麻醉期间允许性高碳酸血症脑保护作用的研究进展

【综述】

允许性高碳酸血症作为一种肺保护性通气策略，其在ICU患者机械通气、急性肺损伤和急性呼吸窘迫综合征治疗等方面积累了大量临床应用经验，具有抗炎及多器官保护作用。高碳酸血症在麻醉管理中发挥的作用也备受关注，现就允许性高碳酸血症在麻醉中的应用及对脑影响的相关研究进行综述。

高碳酸血症被发现与急性肺损伤及急性呼吸窘迫综合征患者的预后改善有关，在治疗这些患者的过程中，提出了“允许性高碳酸血症”的概念 。允许性高碳酸血症是在小潮气量与低分钟通气量的情况下，允许PaCO2适度升高，同时允许一定程度呼吸性酸中毒的存在，避免气压伤。传统的全身麻醉常维持低碳酸血症，认为高碳酸血症可致术中心动过速及血压升高，使得氧耗增加，但近来更多的研究支持高碳酸血症的应用存在益处。有研究发现，全身麻醉患者在麻醉期间低碳酸血症的发生率可达66%，且麻醉管理期间PETCO2水平低的患者术后住院时间及术后病死率是增加的 ，Way和Hill 提出轻度高碳酸血症［PETCO2约为40 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）或更高］是有益的，应被接受为护理标准。此外，PETCO2与PaCO2相关，连续无创呼气末二氧化碳水平监测可作为评价围手术期机械通气患者PaCO2的可靠指标 。在全身麻醉机械通气的过程中，可通过调节呼吸频率或适宜的潮气量达到较高的PETCO2，这使得允许性高碳酸血症在全身麻醉管理中易于实施。

允许性高碳酸血症早期用于急性呼吸窘迫综合征等患者的治疗，其肺保护作用已被证实。允许性高碳酸血症作为一种肺保护性通气策略，可以减弱自由基引起的急性肺损伤、肺及全身系统的缺血/再灌注损伤和肺内毒素导致的损伤，也可降低机械通气所致的肺损伤，但同时其可能对肺泡上皮的增殖与迁移产生不利影响，影响其修复，导致肺水肿等 。允许性高碳酸血症具有抗炎作用，可抑制IL‑1β、IL‑6、IL‑8和TNF‑α等多种炎性因子的生成 。此外，高碳酸血症对心肌收缩有直接的抑制作用，但其心肌血流量可随PETCO2的升高逐渐增加，在PETCO2为60 mmHg时心肌血流量甚至可达到基线水平的两倍 。术中轻中度高碳酸血症可增加皮下组织及肠壁内氧张力，可以降低术后吻合口的感染风险 。而对于神经外科脑损伤的患者，有研究认为低碳酸血症与高碳酸血症均与预后不良相关，监测PETCO2是极其重要的，但应维持的最佳PETCO2范围仍不清楚 。也有一项随机临床试验发现，心搏骤停复苏后出现轻度高碳酸血症（50~55 mmHg），可较PETCO2正常患者降低神经元特异性烯醇化酶水平，降低住院期间病死率 。但也有研究发现，在脑损伤患者入院24 h内，高碳酸血症（PaCO2>45 mmHg，pH<7.35）患者的病死率最高，而代偿性高碳酸血症（PaCO2>45 mmHg，pH 7.35~7.45）患者的病死率较PaCO2及pH正常的患者并未增加，这提示血pH的影响较PaCO2更为显著 。

3.1　脑血流

大脑的重量占人体总量的2%，但脑的基础耗氧量可达基础总耗氧量的20%，其相对较高的脑氧代谢率是支持神经元活动及大脑高级功能所必需的，稳定充足的脑血流灌注是极其重要的。允许性高碳酸血症被证实在全身麻醉控制性降压期间，可使得脑氧饱和度维持在较高水平，这与其具有扩张血管的作用相关，其机制与抑制电压依赖性钙通道、激活ATP敏感性钾通道、一氧化氮通路和钙敏感性钾通道等相关。PaCO2在20~80 mmHg时，脑血流量与PaCO2呈线性关系，有研究表明，PaCO2每增加1 mmHg，健康人的脑血流量平均增加2%~4% 。

3.2　颅内压

颅内压反映颅内容物（脑组织、颅内血液及脑脊液）容量与颅腔容积的关系，成年人卧位颅内压一般为5~15 mmHg。二氧化碳是影响颅内压的重要因素，可间接反映颅内压的视神经鞘直径随呼气末二氧化碳水平变化的改变是非常迅速的。在完全清醒与自主呼吸的个体中，证实视神经鞘直径所反映的颅内压动态变化和PaCO2相应变化呈正相关，并且在正常清醒情况下这种变化是可逆的 。对于颅脑损伤的患者，降低PETCO2可有效降低颅内压 。允许性高碳酸血症增高颅内压的作用主要可能与其扩张血管、增加颅内血液相关，因其增加颅内压，故在颅内高压的患者中应慎用，避免造成脑疝等严重后果。同理，PETCO2水平的持续监测对神经外科重症患者的治疗和护理非常必要。

3.3　脑血流自动调节功能

脑血流自动调节是在灌注压变化的情况下维持脑血流稳定的机制，具有动态性与局限性，其除外灌注压直接影响的机制外，还受其他非灌注压相关的机制调节，其中二氧化碳的影响较为显著。McCulloch等 研究发现高碳酸血症会损害全身麻醉期间的脑自我调节功能，明显损害大脑血流自动调节的PaCO2阈值为50~66 mmHg，而且丙泊酚麻醉与七氟醚麻醉在高碳酸血症对脑血流自动调节的影响上差异有统计学意义，七氟醚麻醉时损害调节功能的PaCO2阈值平均为（56±4） mmHg，而丙泊酚麻醉时其阈值平均为（61±4） mmHg。高碳酸血症对脑血流自动调节的影响在调节曲线（反映脑血流与脑灌注压关系的图线）上的表现为：曲线调节低限向右移动，高限向左移动，自动调节的平台期变窄而脑血流量升高 。其可能的机制为：当灌注压降低时，脑阻力血管扩张直至达到低限，然而随着高碳酸血症引起的扩张，在灌注压高于正常低限值时已达到了最大扩张，即低限右移；当灌注压升高时，脑阻力血管收缩直至达到高限，但同样高碳酸血症引起的血管扩张使得在灌注压低于正常高限时血管已达到最大收缩，即高限向左移动。由于不同程度的高碳酸血症具有不同的扩张血管强度，在应用允许性高碳酸血症时，应考虑到不同程度高碳酸血症时脑自我调节的血压或灌注压范围是不同的，综合考虑其动态变化。

3.4　脑血管反应性

脑血管反应性与脑血容量等稳态参数不同，它是反映脑血管随着PaO2或PaCO2变化而收缩或舒张的能力，常用于研究或临床评估生理或病理状态下的脑血管功能。脑血管二氧化碳反应性即为脑血管在二氧化碳分压变化时的舒缩能力，其易受诸多因素的影响。Brothers等 研究发现稳态性和瞬时性高碳酸血症诱发的脑血管反应之间是相似的，但是通气过度引起的低碳酸血症会在随后呼吸诱导的高碳酸血症时期减弱脑血管舒张反应。此外，交感神经活性的增强会抑制脑血管舒张，降低脑血管反应性对高碳酸血症的敏感性 。在不同等级的血压范围，脑血管反应性对于高碳酸血症的敏感性也是不同的。Ki等 认为高血压的存在可减弱PETCO2数值变化后脑氧饱和度的反应，而当SBP降至90 mmHg或更低引起脑血流下降时，脑氧饱和度对PETCO2水平变化的反应性增强。年龄亦会影响脑血管反应性，表现为随着年龄的增长，低碳酸血症下脑血管反应性逐渐降低，而高碳酸血症下脑血管反应性逐渐增加 。这与老年人脑血管阻力增加有关，导致脑血管收缩能力降低，而脑血管扩张储备增加，这也符合老年人脑血管收缩储备降低、低灌注及脑缺血风险高的特点。不同麻醉用药对脑血管二氧化碳反应性的影响不同，而且许多生理因素（年龄、体位等）及疾病（糖尿病、高血压、颅内病变等）会进一步改变这些效应。Wang等 的研究发现，应用七氟醚麻醉相较丙泊酚麻醉的气腹手术患者，其脑血管二氧化碳反应性更高，提示在脑血管储备功能受损的患者中，吸入麻醉剂可作为麻醉维持的优先策略，以提高脑小血管的代偿性舒张能力，但应考虑七氟醚自身的血管舒张作用强于丙泊酚。基础疾病也会影响患者脑血管二氧化碳反应性，有研究发现糖尿病患者早期就存在脑血管功能障碍，其脑血管反应性降低 。允许性高碳酸血症在不同基础疾病患者手术麻醉管理期间产生的影响存在差异，仍待进一步临床试验数据的验证。

3.5　脑氧代谢

维持正常的脑氧代谢是保证脑功能正常的首要环节，允许性高碳酸血症可直接或间接影响脑氧代谢。高碳酸血症可增加脑组织氧分压，且脑组织氧分压的增加与PaCO2的增加成比例。高碳酸血症可使氧合血红蛋白解离曲线右移，这将有利于氧向脑组织的传递，增加组织氧合。在允许性高碳酸血症应用于临床麻醉管理的研究中，证实了允许性高碳酸血症可以升高全身麻醉患者的脑氧饱和度，降低脑氧去饱和事件的发生率 。此外，有研究发现高碳酸血症也可以降低长时间呼吸暂停情况下的脑氧代谢，其引起的保氧作用可能保护大脑免受与长时间呼吸暂停相关的严重缺氧 。在进一步的研究中证明低氧血症刺激无氧代谢乳酸释放，而高碳酸血症是降低脑氧代谢的关键机制 ，这提示允许性高碳酸血症的应用不会使乳酸的产生增加，反而在低氧条件下有一定的脑保护作用。

3.6　术后认知

陈立新等 的研究发现允许性高碳酸血症可增加患者颈静脉氧饱和度，降低氧摄取率，而且术后24 h患者血清中脑源性神经营养因子的含量高于对照组患者，神经元特异性烯醇化酶、β淀粉样蛋白、同型半胱氨酸的含量低于对照组患者，认为允许性高碳酸血症可有效优化患者脑氧代谢水平并改善术后认知功能。Mutch等 发现术中低碳酸血症的持续时间和严重程度是术后认知功能损害的独立危险因素之一，但在麻醉中维持高碳酸血症是否可有效降低术后认知功能障碍的发生率及严重性，以及是否会导致不可预见的不良事件，仍有待严格的临床试验验证。患者术后认知的改善可能与允许性高碳酸血症增加脑血流量、改善脑氧代谢相关，但对患者术后早期及长期认知功能的影响仍有待临床随访及大数据的考证。

脑的生理调节机制复杂，目前的研究仍不能予以明确的阐述，允许性高碳酸血症对脑的影响仍需探讨更为具体的机制或通路，才能进一步明确其对麻醉期间患者脑功能的影响，包括其保护作用及潜在的损害。允许性高碳酸血症在麻醉方面的应用探讨仍旧不足，尤其是临床人体探讨尤为缺乏，仍需大量的研究。