慢性阻塞性肺疾病急性加重期的氧疗
2012-12-09范陈豪综述陈清江审校
范陈豪[美](综述),陈清江(审校)
(1.台州市路桥区第二人民医院内科,浙江 台州318058;2.杭州海勤疗养院,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见原因之一。COPD急性加重期的管理涉及多个方面,氧疗是其中基本的方法。国内COPD指南(2007年修订版)已明确提出了控制吸氧的概念,以代替既往的低流量吸氧[1]。美国胸科协会和欧洲呼吸协会专家组(ATS/ERS)2004年版的COPD指南具体介绍了控制吸氧的方法,2011年修订版进一步认为氧疗已经是成熟的技术[2-3]。国内指南对于控制吸氧的机制和方法没有具体阐述,因此国内许多医院实际上还是在沿用传统的低流量吸氧方法,以避免高碳酸血症可能引起的二氧化碳麻醉。然而,这种观念和方法忽略了引起呼吸抑制的多种原因,造成急性呼吸衰竭时吸氧不充分,导致缺氧这一危害机体生理功能的主要因素得不到纠正。为了使氧疗这一基础疗法得以合理实施,现就控制吸氧的理由和具体方法进行综述。
1 高碳酸血症和低氧血症对机体的危害
高碳酸血症促进氧离曲线右移和O2释放进入组织,增加大脑血流,进一步的作用可表现为抑制意识水平、增高颅内压,以及抑制心肌和膈肌的收缩力。正常人PaCO2升至60~70 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)时会出现意识改变,在慢性高碳酸血症患者PaCO2升至90~100 mm Hg时才出现同样症状,这是由于后者血液中碳酸氢根离子浓度较高,pH值不容易下降所致。近年来研究表明它同炎症和免疫反应相关,通过抑制炎性反应,可以起到保护肺损伤的作用。因此适度降低肺泡通气或潮气量产生容许性高碳酸血症有利于急性肺损伤和急性呼吸窘迫症的救治。对于肺部感染或全身脓毒症患者而言,其保护作用仅限于发病的早期,可能的原因是CO2可作为独立的信号分子,损害了上皮和内皮的屏障,妨碍了肺水肿的消除,以及降低免疫功能导致细菌的清除受损[4]。
相比之下,缺氧对体内每个组织都会产生不良影响。急性缺氧或无氧只需5 min就对脑组织产生不可逆损害。长期缺氧起初使组织器官产生一些代偿反应,如肺血管收缩产生一定程度的肺动脉高压和右心室肥厚,长此以往可导致右侧心力衰竭或肺源性心脏病,造成预后不良。缺氧损害了内皮功能,使一氧化氮和内皮素的产生和代谢失去平衡。缺氧可使部分患者产生继发性红细胞增多症,增加了血液黏度。近期研究发现,更多的患者出现不同程度的贫血,因为缺氧损害了肾脏功能,促红细胞生成素水平降低。这个过程被认为是系统性炎症所引起的。系统性炎症还可促使冠状动脉粥样硬化、骨骼肌功能失调、骨软化以及抑郁等。缺氧对细胞损伤的机制是多方面的,包括离子通道结构和功能的改变、ATP耗竭、细胞内酸中毒、增加代谢副产物和氧自由基、线粒体和膜脂的损坏。缺氧突然增加细胞内钙离子浓度,从而损坏细胞骨架,是诱导细胞凋亡的重要环节[5]。Fan 等[6]通过小鼠缺氧模型的一项研究表明,慢性缺氧导致一系列基因表达的改变,使心肌蛋白质表达改变、代谢、细胞内环境和线粒体功能异常,最终导致心肌细胞凋亡的增加,这可能是慢性缺氧引起心力衰竭和机体死亡的一个主要原因。因此,纠正低氧血症对于避免各种危及生命的并发症是更重要的。
2 吸氧时高碳酸血症发生的机制
为了能够充分吸氧,同时避免高碳酸血症恶化造成的意识障碍和麻醉,有必要分析通气机制和引起高碳酸血症加重的原因。通气控制有很多机制,概括地说,包括许多神经反射途径、负反馈环,以及与代谢需求相协调的气体交换调节机制。高碳酸血症时,通过PaCO2(脑干pH)负反馈调节是主要机制,其次是在正常情况下通过PaO2的调节。PaCO2升高1 mm Hg,通气将升高2~4 L/min。脑干中心化学感受器对氢离子浓度的变化很敏感,主要是由于脑脊液的低缓冲能力。静息时通气的时间、频率、深度由延髓呼吸中枢传出冲动决定,同时部分受到来自脑干其他神经元、感觉运动皮层、边缘系统、杏仁核以及下丘脑的影响。在呼吸抑制时,由于呼吸负荷、肺和胸壁受体和行为因素的作用,呼吸的刺激和相应的机械传出冲动就变得更加复杂。在上呼吸道、肺和胸壁有机械受体,感受气体流速、压力和容量,对呼吸起抑制效应,并受到鼻腔温度感受器、呼吸道牵张感受器、胸肌梭形细胞和肌腱Golgi器受体的调节。化学或机械刺激C纤维神经末梢使呼吸冲动增加,这见于气管和肺部炎症以及支气管痉挛、肺间质水肿、肺气肿等。感受pH或PCO2变化的化学感受器有中枢(延髓腹外侧区)和外周(主动脉窦和颈动脉体)两种,外周感受器虽也感受PO2的变化,只占静息呼吸冲动的10%~15%[7-8]。
高碳酸血症产生的原因决定于CO2的产生和通气,通气起主要作用。可以从以下公式看出:PaCO2=(k×VCO2)÷VA=(k×CO2)÷{VE×[1-(VD/VT)]}(k是常数,VCO2是产生量,VA是肺泡通气量,即每分钟吸气时弥散至肺泡的量,VE是每分钟呼气量,VD/VT是生理死腔和潮气量之比)。除非肺储备受限,CO2产生的增加(如全身感染、饮食过度、乳酸酸中毒、甲状腺毒症)不会产生有临床意义的高碳酸血症。因为CO2和血红蛋白的结合是直线关系,所以通气良好的肺泡部分容易代偿通气不良的部分。COPD患者的高碳酸血症主要由V/Q比例失调造成,严重时类似死腔增加。此外,呼吸道受阻导致肺过度膨胀,胸廓直径增加,以及膈肌位置下移和平坦使肌纤维缩短,从而使膈肌产生的收缩力减小;肺顺应性减小使膈肌同样的压力产生较小的肺体积变化。气肿型患者主要通过呼吸频率增加以补偿排除CO2的不足,虽然可以维持PaCO2至正常,但长期增加的呼吸功是引起心肺衰竭的因素之一。当病情严重时,呼吸频率的增加已不能纠正高碳酸血症,这是因为吸气时间缩短,潮气量减小,VD/VT比值增加。长期缺氧、慢性气管炎症、肺过度膨胀降低吸气储备又引起吸气时间进一步缩短,从而造成恶性循环。
COPD患者血碳酸正常和高碳酸血症时的呼吸方式是不同的。高碳酸血症时潮气量降低,而呼吸频率增加,结果VD/VT增加。通过测定口腔阻断压和吸气流速发现潮气量的降低可能是由于吸气时间缩短(而不是呼吸驱动力降低)造成的。缺氧、慢性炎症时肺部刺激物和J受体的刺激,以及肺过度膨胀时吸气储备下降均可引起这样的呼吸形态改变。COPD患者缓解期和急性呼吸衰竭对吸氧的反应是不同的,由于急性呼吸衰竭时脑内广泛缺氧导致局部乳酸增加,缺氧本身是造成呼吸抑制的重要原因。进一步的研究表明,同一例COPD患者缓解期和急性呼吸衰竭时呼吸空气的每分通气量没有显著差异,在呼吸衰竭时潮气量下降和呼吸频率增加是显著的,口腔阻断压增加了5倍。当给予5 L/min吸氧时,每分钟通气量仅下降14%,这是由于呼吸频率下降,潮气量保持基本不变所致。因此,吸氧后每分钟通气量的轻微下降不能完全解释PaCO2的显著增加。鉴于吸氧后呼吸困难和呼吸肌做功减少,呼吸驱动力适当减少应该是氧疗的一个目标。急性呼吸衰竭时,对于一个呼吸机械功能已经受损的患者来说,大幅度提高呼吸驱动力并维持较长时间而不至于引起呼吸肌疲劳是很困难的[9-10]。
另一项研究使COPD合并急性呼吸衰竭患者都吸入分数(Fi O2)为1.0的氧气,所有患者每分通气量起初基本上都下降18%,然后继续吸氧12 min后,又回复到基础水平的92%。最初每分通气量的降低是由于潮气量和呼吸频率两者的下降。吸入氧气15 min后,PaCO2平均升高23 mm Hg。这是以下因素造成的:①5 mm Hg(22%)可归结于每分通气量的轻微降低(7%)。②7 mm Hg(30%)是由于血红蛋白对CO2的亲和力降低(Haldane效应,即在氧离曲线中PaO2为20~60 mm Hg时,PaO2的上升将最有效地置换CO2于血浆中,从而导致PaCO2增高)。③造成急性高碳酸血症的最主要因素(11 mm Hg,48%)是无效腔通气。这可能反映了缺氧性肺动脉收缩的丧失导致V/Q不协调的恶化。缺氧性肺动脉收缩的主要作用在于限制血液流向通气差的部位,使血液改向至基础时V/Q比值高的部位。这一代偿反应改善了V/Q的均一性,从而降低了生理无效腔。根据Haldane效应,缺氧性肺动脉收缩的丧失在起始PaO2低的患者中最为显著。通过计算机模型分析,以上三个要素在高碳酸血症的作用进一步得到了证实。随后的一些临床试验观察到吸入氧分数较低时,高碳酸血症的程度也较轻。如一组研究12例经气管插管COPD合并呼吸衰竭的患者在分别吸入分数为0.3、0.4 和0.7 的氧气时,并没有出现高碳酸血症的恶化。如果对吸入氧浓度不加限制,临床上可以出现三种情况:①患者的临床情况和PaCO2改善或不变。②患者可能嗜睡,但可以被唤醒。在这种情况下,PaCO2升高通常缓慢并且不会超过20 mm Hg/h。③患者意识丧失,PaCO2升高超过30 mm Hg/h。出现第三种情况的危险主要是患者起始PaO2和pH低。在一组95例COPD患者出现呼吸窘迫的研究中,如果吸入氧气使PaO2>74 mm Hg,那么住院时间、需要无创通气和入住ICU的比例就会增加[11-12]。
综上所述,COPD患者氧疗时引起高碳酸血症加重的机制有以下三个方面:①缺氧性肺血管收缩减弱导致通气血流不协调加重。②血红蛋白对二氧化碳的结合吸附作用减弱。③每分通气量减小。
3 控制吸氧的方法
在COPD急性加重期提高吸入氧浓度,确实有产生高碳酸血症恶化的危险,尤其对于低氧血症和酸中毒严重的患者,如果一开始就吸入较高的氧浓度,就会使缺氧性肺动脉收缩的代偿作用丧失,结合肺泡通气量的轻微下降和Halden效应,有可能使PaCO2迅速上升。如果PaCO2不超过85~90 mm Hg,一般不会出现中枢神经的严重抑制,这和正常人有所区别。ATS/ERS指南提出吸氧的目标是使血PaO2达到60~70 mm Hg(或血氧饱和度SaO290%~93%,有些研究报道为88%~92%),低于这个范围不能纠正低氧血症,超过这个范围,即便PaO2大幅度增加,血中实际氧含量的增加是很少的,二氧化碳麻醉的可能性增加[13-14]。这里需要强调的是使用指测氧饱和度仪,与血气分析相比,它具有无创、方便的优点,可以反复测定或动态监测而不增加患者痛苦,因而它是调节或控制吸入氧流量或氧浓度,是患者SaO2达到目标值必不可少的设备。除此之外,它还可以评价呼吸道或肺部炎症控制的状况,静息时和活动时SaO2变化以及去饱和时间,因此可用来评价患者是否适宜出院和是否需要在家中长期氧疗。指测血氧饱和度可以是心电监护仪上的一个项目,也可以是单独的指套式小装置,后者适合在没有监护设备、血气分析的基层医院和稳定期、需要在家中氧疗的患者使用。通常鼻导管吸氧1~2 L/min(<30%氧浓度)被定义为低流量吸氧,这一方法在COPD稳定期容易达到目标值,因此适合在家中长期氧疗,在COPD急性加重期是困难的。根据当前的指南,应该可以提高鼻导管吸入氧的流量,确切地说是氧浓度,一般≤5 L(浓度约40%)。继续升高鼻导管的氧流量将不再增高氧浓度。因为鼻导管吸氧的浓度不高,因此尽管加大氧流量,实际产生二氧化碳麻醉的情况少见。如果鼻导管吸氧在加大流量后仍然不能纠正低氧血症,应及时更换使用普通面罩或Venturi面罩,可以使吸入氧浓度达到55%~60%。有条件者优先使用Venturi面罩,因为它可以精确地调节吸入氧的浓度。非再呼吸性面罩具有储氧、单向阀门和面部紧密接触的特点,可以使吸入氧浓度达90%,在COPD急性加重时一般不推荐使用。
吸氧前应常规进行动脉血气分析一次,然后根据指测氧饱和度仪调节氧流量使SaO2达到90%。在吸氧开始时,应逐步提高氧浓度,即每分钟4%~7%。如果是鼻导管吸氧,氧流量应每分钟提高1 L。如吸入氧流量较高时,在吸氧后1 h左右应重复一次血气分析,不仅可以明确PaO2或SaO2是否已经达标,同时也可观察PaCO2升高和pH变化的情况,避免高碳酸血症的恶化。如果PaCO2≥50 mm Hg(或6.7 kPa),pH正常,则不改变氧流量,继续吸氧2 h后再复查血气分析。如果PaCO2≥50 mm Hg,pH <7.35,则应考虑无创正压通气。如果吸氧不能纠正低氧血症,或高碳酸血症加重导致pH<7.2,或中枢神经抑制明显,应及时气管插管和机械通气。如果吸入较高浓度氧,以及使用速效支气管扩张剂和胆碱能抑制剂后仍不能纠正低氧血症,应考虑合并有肺栓塞、急性呼吸窘迫、肺水肿和重症肺炎等的可能,应采取相应措施进行治疗[15-16]。
4 结语
近年来强调疾病的规范化管理或入院患者的临床路径,如何正确吸氧也应该是COPD急性加重或急性呼吸衰竭处理的重要议题。要改变既往长期形成的观念和习惯并非易事,首先呼吸科和危重症科的专家应认可控制吸氧的方法是合理的,并取得一致意见。然后,对相关的医护人员进行讲解,最终使这一方法得到推广和普及。同时,对控制吸氧和传统低流量吸氧进行对照研究,比较两者在患者疾病康复、住院时间的长短、并发症、病死率等方面的差异。相信这项工作既是基础的,也是实用和有意义的。
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