吸氧去氮的正確操作及其安全隱患的探討

作者

劉宗玉, 熊國強, 李玲玉

（深圳市龍崗區耳鼻咽喉醫院麻醉科）

彭勇剛

（佛羅里達大學醫學院附屬Shands醫院麻醉科）

【摘要】吸氧去氮也稱作預充氧, 是指吸入高濃度的氧氣, 呼出肺內的氮氣, 最大限度的替代肺內的氮氣, 從而增加氧儲備, 目的是延長無通氣期安全時限, 為氣管插管建立人工氣道贏得更多的時間。 無通氣期安全時限是指停止通氣後指尖脈搏血氧飽和度(SpO2)降至90%以下所用的時間。 無通氣期安全時限判斷的依據是氧解離曲線, 根據氧解離曲線, 血氧分壓>60 mmHg時, 血紅蛋白氧飽和度>90%, 此時血液的攜氧能力較好, 能為組織提供足夠的氧氣, 不會發生低氧血症。 在有效的吸氧去氮前提下, 全麻患者可以耐受更長的無通氣時間, 對於通氣困難、 插管困難、 肥胖、 老年人、 小兒、 肺部疾病等患者有著非常明確的使用價值。

【關鍵詞】吸氧去氮; 無通氣安全時限

吸氧去氮技術普遍應用於全身麻醉氣管插管前, 在氣管插管前進行吸氧去氮已成為常規必要的操作, 它能增加無通氣安全時限, 為氣管插管提供充足的時間, 特別是對於具有心肺疾病、肥胖、老年人和小兒等患者, 他們氧儲備能力低, 氣管插管前進行吸氧去氮更加重要。有效的吸氧去氮技術能明顯的增加氧儲備, 延長無通氣安全時限, 保證氣管插管的成功率。麻醉醫生不但要正確應用吸氧去氮技術, 掌握其相關的生理及病理學知識, 還要明白其原理和臨床意義, 才能對其有深刻的理解和靈活的應用。本文對吸氧去氮技術及其研究進展進行相關綜述。

1　吸氧去氮的理論基礎

1.1

吸氧去氮的原理

無通氣安全時限主要取決於機體的氧耗和氧儲備, 降低氧耗與提高氧儲備都能增加無通氣安全時限。而吸氧去氮能增加氧儲備, 因為人體氧儲備主要取決於功能殘氣量(functional residual capacity, FRC)的大小與肺內氧氣濃度, 一個健康成年人的FRC在一定的條件下是相對恆定的, 增加氧儲備量只能提高肺內氧氣濃度, 而吸氧去氮技術就是排出肺內的氮氣, 增加肺內氧氣濃度, 從而增加肺內氧氣儲備, 延長無通氣安全時限。

根據氧解離曲線, 當動脈血氧分壓(PaO2)低於60 mmHg或動脈血氧飽和度(SaO2)低於90%時, 血液攜氧能力急速下降, 導致機體組織缺氧。 監測脈搏血氧飽和度(SpO2)能較準確的反映SaO2的值, 臨床上以監測SpO2來判斷SaO2的值。在SpO2

1.2

吸氧去氮的完成

吸氧去氮技術的效果可以由呼氣末氧濃度(FeO2)直觀反映, 臨床上檢測FeO2的方法方便可靠。有研究[1]表明, 當FeO2為90%時, 呼出氣中含90%的氧氣, 5%的CO2, 5%的氮氣, FRC中95%的氣體為氧氣所取代。因此, 當FeO2約等於90%時, 吸氧去氮完成, 再增加吸氧去氮時間也不能繼續提高肺泡內氧濃度, 也無實際臨床意義。

1.3

吸氧去氮所需時間

早在1955年, Hamilton和Enstwood就證明在潮氣量下, 吸入氧流量為5 L/min的純氧, 2~3 min就能達到95%的去氮效果, 大多數麻醉學教科書也指出全麻患者在氣管插管前應吸氧去氮3~5 min[2]。

有研究[1]顯示, 成人面罩下平靜呼吸純氧, 吸氧去氮平均需要154 s, 小兒吸氧去氮所需時間比成人短, 在1～12歲的小兒中觀察到, 面罩下平靜呼吸6 L/min的純氧, 80 s內所有小兒的FeO2都能達到90%, 且年齡越小, 所需時間越短, 5歲為70 s。總之, 小兒年齡越小, 吸氧去氮所需時間越短, 其原因為年齡越小, 呼吸頻率越快, 肺泡通氣量相對大, 氣體交換快, 對於所有小兒而言2 min的吸氧去氮都能夠滿足需要。

1.4

吸氧去氮的方法

吸氧去氮主要分為誘導前自主呼吸法與誘導後手控面罩正壓通氣法。誘導前自主呼吸法類型很多, 主要包括自然吸氣法(tidal volume breathing, TVB)和深吸氣法(deep breathing, DB)。

1.4.1　自然吸氣法即平靜狀態下的自然呼吸, 即潮氣量呼吸法。對於TVB, 有研究指出[3], 在氧流量為10 L/min時, 吸入3 min純氧, 老年患者(>65歲)FeO2平均為86.2%, 青年人平均為91.5%, 並且延長呼吸時間至4、6、8 min後效果提升有限。TVB吸氧的無通氣安全時限長於手控面罩正壓通氣法, 且胃進氣量明顯減少。因此, 在全麻誘導前進行3 min TVB的吸氧去氮是一種安全、有效的方法, 尤其適用於插管困難患者(比如張口度小、小下頜、短頸、頭大、鼾症、肥胖); 氣道腫瘤患者、通氣困難患者; 氣道出血患者; 易胃內容物返流患者(如飽胃、急診患者)等。

1.4.2　深吸氣法肺活量呼吸(vital capacity breathing, VCB)法, 目前分為2種: 第1種為30 s 4次肺活量深呼吸(即4DB), 第2種為60 s 8次肺活量深呼吸(即8DB)。4DB效果次於8DB與TVB, 應用範圍有限。Rajan等[4]在對比3 min TVB和8DB時發現, 當吸氧去氮完成後, 8DB組的PaO2優於TVB組; 8DB組的PH值和動脈血二氧化碳分壓(PaCO2)值低於TVB組, 當SpO2降至90%時, 以上2組指標差異無統計學意義, 但是無通氣期安全時限8DB組的時間要長於TVB 組, 其結果對比為(6.87±1.78) min vs (3.47±0.38) min。由此可見8DB優於TVB, 需要的時間更短, 但此法需要患者有較好的配合度, 比較適合緊急情況下的吸氧去氮, 例如院前急救和急診插管。

1.4.3　手控面罩正壓通氣法即在麻醉誘導後, 患者自主呼吸停止, 在氧流量為5~10 L/min時, 控制面罩正壓通氣給氧3 min。該方法是目前廣泛使用、傳統的吸氧去氮方法。其缺點是不適合給葯後通氣困難的患者及胃內容物易返流誤吸的患者等。

2　肺容量與吸氧去氮的相關性

理解吸氧去氮, 需要理解肺容量及其組成, 例如: 潮氣量(VT); 殘氣量(RV); FRC; 肺活量(VC)。VT: 平靜呼吸時, 每次吸入或呼出的氣體量。一般成人的VT為400~600 mL。RV: 在最大呼氣末肺內的氣體量, 其正常值成人男性約1500 mL, 女性約1000 mL。FRC: 在平靜呼氣末肺內氣體量。 FRC=補呼氣量(ERV)+RV, 其正常值成人男性約2500 mL, 女性約1500 mL。 VC: 在最大吸氣後再做最大呼氣所能呼出的氣體量。 VC=VT+補吸氣量+ERV。 成年男性的正常值約為3500 mL, 女性2500 mL。 動脈血氧含量(CaO2)=0.003×PaO2+1.34×SaO2×Hb。氧耗量: 正常值=110~160 mL/(min·m2)。若平均體表面積為1.73 m2, 則正常值為190~275 mL/min, 成年人約為250 mL/min。吸入氣氧分壓(PiO2)=吸入氧濃度(FiO2)×(大氣壓－47)。肺泡氣氧分壓(PAO2)= FiO2×(大氣壓－47)－(PaCO2×1.25)。47 mmHg為37 ℃的蒸氣壓, PH2O=氣道水蒸氣壓力, 通常為6.3 kPa, 即47 mmHg。PaCO2 35～45 mmHg。肺泡氣-動脈血氧分壓差P(A-a)O2=(PiO2－PaCO2×1/RQ)-PaO2(RQ為呼吸熵, RQ＝放出的CO2量/吸收的O2量, 其值為0.8)。

3 吸氧去氮增加無通氣安全時限的理論計算

正常人肺內氧儲備量為: 氧儲備(mL)=肺泡氧濃度×FRC, 提高肺泡氣氧濃度主要通過足夠的肺泡通氣量和提高吸入氣氧濃度。

根據氧解離曲線, 無通氣安全時限(T)的計算標準為PaO2為60 mmHg, 對於無肺內分流的理想機體, 此時PAO2應為60 mmHg, 而此時SpO2為90%。且在計算無通氣安全時限時不必考慮PaCO2的影響, 因為CO2主要的儲存形式是碳酸氫鹽, 在無通氣期對PaCO2的影響較小。所以根據公式PAO2(mmHg)=FiO2×(大氣壓－47)－(PaCO2×1.25), PaCO2 為40 mmHg, 肺泡氧氣濃度(吸入氣氧濃度)應該為FiO2=15.4%。所以當肺泡氧濃度低於15.4%時SpO2低於90%, 機體缺氧。無論是吸入空氣還是吸入純氧, 肺泡氧濃度降低到15.4%所需的時間就是無通氣安全時限(T)。吸入空氣時肺泡氧濃度大約等於21%, 而吸入純氧時肺泡氧濃度為90%。

理論上如果按一位健康成人FRC為2500 mL, 每分鐘氧耗為250 mL計算, 無通氣安全時限(T): 250T=2500(氧濃度-15.4%); T=10(氧濃度-15.4%)。所以呼吸空氣時的理論無通氣安全時限為T(空)=10(氧濃度-15.4%)=10(21%-15.4%)=0.56 min。吸氧去氮後呼氣末氧濃度達到90%後的無通氣安全時限為T(氧)=10(氧濃度-15.4%)=10(90%-15.4%)=7.46 min。

此計算結果可以解釋吸氧去氮的重要性, 即吸氧去氮後明顯增加了無通氣安全時限, 從吸入空氣的T(空)=0.56 min增加到T(氧)=7.46 min, 這就為氣管插管建立人工氣道爭取了充足的時間。 實際上當吸入空氣時, 肺泡氧濃度

另外有研究表明[5], 吸入不同濃度的氧氣, 其無通氣安全時限也不同, 分別為100%氧濃度時無通氣安全時限為6.9 min, 80%氧濃度時為5 min, 60%氧濃度時為3.5 min, 21%氧濃度(空氣)時為1 min。由此可見吸入氧濃度越大, 無通氣安全時限越長, 與理論計算結果相符。

4 病理狀態下的吸氧去氮問題的討論

在臨床麻醉中, 大多數患者處在一種病理狀態下, 對於這樣的患者, 吸氧去氮時必須考慮其特殊病理狀態。吸氧去氮替換的是FRC的氮氣, 氧氣儲備也是儲備在FRC, 所以只要是改變FRC的因素都能對吸氧去氮的效果造成影響。其中降低FRC因素有: 平卧體位、麻醉、肥胖、肺纖維化、肺水腫、胸廓畸形、肌肉鬆弛、腹脹等; 增加FRC的因素有: 肺氣腫、哮喘、高齡等。下面具體討論一下幾個典型影響因素。

4.1

體位對吸氧去氮的影響

首先是體位的影響, 體位能改變FRC, 進而影響吸氧去氮的實際效果。大部分患者手術時為平卧位, 平卧位後腹腔臟器壓迫膈肌, 使膈肌上移約4 cm, 從而減少FRC, 氧儲備也降低。平卧位時FRC比直立位減少20%, 約減少 500~1000 mL, 並與身體的傾斜角度有關, 即自直立位、頭高60° (指軀幹與水平面之夾角為60°, 以下意義相同) 、 頭高30°、平卧位、頭低30°, 依次遞減。其他手術體位對FRC也有影響, 且大小不同。左側卧位時FRC高於仰卧位及截石位, 且呈側卧位、俯卧位、仰卧位、截石位依次遞減, 即截石位對FRC影響最大, FRC減少最多, 左側卧位明顯高於仰卧及截石位, 其減少值分別為男性440 mL及490 mL, 女性240 mL及280 mL。

4.2

麻醉對吸氧去氮的影響

麻醉對吸氧去氮的影響也很大, 有研究指出[6], 全麻時FRC下降約20%, 其主要機制是吸氣肌張力消失, 腹部壓力增加使隔肌向頭側移位, 肺順應性降低20%, 氣道遠端肺泡閉合使FRC進一步下降。當一位成年人其體位由直立位轉為平卧位時其FRC減少值為 0.7~0.8 L, 進行全身麻醉誘導後該值會進一步減少0.4~0.5 L[7], 綜合來看, 平卧麻醉後其FRC減少量會更多。但有一個麻醉藥物是例外的, 即氯胺酮麻醉保留自主呼吸時不發生肺不張, FRC無變化[8]。

4.3

老年人的吸氧去氮

對於老年人, FRC是增加的, 有研究也證實了這一點[9], FRC每年增加33 mL。其原因為[9], 老年人肺泡間隔與肺泡內皮細胞基底膜凝縮, 彈力板與膠原增加, 肺組織變硬, 生理死腔增大, 從而使RC、FRC增加。有研究表明[10], 無通氣安全時限隨著年齡的增加而減少, 年齡與無通氣安全時限關係>65歲為1 min, 55～65歲為2 min,

4.4

肥胖對吸氧去氮的影響

體質量指數(BMI)不同, 無通氣安全時限明顯不同, 有研究[11]指出, BMI越大, 無通氣安全時限越短。這可能與肥胖患者肺儲備功能降低與機體氧耗增加有關。

4.4.1　肥胖患者的FRC減少肺功能的改變與BMI有密切關係。BMI高的患者, 其肺、膈肌和胸壁之間的關係改變, 肺和胸廓的順應性下降, 氣道阻力增加; 另外由於腹部脂肪的擠壓和增厚的胸壁使FRC、ERV和肺總量(TLC)下降, 從而影響肺通氣功能和肺儲備功能; 特別是FRC, 其會隨著BMI的增加而明顯減少, 當BMI 在20~30 kg/m2時, 每增加1 kg/m2, 其FRC則減少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]證實, 肥胖患者的基礎代謝率和總能量消耗都高於正常人, 並隨著BMI的增加而增加, 基礎代謝率和總能量消耗增加時其耗氧量也增加。結果造成無通氣安全時限縮短。

4.5

小兒的吸氧去氮

小兒的吸氧去氮問題更值得我們關注, 因為小兒的氣管插管相對困難, 而氧儲備少、氧耗高, 所以更易發生低氧血症。張毅等[15]研究表明, 小兒吸氧去氮後, 無通氣安全時限與年齡呈正相關, 即年齡越大, 其無通氣安全時限越長, 嬰幼兒的最短, 相比年長兒和青少年其SpO2 更快地降至90%。

小兒的氣管插管相對困難。因為小兒舌頭大、頭大、頸短、聲門位置高等因素, 小兒氣管插管時聲門暴露相對困難, 氣管插管時需要更長的無通氣安全時限。

小兒的氧儲備少, 年齡越小氧儲備越少。在0.1～11.2歲的小兒, FRC與體質量具有明顯的正相關性, 隨著小兒年齡的增加, 單位體質量的FRC增加, 因此, 年齡越大的小兒其氧氣儲備越多, 無通氣安全時限越長[1]。另外小兒肺泡通氣量(alveolar ventilation, VA)/FRC比值為5, 而成人為1.5, 其意義為FRC的緩衝作用小, 氧氣儲備功能弱[16]。

由於小兒代謝旺盛, 年齡越小氧耗越大。小兒心率高於成人, 心率越快能量消耗越多, 氧耗越多。小兒需氧量為7～9 mL/(kg·min), 而成人為3 mL/(kg·min), 需氧量為成人的2倍多[17] 。小兒吸氧去氮2 min的無通氣安全時限為(341.68±86.27) s, 成人為(462±136.05) s, 比成人短約121 s[18]。

所以對於小兒而言, 年齡越小, 單位質量的FRC越小, 單位體積質量的氧耗量越大, 故無通氣安全時限越短。 3歲以上小兒無通氣安全時限為2～3 min, 嬰幼兒

綜上所述, 吸氧去氮對於無通氣安全時限至關重要, 需要掌握理論知識並且有的放矢。對於不同的患者要有不同的認識, 選用合適的方法, 無論選用何種吸氧去氮方法, 麻醉醫生的最終目的是提高氧儲備, 避免氣管插管過程中出現低氧血症。對於吸氧去氮方法的選擇, 要綜合考慮患者自身情況和患者所處的環境。

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