综述 | 窒息氧合在临床麻醉中的研究进展

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窒息氧合在临床麻醉中的研究进展

王剑文1 张桢英1 贾政1 阎文军2

1甘肃中医药大学第一临床医学院

2甘肃省人民医院麻醉科

通信作者：阎文军

Email: 13893370700@163.com

基金项目：甘肃省重点研发计划(23YFFA0046)；甘肃省麻醉与脑功能临床医学研究中心建设项目（21JR7RA675）；兰州市科技局医疗卫生专项(2023-1-47)

【摘要】窒息氧合是指患者在没有自主呼吸或机械正压通气的情况下血液从肺部摄取氧气维持氧合。在全麻实施过程中，诱导后自主呼吸停止而安全的气道未建立之前，使用窒息氧合能在预充氧的基础上延长患者的安全呼吸暂停时间,从而减少气管插管的尝试次数，降低气道损伤以及低氧血症、血流动力学失代偿的发生率。近十年来，越来越多的窒息氧合技术已经被应用于不同的临床环境中，如围术期的气道管理和“无管麻醉”等。为进一步加深对窒息氧合的认识和了解其应用范围，本文根据现有关于窒息氧合机制、方法及临床应用的最新研究进行综述，为临床应用提供参考。

【关键词】窒息氧合；经鼻高流量氧疗；气道管理

全麻下气道管理的并发症是值得麻醉科医师关注的问题，特别是在麻醉诱导期间，低氧血症仍然是最常见的死亡原因［1］。在麻醉诱导开始到安全气道建立之前，患者会出现一段时间的低通气和无通气状态，此阶段患者容易发生低氧血症，并且可能导致严重的不良事件，包括心律失常、血流动力学失代偿、缺氧性脑损伤和死亡。麻醉诱导前预充氧可通过脱氮增加患者肺泡的氧储备，从而增加安全窒息时间（即呼吸暂停开始到动脉血氧饱和度下降至90%的时间），减少麻醉诱导时低氧血症及相关并发症的发生率。然而预充氧的效果受多因素的影响，如面罩与患者面部的贴合程度、预充氧持续时间、年龄、肥胖、孕妇等，因此预充氧不足是一个常见的现象［2］。窒息氧合是在患者呼吸暂停期间应用各种氧气输送方法防止血氧饱和度降低，维持患者窒息时的血氧饱和度，降低低氧血症的发生率。成人未预料困难插管管理指南建议所有的全麻诱导患者常规进行预充氧，困难插管高危患者在预充氧的基础上联合窒息氧合延长患者的安全窒息时间［3］。本文旨在描述窒息氧合的机制、技术方法及临床应用进展，以期为临床提供参考。

窒息氧合的生理机制

通气质量流效应正常成年人呼吸时，约250 ml/min的氧气从肺泡中吸收入血液，同时有250 ml/min的二氧化碳从血液排出到肺泡。然而在呼吸暂停患者中，只有8～20 ml/min的二氧化碳排出到肺泡中，剩余的二氧化碳会在血液和组织中被缓冲。氧气与二氧化碳在肺泡和血液之间吸收与排出的不平衡，使得肺泡内压力低于大气压，在上呼吸道与肺泡之间形成一个压力梯度，从而产生上呼吸道到肺泡的“通气质量流”，因此，在气道通畅的前提下，即使无自主呼吸和机械通气时，氧气从上呼吸道驱动到肺泡，维持氧合，这种现象的临床应用在现代麻醉实践中被称为窒息氧合。

心源性振荡心源性振荡是窒息氧合时驱动气体流动的另一个机制。心源性振荡是指与心动周期同步的气道内气流与压力的变化，可能在呼吸暂停期间促进气体交换，在上世纪80年代早期，有研究提出心源性振荡是呼吸暂停期间产生窒息氧合和气体交换的主要机制。心脏节律收缩时体积的改变引起胸内压变化促进了气体流动，同时邻近心脏的肺实质的直接压缩和扩张以及肺循环系统中的血液流动也引起小气道内气体运动，并促进气体交换。然而目前心源性振荡对呼吸暂停时气体交换作用的贡献大小仍然未知［4］。

窒息氧合的方法

非高流量窒息氧合早期关于窒息氧合的研究主要以低流量供氧的相关技术为主，通过使用不同的供氧方式为患者在呼吸暂停期间持续地提供氧气，延长患者的安全呼吸暂停时间。非高流量窒息氧合有以下几种方式。（1）经鼻导管或鼻叉窒息氧合方法由一根具有两个短突出的尖端的软性管道，一端连接氧气源，另一端将突出的尖端放置于患者的鼻子下方，置入鼻孔的入口，鼻叉尖端采取的尺寸约为鼻孔直径的一半。（2）经鼻咽导管窒息氧合方法采用鼻咽导管从患者鼻腔置入，进入鼻咽部，其远端置于声带上方。鼻咽导管置入的深度常采用从鼻孔到耳屏的距离估计。（3）经两用喉镜窒息氧合方法是由喉镜片通过改良，在喉镜片处嵌入一个内腔或者喉镜包含一个气管内导管通道，可以通过连接氧气源在插管过程中向喉部持续地提供氧气。（4）经改良的Ring-Adair-Elwyn （RAE）管窒息氧方法采用RAE管远端在墨菲眼上方切开，将标准氧管从切开的一端连接到麻醉机上的辅助氧出口。取下管接头后，将钝性近端置于颊侧空间，管角紧贴口腔左侧，调整口腔端的长度，直到病人耐受良好后，用光滑的胶带固定外颊，保持改良RAE管的位置。（5）经气管内窒息氧合方法通过鼻腔或口腔置入导管，并将导管远端置入到声门下进入气管进行供氧。（6）经双侧支气管窒息氧合方法将双侧支气管导管置入到左右主支气管中供氧，来提供窒息氧合。

经鼻高流量氧疗窒息氧合经鼻高流量氧疗（high-flow nasal oxygenation， HFNO）是一种创新的高流量供氧系统，可以通过鼻塞向患者输送高达60～80 L/min，FiO2范围在21%~100%，加热（31～37 ℃）和加湿的气体，该氧疗方式最初用于治疗急性呼吸衰竭。HFNO作为窒息氧合领域新的突破，首次使用发现有助于延长气道困难全麻患者的呼吸暂停时间，平均呼吸暂停时间达17 min，且血氧饱和度未低于90%，并由于具有一定程度的二氧化碳清除作用，提出了经鼻湿化快速充气通气交换(transnasal humidified rapid-insufflation ventilatory exchange，THRIVE)的概念［5］。

在全麻下呼吸暂停的患者中， Riva等［6］研究表明，随着气体流量的增加，通过测量右主支气管、气管中部和咽部的气道压力，在嘴巴闭合时，压力随气体流量的增加呈非线性增加；而嘴张开时，各位置的气道压力可以忽略不计。即使嘴闭合，流量高达80 L/min时气道压力仍低于10 cmH2O，且压力不受导管位置的影响。因此，HFNO产生的气道正压是否是呼吸暂停期间维持氧合的一个重要机制，及其在窒息氧合过程中起到的作用仍然未知。

窒息氧合的临床应用

用于特殊患者麻醉诱导

1. 肥胖患者。与非肥胖患者比较，肥胖患者在全麻中常合并面罩通气困难、困难气管插管，并且在麻醉期间发生不良气道［7］、呼吸和心血管并发症的风险显著增加［8］。肥胖患者的功能余气量和呼吸顺应性随着身体指数的增加而降低，另外，更大比例的氧气消耗用于呼吸，这些变化都会使得肥胖患者在麻醉诱导后呼吸暂停期间更加迅速的发生血氧饱和度降低［9］。因此,在肥胖患者缺氧发生前有足够的时间建立安全气道至关重要。肥胖患者在预充氧后使用鼻导管或鼻咽导管以不同的低流量窒息氧合可延迟麻醉诱导后血氧饱和度降至90%的发生，延长安全呼吸暂停时间［9-10］。经鼻入路的窒息氧合方式尤其流行，但在某些患者中鼻入路是禁忌证，如鼻部创伤，畸形，肿物等。通过改良的RAE管经口颊侧供氧可以有效延长肥胖患者在长时间喉镜检查时的安全呼吸暂停时间［11］。经口腔左侧颊部供氧时可与现有的气道管理方式紧密的无缝衔接，面罩密闭的中断小，与鼻咽和喉罩气道可以同时使用，不会影响喉镜检查，可在鼻入路方式禁忌时提供一种可行的代替方式。

Schutzer-Weissmann等［12］研究表明，肥胖患者无论是以HFNO还是低流量面罩给氧进行窒息氧合，多数患者在18 min内都不会发生血氧饱和度下降，但与面罩给氧比较，HFNO降低了血氧饱和度去饱和的风险。与低流量经鼻导管窒息氧合比较，HFNO较未增加肥胖患者的安全呼吸暂停时间［13］。与0 L/min和15 L/min比较，60 L/min的HFNO改善肥胖患者呼吸暂停时的氧合，且更多患者可维持SpO2≥90%［14］。因此对于肥胖患者，HFNO窒息氧合是否比经鼻导管低流量窒息氧合效果好仍有争议。

2. 妊娠患者。妊娠患者由于解剖和生理变化导致气道管理困难和插管失败的发生率增加，产科麻醉师协会和困难气道协会强调了在麻醉诱导前对妊娠患者进行充分预充氧的重要性，充分预充氧延长安全呼吸暂停时间，降低气道管理困难时低氧血症的发生。通过窒息氧合延长非妊娠患者的安全呼吸暂停时间越来越流行。有关的病例报告表明，使用HFNO可以维持妊娠患者呼吸暂停期间的氧合［15］，因此，妊娠患者在预充氧的基础上联合窒息氧合技术能延长患者的安全呼吸暂停时间，从而在产科麻醉中产生临床价值［16］。

3. 患儿。与成人患者比较，患儿耗氧量增加，功能余气量减少，以及更大的气道闭合容量，这使在全身麻醉诱导过程中，自发及辅助通气停止后，低氧血症的发生率更高，发作的速度也更快。缺氧仍然是患儿麻醉相关发病率及死亡率的主要原因，并且插管期间的并发症与气道困难和插管尝试次数直接相关。因此，患儿自呼吸暂停到建立安全气道的间隔比成人患者短，延长安全呼吸暂停时间可降低患儿低氧血症的发生率及相关并发症。

患儿喉镜检查时，深喉部供氧可延长患儿的呼吸暂停时间，并降低儿童呼吸暂停时血氧饱和度的发生率［17］。Riva等[18]研究表明，与经鼻高流量（2 L·kg-1·min-1）30%氧浓度比较，经鼻低流量（0.2 L·kg-1·min-1）和经鼻高流量（2 L·kg-1·min-1）吸入纯氧（THRIVE）均显著延长了患儿的呼吸暂停时间［18］，THRIVE可能还有助于防止患儿在快速序列诱导过程中呼吸暂停时血氧饱和度的降低［19］。通过咽部供氧和经鼻供氧的方式窒息氧合均延长了患儿的呼吸暂停时间，降低患儿插管期间低氧血症的发生率。在患儿麻醉中，预充氧的基础上联合窒息氧合，能够降低患儿发生血氧饱和度去饱和的风险，降低缺氧的发生率，减少插管的尝试次数，从而降低插管期间的并发症，提高患儿麻醉中气道管理的安全性。

4. 老年患者。在老年患者中，生理的改变如残气量和功能残气量增加，肺静态顺应性降低，胸壁僵硬程度增加以及肺泡表面积的减少导致氧储备减少，会使低氧血症在麻醉诱导过程中的发生率升高。此外老年、无牙等因素会降低面罩通气的效率，导致预充氧不足，若同时合并颈椎骨关节炎、打鼾等会延长老年患者的气管插管时间。因此获得足够的氧合，延长安全呼吸暂停的时间对于老年患者十分重要。与面罩窒息氧合比较，HFNO明显延长老年患者快速序列诱导后的呼吸暂停时间［20］。与传统面罩单独预充氧比较，使用HFNO预充氧联合窒息氧合延长了患者的安全窒息时间，保障了老年患者全麻诱导插管时气道管理的安全［21］。

5. 阻塞性睡眠呼吸暂停综合征患者。阻塞性睡眠呼吸暂停综合征（obstructive sleep apnea syndrome， OSAS）是由多种原因导致的睡眠期间反复发生气道完全或部分阻塞，进而引起机体发生一系列病理生理变化的临床综合征。OSAS的危险因素包括颌面部、颈部解剖结构异常、肥胖、年龄等，危险因素可造成OSAS患者围术期发生面罩通气困难，插管困难的风险增高，麻醉诱导期间低氧血症的发生率增高。使用鼻咽导管和HFNO进行窒息氧合可以延长重度OSAS 患者全麻诱导气管插管时无通气安全时间，提高其全麻诱导的安全性［22］。

用于气管手术气管外科手术在麻醉科医师和外科医师间存在一种特殊的关系，患者的安全必须与手术区域的充分暴露平衡。理想的治疗状态是患者安全舒适，宽阔的手术视野以及术后恢复顺利。通过窒息氧合可以在患者全麻后不插入气管导管的情况下，满足气道手术的要求。插入悬吊式喉镜后，通过氧套管向气管内输送流量为0.5~1.0 L/min的纯氧窒息氧合，能够支持短时间的喉部手术，为外科提供足够的手术操作空间，且没有过多的二氧化碳蓄积［23］。使用HFNO在进行喉部手术时通过窒息氧合进行无管麻醉，能够维持氧合，同时外科医师获得更好的手术视野［24］。然而长时间的手术是否能维持氧合，同时由于没有气管插管，术中无法实时测量呼吸末二氧化碳而且长时间手术结束后二氧化碳的大量蓄积在无管麻醉的状态下如何恢复等问题尚需解决。

在特殊手术中用于避免肺部移动插管和机械通气时，获得高质量的CT肺血管造影是至关重要的，但由于呼吸运动伪影会降低其造影的质量，通过使用窒息氧合技术消除呼吸运动伪影提高了CT肺动脉成像的质量。进行胸外科手术时，常采用单肺通气模式进行呼吸管理，而单肺通气时低氧血症并不少见。当发生低氧血症时，为恢复通气改善氧合需要中断手术操作。在电视辅助胸腔镜和开胸肺叶切除术中，通过支气管内导管向无通气侧肺持续输送氧气，窒息氧合联合单肺通气可降低单肺通气时低氧血症的发生率，并改善动脉氧合，从而减少手术中断。左乳内动脉是冠状动脉搭桥手术中常用的移植血管，分离该血管时用窒息氧合技术能够提供充足的手术视野和解剖条件。在采集左乳内动脉的择期冠状动脉搭桥手术中，与低潮气量通气比较，使用窒息氧合可引起更高程度的高碳酸血症和呼吸性酸血症，但两者均未对肺动脉压或心功能造成有害影响，两个通气技术都能够提供充足的手术视野，而窒息氧合常作为首选方式。

窒息氧合的局限与并发症

窒息氧合作为一种维持患者氧合的辅助技术，它可以延长患者的安全呼吸暂停时间，直到建立安全可靠的气体交换途径。窒息氧合不能作为患者的最终气道管理计划，而且目前也未有相应的证据表明其可以在危机气道管理的情况下使用。窒息氧合的成功取决于充分的预充氧，气道通畅和持续的氧供来源，传统方法的失败表明气道通畅性已经丧失，缺少了进行窒息氧合的先决条件。因此目前窒息氧合只作为完善的气道管理计划的组成部分，降低低氧血症的发生 。

二氧化碳蓄积和呼吸性酸中毒二氧化碳蓄积与呼吸性酸中毒是窒息氧合过程中不可避免的并发症，也是限制窒息氧合使用时间的条件之一。由于窒息氧合期间无肺的呼吸运动，产生的二氧化碳无法从肺排出，二氧化碳在体内持续的蓄积会导致pH值下降，并发展为严重的呼吸性酸中毒。对于有高碳酸血症禁忌证（如颅内压增高、血流动力学不稳定、心律失常）的患者应避免长时间的窒息氧合。使用HFNO在延长困难气道全麻患者的安全呼吸暂停时间的同时，呼气末二氧化碳增加的速率低于早期研究［5］。然而使用HFNO进行患儿窒息氧合的一项非劣效性随机对照试验表明，2 L·kg-1·min-1的流量下窒息氧合时二氧化碳增加速率并不劣于4 L·kg-1·min-1的二氧化碳速率，更高的流量在窒息氧合过程中并没有增加二氧化碳的清除［25］。在持续喉镜检查保证气道通畅下，使用0.25～70 L/min的不同流量进行窒息氧合时，二氧化碳的积累量相当，HFNO窒息氧合并不存在额外的二氧化碳清除［26］，因此THRIVE的定义存在疑问，使用HFNO窒息氧合时存在的二氧化碳清除作用是与历史研究数据对比的结果，造成这一结果的原因可能是麻醉降低了患者的新陈代谢，减少了二氧化碳的产生，因此关于这一问题仍然需要进一步证实。

低氧血症保持气道通畅是窒息氧合进行的前提条件。窒息氧合作为气道管理中氧合的辅助方式，能够延长患者的安全呼吸暂停时间，直到安全的气道建立。在气道管理过程中，即使在预期困难气道的情况下，进行面罩通气、气管插管和其他抢救措施的失败也很少见。当传统的气道管理措施失败时提示气道通畅性已经丧失，因此窒息氧合也无法顺利进行，依然会发生低氧血症。

气压损伤与胃充气使用不同的方式进行窒息氧合，必须保证气体有出口路径，否则气体大量积聚在一定的空间内会造成气压损伤。通过鼻咽导管给氧时已有胃胀与胃破裂的病例［27］，产生这一并发症的原因可能是由于鼻咽导管置入深度不适或导管移位造成气体进入胃。由于HFNO产生气道正压，因此气道的损伤及胃充气成为使用HFNO的理论并发症。但接受HFNO预充氧联合窒息氧合的患者在插管前后胃内气体容量无明显差异［28］。使用HFNO时产生随流量增加而增加的气道压力，但即使在流量达到80 L/min时，气道压力仍然小于10 cmH2O［6］，对气道造成损伤的可能性小，同时产生的气道压力小于食管上括约肌开放的压力，在使用HFNO窒息氧合的研究中也均未出现胃充气的现象。

小 结

作为气道管理的一种辅助方式，窒息氧合已经在不同的临床环境中被证实可以在患者无自主呼吸或机械通气的窒息状态下维持患者的氧合。通过多种方法如经鼻导管、鼻咽导管、改良喉镜、RAE管、气管导管及HFNO等，窒息氧合能延长患者的安全窒息时间，降低低氧血症的发生率及并发症，联合预充氧技术不仅安全地应用于全麻患者的麻醉诱导期，还进一步扩展至短小手术及特殊手术下通气。窒息氧合领域仍然有很多未解之谜，进一步研究需要评估不同的窒息氧合方式在不同人群中是否获益，如预期困难气道患者、妊娠患者及肺功能不全的患者等。虽然目前HFNO已在不同人群中得到证实，但使用HFNO窒息氧合的最佳流量尚未确定，能否在较低的流量下达到满意的氧合效果且降低随流量增加而引起的相关并发症值得进一步研究。

参考文献略。

DOI:10.12089/jca.2024.07.016