麻醉中吸入不同氧浓度对儿童肺交换功能的影响

发布时间：2015-01-22 16:21

 

【摘要】 【研究背景】在小儿麻醉诱导和维持过程中，使用纯氧已经成为一种常见的现象。纯氧有利于提高患儿气管插管前的氧储备，增加缺氧的耐受时间，防止在麻醉诱导和维持过程中发生低氧血症。然而近年来相关研究发现[1]，成人长时间吸入高浓度的氧会导致肺脏的急慢性损伤，增加肺内分流率，引起通气血流比值的失调，进而影响肺的交换功能。对于儿童在此方面的研究资料却很少。目前监测肺交换的指标有肺泡-动脉氧分压差（PA-aO2）、氧合指数(PaO2/FiO2)、呼吸指数(RI=PA-aO2/PaO2)、动脉肺泡氧分压比(PaO2/PAO2)等。这些指标能较好的反映肺交换功能，早期判断是否存在肺交换障碍，对于防止低氧血症有重要的意义。本研究通过观察麻醉过程中吸入低浓度氧气对儿童肺交换的影响，旨在为临床麻醉维持过程中是否能降低吸入氧气浓度提供参考依据。【研究方法】经医院伦理委员会批准，选择40例首次全麻下行气管插管择期手术的患儿（全部为先天性髋关节脱位切开复位手术患儿），ASAⅠ-Ⅱ级，年龄2-6岁，男25例，女15例，体重10-20kg。按照随机原则分为两组，每组20例。A组（低浓度氧气组）FiO2=22%，B组（纯氧组）FiO2=100%。麻醉方法：静脉注射阿托品0.1~0.2mg/kg，咪达唑仑0.1~0.2mg/kg，枸橼酸酸舒芬太尼0.3ug/kg，丙泊酚2~3mg/kg，顺苯磺阿曲库铵1~2mg/kg快速诱导。麻醉维持采用右美托咪定0.6ug/kg/h泵注，七氟烷1~3%吸入。根据手术需要间断静脉注射枸橼酸舒芬太尼0.2ug/kg。术中采用脑电双频指数监测镇静催眠深度，使两组BIS数值维持在40-60之间。A组调整吸入氧气和空气的流量，根据麻醉机吸入氧浓度监测进行调整，使氧浓度维持在22%（FiO2=22%），B组仍为纯氧吸入（FiO2=100%）。两组的新鲜气体流量均为4L/min，采用容量控制模式(VCV)，潮气量(VT)=6~8ml/kg，吸呼比(I:E)=1:2，呼吸频率(f)=15~22次/分，根据呼气末二氧化碳分压(PetCO2)调节VT和f，使得PetCO2维持在38~41mmHg，气道压力不超过23mmH2O。手术开始时（T1）和手术开始后2小时（T2）记录两组患儿的血流动力学指标，并在T2时间点抽取桡动脉血进行血气分析记录结果。根据相关公式[2]，计算出肺泡氧分压(PAO2)、肺泡-动脉氧分压差（PA-aO2）、氧合指数(PaO2/FiO2)、呼吸指数(RI=PA-aO2/PaO2)、动脉肺泡氧分压比(PaO2/PAO2)。【研究结果】：1．血流动力学指标：组内两时间点之间比较，两组患儿在T2时间点的MAP和HR均低于T1时间点，差异有统计学意义(P＜0.05)；组间比较，两组患儿在相同时间点的血流动力学指标MAP和HR相比较差异无统计学意义(P均＞0.05)。2．在T2时间点上，B组的PaO2高于A组，差异有统计学意义（P＜0.05）；B组的SpO2高于A组，差异有统计学意义(P＜0.05)；两组间的PaCO2相比差异无统计学意义（P＞0.05）。3．两组患儿相比，B组氧合指数（PaO2/FiO2）在数值上大于A组，但差异无统计学意义（P＞0.05）；B组的肺泡-动脉氧分压差(PA-aO2)高于A组，差异有统计学意义（P＜0.05）；B组的呼吸指数(RI=PA-aO2/PaO2)和动脉肺泡氧分压比(PaO2/PAO2)与A组相比较也存在差异，差异有统计学意义（P均＜0.05）。【结论】：1．对于肺交换功能正常的患儿，麻醉维持过程中吸入22%氧浓度气体不仅不会导致低氧血症，同时还避免了吸入高浓度氧对肺交换功能的影响。2．对于肺交换功能正常的患儿，提高吸入氧浓度能够增大肺泡-动脉氧分压差(PA-aO2)、呼吸指数(RI=PA-aO2/PaO2)和氧合指数(PaO2/FiO2)，降低动脉肺泡氧分压比(PaO2/PAO2)，影响肺交换功能。 

一、前言

在小儿临床麻醉诱导及其维持过程中，吸入高浓度氧已经是临床上的一种常见的现象。为了增加插管和拔管过程中患儿的氧储备和耐受缺氧的时间，避免发生缺氧，临床麻醉工作中通常采用吸入较高浓度的氧气。
但是吸入高浓度的氧可导致术中出现肺换气障碍，进而引起术后频发的低氧血症，有的患者甚至出现严重的肺部并发症，主要表现为呼吸功能下降，通气血流比值失调，肺泡动脉氧分压差增大。目前国外有关研究表明[3]，成人吸入高浓度氧会导致肺的急慢性损伤，其中最典型的就是急性肺损伤(acute lunginjury,ALI)，使得肺内分流率增加，影响肺的交换功能，且毒性与吸入氧气量有关，有相关文献报道[4]，吸入氧浓度为 60%-80%，可能在数日内不会出现肺损伤的相应症状，但是吸入 100%氧浓度的纯氧，通常在 4-8 小时出现肺损伤的症状。对于新生儿长时间吸入高浓度的氧，可能会导致视网膜病变，球后视网膜纤维增生(ROP)。有动物实验表明[5]，对于新生小鼠，吸入高浓度的氧会出现视网膜的病变。同时也有报道指出[6]，对新生儿进行抢救和复苏时应尽量避免使用高浓度氧。通过对新生儿临床观察结果表明[7]，新生儿全麻手术时，吸入氧浓度越高，肺泡动脉氧分压差越高。此外有多项临床研究表明[8-12]，外科手术全身麻醉后出现呼吸系统相关并发症的发生率约 19%-59%，并发症主要表现为肺不张和呼吸道的感染及支气管痉挛等。
产生这些损伤的原因是多方面的，其中吸入高浓度氧导致肺急慢性损伤已经得到了初步认同，这种肺不张被认为是由于高浓度氧气吸入导致氧的重新吸收和肺泡塌陷所致，相关的的研究越来越受到人们的重视。但目前关于吸入高浓度氧造成肺损伤的机制尚无定论。近年来有研究表明，在新生大鼠高氧肺损伤模型中发现，随着氧浓度的升高和时间的延长，大量的活性氧(reactive oxygenspecies,ROS)在肺组织中堆积，通过酶的氧化、抑制 DNA 的合成和脂质的过氧化等作用使得细胞凋亡增多[13-15]。目前认为肺损伤时主要的形式就是细胞凋亡，细胞凋亡在肺损伤过程中具有很重要的作用[16]，吸入高浓度氧可能会过度的激活促凋亡分子，促进凋亡分子的功能和活动，或者增加某些促进细胞凋亡的物质的表达，进而诱导肺组织的细胞凋亡。此外有相关研究表明[17-19]，肺损伤可能与炎症反应、氧化应激、谷氨酸增多等有关。同时国内有关研究表明[20]，谷氨酸可能通过 NMDA 受体的内源性激活参与了高浓度氧肺损伤的发生和发展。对于清醒的健康肥胖患者肺功能已经发生了变化，因为膈肌的位置异常、胸壁肥厚和中心血容量的增加导致肥胖患者表现出限制性的呼吸模式。总体来说，体重指数（BMI）和肺容量（如肺残气量、功能残气量和剩余肺容积）之间存在紧密的联系。仰卧位和全麻机械通气期间功能残气量的下降更加明显，如果功能残气量减小到小于闭合容量，则一侧肺通气效能骤降，甚至不通气。最终这些萎陷的肺单元增加了肺内分流。可以肯定的是，肥胖患者吸入高浓度氧气会进一步促发肺不张和氧和受损的形成。
肺脏是体内血液和空气交换的场所，它接受全部心排量。如果肺交换功能出现问题，首先影响的就是血液的氧和进而影响组织的氧供，严重的可能出现低氧血症。小儿正处于身体发育的重要的阶段，肺脏发育尚不完全成熟，对高浓度氧的耐受能力较成人差，更加容易导致肺脏的急慢性损伤。
肺泡-动脉氧分压差(PA-aO2)、呼吸指数(RI=PA-aO2/PaO2)、动脉肺泡氧分压比(PaO2/PAO2)、氧合指数(PaO2/FiO2)是评价肺交换功能的常用的指标。目前有很多在麻醉苏醒期或诱导过程中降低吸入氧浓度对肺交换功能影响方面的研究，多数研究结果都提示，适当降低吸入氧气的浓度，能够改善肺部交换功能，而不会明显降低患者的氧储备。但是对于小儿麻醉维持过程中吸入气体成分对肺交换功能的影响目前尚不清楚。
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二、预实验

为了保证患儿手术麻醉的安全，探究本实验的可行性，在进行正式实验之前，进行一定数量的预实验，主要目的就是观察麻醉维持过程中降低吸氧浓度后患儿的动脉血氧分压水平，以及患儿是否出现因为氧浓度过低导致的低氧血症。
实验对象：选取 15 例首次在我院行全麻插管的先天性髋关节脱位切开复位手术的患儿。年龄在 2-6 岁，ASAⅠ-Ⅱ级，体重 10-20kg。所有患儿均无先天性心脏病，无哮喘、上呼吸道感染等呼吸系统疾病，无贫血及电解质紊乱，无癫痫及长期服用镇静药物。术前禁饮 2h，禁食 8h。
实验方法：患儿入室后，均采用静脉注射阿托品 0.1~0.2mg/kg，咪达唑仑0.1~0.2mg/kg，枸橼酸舒芬太尼 0.3ug/kg，丙泊酚 2~3mg/kg，顺苯磺阿曲库铵1~2mg/kg 快速诱导。麻醉维持采用右美托咪定 0.6ug/kg/h 泵注，七氟烷 1~3%吸入。根据手术需要间断静脉注射枸橼酸舒芬太尼 0.2ug/kg。气管插管后连接呼吸机，听诊双肺，确保导管深度合适。将吸入氧浓度调整到 22%，容量控制呼吸，并根据呼气末二氧化碳分压(PetCO2) 调节 VT 和 f ，使得 PetCO2维持在38~41mmHg 之间。监测患儿的心率、血压等指标，观察术中患儿血氧饱和度的变化及趋势，同时注意观察患儿的皮肤黏膜颜色。手术开始后 2 小时，抽桡动脉血进行血气分析，记录 PaO2和 PaCO2。
目前诊断低氧血症的指标主要是 PaO2，正常人的 PaO2随着年龄的增长是逐渐变小的。在海平面呼吸空气的情况下，PaO2＜60mmHg 可以认为是出现低氧血症。当脉搏血氧饱和度为 100%的时候，动脉血氧分压在 80-500mmHg 之间。根据“30-60-90”原则，当脉搏血氧饱和度为 90%时，PaO2为 60mmHg。本研究为了保证患儿的安全，将血氧饱和度最低值设定在 90%。如果出现低于 90%的情况，立即听诊患儿双肺呼吸音，检查血氧饱和度探头，并行血气分析，根据血气分析结果调整吸入氧的浓度。
实验结果：实验结果显示，所有患儿整个麻醉手术过程中循环稳定，麻醉平稳，均未出现明显波动，监测脉搏氧饱和度均在 90%之上，皮肤黏膜均未出现紫绀。手术开始后 2 小时抽桡动脉血行血气分析，PaO2均在 60mmHg 之上，故可以认定患儿在手术过程中是安全的，不存在缺氧及低氧血症的情况。
实验结论：通过以上预实验结果可以认定在小儿麻醉维持过程中将吸入氧浓度降低到 22%，对于无先天心肺疾病的患儿来说是安全的，，而且在对血氧饱和度和循环呼吸等的严密的监测下是可以及时发现并预防低氧血症的发生的。因此，可以认为该实验是安全、可行的。
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三、材料与方法.................................13
3.1 一般资料.................................... 13
3.2 麻醉方法......................................... 13
3.3 实验药物与仪器....................................... 15
3.4 统计学分析....................................... 16
四、结果.................................17
4.1 两组患儿一般资料比较结果......................................................................... 17
4.2 两组患儿 T1 和 T2 两个时间点血流动力学指标比较结果........................ 17
4.3 两组患儿在 T2 时间点 PaO2，PaCO2和 SpO2的比较结果.......................18
4.4 两组患儿在 T2 时间点肺交换功能各指标间的比较结果 .......................... 18

五、讨论

5.1 吸入氧浓度的选择
在全麻诱导及维持过程中吸入高浓度的氧，主要的目的就是延长患儿的缺氧耐受时间，增加患儿的氧储备，减少麻醉过程中的缺氧损伤，这个已经作为一种常规应用于临床的工作中。但是随着对高浓度氧引起肺损伤研究的深入，这个常规已经受到人们的质疑。很多关于不同吸入氧浓度在麻醉中应用的研究也逐渐增多。本研究麻醉维持过程中通过降低吸入氧浓度，观察患儿是否出现低氧血症以及对肺交换功能的影响，为今后儿童麻醉维持吸入氧浓度提供参考依据。
目前临床上把 PaO2＜50mmHg 作为氧疗的指标。对于肺功能正常的儿童，以 FiO2能够保证 PaO2在 50-80mmHg 为标准。如果吸入氧浓度过高导致 PaO2高于 90-100mmHg，那么容易引起高氧损伤或者氧中毒，对于早产儿可增加患视网膜病变(ROP)的危险[22]。在降低吸入氧浓度的同时，往往伴随出现的一个问题就是容易出现低氧血症。低氧血症是指血液中的含氧量不足，动脉血氧分压低于正常值的下限，主要的表现就是血氧饱和度(SaO2)的降低和血氧分压(PaO2)的下降[23]。通常认为成人的氧耗量是 250ml/min，在麻醉状态下的氧耗量是200ml/min。对于儿童这一改变也是一样的，在麻醉中的耗氧量比正常的情况下是降低的。全身麻醉过程中，患儿的耗氧量降低，理论上吸入 22%氧浓度的气体足以能够确保患儿不会出现缺氧和低氧血症。本研究的预实验结果显示，在小儿麻醉维持过程中吸入 22%氧浓度的气体，手术开始后 2 小时抽取桡动脉血，血气分析 PaO2均大于 60mmHg，脉搏血氧饱和度均在 90%之上，提示在麻醉维持过程中患儿均未出现缺氧和低氧血症，这一结果为本研究直接选择麻醉维持过程中FiO2=22%提供了依据。
动脉血氧饱和度(SaO2)指的是血液中被氧结合的氧合血红蛋白的容量占全部可以结合的血红蛋白容量的百分比[24]，这一指标能够反应血液的氧合状态和含氧量的水平。在临床麻醉过程中通过脉搏血氧饱和度(SpO2)的监测来反映机体的动脉血氧饱和度(SaO2)，本研究中采用的脉搏血氧和饱和度监测仪器的原理是氧合血红蛋白和还原血红蛋白之间的吸收光谱不同，通过分光光度来确定血液的氧合程度。有相关研究报道[25]，脉搏血氧饱和度能够真实的反应动脉血氧饱和度的情况。当 SaO2在 70%-100%时，两者的相关性是非常密切的[26]。根据氧合解离曲线，可以知道动脉血氧分压在＞60mmHg 时，这一曲线处于平坦阶段，但是当小于这一数值的时候曲线是很陡直的，当动脉血氧分压＞90mmHg 时，血氧饱和度非常接近 100%。此时即便再增加动脉血氧分压也不能过度饱和。有研究结果表明[27]，当动脉血氧分压小于 60mmHg 的时候，脉搏血氧饱和度和实际的动脉血氧饱和度之间的差距是很大的，此时动脉血氧饱和度(SaO2)下降较动脉血氧分压(PaO2)剧烈。本研究中通过连续监测血氧饱和度，有利于早期发现低氧血症，避免对患儿造成不必要的损害。虽然麻醉中使用高浓度氧，可以掩盖轻微的低氧血症，但是有研究表明[28-29]，术中持续监测血氧饱和度可以发现 7%-17%的患者在麻醉诱导阶段存在低氧情况，并且随着麻醉时间的延长逐渐加重，这可能是与肺损伤后导致的局部肺不张有关。
本研究中通过使用儿童脉搏血氧饱和度探头对其血氧饱和度进行监测，确保了研究的准确性和客观性。研究结果显示，A 组吸入氧浓度为 22%，患儿 PaO2为 87.2±12.3mmHg、SpO2为 96.7±1.4，说明该组患儿在麻醉中未出现低氧血症，且两组数值基本上符合氧合解离曲线，故认为该组患儿未出现肺交换功能障碍。同时可以认为对于肺功能正常的患儿麻醉维持过程中吸入 100%的纯氧的常规操作是没有必要的，这个观点与许多文献提出的观点是类似的。B 组结果显示 PaO2为 421±35.5mmHg、SpO2为 99.3±1.0，考虑可能存在轻微的肺交换障碍。A 组SpO2为 96.7±1.4，B 组 SpO2为 99.3±1.0，B 组高于 A 组，差异有统计学意义，说明血氧饱和度为 100%时需要吸入的氧浓度要高于 22%。对于肺交换功能正常的患儿，其麻醉维持过程中氧饱和度为 100%的时候，吸入氧浓度的数值尚不能确定，这一问题有待于进一步的探讨和研究。

5.2 BIS 值与 2-6 岁年龄患儿麻醉镇静催眠深度的相关性
本研究采用脑电双频指数（bispectral index, BIS）对患儿的镇静催眠深度进行监测，整个麻醉维持过程中确保 BIS 值在 40-60 之间。保证了两组患儿在镇静催眠深度上的一致性，避免出现麻醉过深或过浅对本研究结果产生干扰。
正常情况下，脑电活动有两种形式，一种是诱发性脑电活动，一种是自发性脑电活动。在正常安静未受到任何刺激的状态下，通常表现为持续的节律性电位变化，所记录到的脑电活动波形即为脑电图（EEG）。脑电双频指数是近些年提出的一种脑电信号的分析方法，通过将脑电图的功率和频率进行双频谱的分析得出的一个数字[30]。BIS 是通过了美国食品与药品管理局批准的监测镇静深度的唯一指标。它能够很好的反映大脑皮质的功能状态和变化，同时能够评价患者的麻醉镇静的深度，具有较高的特异度和灵敏度，能够指导临床药物的使用[31-32]。BIS 数值的范围在 0-100 之间，0-30 提示大脑皮层处于爆发性抑制状态，30-40表示深睡眠，40-65 表示麻醉状态，65-85 表示处在镇静状态，85-100 代表清醒状态。
本研究中使用的麻醉药物与 BIS 是有很好的相关性的，避免了药物对 BIS数值的干扰，使两组患儿的 BIS 数值能够真实的反映患儿的镇静深度。有相关的研究报道[33]，丙泊酚、七氟烷和咪达唑仑等作用于大脑皮层的药物的镇静深度与 BIS 值存在很好的相关性，随着药物用量的增大，BIS 值越来越小。同时国外相关研究也表明[34-35]，BIS 值能够准确的反映丙泊酚的镇静催眠深度，两者之间的相关性是很密切的。
小儿脑电双频指数是在成人脑电图基础上衍生出来的一个指标。BIS 作为一种监测麻醉药物镇静催眠深度的仪器，在成人麻醉中起到了重要的作用，能客观的反映患者的镇静深度，避免了药物过量，缩短苏醒时间，同时显著降低了术中知晓的发生率。但是小儿脑部的发育结构及功能尚不完善，因此 BIS 值与小儿麻醉镇静催眠深度的监测的相关性尚不明确。有研究表明[36]，儿童 BIS 值与吸入诱导及苏醒时不同的镇静催眠深度存在相关性。McDermott 等[37]研究发现 6 个月以上儿童的 BIS 值与成人类似。同时有相关研究表明[38]，1 岁以上儿童使用 BIS 监测的结果与成人的类似。Jeleazcov 等[39]也发现学龄前儿童的 BIS值与预计的丙泊酚血浆浓度存在一定的相关性。当前的临床经验也和上述的研究结果基本吻合。因为患儿的年龄、手术的方式和药物的用量都会对 BIS 产生影响。因此本研究在这些方面都做了相应的限定，所有患儿均是进行先天性髋关节脱位切开复位手术，年龄在 2-6 岁之间，药物用量上也基本保持一致，避免了这些因素与 BIS 值相关性不一致的影响。使两组患儿在镇静深度上保持一致，避免出现组间的不平衡。
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六、结论

1、对于肺功能正常的患儿，麻醉维持过程中吸入 22%氧浓度的气体不仅不会导致低氧血症，同时还避免了吸入高浓度氧对肺交换功能的影响，麻醉维持过程中吸入 22%氧浓度是可行的。
2．对于肺功能正常的儿童，吸入 100%氧气和 22%氧浓度气体相比较，100%氧浓度能够增大肺泡-动脉氧分压差(PA-aO2)、呼吸指数(RI=PA-aO2/PaO2)、氧合指数(PaO2/FiO2)，降低动脉肺泡氧分压比(PaO2/PAO2)，影响了肺交换功能。
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参考文献：

[1] 高项羽.  右美托咪定对CO2气腹时血液动力学及BIS的影响[J]. 中国实用医药. 2013(18)
[2] 黄贤文,王立军,田方,马广念.  右美托咪定长期镇静对机械通气患者的影响分析[J]. 重庆医学. 2013(08)
[3] 吴裕超,孙志鹏,向强,董斌.  不同吸入氧浓度对新生儿肺泡-动脉氧分压差的影响[J]. 广东医学. 2013(01)
[4] 范英英,胡霞,张秀华.  新生儿动脉血氧饱和度与经皮血氧饱和度对临床的指导意义[J]. 解放军护理杂志. 2012(05)
[5] 李曦,严永俊,邓继延,刘国锋.  呼吸指数对重症创伤患者预后评估的临床研究[J]. 中国当代医药. 2011(07)
[6] 方仲蓉,赵晓琴,王古岩,王伟鹏.  右美托咪定对冠状动脉旁路移植术患者麻醉诱导期BIS和血流动力学的影响[J]. 中国微创外科杂志. 2011(02)
[7] 王铭杰,罗自强,刘霜,邓晓丹,岳少杰.  新生大鼠高氧性肺损伤肺组织内源性谷氨酸释放的变化[J]. 中国药理学与毒理学杂志. 2009(02)
[8] 彭琼玲,常立文.  新生儿高氧肺损伤机制研究进展[J]. 临床儿科杂志. 2008(06)
[9] 石文静,陈超,王玉环,肖虹蕾,周国民.  不同吸氧浓度和时间在新生小鼠视网膜病发病中的作用[J]. 中华儿科杂志. 2007(01)
[10] 孟德芹,郭玉霞.  呼吸指数对急性胰腺炎的临床价值[J]. 临床荟萃. 2005(08)

 

本文编号：11717