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气道手术时高流量鼻吸氧对呼吸暂停或自主呼吸成人的二氧化碳蓄积的影响：随机对照试验

2021

09/26

古麻今醉

A-

A+

高流量鼻吸氧（HFNO）是一项新兴技术，它引起了人们对用于气道手术的无管麻醉的兴趣。HFNO已被证明可以保证自主呼吸患者维持氧合和CO₂清除，是一种有效的氧合方法。虽然有人认为HFNO可以提高呼吸暂停期间的CO₂清除率，但这一点尚未得到证实。在长时间无管麻醉期间，使用HFNO导致的CO₂蓄积和酸中毒的真实程度也仍未确定。《ANESTHESIA AND ANALGESIA》杂志上发表了Anton W. G. Booth等人的文章《The Effect of High-Flow Nasal Oxygen on Carbon Dioxide Accumulation in Apneic or Spontaneously Breathing Adults During Airway Surgery:A Randomized-Controlled Trial》对成人无管麻醉30分钟期间HFNO对2种不同通气策略，即呼吸暂停和保留自主呼吸状态下的影响进行了比较。

目的

我们假设，尽管使用了HFNO，但在全身麻醉30分钟后，呼吸暂停患者的PaCO₂依然会显著增加。为了充分评估使用HFNO的长时间无管麻醉期间CO₂蓄积的程度，我们对呼吸暂停或自主呼吸状态下的患者进行了一项30分钟试验，测量了动脉血CO₂分压（PaCO₂）。

方法

这项研究获得了澳大利亚布里斯班地铁南方医院和健康服务人类研究伦理委员会的批准。该研究在患者注册前已在澳大利亚和新西兰临床试验注册处注册（ACTRN12618000141246，主要研究者:A.W.G.B，注册日期:2018年1月31日）。该试验是在布里斯班亚历山大公主医院根据综合报告试验标准（CONSORT）指南进行和报告的。

研究设计：

这是一项单中心随机对照试验，患者被予以HFNO，并被随机分配到自主呼吸（SV）组或呼吸暂停组，两组间的人数比例为1:1，以10为块由计算机生成随机号，并使用密封的不透明信封进行隐藏。

在 2018年8月6日至2019年6月10日期间，招募了20名成年患者（ ≥18岁）进行择期显微喉镜检查或内镜检查。研究者执行招募和干预任务。

排除标准为需要激光或声门下插入喉镜的气道手术、严重阻塞性气道疾病、严重呼吸系统疾病、高误吸风险、BMI≥35 kg/m²、ASA＞III级或妊娠患者。

研究实施过程

该研究由两个团队进行，每个团队都有各自的角色。每个小组都有一名研究员在场。一个由麻醉顾问、注册员和护士组成的团队履行临床职责，负责术中和术后麻醉的安全进行。该团队对每位患者进行监护，以确定研究期间的任何潜在并发症。由两名麻醉医师和一名护士组成的第二个小组进行数据测量并负责研究方案的实施。

术前，进入手术室之前开通外周静脉通路和进行桡动脉穿刺置管。对所有患者的监测包括：外周血氧饱和度（SpO2）、5导联心电图、有创血压、脑电双频指数，在呼吸暂停组，在拇内收肌每15秒钟进行一次TOF计数。

两组的患者，用Optiflow设备（新西兰奥克兰的Fisher & Paykel Healthcare）进行HFNO，且遵循相同的试验方案。嘱患者处于仰卧位，头部抬高10-20度。使用浓度为100%的HFNO进行预充氧，初始时以30L/min的流量进行吸氧，持续3分钟；然后增加到50L/min，持续3分钟；然后增加到70L/min，持续3分钟。该方案没有规定预充氧是在张口还是闭口的情况下进行。在预充氧后的全身麻醉期间，立刻将HFNO保持在100%和70L/min。

在SV组，麻醉遵循前面描述的方案。每个患者接受一次格隆溴铵0.2mg、甲氧氯普胺10mg和利多卡因25mg静脉注射。异丙酚静脉诱导的靶控输注(TCI)使用“Cp-Ce=1”方法向上滴定。在使用气道装置时，药物终点浓度为先前描述的预测效应点浓度（视频喉镜为5ug/mL，支撑喉镜为6ug/mL）。麻醉过程中采用CMAC公司（Karl Storz,Tuttlingen, Germany）的视频喉镜检查评估气道等级，并在会厌、声带和声门下气管上进行表面麻醉（2%–4%利多卡因）。根据手术条件和步骤，必要时开始输注瑞芬太尼（0.01-0.10g/kg/min）。

在呼吸暂停组，开始使用瑞芬太尼（Minto模型效应靶位）和丙泊酚（Marsh模型）TCI进行静脉诱导，在保证患者血流动力学稳定的情况下，以BIS达40为目标进行药物浓度滴定。罗库溴铵（0.6mg/kg）在意识丧失时给药，如果TOF计数为1，则重复给药。当TOF计数为零时，进行CMAC喉镜检查以评估气道分级。

意识丧失后，通过提起下颌维持上气道通畅，直至进行外科喉镜检查。所有患者使用HFNO的无管麻醉要维持完整的30分钟研究期。如果手术在30分钟内完成，则移除支撑喉镜，并保持无管麻醉状态（提下颌以保持气道通畅），直到30分钟的研究时间结束。如果手术时间超过30分钟的研究期，是否继续无管麻醉由临床团队的麻醉顾问决定。在手术结束时或在30分钟的研究期结束后，插入声门上气道（SGA）或气管导管，并停止使用HFNO。

在SV组，停止静脉给药，并保证患者自主呼吸良好的情况下，才能进行全身麻醉的苏醒阶段。在呼吸暂停组，在短暂测量气道正压通气（用每个病人在预充氧前的基线流量-容积环测量个体参数）后，用舒更葡糖（2mg/kg）逆转神经肌肉阻滞，并停止麻醉药物品的静脉给药。之后，该组的患者从全身麻醉中逐步苏醒，并转变为自主呼吸。两组患者均在PACU苏醒，苏醒后转入普通病房，最后出院。麻醉医师顾问会对每位患者进行全程的气道管理。

数据采集

者的基线信息会在用HFNO预充氧前进行测量。全身麻醉期间的SV或呼吸暂停期被定义为从静脉给药开始时开始，这与预充氧的完成相一致。所有患者在HFNO全身麻醉期间的数据采集时间为30分钟。术后的数据采集工作是在患者在PACU清醒时低流量呼吸补充氧气（2-6L/min）时进行的。动脉血气（ABG）分析是使用手术室专用的rapid point 500（Siemens health engineers，Melbourne，Australia）台式全血血气分析仪进行的，动脉Pa CO ₂ 和Pa O ₂ 被记录了下来。 ABG样本的采集时间分别为：在基线时，在预充氧期间每3分钟（在HFNO流速增加之前），以及在全身麻醉期间和术后每5分钟。在预充氧前用面罩测量呼气末二氧化碳（Et CO ₂ ），并与同时采集的ABG样本中的Pa CO ₂ 进行比较。外科手术结束后，在放置SGA管（或气管导管）后进行连续Et CO ₂ 测量。将第四至第六次呼吸的Et CO ₂ 与同时采集的ABG样本中的Pa CO ₂ 进行比较。流量-容积环用于测量精确的Et CO ₂ 。如果手术时间超过了30分钟的研究期，则在无管麻醉停止时（通常在手术结束时）进行Et CO ₂ 测量及采集。在基线采集时，使用二氧化碳图测量呼吸率，然后在ABG采样的时间点手动（超过30秒）测量呼吸率。并且在ABG采样的时间点连续测量和记录有创血压和心率。

结局指标

主要结果是在全身麻醉 30分钟后测量Pa CO ₂ 。次要结果是： (1)全身麻醉30分钟后的 Pa O ₂ ； (2)全麻30分钟后的pH值；(3)在基线、预充氧、全麻前30分钟和PACU期间连续测量Pa CO ₂ 、 Pa O ₂ 、 pH、碳酸氢盐、心率和平均动脉压（ MAP ）； (4) 基线和预充氧期间呼吸频率； (5) 在使用HFNO之前和之后的Pa CO ₂ 和 Et CO ₂ 之间的差异（ Pa-Et CO ₂ 梯度）。

结果

本次研究共招募了20名患者，19名患者完成了本次研究。1名患者在干预前退出SV组。呼吸暂停组的1名患者在30分钟的全身麻醉过程中丢失了ABG样本数据（操作者失误），而SV组的1名患者在50L/min的预充氧过程中丢失了PaO₂样本（设备错误）。在两组之间没有观察到患者基础信息特征的临床相关差异（见表）。SV组有1例患者手术时间超过30分钟。呼吸和血流动力学基线数据在CIs重叠较大的组之间没有临床差异。

主要结果

呼吸暂停组的PaCO₂的平均值（SD）为89.0mmHg（16.5mmHg），SV组PaCO₂的平均值（SD）为55.2mmHg（7.2mmHg）（平均值差值为33.8）；全身麻醉30分钟后95%CI（20.6–47.0）（P<0.001）。

次要研究结果

二氧化碳和PH：

PaCO₂随时间的变化如图1A所示。呼吸暂停组PaCO₂上升的总体平均速率为1.8mmHg/min（SD=0.5mmHg/min），SV组为0.8mmHg/min（0.3mmHg/min）。呼吸暂停组PaCO₂在预充氧开始后0~5min增加3.2mmHg/min（1.1mmHg/min），5~30min增加1.5mmHg/min（0.5mmHg/min）。SV组PaCO₂在预充氧开始后0~5min增加2.4mmHg/min（1.2mmHg/min），5~30min增加0.4mmHg/min（0.4mmHg/min）。

Pa-EtCO2的基线梯度在呼吸暂停组为0.1mmHg(2.8mmHg)，在SV组为2.6 mmHg(5.3mm Hg)

2例患者（每组1例）在HFNO后分别从气管导管和声门上气道（SGA）中测量了EtCO₂。3例患者（呼吸暂停组1例，SV组2例）因SGA泄漏被排除在用HFNO的EtCO2分析之外。呼吸暂停组患者在HFNO后第1次呼吸测定的Pa-EtCO2梯度为19.1mmHg（13.5mmHg），SV组患者为24.6mmHg（14.8mmHg）。呼吸暂停组在HFNO后第4~6次呼吸测定的Pa-EtCO₂梯度为8.9mmHg（5.6mmHg），SV组为8.5mmHg（6.7mmHg）。

酸碱变化如图1B所示。全身麻醉30分钟后，呼吸暂停组的PH为7.11（0.04），SV组为7.29（0.06）（P<0.001）。5名（55%，n=9）呼吸暂停患者在30分钟时的pH值<7.10，其中最低测量值为7.057。

预充氧：

在不同流速的预充氧过程中，观察到PaO₂和PaCO₂之间没有显著差异（图1A，D）。另外，没有证据表明在不同的流速情况下呼吸频率会有差异。

氧合：

没有证据表明全身麻醉30min后两组的PaO2有差异（图1D）。SV组PaO₂的平均值（SD）为356.5mmHg（156.4mmHg），呼吸暂停组PaO₂的平均值（SD）为259.0 mmHg（156.4mmHg），（均值差异为97.5；95%CI，-58.8~253.8；P=0.20）。

血流动力学：

各组之间的平均动脉压没有显著差异（图2A）。每组各有1名患者在全身麻醉期间接受了间羟胺推注。心率变化如图2B所示。当在PACU中测量时，各组之间的结果变量没有显著差异。

讨论

这是第一个评估长期气道手术中HFNO对两种不同通气策略影响的试验。使用连续ABG分析评估所有患者在HFNO下，超过30分钟的通气和换气情况，提供了迄今为止最完整的数据集，并阐明了全身麻醉期间HFNO生理学的几个组成部分。

与使用HFNO无管麻醉30分钟后的SV组相比，呼吸暂停组的CO₂蓄积量增加了一倍多。与使用HFNO测量的后5分钟相比，呼吸暂停组在使用HFNO情况下，测量的前5分钟二氧化碳的增加似乎更高。这一发现与以前使用低流量氧气进行的呼吸暂停研究一致，这与动静脉CO₂梯度的逆转和呼吸暂停发作时出现的Haldane效应有关。

HFNO在成人呼吸暂停氧合过程中CO₂分压的升高速率有争议。以往成人的呼吸暂停HFNO研究报道了较历史对照更低的平均CO₂蓄积速率。这就导致人们声称HFNO产生CO₂清除，在呼吸暂停时既提供通气也提供氧合。然而，与麻醉技术相关的二氧化碳产量差异可能会混淆历史比较。在HFNO研究中报告的二氧化碳蓄积程度也受其分析方法的影响。Patel等人最初报告的EtCO₂增加1.1mmHg/min（0.15 kPa/min）是与呼吸暂停相关的测量点。然而，EtCO₂由于Pa-EtCO₂梯度增加而低估了进行性呼吸暂停期间的高碳酸血症。我们确认了在HFNO后的第一次呼吸时Pa-EtCO₂梯度最大，使其成为最不可靠的测量点。Lyons和Callaghan的研究人文，在基线时和呼吸暂停的15分钟之间使用2个测量点进行计算，外周静脉CO₂（PvCO₂）增加1.6 mmHg/min（0.21 kPa/min）。因此，PvCO₂不能准确反映标准的PaCO₂。Gustafsson等人报告，从长达30分钟的呼吸暂停的连续ABG分析计算，PaCO₂平均增加1.8 mmHg/min（0.24 kPa/min）。尽二氧化碳的蓄积是非线性的，并随着时间的推移而趋于平稳，但这一结果可能受到可变的呼吸暂停期和小样本量的干扰。

根据Toner的建议，在受控的HFNO持续时间内测量二氧化碳是我们研究的一个优势。在呼吸暂停30分钟后，平均二氧化碳含量达到89.0mmHg，高于之前研究报告的数值。这证实了高碳酸血症（以及由此导致的严重酸中毒）是长时间呼吸暂停的主要限制因素。相比之下，SV组30分钟后平均动脉压达到55mmHg。当考虑到Pa-EtCO₂梯度时，这与先前SV研究中的EtCO₂值一致。

呼吸暂停组呼吸性酸中毒的严重程度与高碳酸血症成正比，这与Henderson-Hasselbalch方程有关，但术后很快得到解决。短期严重呼吸性酸中毒的后果尚不清楚；然而，它可能对特定的患者群体（如心脏病或肺动脉高压）有害。在麻醉的人体中，主要的心血管效应是全身血管阻力的降低。我们研究中的一名患者在pH<7.10时出现低血压，但我们没有检测到其他不良反应。总的PaCO₂增加率也有很大的差异（1.2-2.8 mmHg/min），这与多项呼吸暂停研究一致。这使得很难规定一个安全的呼吸暂停时间来预防所有患者的严重酸中毒。以前的研究人员建议在长时间呼吸暂停期间采用各种CO₂管理计划。经皮CO₂监测可能有用，但并非普遍可用。

HFNO具有多种有益于氧合的生理作用。高流速和高浓度吸入氧气（FiO₂）的组合导致高浓度氧气的可靠氧气输送。HFNO还可以产生正咽部压力；然而，这在咽部正压压力数值很低，并且其差异很大的。Groves和Tobin证明了在SV期间呼气末正压是以流量依赖的方式产生的，这在嘴闭合时更明显。在支撑喉镜检查期间，SV组的患者处于张口状态，70L/min产生的压力，相当于产生了3cmH₂O的压力。相比之下，在张口呼吸暂停期间由HFNO产生的正压尚未得到证实。

在我们的两组研究中，全身麻醉期间PaO₂逐渐下降。这种下降不能用增加的PaCO₂和肺泡气体方程式来解释。最可能的原因是肺不张和肺内分流，这在麻醉期间很常见。低咽正压可能会限制HFNO防止肺不张形成的能力。矛盾的是，由于给予高浓度的氧气，HFNO也可能导致肺不张。也有可能是放置支撑喉镜后，使喉入口与HFNO装置产生位移的影响，HFNO降低了FiO₂和/或任何正咽部压力。在以前的HFNO研究中，在长时间呼吸暂停期间，氧饱和下降率约为10%。然而，在我们的研究中，PaO₂保持平稳，没有任何氧饱和下降的发生。Fraioli等人发现低氧血症与低流量呼吸暂停氧合期间的功能性剩余容量-重量比之间存在某种相关性；然而，这还没有用HFNO的方式进行研究。理解为什么在一些使用HFNO的患者中会出现氧合失败，尤其是在呼吸暂停期间，可能比CO₂清除机制更具临床意义。

最大预充氧由呼气末氧浓度（EtO₂）>90%来定义，但这很难用HFNO来测量。我们测量了PaO₂，这是一个公认的预充氧替代指数。流速依次增加，以提高用70L/min时患者的耐受性。选取3分钟为间隔，避免ABG结果产生延迟，优化测量结果的可靠性。本次研究中的患者在预充氧期间对HFNO的通气反应最小。当流速达到70L/min时，呼吸频率或PaCO₂与基线相比没有变化。在先前对清醒呼吸患者或志愿者的生理和临床研究中，对HFNO的通气反应不一致，尽管大多数报告呼吸频率降低。

所有用于气道手术的麻醉技术都有潜在的优点和缺点。在长时间无管麻醉期间，SV患者使用HFNO是一种替代呼吸暂停的方法，因为它增强了CO₂的消除。然而，呼吸暂停有更快的诱导，并提供最佳的手术条件。应该认识到HFNO是有局限性的。HFNO的支持证据在许多临床情况下都是不确定的。在使用HFNO的激光手术中，气道着火是一个风险。在无管气道技术失败的情况下，即使使用HFNO技术，也应该预先计划一个备用策略。

我们的研究有几个局限。这是一个小型的单中心研究。我们有使用SV和HFNO技术进行气道手术的经验，因此我们的结果可能与其他中心不同。正如Toner等人所指出的，这项研究是资源密集型研究。研究者不能对每组的麻醉技术视而不见。我们的研究仅限于接受无管气道手术的成年患者。尽管我们纳入了BMI达35 kg/m²的患者，但HFNO在更严重肥胖患者中的有效性仍不确定。我们的研究使用HFNO比较了两种不同的通气技术。在呼吸暂停期间将HFNO与低流量通气供氧技术进行比较的研究可能会提供进一步的证据来指导麻醉中HFNO的临床使用。

结论

总之，使用HFNO进行无管麻醉30分钟后，呼吸暂停期间的CO₂蓄积量是SV的两倍以上。与SV组相比，全面的测量证实了与HFNO相关的呼吸暂停受CO₂蓄积和伴随的严重呼吸性酸中毒的限制。这扩展了先前的知识，并对长时间手术HFNO的安全应用产生了影响。

头头是道的点评

近年来，HFNO技术开始逐步在临床普及应用。经过临床研究的不断探索，发现HFNO相较于传统氧疗具有诸多优势，该技术的临床效果与无创通气相似，该项技术早期是作为替代持续正压通气，为呼吸衰竭的患者进行治疗。随后，由于该项技术逐步受到临床医生的肯定，应用范围逐步扩大。目前，HFNO技术在麻醉领域也颇受关注。但是，作为一项新兴技术，其临床具体适应证仍不明确，因此现阶段应重视HFNO的临床使用规范，而其适用范围仍需临床研究的进一步探索。

在手术麻醉过程中，有一部分患者由于手术客观需要，并没有进行气管插管。而这部分患者在围术期可能会出现呼吸暂停的情况，通过HFNO技术，可以有效延缓PaO₂下降的时间，增加患者安全呼吸暂停的时间窗，减少发生氧饱和度降低、氧合不足的发生率。但是，在呼吸暂停期间，CO₂的蓄积问题仍然没有解决，目前有文献认为，通过HFNO技术，也可以有效降低CO₂的蓄积作用，但这个问题仍存在争议。

本次研究通过一项单中心的随机对照试验，对比了无管麻醉下进行HFNO，患者在自主呼吸和呼吸暂停期间，各个时间段PaCO₂的水平。试验结果发现：使用HFNO进行无管麻醉30分钟后，呼吸暂停期间的CO₂蓄积量是自主呼吸的两倍以上。这也说明了虽然该项技术在保证患者氧合状态的情况下，并不能完全保证患者CO₂的清除率。因此，患者在呼吸暂停期间可能会因此发生酸碱平衡失调。

所有用于气道麻醉技术都有其优点和缺点。在长时间无管麻醉期间，SV患者使用HFNO是一种替代呼吸暂停的方法。然而，虽然HFNO技术具有加快CO₂消除的优势，但我们也应该认识到HFNO是有局限性的。作为一个新兴技术，HFNO的支持证据在许多临床情况下都是不确定的。在无管气道技术失败的情况下，即使使用HFNO技术，也应该预先计划一个备用策略。

编译：王杰

审校、点评：夏明

原始文献：

Booth AWG, Vidhani K, Lee PK, Coman SH, Pelecanos AM, Dimeski G, Sturgess DJ. The Effect of High-Flow Nasal Oxygen on Carbon Dioxide Accumulation in Apneic or Spontaneously Breathing Adults During Airway Surgery: A Randomized-Controlled Trial. AnesthAnalg. 2021 Jul 1;133(1):133-141. doi: 10.1213/ANE.0000000000005002. PMID: 32618626.