20188高碳酸血症患者的氧疗

高碳酸血症患者的氧疗 Authors: David J Feller-Kopman, MD Richard M Schwartzstein, MD Section Editor: James K Stoller, MD, MS Deputy Editor: Geraldine Finlay, MD 翻译: 余莉, 副主任医师,副教授 Contributor Disclosures 我们的所有专题都会依据新发表的证据与同行评议过程而更新。 文献评审有效期至: 2018-07、 | 专题最后更新日期: 2017-07-20、 There is a newer version of this topic available in English、 该主题有一个新的 英文版本。 引言 — 临床医生多年来已观察到慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)患者被给予氧气(O2)后可能出现高碳酸血症。传统教学强调,高碳酸血症就是由缺氧性通气动力受到抑制导致,这种现象警示如果给氧“患者会停止呼吸”。然而,这种诠释并未顾及此类患者中参与控制呼吸的众多其她因素,并会导致对急性呼吸衰竭(acute respiratory failure, ARF)患者不恰当地停止氧疗。(参见“Control of ventilation”) 给予COPD患者辅助供氧情况下参与加重高碳酸血症的主要过程包括(根据重要程度大小排序): ●由缺氧性肺血管收缩(hypoxic pulmonary vasoconstriction, HPV)导致的通气/血流比例(ventilation/perfusion, V/Q)失调 ●血红蛋白(hemoglobin, Hgb)结合二氧化碳(CO2)的亲与力下降 ●每分钟通气量下降 不论高碳酸血症的发生机制为何,均有必要对显著低氧血症患者给予氧疗以避免低动脉氧分压(PaO2)的可能危及生命的并发症。此外,一项针对31项研究的meta分析证实,给予低氧血症患者辅助供氧可减少运动时的呼吸困难与每分钟通气量[1]。 相关的通气控制生理学、高碳酸血症的原因与影响及慢性呼吸衰竭急性发作患者的氧疗见此专题。长期应用氧疗及处理COPD急性发作相关的一般问题将单独讨论。(参见“长期辅助氧疗”与“慢性阻塞性肺疾病急性加重的处理”) 通气的控制 — 人体有许多用于平衡气体交换与代谢需求的反射、反馈环及控制系统[2-5]。呼吸系统就是负反馈控制,主要受到动脉血二氧化碳分压(PaCO2)通过改变脑干局部pH值的调节,以及PaO2的调节(正常个体受PaO2调节的程度要小得多)。神经与化学调节器可将PaCO2维持在一个非常窄的范围内;在关于高碳酸血症通气反应的实验性研究中发现,PaCO2每升高1mmHg通常导致通气量增加2-4L/min(图 1)[5]。(参见“Control of ventilation”) 认为延髓中的中枢性发生器可控制平静呼吸时的通气频率、深度与时间,但脑干中的其她神经元、感觉运动皮质、边缘系统、杏仁核与下丘脑也有作用。然而,在呼吸窘迫的情况下,因为呼吸系统的机械负荷、肺与胸壁感受器的刺激及行为因素,刺激呼吸及随之产生的呼吸系统机械信号的输出变得更加复杂。 机械感受器 — 上呼吸道、肺与胸壁含有大量对机械与化学因素都产生反应的感受器。与流量、压力或容积变化相关的机械性刺激往往对通气有抑制作用,并且受到位于鼻咽部的气流或温度感受器、位于气道平滑肌的慢适应肺牵张感受器及胸壁中的肌梭细胞与高尔基腱器官感受器的介导。(参见“Control of ventilation”) 化学或其她类型的刺激往往对通气具有刺激性作用,主要通过快适应肺牵张感受器及遍布于气道与肺实质的c类神经纤维末梢来传导[5]。因此,急性气管-支气管炎、肺炎、间质性水肿、支气管痉挛及多种原因造成的过度充气,可能刺激肺与胸壁感受器并导致呼吸动力增加。 化学感受器 — 血pH值主要由PaCO2变化决定,就是呼吸的主要化学刺激;其作用通过外周与中枢的化学感受器介导。 ●中枢化学感受器位于脑干内,毗邻延髓的腹外侧面,因为脑脊液(cerebrospinal fluid, CSF)的缓冲能力弱,所以这种感受器对氢离子的浓度变化非常敏感。 ●外周动脉化学感受器位于颈动脉体与主动脉体,而人体内前者的作用更为重要。颈动脉体的交感、副交感神经支配均有助于在任何给定PaO2与PaCO2水平调节放电频率,而且PaCO2与PaO2变化协同影响化学感受器的活性。然而,颈动脉体输入只占静息通气动力的约10%-15%[5]。 PaCO2与每分钟通气量间存在线性关系(图 1)。当PaO2下降时,曲线斜率变得陡峭并向左移,从而导致对PaCO2水平变化更为敏感。 每分钟通气量与PaO2的关系有些不同(图 2)。PaO2下降至约60mmHg以下时,每分钟通气量才显著增加;此时,通常肺泡通气量增加,使PaO2升高、PaCO2降低,并钝化了随后的通气反应。当没有出现继发性低碳酸血症时,可注意到低氧血症将导致每分钟通气量增大。 对二氧化碳有强烈通气反应的患者,通常也对低氧血症有较大的反应。个体对低氧血症与高碳酸血症的通气反应的敏感性可能部分取决于遗传;发现有些家族对低氧血症与高碳酸血症的反应低于正常水平。这些家庭的成员若患COPD则更可能出现二氧化碳潴留[6]。 行为控制 — 呼吸系统在生命必需的生理系统中非常独特,因为其功能同时受到源于脑干的自主神经机制与源于大脑皮层的随意冲动的调节。患者情绪或情感的状态会影响呼吸驱动力;例如,存在焦虑、疼痛或全身不适感时,通气可能高于机体正常代谢所需[7,8]。可能产生浅快呼吸,尤其就是行为因素与急性呼吸功能不全共存时。 高碳酸血症的原因 — PaCO2依赖于二氧化碳的产量与肺泡通气量,即根据公式: PaCO2 = (k x VCO2) ÷ VA = (k x VCO2) ÷ (VE x [1 - (VD/VT)]) 其中k就是常数,VCO2就是二氧化碳产量,VA就是肺泡通气量(到达血液灌注的肺泡的每分通气量),VE就是每分钟呼气量,VD/VT就是生理性死腔量与潮气量的比值。 因此,高碳酸血症可由二氧化碳产量增加或者肺泡通气量减少(由于每分钟通气量减少或死腔量与潮气量比值增加)所致。肺泡通气减少就是高碳酸血症的最常见原因。除非患者肺储备有限,否则二氧化碳产量增加(如有脓毒症、进食过多、乳酸酸中毒或甲状腺毒症时可能出现)不会导致有临床意义的高碳酸血症。 V/Q失调所致的肺泡通气不足情况下低氧血症之所以要比高碳酸血症常见得多,可以通过氧与二氧化碳与血红蛋白结合的区别来解释;二氧化碳-血红蛋白曲线的线性关系可允许通气较好的肺泡来代偿通气不良的肺部单元。 中枢神经系统(central nervous system, CNS)受损或CNS镇静药可通过降低总体每分钟通气量导致高碳酸血症。不同的就是,浅快呼吸可通过增加死腔量/潮气量比值来产生高碳酸血症,因为中央气道的解剖死腔在较轻的呼吸中占较大比例。 高碳酸血症的影响 — 急性高碳酸血症可能导致意识水平下降、脑血流增多与颅内压升高,以及抑制心肌收缩[9];还可抑制膈肌功能与使氧合血红蛋白解离曲线右移,导致向组织释放的氧增加[10]。 高碳酸血症的发生与脑部谷氨酰胺与γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid, GABA)的增加及谷氨酸与天冬氨酸的减少有关。CNS环境的这种变化可负向影响意识水平,并减少每分钟通气量与吸气动力[11]。 引起这些反应所需的急性高碳酸血症的程度并不一致。正常机体在PaCO2高于60-70mmHg(8、0-9、3kPa)时出现意识水平抑制,而慢性高碳酸血症患者在PaCO2骤升至90-100mmHg以上才可能出现这些症状。慢性高碳酸血症患者通过肾脏代偿性排出氢离子,同时血浆碳酸氢根浓度升高。因此,需要PaCO2升高更大幅度才能使pH值下降同样的幅度。 低氧血症的影响 — 低氧血症可对机体每个组织都产生不良影响。细胞缺氧就是就是某个组织没有足够的氧可维持代谢需求时的一种状态。其可由灌注障碍(缺血)与/或动脉氧含量下降(由于贫血或低氧血症)导致。 细胞对缺氧的耐受情况有差异。比如,骨骼肌细胞缺氧30分钟后仍能完全复原,而脑细胞经受相似的缺氧应激仅4-6分钟后即可产生不可逆的损害[12,13]。因而,危及生命的低氧血症需要氧疗(有时候需要输注红细胞),同时需要开始采取措施来治疗原发性心肺损伤。 促使产生缺氧性细胞损伤的细胞机制包括:三磷酸腺苷(adenosine triphosphatase, ATP)的耗竭、细胞内酸中毒的发生、代谢副产物浓度升高、氧自由基的产生及膜磷脂受到破坏。还可发生细胞内钙离子浓度急剧增加,从而通过多种机制导致细胞损伤;机制包括对细胞骨架的直接损伤与诱导促进细胞凋亡的基因[12]。低氧也能诱导以中性粒细胞浸润为特点的炎症反应,因此,通过释放细胞因子介质、氧自由基,以及因为微循环受到破坏引起的缺血加重,细胞损伤也被加重。 美国胸科协会(American Thoracic Society, ATS)关于组织缺氧的检测、纠正与预防的声明,以及ATS的其她指南,可通过ATS网站获取。 COPD中的高碳酸血症 — COPD患者发生高碳酸血症的主要原因为V/Q失调,若足够严重,则其功能上相当于增加死腔量[14]。血二氧化碳正常的COPD患者的每分钟通气量较高,以代偿因V/Q失调而产生的二氧化碳无效清除。这可预防部分患者发生高碳酸血症,但增加了呼吸做功。典型的“红喘型(pink puffer)”表现患者就属于这类血二氧化碳正常合并呼吸困难与COPD的患者。(参见“通气调节异常”) 呼吸系统的机械效率不良也能通过几种机制促进COPD患者发生高碳酸血症[15]: ●气流阻塞导致过度充气,从而使膈肌只能于胸腔内较低的位置运动。Laplace定律指出,产生的压力与曲线半径成反比;因此,呼吸用力一定时,较平的膈产生的压力较低。 ●刺激的水平一定时,缩短的肌纤维产生的力较小,因为膈肌的构造特点对肌节长度与肌动蛋白/肌球蛋白的重叠有负向影响。 ●肺顺应性在容积较大时减弱,因而压力变化一样时,产生的肺容积变化较小。 COPD合并高碳酸血症的患者与血二氧化碳正常的COPD患者的呼吸模式不同;高碳酸血症患者往往潮气量较低及呼吸频率更快,这增加了VD/VT[16-18]。较低的潮气量似乎反映出吸气时间缩短而不就是呼吸驱动力(通过口腔阻断压或吸气流速所测定)降低[16,19]。这种异常呼吸模式的机制尚不明确,至少有3个因素可能参与其中:低氧血症[18],并存的慢性支气管炎对肺刺激物感受器与J感受器的刺激[16,17],以及因过度充气引起的补吸气量降低[20]。 辅助供氧的效果 — 已经有很多推测的机制用于解释为什么给予COPD患者辅助供氧时,有时会产生高碳酸血症。曾认为COPD患者会依靠其低氧性通气驱动[归因于对二氧化碳(即,pH值)的敏感性较差],这种情况下的高碳酸血症则就是由“去除了”低氧性驱动导致的肺泡通气降低所致。一项报道描述了在状态稳定时与在急性呼吸功能不全发作时相比,同样的患者对氧的不同通气反应[21]。 有2项研究增加了人们对COPD患者辅助供氧效果的理解[19,22]: