慢性阻塞性肺疾病急性加重期的氧療

范陳豪［美］(綜述)，陳清江(審校)

(1.臺(tái)州市路橋區(qū)第二人民醫(yī)院內(nèi)科，浙江 臺(tái)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(jiàn)原因之一。COPD急性加重期的管理涉及多個(gè)方面，氧療是其中基本的方法。國(guó)內(nèi)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(guó)胸科協(xié)會(huì)和歐洲呼吸協(xié)會(huì)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(jìn)一步認(rèn)為氧療已經(jīng)是成熟的技術(shù)［2-3］。國(guó)內(nèi)指南對(duì)于控制吸氧的機(jī)制和方法沒(méi)有具體闡述，因此國(guó)內(nèi)許多醫(yī)院實(shí)際上還是在沿用傳統(tǒng)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(shí)吸氧不充分，導(dǎo)致缺氧這一危害機(jī)體生理功能的主要因素得不到糾正。為了使氧療這一基礎(chǔ)療法得以合理實(shí)施，現(xiàn)就控制吸氧的理由和具體方法進(jìn)行綜述。

1 高碳酸血癥和低氧血癥對(duì)機(jī)體的危害

高碳酸血癥促進(jìn)氧離曲線右移和O2釋放進(jìn)入組織，增加大腦血流，進(jìn)一步的作用可表現(xiàn)為抑制意識(shí)水平、增高顱內(nèi)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(shí)會(huì)出現(xiàn)意識(shí)改變，在慢性高碳酸血癥患者PaCO2升至90～100 mm Hg時(shí)才出現(xiàn)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(lái)研究表明它同炎癥和免疫反應(yīng)相關(guān)，通過(guò)抑制炎性反應(yīng)，可以起到保護(hù)肺損傷的作用。因此適度降低肺泡通氣或潮氣量產(chǎn)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(duì)于肺部感染或全身膿毒癥患者而言，其保護(hù)作用僅限于發(fā)病的早期，可能的原因是CO2可作為獨(dú)立的信號(hào)分子，損害了上皮和內(nèi)皮的屏障，妨礙了肺水腫的消除，以及降低免疫功能導(dǎo)致細(xì)菌的清除受損［4］。

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

2 吸氧時(shí)高碳酸血癥發(fā)生的機(jī)制

為了能夠充分吸氧，同時(shí)避免高碳酸血癥惡化造成的意識(shí)障礙和麻醉，有必要分析通氣機(jī)制和引起高碳酸血癥加重的原因。通氣控制有很多機(jī)制，概括地說(shuō)，包括許多神經(jīng)反射途徑、負(fù)反饋環(huán)，以及與代謝需求相協(xié)調(diào)的氣體交換調(diào)節(jié)機(jī)制。高碳酸血癥時(shí)，通過(guò)PaCO2(腦干pH)負(fù)反饋調(diào)節(jié)是主要機(jī)制，其次是在正常情況下通過(guò)PaO2的調(diào)節(jié)。PaCO2升高1 mm Hg，通氣將升高2～4 L/min。腦干中心化學(xué)感受器對(duì)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(shí)通氣的時(shí)間、頻率、深度由延髓呼吸中樞傳出沖動(dòng)決定，同時(shí)部分受到來(lái)自腦干其他神經(jīng)元、感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮層、邊緣系統(tǒng)、杏仁核以及下丘腦的影響。在呼吸抑制時(shí)，由于呼吸負(fù)荷、肺和胸壁受體和行為因素的作用，呼吸的刺激和相應(yīng)的機(jī)械傳出沖動(dòng)就變得更加復(fù)雜。在上呼吸道、肺和胸壁有機(jī)械受體，感受氣體流速、壓力和容量，對(duì)呼吸起抑制效應(yīng)，并受到鼻腔溫度感受器、呼吸道牽張感受器、胸肌梭形細(xì)胞和肌腱Golgi器受體的調(diào)節(jié)?；瘜W(xué)或機(jī)械刺激C纖維神經(jīng)末梢使呼吸沖動(dòng)增加，這見(jiàn)于氣管和肺部炎癥以及支氣管痙攣、肺間質(zhì)水腫、肺氣腫等。感受pH或PCO2變化的化學(xué)感受器有中樞(延髓腹外側(cè)區(qū))和外周(主動(dòng)脈竇和頸動(dòng)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(dòng)的10%～15%［7-8］。

高碳酸血癥產(chǎn)生的原因決定于CO2的產(chǎn)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(shù)，VCO2是產(chǎn)生量，VA是肺泡通氣量，即每分鐘吸氣時(shí)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(chǔ)備受限，CO2產(chǎn)生的增加(如全身感染、飲食過(guò)度、乳酸酸中毒、甲狀腺毒癥)不會(huì)產(chǎn)生有臨床意義的高碳酸血癥。因?yàn)镃O2和血紅蛋白的結(jié)合是直線關(guān)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(diào)造成，嚴(yán)重時(shí)類似死腔增加。此外，呼吸道受阻導(dǎo)致肺過(guò)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(chǎn)生的收縮力減小;肺順應(yīng)性減小使膈肌同樣的壓力產(chǎn)生較小的肺體積變化。氣腫型患者主要通過(guò)呼吸頻率增加以補(bǔ)償排除CO2的不足，雖然可以維持PaCO2至正常，但長(zhǎng)期增加的呼吸功是引起心肺衰竭的因素之一。當(dāng)病情嚴(yán)重時(shí)，呼吸頻率的增加已不能糾正高碳酸血癥，這是因?yàn)槲鼩鈺r(shí)間縮短，潮氣量減小，VD/VT比值增加。長(zhǎng)期缺氧、慢性氣管炎癥、肺過(guò)度膨脹降低吸氣儲(chǔ)備又引起吸氣時(shí)間進(jìn)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(shí)的呼吸方式是不同的。高碳酸血癥時(shí)潮氣量降低，而呼吸頻率增加，結(jié)果VD/VT增加。通過(guò)測(cè)定口腔阻斷壓和吸氣流速發(fā)現(xiàn)潮氣量的降低可能是由于吸氣時(shí)間縮短(而不是呼吸驅(qū)動(dòng)力降低)造成的。缺氧、慢性炎癥時(shí)肺部刺激物和J受體的刺激，以及肺過(guò)度膨脹時(shí)吸氣儲(chǔ)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(duì)吸氧的反應(yīng)是不同的，由于急性呼吸衰竭時(shí)腦內(nèi)廣泛缺氧導(dǎo)致局部乳酸增加，缺氧本身是造成呼吸抑制的重要原因。進(jìn)一步的研究表明，同一例COPD患者緩解期和急性呼吸衰竭時(shí)呼吸空氣的每分通氣量沒(méi)有顯著差異，在呼吸衰竭時(shí)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(dāng)給予5 L/min吸氧時(shí)，每分鐘通氣量?jī)H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(qū)動(dòng)力適當(dāng)減少應(yīng)該是氧療的一個(gè)目標(biāo)。急性呼吸衰竭時(shí)，對(duì)于一個(gè)呼吸機(jī)械功能已經(jīng)受損的患者來(lái)說(shuō)，大幅度提高呼吸驅(qū)動(dòng)力并維持較長(zhǎng)時(shí)間而不至于引起呼吸肌疲勞是很困難的［9-10］。

另一項(xiàng)研究使COPD合并急性呼吸衰竭患者都吸入分?jǐn)?shù)(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(fù)到基礎(chǔ)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(jié)于每分通氣量的輕微降低(7%)。②7 mm Hg(30%)是由于血紅蛋白對(duì)CO2的親和力降低(Haldane效應(yīng)，即在氧離曲線中PaO2為20～60 mm Hg時(shí)，PaO2的上升將最有效地置換CO2于血漿中，從而導(dǎo)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(wú)效腔通氣。這可能反映了缺氧性肺動(dòng)脈收縮的喪失導(dǎo)致V/Q不協(xié)調(diào)的惡化。缺氧性肺動(dòng)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(chǔ)時(shí)V/Q比值高的部位。這一代償反應(yīng)改善了V/Q的均一性，從而降低了生理無(wú)效腔。根據(jù)Haldane效應(yīng)，缺氧性肺動(dòng)脈收縮的喪失在起始PaO2低的患者中最為顯著。通過(guò)計(jì)算機(jī)模型分析，以上三個(gè)要素在高碳酸血癥的作用進(jìn)一步得到了證實(shí)。隨后的一些臨床試驗(yàn)觀察到吸入氧分?jǐn)?shù)較低時(shí)，高碳酸血癥的程度也較輕。如一組研究12例經(jīng)氣管插管COPD合并呼吸衰竭的患者在分別吸入分?jǐn)?shù)為0.3、0.4 和0.7 的氧氣時(shí)，并沒(méi)有出現(xiàn)高碳酸血癥的惡化。如果對(duì)吸入氧濃度不加限制，臨床上可以出現(xiàn)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(huì)超過(guò)20 mm Hg/h。③患者意識(shí)喪失，PaCO2升高超過(guò)30 mm Hg/h。出現(xiàn)第三種情況的危險(xiǎn)主要是患者起始PaO2和pH低。在一組95例COPD患者出現(xiàn)呼吸窘迫的研究中，如果吸入氧氣使PaO2＞74 mm Hg，那么住院時(shí)間、需要無(wú)創(chuàng)通氣和入住ICU的比例就會(huì)增加［11-12］。

綜上所述，COPD患者氧療時(shí)引起高碳酸血癥加重的機(jī)制有以下三個(gè)方面:①缺氧性肺血管收縮減弱導(dǎo)致通氣血流不協(xié)調(diào)加重。②血紅蛋白對(duì)二氧化碳的結(jié)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(shí)有產(chǎn)生高碳酸血癥惡化的危險(xiǎn)，尤其對(duì)于低氧血癥和酸中毒嚴(yán)重的患者，如果一開(kāi)始就吸入較高的氧濃度，就會(huì)使缺氧性肺動(dòng)脈收縮的代償作用喪失，結(jié)合肺泡通氣量的輕微下降和Halden效應(yīng)，有可能使PaCO2迅速上升。如果PaCO2不超過(guò)85～90 mm Hg，一般不會(huì)出現(xiàn)中樞神經(jīng)的嚴(yán)重抑制，這和正常人有所區(qū)別。ATS/ERS指南提出吸氧的目標(biāo)是使血PaO2達(dá)到60～70 mm Hg(或血氧飽和度SaO290%～93%，有些研究報(bào)道為88%～92%)，低于這個(gè)范圍不能糾正低氧血癥，超過(guò)這個(gè)范圍，即便PaO2大幅度增加，血中實(shí)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(qiáng)調(diào)的是使用指測(cè)氧飽和度儀，與血?dú)夥治鱿啾?，它具有無(wú)創(chuàng)、方便的優(yōu)點(diǎn)，可以反復(fù)測(cè)定或動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)而不增加患者痛苦，因而它是調(diào)節(jié)或控制吸入氧流量或氧濃度，是患者SaO2達(dá)到目標(biāo)值必不可少的設(shè)備。除此之外，它還可以評(píng)價(jià)呼吸道或肺部炎癥控制的狀況，靜息時(shí)和活動(dòng)時(shí)SaO2變化以及去飽和時(shí)間，因此可用來(lái)評(píng)價(jià)患者是否適宜出院和是否需要在家中長(zhǎng)期氧療。指測(cè)血氧飽和度可以是心電監(jiān)護(hù)儀上的一個(gè)項(xiàng)目，也可以是單獨(dú)的指套式小裝置，后者適合在沒(méi)有監(jiān)護(hù)設(shè)備、血?dú)夥治龅幕鶎俞t(yī)院和穩(wěn)定期、需要在家中氧療的患者使用。通常鼻導(dǎo)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(dá)到目標(biāo)值，因此適合在家中長(zhǎng)期氧療，在COPD急性加重期是困難的。根據(jù)當(dāng)前的指南，應(yīng)該可以提高鼻導(dǎo)管吸入氧的流量，確切地說(shuō)是氧濃度，一般≤5 L(濃度約40%)。繼續(xù)升高鼻導(dǎo)管的氧流量將不再增高氧濃度。因?yàn)楸菍?dǎo)管吸氧的濃度不高，因此盡管加大氧流量，實(shí)際產(chǎn)生二氧化碳麻醉的情況少見(jiàn)。如果鼻導(dǎo)管吸氧在加大流量后仍然不能糾正低氧血癥，應(yīng)及時(shí)更換使用普通面罩或Venturi面罩，可以使吸入氧濃度達(dá)到55%～60%。有條件者優(yōu)先使用Venturi面罩，因?yàn)樗梢跃_地調(diào)節(jié)吸入氧的濃度。非再呼吸性面罩具有儲(chǔ)氧、單向閥門和面部緊密接觸的特點(diǎn)，可以使吸入氧濃度達(dá)90%，在COPD急性加重時(shí)一般不推薦使用。

吸氧前應(yīng)常規(guī)進(jìn)行動(dòng)脈血?dú)夥治鲆淮?，然后根?jù)指測(cè)氧飽和度儀調(diào)節(jié)氧流量使SaO2達(dá)到90%。在吸氧開(kāi)始時(shí)，應(yīng)逐步提高氧濃度，即每分鐘4%～7%。如果是鼻導(dǎo)管吸氧，氧流量應(yīng)每分鐘提高1 L。如吸入氧流量較高時(shí)，在吸氧后1 h左右應(yīng)重復(fù)一次血?dú)夥治?，不僅可以明確PaO2或SaO2是否已經(jīng)達(dá)標(biāo)，同時(shí)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?gòu)?fù)查血?dú)夥治?。如果PaCO2≥50 mm Hg，pH ＜7.35，則應(yīng)考慮無(wú)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(dǎo)致pH＜7.2，或中樞神經(jīng)抑制明顯，應(yīng)及時(shí)氣管插管和機(jī)械通氣。如果吸入較高濃度氧，以及使用速效支氣管擴(kuò)張劑和膽堿能抑制劑后仍不能糾正低氧血癥，應(yīng)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(yīng)采取相應(yīng)措施進(jìn)行治療［15-16］。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)強(qiáng)調(diào)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(yīng)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(zhǎng)期形成的觀念和習(xí)慣并非易事，首先呼吸科和危重癥科的專家應(yīng)認(rèn)可控制吸氧的方法是合理的，并取得一致意見(jiàn)。然后，對(duì)相關(guān)的醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行講解，最終使這一方法得到推廣和普及。同時(shí)，對(duì)控制吸氧和傳統(tǒng)低流量吸氧進(jìn)行對(duì)照研究，比較兩者在患者疾病康復(fù)、住院時(shí)間的長(zhǎng)短、并發(fā)癥、病死率等方面的差異。相信這項(xiàng)工作既是基礎(chǔ)的，也是實(shí)用和有意義的。

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