正压(CPAP)。此外,气管导管易被分泌物和出血性碎屑阻塞。在临床实践中,曾尝试采用两根常规气管导管进行选择性支气管插管以实现独立肺通气的技术。尽管该方法在一定程度上克服了SLT的部分局限,特别是在吸引和CPAP输送方面,但由于存在显著缺点,如呼吸阻力增加、气道清理困难以及声带和下呼吸道损伤风险,该技术极少被使用16

近期的创新技术包括Mohan等人(2023年)报道的“管中管”技术,该技术将较细的导管沿同轴方向通过较大的气管插管置入左主支气管。然而,该方法的有效隔离依赖于内层导管能否成功通过外层导管17

双腔管(DLT)
为克服单腔管(SLT)的功能局限,双腔管(DLT)因其能够实现独立肺通气和吸痰,已成为成人胸科手术中的金标准。DLT 设计包含两个腔道:一个弯曲的较长腔道用于插入主支气管,另一个较短腔道则置于气管内12。DLT 有左侧型和右侧型两种构型,其中左侧型 DLT 更为常用,以避免阻塞右上叶支气管。

在成人中,插入深度与患者身高相关;然而,目前尚未建立适用于儿童的相应标准化方法1。当定位仅依赖听诊而非纤维支气管镜时,准确性显著降低,导致插入深度在很大程度上依赖于临床经验。

双腔管(DLT)具有多项优势,包括插管相对简便、在正确就位时可实现高质量的肺隔离、能够对术侧肺实施持续气道正压(CPAP)和吸引,以及可在单肺通气与双肺通气之间快速切换。然而,由于其体积较大,解剖学上不适合大多数儿科患者。目前最小的双腔管为26F,相当于6.5 mm的气管导管2˒18,通常不适用于8至10岁以下的儿童16

一种专为新生儿和婴儿设计的双腔管(Marraro),由两根不同长度的无套囊气管导管独立组成,虽已成功应用,但尚未得到广泛采用9,19。对于接近成人体型的较大儿童和青少年,成人文献中存在基于身高和性别的导管尺寸推荐(例如 35F–41F)2,20,21;然而,这些推荐超出了常规儿科临床实践的实际适用范围。因此,双腔管的较大尺寸在年幼患者气道管理中造成了关键性的应用空白,亟需替代策略2。设备选择的系统性概述见图1

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图1儿科肺隔离装置选择的决策算法 该流程图展示了一种基于患者年龄、体重和气道解剖结构的逐步临床决策策略。对于年龄较大的儿童(>8岁),双腔管(DLTs)是肺隔离的金标准。对于2至8岁儿童(或气管内导管(ETT)内径(ID)≥5.0 mm者),首选管腔内支气管阻塞器 通过 单腔管。适用于婴儿(<2年),可选方案有限。路径A表示腔外阻塞器置入,其中以3D打印装置选择作为优化策略,以确保精确的解剖适配。路径B代表传统的主支气管插管,需注意右上叶(RUL)阻塞的高风险。尽管基于年龄的分类提供了通用框架,但装置的选择更准确地依据气道尺寸,特别是气管导管(ETT)内径以及儿科患者狭窄的解剖“安全范围”。缩写:ETT,气管导管;ID,内径;RUL,右上叶;DLT,双腔导管。 请点击此处以查看此图的放大版本。

支气管阻塞器
支气管阻塞器(BBs)是6岁以下儿童的首选替代方案,可实现有效的肺隔离,同时减少气道损伤12。传统装置包括Fogarty取栓导管和Arndt阻塞器。Fogarty导管缺乏用于肺萎陷或持续气道正压(CPAP)的中央腔道22,且因其高压气囊存在导致支气管损伤的风险23。相比之下,Arndt阻塞器采用大容量、低压气囊,并配有用于纤维支气管镜(FOB)引导定位的金属导丝环2,适用于小儿胸科手术24。然而,由于尺寸和设计上的局限性,这两种装置均不理想,凸显了开发适用于不同年龄段、具有超薄膜结构的专用装置的必要性25

较新型的器械包括5F Fuji封堵器、Univent导管和EZ-Blocker。5F Fuji封堵器具有预成型的远端弯曲结构和更坚硬的轴杆,但缺乏中央腔道26˒27。当其在4.5 mm气管插管内使用时,可能增加气道阻力;在此情况下,建议转换为压力控制通气-容积保障(PCV-VG)模式,以在限制峰值吸气压的同时维持潮气量。如果在充分优化后峰值压力仍持续超过30–35 cmH₂O,则建议改用管外途径,以防止气压伤。

EZ-Blocker 具有“Y”形设计,需要至少 5.5 mm 内径的气管导管,限制了其在年幼儿童中的应用28。Univent 导管将阻塞器集成于气管导管内部,但其外径较大(例如,3.5 mm 内径对应 8 mm 外径),限制了其在较大儿童患者中的使用2。总体而言,目前的器械在儿科应用中仍不理想。

目前迫切需要采用解剖学定制设计的精密工程支气管阻断器(BBs)。Xiaomin D 等人于2022年发表的一项研究描述了一种基于3D打印技术、专为婴儿和幼儿开发的支气管阻断器29。尽管该装置已获得专利并正在开展注册审批,但其在临床广泛使用仍面临诸多障碍,包括耗时成本高以及对材料安全性的严格要求。

目前,3D打印最实用的应用在于术前模拟。基于患者个体CT数据构建的气道模型可用于测试现有器械的适配情况 体外减少术中试错,提高复杂病例的手术安全性。

对于2岁以下的婴儿,较小的气管插管直径通常无法同时容纳支气管镜和封堵器通过。在此类情况下,管外放置——即将封堵器置于气管插管外部——往往是唯一可行的方法。该技术可保留气道直径以维持通气。技术改进措施包括将封堵器尖端塑形以实现旋转引导30,以及使用导丝辅助放置31。尽管将声门上气道工具(SADs)与支气管封堵器(BBs)联合使用可能减少气道损伤和住院时间,但其仍存在明显的移位和误吸风险32

小儿单肺通气的围手术期管理
尽管目前尚无标准化的指南,但越来越多的证据表明,肺保护性通气策略可减少术后肺部并发症3。Zhu 等人于2022年进行的一项临床试验表明,与传统的容量控制通气相比,压力控制-容量保障通气模式(PCV-VG)可降低气道峰压,并改善肺顺应性33

低氧血症是一种常见并发症,在约26%的儿科单肺通气(OLV)病例中发生7。建议采用优先分级、逐步处理的管理策略。初始干预措施包括通知外科团队、提高吸入氧浓度(FiO₂)以及清除气道分泌物。准确验证隔离装置位置至关重要。当纤维支气管镜检查受限时,床旁超声(POCUS)可提供一种可靠的替代方法。术侧肺滑动征消失并伴有肺搏动征,是判断隔离成功的一个实用指标。呼气末二氧化碳(EtCO₂)的变化,包括突然下降或波形改变,可能提示装置位置不当。各种技术相关的并发症及其风险因素总结见表2

技术常见并发症临床危险因素 / 病因
单腔管支气管内插管(SLT)黏膜损伤;无法吸除术侧肺的分泌物或血液;用于右侧肺隔离时效果欠佳。 SLT远端尖端易造成组织创伤;术侧气道无法进行吸引;婴幼儿隆突至右上叶支气管距离极短,易导致右上叶阻塞及肺萎陷失败。 
双腔管(DLT)喉部及气管黏膜损伤;声带水肿。 DLT外径较大且本身较硬,易对狭窄而娇嫩的小儿气道造成损伤。 
管腔内支气管阻塞器(BB在ETT内)气道阻力增高;低氧血症;气囊位置不当、移位或脱出。 与小直径气管导管合用时显著增加通气阻力;体位改变或手术操作可诱发气囊移位或脱出。 
管腔外支气管阻塞器(BB在ETT外)置入失败;装置位置不当;气囊移位或脱出。 难以将细小、柔软的阻塞器通过声门;体位改变或手术牵拉可导致装置移位。 
向术侧半胸腔内灌注CO2低氧血症;高碳酸血症;心肌抑制。 侧卧位时通气/血流(V/Q)比例失调;功能残气量(FRC)降低;缺乏持续的气囊压力监测。 

表2:小儿肺隔离技术中常见并发症的总结与比较。 本表对各种隔离方式相关的主要并发症进行了比较性综述,并概述了潜在的解剖学和生理学危险因素,以协助临床医生进行术前风险评估和技术选择。请点击此处下载该表格。

如果在正确体位下低氧血症仍持续存在,可采取的次级干预措施包括对通气侧肺施加呼气末正压(PEEP)或对非通气侧肺施加持续气道正压(CPAP)2˒20。作为最终的抢救措施,可能需要间歇性双肺通气或转为开胸手术34。持续保持警惕,并对恢复双肺通气保持较低的干预阈值,对患者安全至关重要35

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结论

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The management of one-lung ventilation (OLV) in pediatric patients remains one of the most demanding tasks in modern anesthesiology and is fundamentally distinct from adult practice due to unique physiological and anatomical constraints. This review highlights that, despite increasing demand for pediatric thoracic surgery, a unified “gold standard” for lung isolation remains elusive. Device selection is dictated by age and airway dimensions: while double-lumen tubes (DLTs) provide optimal isolation in older c...

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披露

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The authors declare no conflict of interest.

致谢

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This work was supported by Capital’s Funds for Health Improvement and Research (No. 2022-2Z-2098 to Xin Zhao), Beijing Hospitals Authority Clinical Medicine Development of Special Funding Support (No. XMLX202145 to Xin Zhao), the Beijing Municipal Science & Technology Commission Proof of Concept Platforms (No. 2024030119), and the Beijing Municipal Science & Technology Commission Technology Transfer Office (No. 20250481320).

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