氧疗在围手术期的应用进展

宋君丽 易 芳 刘 敏 巩 固

1 川北医学院，四川省南充市 637000； 2 中国人民解放军西部战区总医院麻醉科

全球每年进行约3.1亿次外科手术，这些患者都不可避免地接受额外氧吸入疗法，特别在使用肌松药物的全身麻醉手术中。围手术期氧疗具有许多优势，包括高氧预处理使心肌可以更好地耐受缺血，降低术后伤口感染率以及减少体外循环期间产生的气体微栓子，增加对呼吸暂停和呼吸功能不全的耐受性以防止术中缺氧。临床工作中为避免缺氧的额外氧疗行为以及缺乏准确及时的监测，输送过量氧气在机械通气患者中很常见，加之目前没有明确的输氧标准，于是有大量关于围手术期输氧水平的研究，以平衡消除全麻手术病理生理改变的益处和高氧损伤的不利。

1 围手术期氧疗对重要脏器功能的影响

1.1 肺脏 围手术期短期应用高氧会降低肺血管阻力，导致肺循环血容量增加，区域肺灌注重分布，改善通气血流比值不平衡所致的低氧血症。但是，健康人群暴露于纯氧可能导致肺不张、黏膜纤毛清除受损和气管支气管炎、肺泡蛋白渗漏、肺泡巨噬细胞白三烯表达增强和肺泡中性粒细胞增加。已有大量证据表明吸入高浓度氧对肺功能有害，包括由ROS引起的细胞毒性导致气体交换受损和由肺泡塌陷引起的肺不张[1]。机械通气过程中，不可避免存在通气相关肺损伤和麻醉药物毒性作用，该因素也可协同高氧所致的肺损伤。

因此，术后呼吸系统并发症(Postoperative Pulmonary Complication,PPC)相对常见，发生率为2%～19%，明显延长住院时间，增加死亡率和医疗成本。Staehr-Rye等[1]回顾性分析73 922 名接受非心胸手术患者的临床数据，尚未发现高氧治疗的益处，Logistic回归分析显示PPC发生风险随着吸入氧浓度的升高而增加。肺不张程度也随着吸入氧浓度(Fraction of Inspired Oxygen, FiO2)增加呈剂量依赖性增加，手术中使用高浓度氧通气策略的确会对患者产生不利影响。Park等[2]研究显示麻醉期间低FiO2通气策略能降低术后肺不张的发生率及严重程度，同时并不增加低氧合事件的发生。长期高氧的损伤作用是确定的，然而PPC与高氧时间、手术类型、患者年龄、麻醉手术期管理以及围手术期护理等因素密切相关，高氧损伤在健康人群中不一定会导致临床症状，因此部分研究并未显示出FiO2水平对PPC明显益处。Cohen等[3]研究发现肺氧合功能和PPC在低FiO2组和高FiO2组无明显差异，最近一份研究也显示出相同的结论[4]。

在临床工作中，吸入高浓度氧气有增加肺损伤的风险，PPC及氧合功能不随FiO2水平明显改变。因此，在实践中可以将FiO2调整到不发生缺氧的最低FiO2，避免潜在高氧损伤，但还需要有力的临床证据支撑。

1.2 脑 随着全球进入老年化时代，将有更多老年人接受手术麻醉，围手术期重要脏器保护显得极其重要。尽管成年人大脑仅重约1 400g，但其占了全身基础氧气消耗量近20%，即便是短暂性缺血也会导致大量神经变性。在健康人群中，高氧会导致脑血管收缩，脑血流量减少11%～33%，产生神经系统损伤，基于此，相关指南提倡并发神经系统危重患者氧饱和度维持在94%～98%。

围手术期神经认知障碍(Perioperative Neurocognitive Disorders, PND)是围手术期神经系统损伤的表现和术后常见的并发症之一，特别是接受大手术或心脏手术的老年患者。2009 年，Slater等[5]研究发现局部脑氧饱和度(rScO2)的去饱和分数低于50%与CABG手术后认知功能下降和住院时间延长显著相关。另一份前瞻性研究中，接受心脏手术患者手术结束时低rScO2与术后认知功能下降相关[6]，这些研究提示了手术麻醉过程中大脑低氧合状态可能是患者发生PND的因素之一。同时，大脑中不饱和脂质、葡萄糖、线粒体、钙、谷氨酸、抗氧化防御系统、氧化还原活性金属离子等因素，使得其很容易受到氧化应激的影响[7]。最近Kupiec等[8]发表的一份回顾性分析研究显示，体外循环期间高氧可能是术后谵妄(Postoperative Delirium, POD)发生的相关危险因素，POD阳性组中严重高氧血症(PaO2≥200mmHg，1mmHg=0.133kPa)的发生率较高(100% VS 78%)，PaO2约250mmHg时，谵妄发生率最高。Lopez等[9]观察了310名心脏手术患者，结果显示术中脑缺氧后高氧再灌注与心脏手术后POD独立相关，表明氧化损伤可能介导了这一关联过程。此外，脑高氧程度也与POD的发生相关，而不是脑缺氧。这份研究观察了脑氧饱和度和POD的关联，但是心脏外科手术存在其他干扰因素以及NIRS技术的误差都使得其结论需要前瞻性实验进行验证。在此基础上，Shahzad等[10]前瞻性观察了术中FiO2和PND的联系，该研究结果和现在多数前瞻性研究并未显示出FiO2水平和PND甚至术后脑卒中及TCI的明确关联。但是，大脑对氧具有高度敏感性，无论是手术麻醉过程中低氧合还是缺氧后高氧再灌注都会对患者大脑产生不利影响，术中利用合适的监测方式并维持脑部代谢氧合稳定显得极其重要。

1.3 心血管系统 大量证据表明不同氧合水平对心血管系统具有广泛的影响，围手术期中高氧状态对机体体循环和肺循环存在不同作用，包括后负荷的增加和前负荷的减少，最终降低心输出量，血管阻力呈剂量相关性增加。Waring等[11]发现给健康志愿者面罩输氧1h可以降低心率和心脏指数，同时增加全身血管阻力和平均动脉压，冠状动脉阻力显著增加(21.5%～40.9%)，冠状动脉血流量显著减少(健康受试者平均减少率为 17.1%，冠心病患者减少率为7.9%～28.9%)。Stub等[12]的研究结果显示对无缺氧的ST段抬高型心肌梗死患者进行额外氧气治疗可能会增加早期心肌损伤和发病后6个月的心肌梗死面积。基于此，欧洲心脏病学会2017 年ST段抬高型心肌梗死管理指南不建议对SaO2≥90%的患者常规吸入氧气治疗[13]。此外，有大量研究发现高氧预处理对缺血心肌具有保护作用：研究发现高氧预处理减少心肌缺血再灌注后心肌梗死面积、再灌注后诱发的心律失常和改善心脏功能[14-15]。Ruetzler等[16]研究发现没有证据支持接受结直肠手术患者术中高氧会增加术后心血管系统并发症概率。

由此可见，在发生预知缺氧前的高氧预处理可能会产生积极有利作用，避免缺氧或改善缺氧状态，鉴于高氧对机体心血管系统的生理作用特点以及高氧本身的氧化应激和致炎症作用，对有并发心血管系统疾病或低心肺储备的患者进行氧疗时应平衡氧合和不利影响。

2 其他影响

2.1 手术部位感染 世界卫生组织定义手术部位感染(Surgical Site Infection, SSI)为在解剖学上与在手术室进行的外科手术相关且在手术前不存在的感染，该报告建议接受全身麻醉并行气管插管的成年患者应在术中接受80%的FiO2。氧气的抗菌作用是由Knighton等在1980 年代提出，对病原体氧化杀伤取决于由还原型辅酶Ⅱ催化产生的O2-，该反应速度依赖于PO2。2000年Greif等[17]发表了一项研究显示感染风险与术后组织氧合负相关，FiO2为80%的结直肠切除术患者SSI的发生率显著降低。Belda等[18]纳入了300 名结直肠切除术患者，他们在术中和术后6h被随机分配到FiO2为30%或80%，结果显示接受30%氧气的患者中有24.4%的患者发生SSI，而接受80%氧气的患者中只有14.9%。虽然在很多研究中都显示出吸入高浓度氧气对SSI有所裨益，但是其样本量都远远不足以检验出差异，高偏倚风险也使得围手术期高氧治疗的益处有待进一步研究。Kurz等[19]通过5 749名例接受肠道手术患者进行前瞻性干预研究，发现补充氧气不能降低SSI的发生率，de Jonge等[20]的研究结果也未显示出术中增加FiO2对SSI的裨益。总之，目前没有有力的证据支持吸入高浓度氧气可降低所有类型手术患者SSI的发生率，仍需大样本多中心的前瞻性随机对照研究证实。

2.2 长期预后 Eastwood等[21]在对152 680名机械通气患者的病例资料进行回顾性分析，提示院内死亡率和缺氧存在正相关，而与入ICU前24h的患者高PaO2无关。另一份多中心前瞻性研究显示，保守氧疗组和常规吸氧组的呼吸机使用和死亡率无明显差异，但是保守氧疗可能对疑似缺氧缺血脑病患者有益[22]。正如既往研究发现自由氧疗会增加死亡率而不会改善其他重要结局[23],2015年Helmerhorst等[24]纳入49 000多名患者的Meta分析显示，高氧状态患者院内死亡率的比值比为1.38，与入院诊断无关。在此基础上，Helmerhorst等[25]的另一份研究表明，重度高氧血症(PaO2>200mmHg)比轻度高氧血症(PaO2120～200mmHg)显示出更高的死亡率，调整后的院内死亡率在PaO2为120～160 mmHg内最小。这与之前的一项研究所呈现的结果相似，该研究纳入了36 000多名患者，de Jonge等[26]揭示了死亡率与PaO2之间的“U”型关系，即PaO2在110～150mmHg的区间内死亡率较低，较低水平或更高的PaO2致患者于更大死亡风险中。该研究结果强调了防止长时间过度氧合的危害，即便是轻度高氧和暴露时间的累加也会对患者造成不良的结局。因此，围手术期氧疗的潜在风险不应该只用脉搏氧饱和度或PaO2评判，需要确立更多更准确的指标来预测风险和指导临床治疗。

部分研究佐证了围手术期高FiO2的安全性，即不增加主要并发症、死亡率[27]。目前没有明显理由限制高FiO2在其他系统并发症的患者中的使用，同时，存在部分证据支持高氧对严重系统并发症患者的不利方面。

3 小结

保证患者在手术甚至整个围手术期内氧合充足和器官组织灌注十分重要，在某些情况下，短时间的高浓度氧疗会增加患者的治疗安全性，例如在麻醉诱导期间和为患者插管以延迟呼吸暂停期间低氧血症的发生。显而易见的是，暴露于超生理氧往往是不利的，可能会增加炎症和氧化应激，对肺功能、微血管灌注、冠状动脉和脑血流产生严重不利影响。然而，围手术期高氧导致可量化的氧化应激并不会转化为术后肺部、心脑血管并发症及死亡率的增加。鉴于吸入高于60%的氧浓度可能会增加不良事件的风险，并且缺乏强有力的证据证明其在围手术期的优势。因此，不支持在麻醉和手术期间常规吸入高浓度氧气，反而高浓度补充氧气和有创机械通气策略相关的危害可能超过试图完全逆转动脉低氧血症的益处。对围手术期或ICU危重患者实施精确控制动脉氧合水平以避免过度或不充分氧合相关的危害，并对其进行密切监护和全面准确评估是目前应该进行的一项重要研究要点。鉴于先前研究存在高偏倚风险以及实验设计缺点，有必要进行以危重患者为中心的低偏倚风险、大样本量、长期随访的临床随机试验。同时，应设计更多临床试验探讨生理氧含量和允许性低氧合在围手术期的价值、更好的氧合监测指标、个体化氧化目标、开始及停止氧疗的标准等。