专家论坛 | 吸氧去氮的正确操作及其安全隐患的探讨

刘宗玉, 熊国强, 李玲玉

（深圳市龙岗区耳鼻咽喉医院麻醉科）

彭勇刚

（佛罗里达大学医学院附属Shands医院麻醉科）

【摘要】　吸氧去氮也称作预充氧, 是指吸入高浓度的氧气, 呼出肺内的氮气, 最大限度的替代肺内的氮气, 从而增加氧储备, 目的是延长无通气期安全时限, 为气管插管建立人工气道赢得更多的时间。 无通气期安全时限是指停止通气后指尖脉搏血氧饱和度(SpO2)降至90%以下所用的时间。 无通气期安全时限判断的依据是氧解离曲线, 根据氧解离曲线, 血氧分压>60 mmHg时, 血红蛋白氧饱和度>90%, 此时血液的携氧能力较好, 能为组织提供足够的氧气, 不会发生低氧血症。 在有效的吸氧去氮前提下, 全麻患者可以耐受更长的无通气时间, 对于通气困难、 插管困难、 肥胖、 老年人、 小儿、 肺部疾病等患者有着非常明确的使用价值。

【关键词】吸氧去氮; 无通气安全时限

1　吸氧去氮的理论基础

1.1

吸氧去氮的原理

无通气安全时限主要取决于机体的氧耗和氧储备, 降低氧耗与提高氧储备都能增加无通气安全时限。而吸氧去氮能增加氧储备, 因为人体氧储备主要取决于功能残气量(functional residual capacity, FRC)的大小与肺内氧气浓度, 一个健康成年人的FRC在一定的条件下是相对恒定的, 增加氧储备量只能提高肺内氧气浓度, 而吸氧去氮技术就是排出肺内的氮气, 增加肺内氧气浓度, 从而增加肺内氧气储备, 延长无通气安全时限。

根据氧解离曲线, 当动脉血氧分压(PaO2)低于60 mmHg或动脉血氧饱和度(SaO2)低于90%时, 血液携氧能力急速下降, 导致机体组织缺氧。 监测脉搏血氧饱和度(SpO2)能较准确的反映SaO2的值, 临床上以监测SpO2来判断SaO2的值。在SpO2<90%之前, 恢复患者氧供, 可保证患者无低氧血症发生。基于此我们粗略进行一个理论上的计算, 假设正常成年人FRC为2500 mL, 呼吸空气时氧浓度大约为21%, 此时肺泡氧储备大约为500 mL; 而呼吸纯氧时氧浓度为100%, 吸氧去氮使 FRC全部转变为氧气, 肺泡氧储备高达2500 mL。正常成人机体氧耗量约 250 mL/min, 忽略其他因素, 理论上大约可使机体无通气安全时限由吸入空气时的2 min 提高到吸纯氧去氮后的10 min。由此可见吸氧去氮对于增加无通气安全时限具有重要意义。

1.2

吸氧去氮的完成

吸氧去氮技术的效果可以由呼气末氧浓度(FeO2)直观反映, 临床上检测FeO2的方法方便可靠。有研究[1]表明, 当FeO2为90%时, 呼出气中含90%的氧气, 5%的CO2, 5%的氮气, FRC中95%的气体为氧气所取代。因此, 当FeO2约等于90%时, 吸氧去氮完成, 再增加吸氧去氮时间也不能继续提高肺泡内氧浓度, 也无实际临床意义。

1.3

吸氧去氮所需时间

早在1955年, Hamilton和Enstwood就证明在潮气量下, 吸入氧流量为5 L/min的纯氧, 2~3 min就能达到95%的去氮效果, 大多数麻醉学教科书也指出全麻患者在气管插管前应吸氧去氮3~5 min[2]。

有研究[1]显示, 成人面罩下平静呼吸纯氧, 吸氧去氮平均需要154 s, 小儿吸氧去氮所需时间比成人短, 在1～12岁的小儿中观察到, 面罩下平静呼吸6 L/min的纯氧, 80 s内所有小儿的FeO2都能达到90%, 且年龄越小, 所需时间越短,<5岁为40>5岁为70 s。总之, 小儿年龄越小, 吸氧去氮所需时间越短, 其原因为年龄越小, 呼吸频率越快, 肺泡通气量相对大, 气体交换快, 对于所有小儿而言2 min的吸氧去氮都能够满足需要。

1.4

吸氧去氮的方法

吸氧去氮主要分为诱导前自主呼吸法与诱导后手控面罩正压通气法。诱导前自主呼吸法类型很多, 主要包括自然吸气法(tidal volume breathing, TVB)和深吸气法(deep breathing, DB)。

1.4.1　自然吸气法即平静状态下的自然呼吸, 即潮气量呼吸法。对于TVB, 有研究指出[3], 在氧流量为10 L/min时, 吸入3 min纯氧, 老年患者(>65岁)FeO2平均为86.2%, 青年人平均为91.5%, 并且延长呼吸时间至4、6、8 min后效果提升有限。TVB吸氧的无通气安全时限长于手控面罩正压通气法, 且胃进气量明显减少。因此, 在全麻诱导前进行3 min TVB的吸氧去氮是一种安全、有效的方法, 尤其适用于插管困难患者(比如张口度小、小下颌、短颈、头大、鼾症、肥胖); 气道肿瘤患者、通气困难患者; 气道出血患者; 易胃内容物返流患者(如饱胃、急诊患者)等。

1.4.2　深吸气法肺活量呼吸(vital capacity breathing, VCB)法, 目前分为2种: 第1种为30 s 4次肺活量深呼吸(即4DB), 第2种为60 s 8次肺活量深呼吸(即8DB)。4DB效果次于8DB与TVB, 应用范围有限。Rajan等[4]在对比3 min TVB和8DB时发现, 当吸氧去氮完成后, 8DB组的PaO2优于TVB组; 8DB组的PH值和动脉血二氧化碳分压(PaCO2)值低于TVB组, 当SpO2降至90%时, 以上2组指标差异无统计学意义, 但是无通气期安全时限8DB组的时间要长于TVB 组, 其结果对比为(6.87±1.78) min vs (3.47±0.38) min。由此可见8DB优于TVB, 需要的时间更短, 但此法需要患者有较好的配合度, 比较适合紧急情况下的吸氧去氮, 例如院前急救和急诊插管。

1.4.3　手控面罩正压通气法即在麻醉诱导后, 患者自主呼吸停止, 在氧流量为5~10 L/min时, 控制面罩正压通气给氧3 min。该方法是目前广泛使用、传统的吸氧去氮方法。其缺点是不适合给药后通气困难的患者及胃内容物易返流误吸的患者等。

2　肺容量与吸氧去氮的相关性

理解吸氧去氮, 需要理解肺容量及其组成, 例如: 潮气量(VT); 残气量(RV); FRC; 肺活量(VC)。VT: 平静呼吸时, 每次吸入或呼出的气体量。一般成人的VT为400~600 mL。RV: 在最大呼气末肺内的气体量, 其正常值成人男性约1500 mL, 女性约1000 mL。FRC: 在平静呼气末肺内气体量。 FRC=补呼气量(ERV)+RV, 其正常值成人男性约2500 mL, 女性约1500 mL。 VC: 在最大吸气后再做最大呼气所能呼出的气体量。 VC=VT+补吸气量+ERV。 成年男性的正常值约为3500 mL, 女性2500 mL。 动脉血氧含量(CaO2)=0.003×PaO2+1.34×SaO2×Hb。氧耗量: 正常值=110~160 mL/(min·m2)。若平均体表面积为1.73 m2, 则正常值为190~275 mL/min, 成年人约为250 mL/min。吸入气氧分压(PiO2)=吸入氧浓度(FiO2)×(大气压－47)。肺泡气氧分压(PAO2)= FiO2×(大气压－47)－(PaCO2×1.25)。47 mmHg为37 ℃的蒸气压, PH2O=气道水蒸气压力, 通常为6.3 kPa, 即47 mmHg。PaCO2 35～45 mmHg。肺泡气-动脉血氧分压差P(A-a)O2=(PiO2－PaCO2×1/RQ)-PaO2(RQ为呼吸熵, RQ＝放出的CO2量/吸收的O2量, 其值为0.8)。

3 吸氧去氮增加无通气安全时限的理论计算

正常人肺内氧储备量为: 氧储备(mL)=肺泡氧浓度×FRC, 提高肺泡气氧浓度主要通过足够的肺泡通气量和提高吸入气氧浓度。

根据氧解离曲线, 无通气安全时限(T)的计算标准为PaO2为60 mmHg, 对于无肺内分流的理想机体, 此时PAO2应为60 mmHg, 而此时SpO2为90%。且在计算无通气安全时限时不必考虑PaCO2的影响, 因为CO2主要的储存形式是碳酸氢盐, 在无通气期对PaCO2的影响较小。所以根据公式PAO2(mmHg)=FiO2×(大气压－47)－(PaCO2×1.25), PaCO2 为40 mmHg, 肺泡氧气浓度(吸入气氧浓度)应该为FiO2=15.4%。所以当肺泡氧浓度低于15.4%时SpO2低于90%, 机体缺氧。无论是吸入空气还是吸入纯氧, 肺泡氧浓度降低到15.4%所需的时间就是无通气安全时限(T)。吸入空气时肺泡氧浓度大约等于21%, 而吸入纯氧时肺泡氧浓度为90%。

理论上如果按一位健康成人FRC为2500 mL, 每分钟氧耗为250 mL计算, 无通气安全时限(T): 250T=2500(氧浓度-15.4%); T=10(氧浓度-15.4%)。所以呼吸空气时的理论无通气安全时限为T(空)=10(氧浓度-15.4%)=10(21%-15.4%)=0.56 min。吸氧去氮后呼气末氧浓度达到90%后的无通气安全时限为T(氧)=10(氧浓度-15.4%)=10(90%-15.4%)=7.46 min。

此计算结果可以解释吸氧去氮的重要性, 即吸氧去氮后明显增加了无通气安全时限, 从吸入空气的T(空)=0.56 min增加到T(氧)=7.46 min, 这就为气管插管建立人工气道争取了充足的时间。 实际上当吸入空气时, 肺泡氧浓度<21%, 所以吸入空气时的无通气安全时限小于计算结果0.56 min, 而一般气管插管的时间要求为60 s, 对于困难气道需要的时间更长, 因此, 吸入空气时不能保证插管所需的时间要求, 必须进行吸氧去氮。

另外有研究表明[5], 吸入不同浓度的氧气, 其无通气安全时限也不同, 分别为100%氧浓度时无通气安全时限为6.9 min, 80%氧浓度时为5 min, 60%氧浓度时为3.5 min, 21%氧浓度(空气)时为1 min。由此可见吸入氧浓度越大, 无通气安全时限越长, 与理论计算结果相符。

4 病理状态下的吸氧去氮问题的讨论

在临床麻醉中, 大多数患者处在一种病理状态下, 对于这样的患者, 吸氧去氮时必须考虑其特殊病理状态。吸氧去氮替换的是FRC的氮气, 氧气储备也是储备在FRC, 所以只要是改变FRC的因素都能对吸氧去氮的效果造成影响。其中降低FRC因素有: 平卧体位、麻醉、肥胖、肺纤维化、肺水肿、胸廓畸形、肌肉松弛、腹胀等; 增加FRC的因素有: 肺气肿、哮喘、高龄等。下面具体讨论一下几个典型影响因素。

4.1

体位对吸氧去氮的影响

首先是体位的影响, 体位能改变FRC, 进而影响吸氧去氮的实际效果。大部分患者手术时为平卧位, 平卧位后腹腔脏器压迫膈肌, 使膈肌上移约4 cm, 从而减少FRC, 氧储备也降低。平卧位时FRC比直立位减少20%, 约减少 500~1000 mL, 并与身体的倾斜角度有关, 即自直立位、头高60° (指躯干与水平面之夹角为60°, 以下意义相同) 、 头高30°、平卧位、头低30°, 依次递减。其他手术体位对FRC也有影响, 且大小不同。左侧卧位时FRC高于仰卧位及截石位, 且呈侧卧位、俯卧位、仰卧位、截石位依次递减, 即截石位对FRC影响最大, FRC减少最多, 左侧卧位明显高于仰卧及截石位, 其减少值分别为男性440 mL及490 mL, 女性240 mL及280 mL。

4.2

麻醉对吸氧去氮的影响

麻醉对吸氧去氮的影响也很大, 有研究指出[6], 全麻时FRC下降约20%, 其主要机制是吸气肌张力消失, 腹部压力增加使隔肌向头侧移位, 肺顺应性降低20%, 气道远端肺泡闭合使FRC进一步下降。当一位成年人其体位由直立位转为平卧位时其FRC减少值为 0.7~0.8 L, 进行全身麻醉诱导后该值会进一步减少0.4~0.5 L[7], 综合来看, 平卧麻醉后其FRC减少量会更多。但有一个麻醉药物是例外的, 即氯胺酮麻醉保留自主呼吸时不发生肺不张, FRC无变化[8]。

4.3

老年人的吸氧去氮

对于老年人, FRC是增加的, 有研究也证实了这一点[9], FRC每年增加33 mL。其原因为[9], 老年人肺泡间隔与肺泡内皮细胞基底膜凝缩, 弹力板与胶原增加, 肺组织变硬, 生理死腔增大, 从而使RC、FRC增加。有研究表明[10], 无通气安全时限随着年龄的增加而减少, 年龄与无通气安全时限关系>65岁为1 min, 55～65岁为2 min,<55岁为3～4 min。对于老年人来说, FRC是随着年龄的增加而增加的, 吸氧去氮后储存的氧气也应该是增加的, 无通气安全时限也应该是增加的, 但是研究结果显示却是减少的。出现这种情况的原因可能为: 随着年龄的增加肺的弹性组织消失, 纤维结缔组织增加, 从而使肺的弹性回缩力下降, 肺泡总面积减少, 肺总容量减少, 肺储备功能下降[10]; 另外肺的退行性改变造成通气/血流比值失调, 肺换气功能下降, 肺内氧气不能有效进入血液, PaO2、SaO2及CaO2均降低; 老年性肺气肿, 其气体是无效气体, 不能进行交换, 闭合容量增加, 老年患者趋于出现肺不张。总之, 虽然老年人的FRC增加, 表面上看吸氧去氮后肺内的氧储备也增加, 但是却不能进行有效氧合, 导致无通气安全时限减短。

4.4

肥胖对吸氧去氮的影响

体质量指数(BMI)不同, 无通气安全时限明显不同, 有研究[11]指出, BMI越大, 无通气安全时限越短。这可能与肥胖患者肺储备功能降低与机体氧耗增加有关。

4.4.1　肥胖患者的FRC减少肺功能的改变与BMI有密切关系。BMI高的患者, 其肺、膈肌和胸壁之间的关系改变, 肺和胸廓的顺应性下降, 气道阻力增加; 另外由于腹部脂肪的挤压和增厚的胸壁使FRC、ERV和肺总量(TLC)下降, 从而影响肺通气功能和肺储备功能; 特别是FRC, 其会随着BMI的增加而明显减少, 当BMI 在20~30 kg/m2时, 每增加1 kg/m2, 其FRC则减少3%~5%[12]。

4.4.2　氧耗增加肥胖患者的耗氧量是增加的。 Prentice和Welle等[13-14]证实, 肥胖患者的基础代谢率和总能量消耗都高于正常人, 并随着BMI的增加而增加, 基础代谢率和总能量消耗增加时其耗氧量也增加。结果造成无通气安全时限缩短。

4.5

小儿的吸氧去氮

小儿的吸氧去氮问题更值得我们关注, 因为小儿的气管插管相对困难, 而氧储备少、氧耗高, 所以更易发生低氧血症。张毅等[15]研究表明, 小儿吸氧去氮后, 无通气安全时限与年龄呈正相关, 即年龄越大, 其无通气安全时限越长, 婴幼儿的最短, 相比年长儿和青少年其SpO2 更快地降至90%。

小儿的气管插管相对困难。因为小儿舌头大、头大、颈短、声门位置高等因素, 小儿气管插管时声门暴露相对困难, 气管插管时需要更长的无通气安全时限。

小儿的氧储备少, 年龄越小氧储备越少。在0.1～11.2岁的小儿, FRC与体质量具有明显的正相关性, 随着小儿年龄的增加, 单位体质量的FRC增加, 因此, 年龄越大的小儿其氧气储备越多, 无通气安全时限越长[1]。另外小儿肺泡通气量(alveolar ventilation, VA)/FRC比值为5, 而成人为1.5, 其意义为FRC的缓冲作用小, 氧气储备功能弱[16]。

由于小儿代谢旺盛, 年龄越小氧耗越大。小儿心率高于成人, 心率越快能量消耗越多, 氧耗越多。小儿需氧量为7～9 mL/(kg·min), 而成人为3 mL/(kg·min), 需氧量为成人的2倍多[17] 。小儿吸氧去氮2 min的无通气安全时限为(341.68±86.27) s, 成人为(462±136.05) s, 比成人短约121 s[18]。

所以对于小儿而言, 年龄越小, 单位质量的FRC越小, 单位体积质量的氧耗量越大, 故无通气安全时限越短。 3岁以上小儿无通气安全时限为2～3 min, 婴幼儿<1 min[1]。

综上所述, 吸氧去氮对于无通气安全时限至关重要, 需要掌握理论知识并且有的放矢。对于不同的患者要有不同的认识, 选用合适的方法, 无论选用何种吸氧去氮方法, 麻醉医生的最终目的是提高氧储备, 避免气管插管过程中出现低氧血症。对于吸氧去氮方法的选择, 要综合考虑患者自身情况和患者所处的环境。

参考 献请见《麻醉安全与质控》杂志官方 站www.psqachina.com

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