范陳豪［美］(綜述)，陳清江(審校)

(1.臺州市路橋區(qū)第二人民醫(yī)院內科，浙江 臺州318058;2.杭州海勤療養(yǎng)院，杭州310002)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是中老年人住院的最常見原因之一。COPD急性加重期的管理涉及多個方面，氧療是其中基本的方法。國內COPD指南(2007年修訂版)已明確提出了控制吸氧的概念，以代替既往的低流量吸氧［1］。美國胸科協會和歐洲呼吸協會專家組(ATS/ERS)2004年版的COPD指南具體介紹了控制吸氧的方法，2011年修訂版進一步認為氧療已經是成熟的技術［2-3］。國內指南對于控制吸氧的機制和方法沒有具體闡述，因此國內許多醫(yī)院實際上還是在沿用傳統的低流量吸氧方法，以避免高碳酸血癥可能引起的二氧化碳麻醉。然而，這種觀念和方法忽略了引起呼吸抑制的多種原因，造成急性呼吸衰竭時吸氧不充分，導致缺氧這一危害機體生理功能的主要因素得不到糾正。為了使氧療這一基礎療法得以合理實施，現就控制吸氧的理由和具體方法進行綜述。

1 高碳酸血癥和低氧血癥對機體的危害

高碳酸血癥促進氧離曲線右移和O2釋放進入組織，增加大腦血流，進一步的作用可表現為抑制意識水平、增高顱內壓，以及抑制心肌和膈肌的收縮力。正常人PaCO2升至60～70 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)時會出現意識改變，在慢性高碳酸血癥患者PaCO2升至90～100 mm Hg時才出現同樣癥狀，這是由于后者血液中碳酸氫根離子濃度較高，pH值不容易下降所致。近年來研究表明它同炎癥和免疫反應相關，通過抑制炎性反應，可以起到保護肺損傷的作用。因此適度降低肺泡通氣或潮氣量產生容許性高碳酸血癥有利于急性肺損傷和急性呼吸窘迫癥的救治。對于肺部感染或全身膿毒癥患者而言，其保護作用僅限于發(fā)病的早期，可能的原因是CO2可作為獨立的信號分子，損害了上皮和內皮的屏障，妨礙了肺水腫的消除，以及降低免疫功能導致細菌的清除受損［4］。

相比之下，缺氧對體內每個組織都會產生不良影響。急性缺氧或無氧只需5 min就對腦組織產生不可逆損害。長期缺氧起初使組織器官產生一些代償反應，如肺血管收縮產生一定程度的肺動脈高壓和右心室肥厚，長此以往可導致右側心力衰竭或肺源性心臟病，造成預后不良。缺氧損害了內皮功能，使一氧化氮和內皮素的產生和代謝失去平衡。缺氧可使部分患者產生繼發(fā)性紅細胞增多癥，增加了血液黏度。近期研究發(fā)現，更多的患者出現不同程度的貧血，因為缺氧損害了腎臟功能，促紅細胞生成素水平降低。這個過程被認為是系統性炎癥所引起的。系統性炎癥還可促使冠狀動脈粥樣硬化、骨骼肌功能失調、骨軟化以及抑郁等。缺氧對細胞損傷的機制是多方面的，包括離子通道結構和功能的改變、ATP耗竭、細胞內酸中毒、增加代謝副產物和氧自由基、線粒體和膜脂的損壞。缺氧突然增加細胞內鈣離子濃度，從而損壞細胞骨架，是誘導細胞凋亡的重要環(huán)節(jié)［5］。Fan 等［6］通過小鼠缺氧模型的一項研究表明，慢性缺氧導致一系列基因表達的改變，使心肌蛋白質表達改變、代謝、細胞內環(huán)境和線粒體功能異常，最終導致心肌細胞凋亡的增加，這可能是慢性缺氧引起心力衰竭和機體死亡的一個主要原因。因此，糾正低氧血癥對于避免各種危及生命的并發(fā)癥是更重要的。

2 吸氧時高碳酸血癥發(fā)生的機制

為了能夠充分吸氧，同時避免高碳酸血癥惡化造成的意識障礙和麻醉，有必要分析通氣機制和引起高碳酸血癥加重的原因。通氣控制有很多機制，概括地說，包括許多神經反射途徑、負反饋環(huán)，以及與代謝需求相協調的氣體交換調節(jié)機制。高碳酸血癥時，通過PaCO2(腦干pH)負反饋調節(jié)是主要機制，其次是在正常情況下通過PaO2的調節(jié)。PaCO2升高1 mm Hg，通氣將升高2～4 L/min。腦干中心化學感受器對氫離子濃度的變化很敏感，主要是由于腦脊液的低緩沖能力。靜息時通氣的時間、頻率、深度由延髓呼吸中樞傳出沖動決定，同時部分受到來自腦干其他神經元、感覺運動皮層、邊緣系統、杏仁核以及下丘腦的影響。在呼吸抑制時，由于呼吸負荷、肺和胸壁受體和行為因素的作用，呼吸的刺激和相應的機械傳出沖動就變得更加復雜。在上呼吸道、肺和胸壁有機械受體，感受氣體流速、壓力和容量，對呼吸起抑制效應，并受到鼻腔溫度感受器、呼吸道牽張感受器、胸肌梭形細胞和肌腱Golgi器受體的調節(jié)?；瘜W或機械刺激C纖維神經末梢使呼吸沖動增加，這見于氣管和肺部炎癥以及支氣管痙攣、肺間質水腫、肺氣腫等。感受pH或PCO2變化的化學感受器有中樞(延髓腹外側區(qū))和外周(主動脈竇和頸動脈體)兩種，外周感受器雖也感受PO2的變化，只占靜息呼吸沖動的10%～15%［7-8］。

高碳酸血癥產生的原因決定于CO2的產生和通氣，通氣起主要作用?？梢詮囊韵鹿娇闯?PaCO2=(k×VCO2)÷VA=(k×CO2)÷{VE×［1－(VD/VT)］}(k是常數，VCO2是產生量，VA是肺泡通氣量，即每分鐘吸氣時彌散至肺泡的量，VE是每分鐘呼氣量，VD/VT是生理死腔和潮氣量之比)。除非肺儲備受限，CO2產生的增加(如全身感染、飲食過度、乳酸酸中毒、甲狀腺毒癥)不會產生有臨床意義的高碳酸血癥。因為CO2和血紅蛋白的結合是直線關系，所以通氣良好的肺泡部分容易代償通氣不良的部分。COPD患者的高碳酸血癥主要由V/Q比例失調造成，嚴重時類似死腔增加。此外，呼吸道受阻導致肺過度膨脹，胸廓直徑增加，以及膈肌位置下移和平坦使肌纖維縮短，從而使膈肌產生的收縮力減小;肺順應性減小使膈肌同樣的壓力產生較小的肺體積變化。氣腫型患者主要通過呼吸頻率增加以補償排除CO2的不足，雖然可以維持PaCO2至正常，但長期增加的呼吸功是引起心肺衰竭的因素之一。當病情嚴重時，呼吸頻率的增加已不能糾正高碳酸血癥，這是因為吸氣時間縮短，潮氣量減小，VD/VT比值增加。長期缺氧、慢性氣管炎癥、肺過度膨脹降低吸氣儲備又引起吸氣時間進一步縮短，從而造成惡性循環(huán)。

COPD患者血碳酸正常和高碳酸血癥時的呼吸方式是不同的。高碳酸血癥時潮氣量降低，而呼吸頻率增加，結果VD/VT增加。通過測定口腔阻斷壓和吸氣流速發(fā)現潮氣量的降低可能是由于吸氣時間縮短(而不是呼吸驅動力降低)造成的。缺氧、慢性炎癥時肺部刺激物和J受體的刺激，以及肺過度膨脹時吸氣儲備下降均可引起這樣的呼吸形態(tài)改變。COPD患者緩解期和急性呼吸衰竭對吸氧的反應是不同的，由于急性呼吸衰竭時腦內廣泛缺氧導致局部乳酸增加，缺氧本身是造成呼吸抑制的重要原因。進一步的研究表明，同一例COPD患者緩解期和急性呼吸衰竭時呼吸空氣的每分通氣量沒有顯著差異，在呼吸衰竭時潮氣量下降和呼吸頻率增加是顯著的，口腔阻斷壓增加了5倍。當給予5 L/min吸氧時，每分鐘通氣量僅下降14%，這是由于呼吸頻率下降，潮氣量保持基本不變所致。因此，吸氧后每分鐘通氣量的輕微下降不能完全解釋PaCO2的顯著增加。鑒于吸氧后呼吸困難和呼吸肌做功減少，呼吸驅動力適當減少應該是氧療的一個目標。急性呼吸衰竭時，對于一個呼吸機械功能已經受損的患者來說，大幅度提高呼吸驅動力并維持較長時間而不至于引起呼吸肌疲勞是很困難的［9-10］。

另一項研究使COPD合并急性呼吸衰竭患者都吸入分數(Fi O2)為1.0的氧氣，所有患者每分通氣量起初基本上都下降18%，然后繼續(xù)吸氧12 min后，又回復到基礎水平的92%。最初每分通氣量的降低是由于潮氣量和呼吸頻率兩者的下降。吸入氧氣15 min后，PaCO2平均升高23 mm Hg。這是以下因素造成的:①5 mm Hg(22%)可歸結于每分通氣量的輕微降低(7%)。②7 mm Hg(30%)是由于血紅蛋白對CO2的親和力降低(Haldane效應，即在氧離曲線中PaO2為20～60 mm Hg時，PaO2的上升將最有效地置換CO2于血漿中，從而導致PaCO2增高)。③造成急性高碳酸血癥的最主要因素(11 mm Hg，48%)是無效腔通氣。這可能反映了缺氧性肺動脈收縮的喪失導致V/Q不協調的惡化。缺氧性肺動脈收縮的主要作用在于限制血液流向通氣差的部位，使血液改向至基礎時V/Q比值高的部位。這一代償反應改善了V/Q的均一性，從而降低了生理無效腔。根據Haldane效應，缺氧性肺動脈收縮的喪失在起始PaO2低的患者中最為顯著。通過計算機模型分析，以上三個要素在高碳酸血癥的作用進一步得到了證實。隨后的一些臨床試驗觀察到吸入氧分數較低時，高碳酸血癥的程度也較輕。如一組研究12例經氣管插管COPD合并呼吸衰竭的患者在分別吸入分數為0.3、0.4 和0.7 的氧氣時，并沒有出現高碳酸血癥的惡化。如果對吸入氧濃度不加限制，臨床上可以出現三種情況:①患者的臨床情況和PaCO2改善或不變。②患者可能嗜睡，但可以被喚醒。在這種情況下，PaCO2升高通常緩慢并且不會超過20 mm Hg/h。③患者意識喪失，PaCO2升高超過30 mm Hg/h。出現第三種情況的危險主要是患者起始PaO2和pH低。在一組95例COPD患者出現呼吸窘迫的研究中，如果吸入氧氣使PaO2＞74 mm Hg，那么住院時間、需要無創(chuàng)通氣和入住ICU的比例就會增加［11-12］。

綜上所述，COPD患者氧療時引起高碳酸血癥加重的機制有以下三個方面:①缺氧性肺血管收縮減弱導致通氣血流不協調加重。②血紅蛋白對二氧化碳的結合吸附作用減弱。③每分通氣量減小。

3 控制吸氧的方法

在COPD急性加重期提高吸入氧濃度，確實有產生高碳酸血癥惡化的危險，尤其對于低氧血癥和酸中毒嚴重的患者，如果一開始就吸入較高的氧濃度，就會使缺氧性肺動脈收縮的代償作用喪失，結合肺泡通氣量的輕微下降和Halden效應，有可能使PaCO2迅速上升。如果PaCO2不超過85～90 mm Hg，一般不會出現中樞神經的嚴重抑制，這和正常人有所區(qū)別。ATS/ERS指南提出吸氧的目標是使血PaO2達到60～70 mm Hg(或血氧飽和度SaO290%～93%，有些研究報道為88%～92%)，低于這個范圍不能糾正低氧血癥，超過這個范圍，即便PaO2大幅度增加，血中實際氧含量的增加是很少的，二氧化碳麻醉的可能性增加［13-14］。這里需要強調的是使用指測氧飽和度儀，與血氣分析相比，它具有無創(chuàng)、方便的優(yōu)點，可以反復測定或動態(tài)監(jiān)測而不增加患者痛苦，因而它是調節(jié)或控制吸入氧流量或氧濃度，是患者SaO2達到目標值必不可少的設備。除此之外，它還可以評價呼吸道或肺部炎癥控制的狀況，靜息時和活動時SaO2變化以及去飽和時間，因此可用來評價患者是否適宜出院和是否需要在家中長期氧療。指測血氧飽和度可以是心電監(jiān)護儀上的一個項目，也可以是單獨的指套式小裝置，后者適合在沒有監(jiān)護設備、血氣分析的基層醫(yī)院和穩(wěn)定期、需要在家中氧療的患者使用。通常鼻導管吸氧1～2 L/min(＜30%氧濃度)被定義為低流量吸氧，這一方法在COPD穩(wěn)定期容易達到目標值，因此適合在家中長期氧療，在COPD急性加重期是困難的。根據當前的指南，應該可以提高鼻導管吸入氧的流量，確切地說是氧濃度，一般≤5 L(濃度約40%)。繼續(xù)升高鼻導管的氧流量將不再增高氧濃度。因為鼻導管吸氧的濃度不高，因此盡管加大氧流量，實際產生二氧化碳麻醉的情況少見。如果鼻導管吸氧在加大流量后仍然不能糾正低氧血癥，應及時更換使用普通面罩或Venturi面罩，可以使吸入氧濃度達到55%～60%。有條件者優(yōu)先使用Venturi面罩，因為它可以精確地調節(jié)吸入氧的濃度。非再呼吸性面罩具有儲氧、單向閥門和面部緊密接觸的特點，可以使吸入氧濃度達90%，在COPD急性加重時一般不推薦使用。

吸氧前應常規(guī)進行動脈血氣分析一次，然后根據指測氧飽和度儀調節(jié)氧流量使SaO2達到90%。在吸氧開始時，應逐步提高氧濃度，即每分鐘4%～7%。如果是鼻導管吸氧，氧流量應每分鐘提高1 L。如吸入氧流量較高時，在吸氧后1 h左右應重復一次血氣分析，不僅可以明確PaO2或SaO2是否已經達標，同時也可觀察PaCO2升高和pH變化的情況，避免高碳酸血癥的惡化。如果PaCO2≥50 mm Hg(或6.7 kPa)，pH正常，則不改變氧流量，繼續(xù)吸氧2 h后再復查血氣分析。如果PaCO2≥50 mm Hg，pH ＜7.35，則應考慮無創(chuàng)正壓通氣。如果吸氧不能糾正低氧血癥，或高碳酸血癥加重導致pH＜7.2，或中樞神經抑制明顯，應及時氣管插管和機械通氣。如果吸入較高濃度氧，以及使用速效支氣管擴張劑和膽堿能抑制劑后仍不能糾正低氧血癥，應考慮合并有肺栓塞、急性呼吸窘迫、肺水腫和重癥肺炎等的可能，應采取相應措施進行治療［15-16］。

4 結語

近年來強調疾病的規(guī)范化管理或入院患者的臨床路徑，如何正確吸氧也應該是COPD急性加重或急性呼吸衰竭處理的重要議題。要改變既往長期形成的觀念和習慣并非易事，首先呼吸科和危重癥科的專家應認可控制吸氧的方法是合理的，并取得一致意見。然后，對相關的醫(yī)護人員進行講解，最終使這一方法得到推廣和普及。同時，對控制吸氧和傳統低流量吸氧進行對照研究，比較兩者在患者疾病康復、住院時間的長短、并發(fā)癥、病死率等方面的差異。相信這項工作既是基礎的，也是實用和有意義的。

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