Effect and mechanism of inhaled nitric oxide on oxygenation in patients with moderate to severe acute respiratory distress syndrome

doi:10.3877/cma.j.issn.2096-1537.2025.04.005

Abstract

Abstract:

Objective

To evaluate the effects of inhaled nitric oxide (iNO) on oxygenation and ventilation-perfusion (V/Q) matching in patients with moderate to severe acute respiratory distress syndrome (ARDS).

Methods

Adult patients with acute respiratory distress syndrome (ARDS) who met the Berlin criteria, had an oxygenation index (PaO₂/FiO₂) ≤ 200 mmHg, and received invasive mechanical ventilation in the Department of Intensive Care Medicine at Zhongda Hospital, Affiliated to Southeast University from January 2023 to March 2024, were prospectively enrolled. Vital signs, respiratory mechanics, arterial blood gas analysis and electrical impedance tomography (EIT) data were collected at baseline and 30 minutes after iNO. V/Q matching, shunt and dead space fraction were analyzed using EIT offline analysis. The changes in gas exchange and V/Q in patients before and after iNO treatment were evaluated.

Results

Twenty-four patients were enrolled, with the median age of 75 (65, 83) years. In the overall population, PaO₂/FiO₂ increased [206.2(159.6, 231.5) mmHg vs 168.7 (150.1, 181.4) mmHg, P＜0.001] after iNO, accompanied by decreased shunt fraction [18.2 (11.5, 24.2)% vs 22.7 (11.6, 27.4)%, P=0.001], and improved V/Q matching [75.3 (65.6, 79.9)% vs 71.1 (61.9, 79.3)%, P=0.002], while the dead space fraction was unchanged. A significant correlation was found between changes in PaO₂/FiO₂ and shunt fraction following iNO (r=-0.461, P=0.023). Among the 11 Oxygenation responders, iNO significantly reduced the shunt fraction and improved V/Q matching among responders, whereas these effects were not significant in the non-responders.

Conclusion

In patients with moderate to severe ARDS, iNO improves oxygenation possibly by reducing the shunt fraction.

Key words: Acute respiratory distress syndrome, Inhaled nitric oxide, Ventilation/perfusion matching

Rui Zhang, Xueyan Yuan, Yuxuan Wang, Ling Liu. Effect and mechanism of inhaled nitric oxide on oxygenation in patients with moderate to severe acute respiratory distress syndrome[J]. Chinese Journal of Critical Care & Intensive Care Medicine(Electronic Edition), 2025, 11(04): 351-359.

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Figures/Tables 6

一般资料	总体患者（24例）	氧合无反应者（13例）	氧合有反应者（11例）	统计值	P值
人口学资料
年龄[岁，M（Q_R）]	75（65，83）	78（69，84）	75（65，83）	Z=0.377	0.706
男性[例（%）]	19（79.2）	11（84.6）	8（72.7）	-	0.630
体质量指数[kg/m²，M（Q_R）]	24.9（21.3，26.0）	25.3（21.2，26.0）	24.2（21.4，25.6）	Z=0.552	0.581
SOFA评分（分， $x ¯$ ±s）	10±3	10±3	10±4	t=0.154	0.879
ARDS病程[d，M（Q_R）]	4（3，10）	3（3，7）	6（3，10）	Z=0.615	0.539
入组前机械通气时长[d，M（Q_R）]	3（2，6）	3（2，5）	3（3，7）	Z=0.939	0.348
重症肺炎[例（%）]	19（79.2）	9（69.2）	10（90.9）	-	0.327
病毒性肺炎	8（33.3）	5（38.5）	3（27.3）	-	0.679
细菌性肺炎	11（45.8）	4（30.8）	7（63.6）	-	0.217
重度ARDS[例（%）]	6（25.0）	4（30.8）	2（18.2）	-	0.649
慢性合并症[例（%）]
高血压病	17（70.8）	9（69.2）	8（72.7）	-	>0.999
糖尿病	10（41.7）	5（38.5）	5（45.5）	-	>0.999
慢性阻塞性肺疾病	2（8.3）	0（0）	2（18.2）	-	0.199
卒中	6（25.0）	3（23.1）	3（27.3）	-	>0.999
iNO剂量[×10^-6，M（Q_R）]	30（27，37）	36（30，40）	30（23，31）	Z=2.093	0.036
呼吸参数
呼吸频率[次/min，M（Q_R）]	25（21，26）	25（20，25）	24（22，27）	Z=0.351	0.748
潮气量（ml/kg， $x ¯$ ±s）	6.4±1.3	6.7±1.3	6.0±1.2	Z=1.044	0.201
PEEP[cmH₂O，M（Q_R）]	8（6，8）	8（6，8）	8（6，8）	Z=0.060	0.976
PaCO₂[mmHg，M（Q_R）]	38.4（35.2，45.8）	37.9（35.5，43.7）	38.7（36.5，44.8）	Z=0.493	0.643
PaO₂/FiO₂[mmHg，M（Q_R）]	168.7（150.1，181.4）	160.9（144.8，183.5）	172.8（159.1，179.3）	Z=0.550	0.608
肺动脉收缩压（mmHg， $x ¯$ ±s）	37.4±8.2	36.9±7.9	38.0±8.8	t=0.318	0.754
B型脑钠肽前体[pg/ml，M（Q_R）]	921（639，1592）	907（449，1590）	1010（791，1874）	Z=0.377	0.733
ICU住院时间[d，M（Q_R）]	16（12，33）	15（11，22）	24（14，39）	Z=1.538	0.131
ICU病死[例（%）]	9（37.5）	7（53.8）	2（18.2）	-	0.105

一般资料	总体患者（24例）	氧合无反应者（13例）	氧合有反应者（11例）	统计值	P值
人口学资料
年龄[岁，M（Q_R）]	75（65，83）	78（69，84）	75（65，83）	Z=0.377	0.706
男性[例（%）]	19（79.2）	11（84.6）	8（72.7）	-	0.630
体质量指数[kg/m²，M（Q_R）]	24.9（21.3，26.0）	25.3（21.2，26.0）	24.2（21.4，25.6）	Z=0.552	0.581
SOFA评分（分， $x ¯$ ±s）	10±3	10±3	10±4	t=0.154	0.879
ARDS病程[d，M（Q_R）]	4（3，10）	3（3，7）	6（3，10）	Z=0.615	0.539
入组前机械通气时长[d，M（Q_R）]	3（2，6）	3（2，5）	3（3，7）	Z=0.939	0.348
重症肺炎[例（%）]	19（79.2）	9（69.2）	10（90.9）	-	0.327
病毒性肺炎	8（33.3）	5（38.5）	3（27.3）	-	0.679
细菌性肺炎	11（45.8）	4（30.8）	7（63.6）	-	0.217
重度ARDS[例（%）]	6（25.0）	4（30.8）	2（18.2）	-	0.649
慢性合并症[例（%）]
高血压病	17（70.8）	9（69.2）	8（72.7）	-	>0.999
糖尿病	10（41.7）	5（38.5）	5（45.5）	-	>0.999
慢性阻塞性肺疾病	2（8.3）	0（0）	2（18.2）	-	0.199
卒中	6（25.0）	3（23.1）	3（27.3）	-	>0.999
iNO剂量[×10^-6，M（Q_R）]	30（27，37）	36（30，40）	30（23，31）	Z=2.093	0.036
呼吸参数
呼吸频率[次/min，M（Q_R）]	25（21，26）	25（20，25）	24（22，27）	Z=0.351	0.748
潮气量（ml/kg， $x ¯$ ±s）	6.4±1.3	6.7±1.3	6.0±1.2	Z=1.044	0.201
PEEP[cmH₂O，M（Q_R）]	8（6，8）	8（6，8）	8（6，8）	Z=0.060	0.976
PaCO₂[mmHg，M（Q_R）]	38.4（35.2，45.8）	37.9（35.5，43.7）	38.7（36.5，44.8）	Z=0.493	0.643
PaO₂/FiO₂[mmHg，M（Q_R）]	168.7（150.1，181.4）	160.9（144.8，183.5）	172.8（159.1，179.3）	Z=0.550	0.608
肺动脉收缩压（mmHg， $x ¯$ ±s）	37.4±8.2	36.9±7.9	38.0±8.8	t=0.318	0.754
B型脑钠肽前体[pg/ml，M（Q_R）]	921（639，1592）	907（449，1590）	1010（791，1874）	Z=0.377	0.733
ICU住院时间[d，M（Q_R）]	16（12，33）	15（11，22）	24（14，39）	Z=1.538	0.131
ICU病死[例（%）]	9（37.5）	7（53.8）	2（18.2）	-	0.105

参数	基线	iNO治疗后	统计值	P值
动脉血气分析
pH	7.40（7.37，7.45）	7.42（7.38，7.46）	Z=0.943	0.353
PaCO₂（mmHg）	38.4（35.2，45.8）	39.0（34.9，41.6）	Z=1.800	0.075
PaO₂（mmHg）	84.8（76.2，92.7）	97.1（80.4，103.3）	Z=2.343	0.018
PaO₂/FiO₂（mmHg）	168.7（150.1，181.4）	206.2（159.6，231.5）	Z=3.457	＜0.001
呼吸力学（cmH₂O）
平台压	20.5（18.2，23.1）	20.5（18.1，22.5）	Z=0.415	0.669
驱动压	13.0（10.1，15.4）	12.9（10.5，15.1）	Z=0.444	0.657
顺应性	30.0（24.4，39.7）	30.6（24.7，38.9）	Z=0.643	0.520
通气血流分布
VR	1.6（1.3，1.8）	1.6（1.3，1.7）	Z=1.758	0.079
V/Q匹配度（%）	71.1（61.9，79.3）	75.3（65.6，79.9）	Z=3.143	0.002
分流比例（%）	22.7（11.6，27.4）	18.2（11.5，24.2）	Z=3.386	0.001
无效腔比例（%）	6.5（5.0，11.1）	6.6（4.3，8.3）	Z=0.771	0.440
血流动力学
心率（次/min）	84（79，103）	84（77，101）	Z=1.420	0.156
平均动脉压（mmHg， $x ¯$ ±s）	80.6±9.2	81.7±9.0	t=0.936	0.359
中心静脉压（mmHg）	8（7，12）	8（7，11）	Z=1.319	0.187
三尖瓣反流压差（mmHg， $x ¯$ ±s）	28.2±7.4	24.9±5.9	t=5.481	＜0.001
肺动脉收缩压（mmHg， $x ¯$ ±s）	37.4±8.2	33.8±6.7	t=5.414	＜0.001

参数	基线	iNO治疗后	统计值	P值
动脉血气分析
pH	7.40（7.37，7.45）	7.42（7.38，7.46）	Z=0.943	0.353
PaCO₂（mmHg）	38.4（35.2，45.8）	39.0（34.9，41.6）	Z=1.800	0.075
PaO₂（mmHg）	84.8（76.2，92.7）	97.1（80.4，103.3）	Z=2.343	0.018
PaO₂/FiO₂（mmHg）	168.7（150.1，181.4）	206.2（159.6，231.5）	Z=3.457	＜0.001
呼吸力学（cmH₂O）
平台压	20.5（18.2，23.1）	20.5（18.1，22.5）	Z=0.415	0.669
驱动压	13.0（10.1，15.4）	12.9（10.5，15.1）	Z=0.444	0.657
顺应性	30.0（24.4，39.7）	30.6（24.7，38.9）	Z=0.643	0.520
通气血流分布
VR	1.6（1.3，1.8）	1.6（1.3，1.7）	Z=1.758	0.079
V/Q匹配度（%）	71.1（61.9，79.3）	75.3（65.6，79.9）	Z=3.143	0.002
分流比例（%）	22.7（11.6，27.4）	18.2（11.5，24.2）	Z=3.386	0.001
无效腔比例（%）	6.5（5.0，11.1）	6.6（4.3，8.3）	Z=0.771	0.440
血流动力学
心率（次/min）	84（79，103）	84（77，101）	Z=1.420	0.156
平均动脉压（mmHg， $x ¯$ ±s）	80.6±9.2	81.7±9.0	t=0.936	0.359
中心静脉压（mmHg）	8（7，12）	8（7，11）	Z=1.319	0.187
三尖瓣反流压差（mmHg， $x ¯$ ±s）	28.2±7.4	24.9±5.9	t=5.481	＜0.001
肺动脉收缩压（mmHg， $x ¯$ ±s）	37.4±8.2	33.8±6.7	t=5.414	＜0.001

参数	氧合无反应者（13例）				氧合有反应者（11例）
参数	基线	iNO治疗后	统计值	P值	基线	iNO治疗后	统计值	P值
动脉血气分析
pH	7.42（7.38，7.44）	7.42（7.37，7.43）	Z=0.280	0.807	7.39（7.38，7.46）	7.44（7.40，7.46）	Z=1.067	0.320
PaCO₂（mmHg）	37.9（33.8，45.3）	38.9（34.1，41.0）	Z=0.454	0.697	38.7（35.1，46.5）	39.5（35.3，41.8）	Z=1.868	0.065
PaO₂（mmHg）	87.8（76.9，92.9）	85.6（77.9，97.8）	Z=0.175	0.893	82.1（73.9，89.1）	103.0（97.9，107.5）	Z=2.845	0.002
PaO₂/FiO₂（mmHg）	160.9（144.8，183.5）	171.1（142.7，195.6）	Z=1.153	0.249	172.8（159.1，179.3）	236.0（210.6，241.4）	Z=2.934	0.001
呼吸力学（cmH₂O）
平台压	21.0（20.3，23.3）	20.9（20.0，22.7）	Z=0.420	0.674	19.8（17.8，21.0）	19.3（17.6，21.4）	Z=0.634	0.526
驱动压	13.3（10.5，15.5）	13.0（10.4，15.9）	Z=0.350	0.726	13.0（10.9，14.2）	12.9（11.5，13.7）	Z=0.634	0.526
顺应性	31.6（25.2，39.6）	34.6（24.7，40.2）	Z=0.280	0.779	28.6（24.0，36.3）	30.4（24.7，34.8）	Z=0.445	0.657
通气血流分布
VR	1.5（1.3，1.9）	1.6（1.3，1.6）	Z=0.280	0.779	1.6（1.5，1.7）	1.6（1.4，1.8）	Z=1.868	0.062
V/Q匹配度（%）	73.3（68.3，79.1）	76.1（73.7，79.9）	Z=1.712	0.087	68.1（58.0，77.3）	75.2（63.0，76.5）	Z=2.667	0.008
分流比例（%）	21.6（10.6，24.6）	18.1（13.0，21.4）	Z=1.889	0.059	25.8（14.6，30.5）	18.2（12.7，24.1）	Z=2.845	0.004
无效腔比例（%）	6.3（5.0，10.3）	5.3（4.5，7.3）	Z=1.013	0.311	6.6（5.2，11.6）	7.2（5.0，12.0）	Z=0.178	0.859
血流动力学
心率（次/min）	91（80，99）	84（78，102）	Z=1.335	0.182	82（78，94）	84（77，96）	Z=0.536	0.592
平均动脉压（mmHg， $x ¯$ ±s）	82.7±9.0	83.0±8.0	t=0.147	0.886	78.1±9.3	80.2±10.3	t=2.093	0.063
中心静脉压（mmHg）	8（8，12）	9（7，11）	Z=1.093	0.274	8（7，11）	8（7，10）	Z=0.836	0.403
三尖瓣反流压差（mmHg， $x ¯$ ±s）	26.8±6.4	24.4±5.5	t=3.741	0.004	29.6±8.4	25.4±6.5	t=4.336	0.001
肺动脉收缩压（mmHg， $x ¯$ ±s）	36.9±7.9	34.0±6.8	t=3.377	0.007	38.0±8.8	33.5±7.0	t=4.323	0.002

参数	氧合无反应者（13例）				氧合有反应者（11例）
参数	基线	iNO治疗后	统计值	P值	基线	iNO治疗后	统计值	P值
动脉血气分析
pH	7.42（7.38，7.44）	7.42（7.37，7.43）	Z=0.280	0.807	7.39（7.38，7.46）	7.44（7.40，7.46）	Z=1.067	0.320
PaCO₂（mmHg）	37.9（33.8，45.3）	38.9（34.1，41.0）	Z=0.454	0.697	38.7（35.1，46.5）	39.5（35.3，41.8）	Z=1.868	0.065
PaO₂（mmHg）	87.8（76.9，92.9）	85.6（77.9，97.8）	Z=0.175	0.893	82.1（73.9，89.1）	103.0（97.9，107.5）	Z=2.845	0.002
PaO₂/FiO₂（mmHg）	160.9（144.8，183.5）	171.1（142.7，195.6）	Z=1.153	0.249	172.8（159.1，179.3）	236.0（210.6，241.4）	Z=2.934	0.001
呼吸力学（cmH₂O）
平台压	21.0（20.3，23.3）	20.9（20.0，22.7）	Z=0.420	0.674	19.8（17.8，21.0）	19.3（17.6，21.4）	Z=0.634	0.526
驱动压	13.3（10.5，15.5）	13.0（10.4，15.9）	Z=0.350	0.726	13.0（10.9，14.2）	12.9（11.5，13.7）	Z=0.634	0.526
顺应性	31.6（25.2，39.6）	34.6（24.7，40.2）	Z=0.280	0.779	28.6（24.0，36.3）	30.4（24.7，34.8）	Z=0.445	0.657
通气血流分布
VR	1.5（1.3，1.9）	1.6（1.3，1.6）	Z=0.280	0.779	1.6（1.5，1.7）	1.6（1.4，1.8）	Z=1.868	0.062
V/Q匹配度（%）	73.3（68.3，79.1）	76.1（73.7，79.9）	Z=1.712	0.087	68.1（58.0，77.3）	75.2（63.0，76.5）	Z=2.667	0.008
分流比例（%）	21.6（10.6，24.6）	18.1（13.0，21.4）	Z=1.889	0.059	25.8（14.6，30.5）	18.2（12.7，24.1）	Z=2.845	0.004
无效腔比例（%）	6.3（5.0，10.3）	5.3（4.5，7.3）	Z=1.013	0.311	6.6（5.2，11.6）	7.2（5.0，12.0）	Z=0.178	0.859
血流动力学
心率（次/min）	91（80，99）	84（78，102）	Z=1.335	0.182	82（78，94）	84（77，96）	Z=0.536	0.592
平均动脉压（mmHg， $x ¯$ ±s）	82.7±9.0	83.0±8.0	t=0.147	0.886	78.1±9.3	80.2±10.3	t=2.093	0.063
中心静脉压（mmHg）	8（8，12）	9（7，11）	Z=1.093	0.274	8（7，11）	8（7，10）	Z=0.836	0.403
三尖瓣反流压差（mmHg， $x ¯$ ±s）	26.8±6.4	24.4±5.5	t=3.741	0.004	29.6±8.4	25.4±6.5	t=4.336	0.001
肺动脉收缩压（mmHg， $x ¯$ ±s）	36.9±7.9	34.0±6.8	t=3.377	0.007	38.0±8.8	33.5±7.0	t=4.323	0.002

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