【产麻新谭】窒息氧合技术在足月妊娠受试者中的比较：一项计算模型研究

复旦大学附属妇产科医院

产妇在全身麻醉诱导期间容易出现低氧血症，这可能对产妇和胎儿造成严重危害。目前的指南建议使用标准面罩技术进行预氧合，使产妇呼气末氧浓度（end-tidal oxygen fraction，FE’O2）达到90%。然而，这在临床实践中常难以实现。孕晚期产妇呼吸系统的适应性改变和分娩的影响增加了产妇快速脱氧的风险，减少了安全窒息时间。窒息氧合技术可以延长安全窒息时间，目前常用方法包括：采用密闭面罩向通畅的气道持续输送氧气（但在气道操作期间无法使用）以及使用经鼻高流量氧疗（high-flow nasal oxygenation，HFNO）和低流量鼻导管氧疗（low-flow nasal oxygenation，LFNO）。

在健康产妇进行的研究显示，使用HFNO进行预氧合，产妇的FE’O2低于使用面罩预氧合的产妇[1]。即使进行8min的预氧合，使用HFNO也不能使产妇FE'O2达到90%[2]。使用HFNO进行多达20次肺活量呼吸后，嘴巴闭合产妇的FE’O2高于嘴巴张开产妇（82%﹕73%） [3]。然而，计算模型研究显示，与使用面罩进行标准预氧合相比，使用HFNO能够延长安全窒息时间，即使呼吸暂停前FE’O2只有60%[4]。 由于HFNO需要专业的设备，同时其安装也较复杂和耗时，这给HFNO在产科的应用带来了挑战，特别是在非正常工作时间和紧急情况下。相反，使用LFNO非常方便，且在紧急情况下可快速安装使用。同时LFNO还可以与密闭面罩预氧合结合应用，在呼吸暂停前能够测量FE’O2，以及在气道操作期间也能进行窒息氧疗。 近期British Journal of Anesthesia (BJA)杂志发表了一篇来自诺丁汉大学研究者的计算模型研究，对足月孕产妇模型进行预氧合使FE’O2分别达到60%、70%、80%和90%后，比较使用LFNO和HFNO进行窒息氧合所维持的安全窒息时间 [5]。  

方法 使用诺丁汉大学研发的系统医学跨学科合作（Interdisciplinary Collaboration in Systems Medicine，ICSM）模拟套件，它是基于诺丁汉生理模拟器开发的人体呼吸和心血管系统高保真、高度集成的模型。该ICSM模拟套件已经被广泛验证，并且已被用于成人和产妇预氧合和窒息氧疗技术的研究。为了准确模拟使用70L/min流量的HFNO期间呼吸暂停状态和气体交换，作者还加入了其他模块，包括气管支气管树和肺泡内的心源性气体振荡、生理无效腔内的气体混合以及咽部压力振荡。 作者根据先前相关研究使用过的已确定的数据配置10位虚拟受试者，分别处于未临产状态和产程活跃期，同时配置受试者的体重指数（BMI）分别为24、35、40、45、50kg/m2。 每位受试者通过给予100%纯氧行潮气量呼吸来吸氧去氮，使FE’O2达到60%、70%、80%和90%。在0分钟时，开始触发呼吸暂停，模拟全身麻醉诱导阶段。根据先前已发表的数据，此时BMI为24kg/m2的受试者功能残气量降低了20%，而其他所有受试者降低了30%；与此同时所有受试者的代谢耗氧量减少了65 ml/min，这是由于全身麻醉和肌肉松弛所引起的。 在呼吸暂停期间，模拟4种干预措施：（1）上气道完全阻塞，无法维持气道通畅；（2）无窒息氧合，即在开放的声门周围氧浓度为21%，气道设备没有向气道提供任何补充的氧气；（3）LFNO，即向开放的声门提供声门周围氧浓度（periglottic oxygen fraction，FgO2）为60%或100%的氧气；（4）HFNO，即向开放的声门提供70L/min流量的100%湿化氧气。 呼吸暂停一直持续到受试者的血氧饱和度（SaO2）降低到50%。记录SaO2降低到90%的时间（即“安全窒息时间”）和SaO2降低到50%的时间。从预氧合开始到试验结束每5 ms记录一次数据。

结果 未临产受试者呼吸暂停前不同水平FE’O2的脱氧时间见表1。

产程活跃期受试者呼吸暂停前不同水平FE’O2的脱氧时间见表2。

结果显示，与较低的FE’O2相比，预氧合至FE’O2达到90%能够延长所有受试者SaO2降低到90%和50%的时间，除了未临产、BMI为24kg/m2且呼吸暂停期间使用HFNO的受试者。所有受试者的安全窒息时间随着BMI的增高而减少，无论何种窒息氧合技术都可以观察到这一趋势。 与上气道阻塞和无窒息氧合相比，使用HFNO和LFNO都能够延长所有受试者，包括未临产和产程活跃期受试者， SaO2降低到90%和50%的时间。 在呼吸暂停前FE’O2相同的情况下，与LFNO和其他干预措施相比，HFNO能够减慢SaO2下降的速度。在BMI为50kg/m2、处于产程活跃期的受试者中，预氧合使FE’O2达到90%，呼吸暂停期间使用LFNO（FgO2为100%）时，安全窒息时间为9.9min，而使用HFNO为12min，使用LFNO（FgO2为60%）为7.6min，无窒息氧合为3.1min。 对于产程活跃期的受试者，预氧合使FE’O2达到90%而后使用LFNO（FgO2为100%），与预氧合使FE’O2达到80%而后使用HFNO相比，SaO2降低到90%和50%的时间相似或略长。此外，除了BMI为24kg/m2的受试者，预氧合使FE’O2达到90%而后使用LFNO（FgO2为60%），与预氧合使FE’O2达到80%或以下而使用HFNO相比，安全窒息时间更长。而对于未临产受试者，仅在BMI≥40kg/m2的受试者中观察到类似的趋势。 对于所有受试者，预氧合使FE’O2达到80%，与使用LFNO相比，使用HFNO安全窒息时间更长，尽管这一现象在BMI较高的受试者中不太明显。 结论

计算模型研究结果表明，在呼吸暂停前进行充分预氧合（FE’O2达90%），同时使用HFNO可以提供最有效的窒息氧合，维持最长的安全窒息时间。然而，在临床实践中，使用HFNO进行预氧合很难使FE’O2达到90%。另一方面，在充分预氧合（FE’O2达90%）后，使用LFNO所维持的安全窒息时间与预氧合至FE’O2不足90%后使用HFNO相似。并且，在使用LFNO进行窒息氧合过程中容易实施面罩通气，还能够在预氧合期间监测FE’O2，这可能给临床实践提供明显益处，特别是对于BMI≥40kg/m2的受试者。

述评  

妊娠后呼吸系统的生理适应性改变使产妇容易发生脱氧，尤其是在全麻诱导期间，低氧血症会危害产妇和胎儿的安全。因此气道管理是产科全麻的关键环节。全麻诱导插管期间，延长安全窒息时间的方法主要是两大类，一是诱导前充分预氧合，二是呼吸暂停插管操作期间使用窒息氧合技术。

该计算模型研究比较了在不同预氧合效果下（即呼吸暂停前不同水平FE’O2），HFNO和LFNO对足月孕产妇安全窒息时间的影响。由于之前的临床研究表明产妇使用HFNO进行预氧合很难使FE’O2达到90%，而使用标准鼻导管进行LFNO可以与面罩通气结合，能够使产妇FE’O2达到90%。这项研究发现，在所有受试者中，预氧合使FE’O2达到90%后使用LFNO所维持的安全窒息时间与预氧合使FE’O2达到80%后使用HFNO相似或略长。此外，使用HFNO需要专业的设备，其安装也较复杂和耗时，使用HFNO也会妨碍面罩通气；相比之下，使用LFNO非常方便，在紧急情况下可快速安装使用，同时LFNO还可以与密闭面罩预氧合结合使用，在呼吸暂停前能测量FE’O2，在气道操作期间也能进行窒息氧疗。因此，临床上使用LFNO进行窒息氧合可能更合适。   另一方面，使用LFNO达到相似的安全窒息时间取决于预氧合效果（FE’O2是否达到90%）。然而，一些临床研究发现，如果采用肺活量呼吸，即使多达20次，也只有70%的足月产妇在面罩给氧时FE’O2能达到90%，如果是潮气量呼吸，90%的足月产妇平均需3.6min才能使FE’O2达到90%[2,3]。因此，临床实践中，特别是在紧急情况下，很难使FE’O2达到90%。于是比较呼吸暂停前FE’O2为80%情况下HFNO和LFNO的窒息氧合效果更具有临床意义。该研究发现，当FE’O2为80%时，使用LFNO的安全窒息时间短于HFNO。同时，对于BMI较低的受试者，HFNO所维持的安全窒息时间约为LFNO的两倍。然而，随着BMI的增高，HFNO与LFNO所维持的安全窒息时间的差距逐渐缩短，这可能是由于BMI的增高和产程活跃导致代谢性耗氧量增加。对于BMI 较高的产妇，气道阻塞风险的增加和肺泡塌陷引起肺内分流的增加，容易造成窒息氧合的失败。窒息氧合失败后LFNO可以更加便捷地实施面罩正压通气，而HFNO在面罩通气时需要被移除。因此，对于BMI较高的产妇，使用LFNO进行窒息氧疗可能更具优势。   此外，该研究假设，使用15L/min流量的LFNO时，FgO2为100%。这一假设至今没有得到有力的数据支持。一项非妊娠患者的研究显示，通过标准鼻导管给予15L/min流量的氧气，在平静呼吸期间，FgO2为60%，这是由于吸入的氧气被同时吸入的周围空气稀释了[6]。于是本研究设计了相关模型，即在呼吸暂停期间，使用LFNO向声门提供FgO2为60%的氧气，来研究使用LFNO期间氧气被稀释的影响，结果显示，预氧合使FE’O2达到90%，使用LFNO（FgO2为60%）所维持的安全窒息时间略短于使用LFNO（FgO2为100%），但长于使用HFNO（FE’O2不足90%）。并且在呼吸暂停期间，不太可能吸入周围的空气来稀释吸入的氧气，因此使用LFNO时，FgO2应该高于60%。   综上所述，该计算模型研究表明，在足月产妇呼吸暂停期间，使用LFNO进行窒息氧疗可能更具有临床益处，特别是对于BMI较高的产妇。   编译：孟秋雨   审校：黄绍强    

参考文献

1. Shippam W, Preston R, Douglas J, et al. High-flow nasal oxygen vs. standard flow-rate facemask pre-oxygenation in pregnant patients: a randomised physiological study. Anaesthesia. 2019;74(4):450-456.

2. Au K, Shippam W, Taylor J, et al. Determining the effective pre-oxygenation interval in obstetric patients using high-flow nasal oxygen and standard flow rate facemask: a biased-coin up-down sequential allocation trial. Anaesthesia. 2020;75(5):609-616.

3. Al-Sulttan S, Bampoe S, Howle R, et al. A prospective, up-down sequential allocation study investigating the effectiveness of vital capacity breaths using high-flow nasal oxygenation versus a tight-fitting face mask to pre-oxygenate term pregnant women. Int J Obstet Anesth. 2021;45:28-33.

4. Stolady D, Laviola M, Pillai A, et al. Effect of variable pre-oxygenation endpoints on safe apnoea time using high flow nasal oxygen for women in labour: a modelling investigation. Br J Anaesth. 2021;126(4):889-895.

5. Ellis R, Laviola M, Stolady D, et al. Comparison of apnoeic oxygen techniques in term pregnant subjects: a computational modelling study. Br J Anaesth. 2022;129(4):581-587.

6. Gibson RL, Comer PB, Beckham RW, et al. Actual tracheal oxygen concentrations with commonly used oxygen equipment. Anesthesiology. 1976;44(1):71-73. 

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