成人创伤性脑损伤患者的过度通气

过度通气是治疗创伤性脑损伤患者 （TBI） 颅内高压 （ICTH） 的常用疗法。过度通气会促进低碳酸血症，导致脑动脉血管收缩，从而有效减少脑血流量，并在较小程度上有效减少脑血容量，暂时降低颅内压。然而，过度通气可能会产生严重的全身和脑部有害影响，例如呼吸机引起的肺损伤或脑缺血。因此，不建议常规使用这种疗法。相反，在特定情况下，例如难治性ICHT和即将发生的脑疝，它可能是一种有效的挽救生命的抢救疗法。本综述的目的是描述过度通气对脑外器官和脑血流动力学或代谢的影响，并讨论其副作用以及如何实施它来管理TBI患者。

介绍

颅内压增高 （ICHT） 是创伤性脑损伤 （TBI） 患者中最关键且可能具有破坏性的并发症 。 由于颅骨是一个刚性隔室，颅内内容物（即脑组织、血液和脑脊髓液）的总体积将随着时间的推移保持不变。 这些成分之一的体积增加最初通过移动其他成分的部分来补偿（即，脑静脉系统的压迫可以减少整体脑血容量;增加脑脊液重吸收和脑脊液向基底池和脊柱室的移位可以减少脑脊液体积）;当这些机制无法再补偿进一步的容量变化时，颅内压 （ICP） 将迅速升高 。 ICHT 的持续时间和 ICP 的绝对最大值均对患者的预后有影响 ;因此，旨在控制颅内压和减轻 ICHT 负担的疗法是 TBI 管理的基石。

尽管有不同的治疗干预措施，但它们都没有显示出对患者预后的显著影响，一些潜在的副作用可能会限制它们的使用。动脉二氧化碳压调节（PaCO2）几十年来一直用于神经麻醉和神经重症监护，因为降低 PaCO2通过增加每分钟通气量（即过度通气）来缓解（即低碳酸血症）可以迅速减少肿胀的脑容积并帮助控制颅内压 ;这些效应由脑血管收缩和脑血流量 （CBF） 和脑血容量 （CBV） 减少介导 。

尽管过度通气很常用，但尚未得到有力证据的广泛支持，其影响可能是短暂的，可能不会提高神经功能恢复的可能性。此外，通过降低 CBF，过度通气可能会引发或增强脑缺血 。此外，过度通气会有一些脑外效应，可能会对患者的预后产生负面影响 。因此，如果 TBI 患者经常使用过度通气 ，则需要对在 TBI 患者中如何管理 PaCO2与该疗法相关的潜在风险有最佳了解。

本综述的目的是描述过度通气对脑生理学的影响，并讨论其在TBI患者管理中的应用。仅评估了以控制性过度通气（即接受机械通气和控制模式治疗的 TBI 患者中每分钟通气的改变）为重点的研究，而不讨论院前过度通气或自发性过度通气。

过度通气、低碳酸血症和全身效应

过度通气的特点是一分钟肺泡通气量增加，如果死腔保持不变，这可能是潮气量和/或呼吸频率增加的结果。 这种情况通常是对低氧血症、全身炎症、胸部创伤或疼痛的一种生理反应； 但是，在创伤性脑损伤的治疗中，"控制性过度通气 "是指调整分钟通气量以获得低碳酸血症（即 PaCO2 <38 mmHg），从而调节脑血流动力学和顺应性。 在这种情况下，临床实践中可接受的 PaCO2 范围在海平面 35 至 45 mmHg 之间 ； 根据 PaCO2 水平，过度通气可分为中度通气（PaCO2 31-35 mmHg）、强制通气（PaCO2 26-30 mmHg）或强化强制通气（PaCO2 <26 mmHg）。

这种治疗策略有几种脑外效应（ 表1 ）;由于 TBI 患者经常因微误吸、肺炎或肺挫伤 而发生肺损伤 ，因此通过增加潮气量促进过度通气可诱发呼吸机诱导的肺损伤 （VILI） 并可能延迟肺愈合或恶化结果.此外，过度通气可能会增加胸腔内压，这有利于右心室功能障碍，或者在低血容量患者中，会导致静脉回流受损并减少心输出量 。此外，低碳酸血症会损害冠状动脉血流，并与心肌缺血的风险增加和心律失常的发展 有关 。长时间过度通气与呼吸性碱中毒有关;碱血症会使血红蛋白的氧解离曲线向左移动，从而增加血红蛋白对氧的亲和力并损害组织氧输送 。低碳酸血症和呼吸性碱中毒还会导致肺血管舒张 和支气管收缩，从而导致已有肺损伤的 TBI 患者的通气灌注 （V/Q） 不匹配和继发性低氧血症。在动物研究中，低碳酸血症还减少了表面活性剂的产生并增加了肺泡-毛细血管屏障的通透性 ，尽管这在人类中尚未得到充分证明。过度通气也可能增加腹内压，从而继发性增加颅内压 ;低碳酸血症会减少流向肾脏、皮肤和肌肉组织的血流量，并增加血小板粘附和聚集 。最后，过度通气通常与电解质紊乱有关，例如低钾血症、低钙血症和低磷血症。综上所述，这些发现表明，由于对靶器官有多种负面影响，因此对所有危重患者应极其谨慎地使用控制性过度通气和低碳酸血症。

过度通气和低碳酸血症对大脑生理和代谢的影响

大脑的能量需求很高，占全身耗氧量的20% 。由于大脑无法储存能量，因此快速调整CBF对于维持脑组织足够的氧和营养供应至关重要 ）。几种机制统称为“大脑自动调节”，可有效将CBF保持在满足大脑能量需求的必要值内 。因此，CBF 是异质性的，并且根据每个大脑区域的代谢活动而变化 ;阻力小动脉收缩和扩张以调节 CBF，以响应不同的刺激，例如血压、血液粘度、透壁压、代谢需求、组织 pH 值和电解质或 PaCO2 。

特别是，这些阻力动脉对 PaCO2 在 20 至 60 mmHg 之间的变化的反应是收缩（即低碳酸血症）或扩张（即高碳酸血症），这种现象被称为 "脑血管二氧化碳反应性"。这种对 PaCO2 变化的反应可能是由 pH 值介导的（即低 pH 值或高 H 浓度会促进血管扩张，而高 pH 值和低 H 浓度则会导致血管收缩），并且与高碳酸血症的相关性比与低碳酸血症的相关性更大。约 70% 的 CBV 位于静脉系统内，不受 PaCO++2 变化的影响；因此，过度通气后 CBV 的变化仅限于动脉部分，并与 CBF 的减少有关。特别是，PaCO2 每降低 1 mmHg，CBF 大约会降低 3%，尽管低碳酸血症对 ICP 的影响不那么明显。

过度通气也会导致脑缺氧（ 表 1 ）。提出的主要机制是由于 CBF 减少引起的整体和/或区域灌注不足导致的氧供应减少 。此外，由于上述全身效应，低碳酸血症可导致额外的 VILI，伴有气体交换受损和低氧血症，并可能改变氧血红蛋白解离曲线，导致氧输送减少 。

最后，碱血症和低碳酸血症会增加神经元兴奋性 ，降低癫痫阈值和/或延长惊厥活动 。在动物研究中，低碳酸血症导致脑消耗增加和局部葡萄糖的消耗 。 低碳酸血症还与神经毒性有关 ，通过诱导细胞毒性兴奋性氨基酸的释放 、增加基底神经节中的多巴胺水平 以及促进胆碱不恰当地掺入细胞膜的磷脂 。

TBI 患者的控制性过度通气

据报道，过度通气可有效控制 TBI 患者的 ICHT ; 在表2 中，提供了报告该患者人群中低碳酸血症、ICP和结局数据的最相关研究的摘要。

Obrist 等人的研究表明，过度通气可迅速降低半数创伤性脑损伤患者的 ICP，但几乎所有患者的 CBF 都会随之降低。PaCO2 和 ICP 之间并非线性关系，最重要的影响出现在 PaCO2 值为 30 到 50 mmHg 之间。此外，由于局部缓冲作用导致血管周围 pH 值恢复正常，因此长时间过度通气会导致血管收缩效应逐渐减弱。由于在创伤性脑损伤后的早期阶段经常会观察到 CBF 降低（即缺血症），因此在未对 CBF 进行监测的情况下，不应对这些患者启动长时间的过度通气。可以使用氙计算机断层扫描（CT）、CT 灌注（CTP）扫描或正电子发射断层扫描（PET）直接测量脑血流，但这些技术需要注射放射性示踪剂或造影剂，而且需要运送病人，这对于有 ICHT 的严重 TBI 病例来说并不总是可行的。尽管搏动指数（PI）升高（>1.2）、大脑中动脉舒张速度较低（<20 cm/s）以及使用有效公式估算的 ICP 可能有助于识别有灌注不足风险的创伤性脑损伤患者，但使用经颅多普勒（TCD）超声进行的间接 CBF 速度评估并不直接与绝对 CBF 值相对应。不同的研究表明，过度通气时 CBF 水平会降低；此外，CBF 降低最明显的部位是更容易受到继发性损伤的周围昏迷区。

如果 CBF 的减少相当一致，那么控制性过度通气（即平均 PaCO2 从 37 mmHg 降至 30 mmHg）可改善基线压力反应紊乱的创伤性脑损伤患者的大脑自动调节功能指数，而那些基线压力反应完好的患者则不会受到此类干预的影响。另一项大型队列研究也表明，轻度过度通气与较低的压力反应指数（即较好的自动调节功能）有关，尤其是在伤后第 2 天。一种假设是，低碳酸血症和相关的血管收缩可重建脑血管的内皮反应性，而这些脑血管之前是扩张的，目的是补偿因 ICHT 而减少的脑氧输送。

尽管如此，如果在过度通气时观察到 CBF 下降，那么这种现象是否与细胞缺氧损伤和无氧代谢的迹象有关仍不清楚。Diringer 等人在严重创伤性脑损伤患者中观察到，短时间和中等程度的过度通气会显著降低 CBF，但不会损害整个大脑的新陈代谢和氧摄取。因此，使用神经监测仪，特别是脑氧合和/或代谢监测仪，可提供有关大脑对受控过度通气耐受性的重要发现。强制过度通气与脑氧合降低有关，脑氧合降低是通过颈静脉球部血氧饱和度（SjO2，即脑缺氧阈值<55%）测量的，尽管这些结果并非在所有研究中都一致。然而，SjO2 反映的是半球的整体氧合情况，即使在正常的 SjO2 值范围内也可能出现组织缺氧。脑组织氧分压力（PbtO2）是一种区域性技术，与局部 CBF 密切相关，可直接监测继发性缺血风险较高的区域。过度通气对 PbtO2 的影响不尽相同，一些研究报告称脑氧饱和度显著降低，而另一些研究则显示没有大的变化，还有一些研究报告称 PbtO2 增加，特别是由于之前脑血管扩张（即充血）导致 ICP 大幅降低。最近的研究报告称，接受中度过度通气的成年重度创伤性脑损伤患者的 PbtO2 值保持不变，且基线时的中位 PbtO2 值在正常值范围内（即 >30 mmHg）。

脑代谢功能可在床边使用微透析技术进行评估，或进行正电子发射计算机断层显像（PET）和磁共振成像（MRI）光谱研究。在一项研究中，早期过度通气（即伤后 24-36 小时）与组织乳酸和乳酸/丙酮酸比值的显著增加有关，提示无氧代谢和组织缺氧；这些代谢影响在晚期（即创伤性脑损伤后 3-4 天）不太明显。然而，最近的两项研究表明，中度过度通气对成年创伤性脑损伤患者的脑代谢物没有影响。通过 PET 扫描，一项研究（n = 9）显示，中度和强烈过度通气导致 CBF 降低和氧摄取增加，但氧代谢保持稳定（即没有能量衰竭）。在两项更大规模的研究中，过度通气（即 PaCO2 <30 mmHg）增加了损伤脑内低灌注脑区的体积，在没有增加氧摄取的情况下，这将导致组织缺氧。

面对所有这些潜在的副作用，控制过度通气对创伤性脑损伤患者的预后有何影响？在一项大型回顾性研究（n = 251）中，Gordon 等人报告称，接受过度通气（即 PaCO2 在 25 至 30 mmHg 之间持续 6 至 41 天）的创伤性脑损伤患者死亡率较低；但是，与其他组相比，过度通气组幸存者的神经系统后遗症更为严重。只有一项前瞻性随机临床试验调查了在这种情况下过度通气的影响；Muizelaar 等人比较了将患者的 PaCO2 中位值保持在 25 mmHg 与将患者的 PaCO2 中位值保持在 35 mmHg 之间 5 天的患者 3 个月和 6 个月的神经系统预后：强制过度通气与预后不良的患者比例较高有关。有趣的是，在接受控制性过度通气和曲马他敏（THAM，即一种防止细胞外脑液 pH 值变化和血管过度收缩的缓冲剂）治疗的患者中，神经系统长期预后良好的患者比例高于其他患者。

讨论：实用方法

接受机械通气的 ICP 值正常的创伤性脑损伤患者的初始 PaCO2 目标值应在正常值范围内（即 38-42 mmHg-图 1）； 尽管脑外伤基金会指南无法确定创伤性脑损伤管理初始阶段 PaCO2 值的最佳阈值，但国际共识建议采用这些 "生理 "值，因为在伤后 24-48 小时内经常出现低氧血症，低碳酸血症可能会加重病情。 不建议也不应该使用预防性（即在没有 ICHT 的情况下）和长时间过度通气，因为这不会带来任何益处，反而会导致组织缺氧和脑代谢紊乱。 为了检测这些患者的大脑缺血，最初的 CTP 扫描有助于识别极低的 CBF 值，如果 PaCO2 降低到生理值以下，CBF 值将导致继发性缺血。 在没有 CTP 的情况下，颅脑超声结合使用 PI、估计的 ICP 和舒张期 CBF 速度，可以识别有脑缺血风险的患者。 在这一阶段，有必要密切关注气体分析监测，需要反复采样和监测呼末二氧化碳（etCO2），因为在成年 TBI 患者中经常可以观察到在没有 ICP 升高的情况下过度通气的现象。 重要的是，在并发严重胸部创伤和血流动力学不稳定（即心输出量低）的情况下，呼末二氧化碳（etCO2）可能会有一些局限性。

图 1. 创伤性脑损伤 (TBI) 患者如何控制过度通气和低碳酸血症的实用方法。急性颅内高压 (ICHT) = 危及生命的 ICP 升高，尤其是出现脑疝迹象时（即意识丧失、呼吸暂停、高血压、心动过缓）。ICHT：颅内压接近治疗临界阈值，但无脑疝；HV：控制性过度通气和低碳酸血症。绿圈和红圈指可能使用（绿色）或禁忌使用（红色）HV。NM：神经监测。*在弥漫性脑损伤但组织缺氧潜在风险较高的情况下。**根据神经监测进行调整。

由于过度通气结合低碳酸血症是降低 ICP 的最快速方法，因此应使用适度和短暂的过度通气来治疗危及生命的 ICP 升高，尤其是在出现脑疝征兆（即失神、呼吸暂停、高血压、心动过缓）时 ，并可作为其他干预措施（即重复 CT 扫描、渗透疗法、手术）的桥梁。在这种情况下，过度通气的持续时间应该很短，如果可能，PaCO2 值永远不应低于 30 mmHg，因为：(a) PaCO2 对 ICP 最重要的影响是在 30 至 50 mmHg 之间观察到的；(b) 据报道，大多数相关的脑副作用都发生在强迫过度通气时。在可能的情况下，除非可以测量 CBF，否则应尽量减少在伤后 24 小时内对这些患者使用过度通气，因为此时的 CBF 通常降低得最厉害。

对于 ICP 值仍接近治疗临界阈值（即 20-22 mmHg）的患者，国际指南建议在增加镇静剂和渗透剂输注失败后，仅将控制性过度通气作为 "第 2 级 "疗法使用；事实上，在创伤性脑损伤患者中，控制性过度通气对 ICP 的影响类似，但对脑代谢的干扰比甘露醇更大。在这些患者中，建议将 PaCO2 设置在 33-36 mmHg 左右，避免低于 30 mmHg。在除 ICP 和脑灌注压 (CPP) 之外没有其他神经监测手段的情况下，CTP 扫描和 TCD 有助于提示正常或较高（即充血）的 CBF 值，这在逻辑上会对过度通气做出反应。然而，如果出现缺血症，医生可决定避免低碳酸血症，转而采用巴比妥类药物、低温或减压开颅术等 "三级 "疗法治疗 ICHT，因为低碳酸血症会导致更多的脑灌注不足。

我们认为，严重 TBI 患者和 ICHT 患者也应考虑进行有创神经监测，以优化整体管理，特别是评估低 PaCO2 值对脑氧合和新陈代谢的影响。因此，PaCO2 值和过度通气可根据患者的大脑耐受性和治疗目标进行调整。如果需要低 PaCO2 值并伴有肺损伤，可考虑采取其他旨在减少二氧化碳产生的干预措施，如增加镇静或低体温，以诱导低碳酸血症，避免肺部应激和 VILI。不过，这一策略应在临床研究中进一步评估。

如果严重创伤性脑损伤患者由于脑血流动力学和顺应性受到重大影响而必须控制 PaCO2 值，则需要使用大剂量镇静剂（通常与神经肌肉阻滞剂 (NMBAs) 联用）来调整通气参数，以获得所需的 PaCO2 目标值。因此，在缺乏针对 ICHT 的积极疗法的情况下，何时停用镇静剂并最终耐受这些患者的自发性过度通气才是安全的仍是未知数。如果在受伤数天（即大于 7-10 天）后才停止使用镇静剂，那么发生缺血的风险可能会受到限制。此外，急性脑损伤后的自发性过度换气通常是由局部酸中毒（即位于脑干的呼吸中枢周围 pH 值过低）引发的，这会导致血管扩张，并很可能从过度换气引起的血管收缩中得到补偿。在这些情况下，无创（即 TCD）和有创（即 PbtO2）监测将再次有助于做出个性化的治疗决定。

总之，控制性过度通气可有效降低 ICP，但同时也会降低 CBF，并可能对大脑和全身产生严重的副作用。因此，如果 ICP 保持在可接受的范围内，则应在创伤性脑损伤后的早期阶段维持正常的 PaCO2 值。在出现严重颅内高压的情况下，应将有控制的过度通气（即 PaCO2 绝不低于 30 mmHg）作为临时救生干预措施；还应使用 CTP 和颅脑超声，并尽可能使用先进的多模态神经监测仪，对每位患者的 PaCO2 水平进行调整和个体化。

来源：Gouvea Bogossian. Hyperventilation in Adult TBI Patients: How to Approach It? Front Neurol 2021;11:580859

转载自斌哥话重症

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