呼吸暂停呼吸机压力设置多少合适（气道管理的核心问题）

呼吸暂停呼吸机压力设置多少合适（气道管理的核心问题）一名用吸入发动机废气自杀未遂的患者被送入了医院，他处于惊恐状态，医护人员通过 Hudson面罩给患者呼吸富氧空气。他的血红蛋白浓度是15g/dL，他的碳氧血红蛋白比为33％。但患者后来却死亡。什么机制导致他的死亡呢？让我们根据图表2.1 Barcroft 结果分析每一个参数.严重一氧化碳中毒的死亡机制是什么？该氧化还原反应产生能量使二磷腺苷（ADP）转化为三磷腺苷（ATP），从而为所有的生物过程提供能量。如果氧分子不能在这个反应中还原，该生物化学反应即告失败，就会发生细胞缺氧。根据 Barcroft 最初的分类，细胞缺氧可能有4个独立的原因。根据数学方程式（见图表2.1），这4个参数中有3个会影响氧输送。方程式右侧出现紊乱时会减少输送到组织中的氧供（DO2）。在我们的分类中，细胞缺氧第4个原因是组织中毒性缺氧，比如氰化物或一氧化碳中毒。在组织中毒性缺氧中，氧输送的过程中没有氧的缺乏。细胞和

道德约束使得许多重要研究课题无法进行下去。比如一个简单的问题，一个呼吸暂停患者将能存活多长时间？这就不能准确回答。

01

缺氧的分类

“细胞呼吸”发生在线粒体水平，电子通过线粒体呼吸细胞色素从电子传递供体［还原型辅酶Ⅱ（NADH）］转移到“还原的”氧分子（O₂）上。

该氧化还原反应产生能量使二磷腺苷（ADP）转化为三磷腺苷（ATP），从而为所有的生物过程提供能量。如果氧分子不能在这个反应中还原，该生物化学反应即告失败，就会发生细胞缺氧。根据 Barcroft 最初的分类，细胞缺氧可能有4个独立的原因。

根据数学方程式（见图表2.1），这4个参数中有3个会影响氧输送。方程式右侧出现紊乱时会减少输送到组织中的氧供（DO₂）。

在我们的分类中，细胞缺氧第4个原因是组织中毒性缺氧，比如氰化物或一氧化碳中毒。在组织中毒性缺氧中，氧输送的过程中没有氧的缺乏。细胞和线粒体部分氧分压（PO₂）可能比平均值还高，但氧缺乏的原因在于氧分子的还原过程中电子转移的失败。一氧化碳中毒这个例子非常有利于我们充分了解缺氧的分类。

严重一氧化碳中毒的死亡机制是什么？

一名用吸入发动机废气自杀未遂的患者被送入了医院，他处于惊恐状态，医护人员通过 Hudson面罩给患者呼吸富氧空气。他的血红蛋白浓度是15g/dL，他的碳氧血红蛋白比为33％。但患者后来却死亡。什么机制导致他的死亡呢？让我们根据图表2.1 Barcroft 结果分析每一个参数.

低氧性缺氧是不太可能的。假设没有发生肺损伤，该患者呼吸空气，其动脉血氧分压（氧分压）很可能正常，或呼吸纯氧时升高。动脉血氧分压能反应肺的气体交换功能，且不受血红蛋白浓度或当前血红蛋白种类的影响。

一个常见（但错误）的答案是，由于一氧化碳具有很高的血红蛋白亲和力，并且由于碳氧血红蛋白没有氧气的承载能力，氧输送到组织过程被破坏，导致细胞缺氧和死亡。

这是明显错误的，如果总血红蛋白浓度为15g/dL，碳氧血红蛋白分数是33％，则有10g/dL 正常血红蛋白。因为动脉血氧分压是正常的完全饱和的。虽然这样构成了功能性贫血，但是贫血缺氧机制不能作为死亡原因，因为10g/dL的血红蛋白浓度几乎是不致命的。

循环性缺氧也不太可能是其原因，因为机体的代偿机制有可能提高心输出量。

在这种情况下细胞死亡的相关机制应该是组织中毒性缺氧。正如一氧化碳对于血红蛋白上的血红素有高亲和性，它同时还与线粒体上呼吸细胞色素中的含铁血红素蛋白亲和性高。一旦结合，电子转移便会中断，尽管组织的O₂供应丰富却不能被还原，生物能量衰竭。一氧化碳中毒，碳氧血红蛋白的存在只是作为患者曾经暴露于一氧化碳中的一个提示。它通常不是死亡的机制的一部分。

02

氧供缺乏的不同影响

图表 2.1 中的方程式表明，DO₂是 3 个 Barcroft变量与 1 个系数 k 的简单的乘积。因此，乍看起来，无论 DO₂缺乏是否是由于血液疾病、低灌注或低氧性缺氧，都应该引起相同程度的细胞缺氧。下文中我们将看到的，由于血液性和循环性 DO₂缺乏有几乎相同的后果，而由于低氧性缺氧 DO₂缺乏却是非常独特和重要的。

1. 血液性和循环性 DO₂缺乏

实验和理论模型显示，[HB]和Q这两个变量并不相互独立，它们的乘积 Q[HB] 决定氧输送和细胞氧合。例如，如果血红蛋白浓度减半，血流量增加了 1 倍，氧输送和细胞氧合保持不变。它也遵循了由于血红蛋白浓度减少所致的细胞缺氧程度（而血流量保持不变）等于成比例减少的血流量所致的细胞缺氧程度（缺氧而血红蛋白浓度保持不变）。这是因为，这些变量只能决定氧气到组织的流量，而且它们都只有这一个作用。

2. 低氧性DO₂缺乏

低氧所致 DO₂减少，在某些情况下对组织缺氧的影响大于由于循环性缺氧 / 血液性缺氧所致的等量 DO₂减少导致的组织缺氧。如果在 Barcroft 的分类情况下分析此情况，这似乎有悖常理。这是因为 Barcroft 的分类只关注于 O₂运输至（O₂流量体积）组织毛细血管这一个过程，即O₂从毛细血管转移到细胞和线粒体内。

虽然这是事实，动脉血氧饱和度（SaO₂）决定氧输送如同 Q 和 [HB] 一样，毛细血管内的 PO₂从毛细血管内运送 O₂扩散到组织细胞。因此，低氧性的影响是双重的：它不仅减少动脉中的氧通量（通过减少血氧饱和度），同时它也减少 O₂通过毛细血管输送到组织的量（通过降低 PO₂）。

在细胞水平的氧分压大约是 3~10mmHg（1mmHg=0.133kPa），在线粒体大约 1mmHg。该 PO₂在组织毛细血管中大约是 40mmHg，根据 Fick 定律PO₂梯度驱动的 O₂从毛细血管向线粒体扩散。

图2.1 显示DO₂的下降对细胞摄取和消耗的O（2 VO₂）能力的影响，以及如何通过循环性缺氧 / 血液性缺氧、低氧性缺氧机制来决定 DO₂的下降。可以看出，随着DO₂下降，VO₂仍然不变，直到一个临界DO₂，DO₂crit 就是这个临界值，低于此值细胞氧的摄取和利用开始降低。DO₂crit代表在O₂输送中细胞缺氧的开始。

在正常组织（粗实线），细胞缺氧被认为是从DO₂下降到 0.4L/min 开始出现低氧性缺氧，而如果机制是循环性缺氧 / 血液性缺氧，细胞则可以耐受较低DO₂。换言之，细胞更易受低氧性缺氧损伤。

根据 Fick 定律，O₂扩散量不仅仅取决于局部压力梯度，同时也受毛细血管和细胞距离的影响，其间的距离在水肿状态（如果间质占体积增大就会增加毛细血管到组织细胞的距离）和休克后毛细血管复张时（如果离细胞最近的毛细血管复张，其距离就会增加）将增加。

这也许可以解释为什么循环性缺氧 / 血液性缺氧和低氧性缺氧之间会有差别，缺氧对细胞的氧气吸收障碍的作用被扩大，因此氧气扩散运输降低。这个效果也在图 2.1（细虚线）所示。

03

呼吸暂停时动脉血氧去饱和度的速率

我们已经看到，在细胞缺氧的发展过程中低氧性缺氧起到的重要作用是不言而喻的，在困难气道的情况下，低氧性缺氧的主要原因是气道阻塞。所以了解其中低氧性缺氧发生机制，并且确定影响该过程发展速度的因素就很重要。

一旦呼吸暂停（同时伴有气道阻塞）时，肺泡氧分压、肺毛细血管氧分压开始下降。呼吸暂停时，肺泡和肺毛细血管之间的气体交换成非线性。

二氧化碳分压升高的部分和由于二氧化碳蓄积所导致的pH值降低，不断影响氧-血红蛋白解离曲线的形状，非线性地影响动脉血氧饱和过程。PO₂输送过程中的变化和混合静脉血中PO₂的变化之间的时间滞后使得该数学模型更加复杂。

图2.2显示出了在阻塞性呼吸暂停中6种不同的生理紊乱的动脉血氧去饱和度曲线。

图2.2（a）所示，在肺容积较小的时候动脉血氧解离释放加快（如可能发生在仰卧麻醉患者）。

图2.2（b）所示，呼吸暂停发作时的最初的肺泡氧气浓度值也是很重要的。

在各种非线性数学系统中，初始肺泡氧张力越低，氧解离释放速度就越快。这对部分气道阻塞[肺泡氧分压（PAO₂）减少]，完全阻塞发生之前的患者有重要的意义。

图2.2（c）所示，在呼吸暂停期间任意指定时间点降低此时血氧饱和度，但饱和度降低的速率是不变的。

图2.2（d）显示了代谢率增加（可能发生在败血症，或在严重气道阻塞呼吸挣扎时）会加快动脉血氧去饱和速率，而这种效果将在氧解离释放的过程中进一步扩大。

图2.2（e）及（f）是在呼吸暂停时，低血容量和低还原血红蛋白浓度如何增加动脉血氧去饱和速率。这部分是由于血红蛋白作为氧的载体，而贫血和低血容量状态下全身血红蛋白减少。

低血容量还具有其他效果，可导致每搏输出量和心输出量的降低。降低的心输出量导致更低的混合血氧饱和度，如果存在分流，这个越来越低的混合静脉血氧饱和度会导致动脉血氧饱和进一步降低。

这样，动脉低氧性不仅在细胞缺氧过程起到重要作用（如上所讨论的，也见图2.1），而且在呼吸暂停、贫血、低血容量和伴随血氧饱和度降低的低流量状态中，都显著减少氧输送，氧输送的降低是这三个方面共同的结果。这些因素的相互作用描绘在图2.3。

还值得注意的是，在图 2.2 中每一个小的生理紊乱都造成动脉血氧解离释放的速率产生较大变化的整体效果，这可能就是麻醉诱导常见的一个“典型的”患者。这显示在图 2.4。

04

麻醉期间低氧血症

麻醉期间发生低氧血症原因可分为以下三类：

氧气供应问题：

这通常涉及设备故障导致缺氧混合气体的输送。麻醉前仔细检查，并在气体出口或呼吸系统的吸入侧使用氧气监测将消除此原因。

呼吸道氧气输送问题：

通气不足的原因很多，但最常见的是中枢性呼吸抑制、内在的气道梗阻和呼吸系统阻塞。需要注意的是，如果患者吸入高浓度氧，因为肺换气不足而导致的低氧血症将会很晚才表现出来。图 2.5 显示，肺泡通气量下降，甚至到非常低的水平，动脉血氧分压还是保持大于 30%。这清楚地强调了一个事实，即在重症监护中脉搏血氧仪无法监测通气量是否充足。

从肺到血液中氧气传输问题：

在麻醉状态下V / Q 紊乱经常出现。出现这种情况的机制尚不完全清楚，但通常认为是麻醉药抑制缺氧性肺血管收缩（ HPV）造成的。

改变体位、膈肌向头侧运动或增加胸部的血液量也是其原因。V / Q 失衡产生低氧血症在很大程度上可以通过提高氧气的浓度来恢复。这应与血氧分流区分开来，“分流”是用来形容肺区域的一个术语，通气但不换气可能发生急性呼吸窘迫综合征（ARDS）或肺炎。如果分流分数（fs）> 30 ％，增加吸入气体中氧气分数对氧合的影响不大（图 2.6）。通过增加心输出量，氧合通常可以在分流和 V / Q 异常情况下得以提高。

形成这样的结果有两种机制，第一个是心输出量增加可使通气肺的灌注比非通气肺增加得多，从而降低了分流部分；第二种机制是通过增加心输出量，组织从单位体积血液中提取的氧减少，这样混合静脉血氧饱和度增加，因此，在相同的静脉混合（即分流率）的程度下动脉血氧去饱和也就减小。呼气末正压（PEEP）或持续气道正压通气（CPAP ）能利用更多的肺泡和减少 V / Q 紊乱.

05

预充氧

预充氧的目的是使机体的O₂储备提升至最大值，在呼吸暂停期间，到临界饱和度之前耐受时间更长。

预吸氧的实践中两个元素：

（1）提供吸入 100％的O₂：

好的预吸氧技术需要一个密闭的面罩，使患者呼吸输送的是新鲜气体，而不是夹带周围空气。正确的面罩漏气检查可通过观察其与呼吸气囊的移动进行确认。

气囊是呼吸回路的一个重要组成部分，因为当患者的吸气最大流速（约 30 L/min）超过了潮气量时，气囊提供必要的氧储存。新鲜气体流量应足够高，以防止重复吸入回路中的废气，班氏回路易出现此问题。吸收回路系统受再呼吸的影响很小，但此回路本身具有较大的初始空气体积。

因此，合理的做法是预充氧时总是用O₂的最大流量冲入回路，优选至少 10L/min。如果吸入O₂是 <100％，到达循环血去饱和度的临界时间将会缩短。

（2）用 100％O₂去氮时：

其目的使肺和血液内O₂达到最大储备值。血液的氧储备因为预充氧的变化不大。呼吸室内空气血红蛋白的饱和度为 98％，通过预充氧上升至 100％，增加量极小。溶解在血浆中的氧气量可因局部压力增加而升高，但几乎微乎其微。

1. 血液的O₂含量

血红蛋白携带氧 =（HB）浓 度 × 饱 和 度 ×1.39mL/100mL 血液

溶解在血浆中的氧 = 氧气分压（kPa）× 2.290血浆

在预充氧时，主要变化是在肺部的氧气量。平静的呼气末，肺功能残气量（FRC）通常是 2500mL左右。这会受患者状况或疾病的进程的影响，并因肥胖，怀孕或腹胀而大为减小。

呼吸 100％氧气，氧气的吸入是指数变化的。这个吸入方程的时间常数（t）是功能残气量或肺容积与肺泡通气量的比值（VA/ V）。假设给定肺泡通气量为 4L/min，FRC 为2.5L，我们可以估算的时间常数是 2.5 /4=0.625 分钟。经过 3 个时间常数（1.9 分钟）这个指数过程将完成 95％。

2. 在预充氧过程中吸入氧气指数变化（典型值）

• 指数变化过程的时间常数（t）=Va/ VA=2.5/4=0.63 分钟

• 经过 1 个时间常数（0.63 分）后预充氧完成 37％

• 经过 2 个时间常数（1.25 分）后预充氧完成 68％

• 经过 3 个时间常数（1.9 分）后预充氧完成 95％

因此，合理的做法是持续预充氧进行至少 3 个时间常数，以确保最大的预充氧。

应当注意，较小的 FRC 的患者会比 FRC 正常的患者预充氧快，FRC 内O₂储备将会减少。通过增加肺泡分钟通气量（4~8 次深或肺活量呼吸）加快动脉血氧分压上升的速度，当预充氧时间有限时是非常有用的。在预充氧前使用阿片类药物如芬太尼可以延长达到高 PAO₂所需的时间。

每个患者的分钟肺泡通气量和 FRC 的大小都是未知的。因此，可通过测量呼气末FO₂监测去氮的过程。90％ ~91％的呼气末 FO₂表示最大预充氧化和功能残气量中的 O2 储备 > 2000mL。

为了使呼气末O₂指导预充氧，气体采样必须是可靠的（紧密贴合面罩）且二氧化碳分析仪上气体不应该有双向流向（用环形吸收回路不是班氏系统）。在血液和肺部预充氧后的O₂储备的整体增量为从 1200 mL（空气）涨至 3500 mL。

06

使用琥珀胆碱后的氧解离释放

美国麻醉医师协会（ASA）对困难气道的建议，如果全身麻醉诱导后最初的尝试气管插管不成功，麻醉医师应该“清醒插管”。

“清醒”实际就是回归到未麻醉的状态允许患者有自主呼吸。这被认为是安全的做法。自主呼吸恢复前动脉血红蛋白饱和度以什么样的水平下降呢？

使用临床数据和理论模型的组合，Benumof 指出，在接受了 1mg/kg 琥珀胆碱注射的患者出现完全阻塞性睡眠呼吸暂停，并在“不能插管，不能通气”的情况下，血红蛋白饱和度在功能恢复之前急剧下降。

图 2.7 显示，所有的“正常”成年人，在 10％的神经肌肉功能恢复之前发生剧烈的氧解离。从这样的分析可以很清楚地看到，一个完全的“不能通气，无法插管”的局面，等待自主呼吸的恢复是不恰当的，应该立即进行抢救措施。

Benumof指出，这种分析忽略了同时给予的全身麻醉药的呼吸中枢性抑制作用，所以对功能恢复时间的估计偏短。

07

细胞缺氧的最后共同通路

细胞缺氧的最后共同通路：膜电位和细胞死亡

静脉氧分压是评价毛细血管和组织 PO2 的合理指标，在许多方面，测量静脉 PO2（无论是混合静脉或器官特异性静脉如颈静脉）对评价组织氧合比测量动脉血氧分压更加有用。

实验和临床证据表明，当颈静脉氧分压低于 20mmHg 时意识丧失（因此“组织氧分压”在此为邻界）。这个氧分压是驱动氧气扩散到最终目的地即线粒体的动力，线粒体的氧分压还不足 1mmHg。此种情况下，电子转移无法进行（没有足够的可用氧分子接受电子）。氧化还原反应减慢，且现有能源生产不足以提供 ATP 的生成。

我们要讨论细胞生物能量衰竭后的事件。组织对缺氧的敏感性各有不同，但皮质神经元特别敏感。它们以及心肌也许是临床上最重要的，因此，也是研究最多的。

有人说：“缺氧停止机器并击毁机器。”这句警语对神经元和心肌来说指的是缺氧摧毁了细胞的功能。

在一段时间内细胞及其生存能力能够保持完整，如果缺氧被逆转，细胞功能将恢复；然而持续的缺氧损毁细胞结构。通过大量和复杂的机制，尤其是在神经元，随之而来的是加速破坏，这会导致细胞死亡。

这个过程的长度是可变的，取决于组织的代谢率、血流量和许多其他因素。然而，在一些神经元可以短至 4 分钟。

缺氧和膜电位

一般情况下，活细胞的特点是有静息膜电位，而死亡的细胞没有静息膜电位。缺氧对静息膜电位的影响取决于缺氧的性质。在局部缺血（如中风），组织缺氧、血液流动停止，而在气道阻塞，发生低氧性缺氧时血流通畅（和葡萄糖供应有关），这可能害处更大。

线粒体生物能量衰竭时首先出现的新陈代谢的功能变化之一就是 ATP 枯竭和 NADH 的蓄积。从糖酵解途径可以产生少量的 ATP，这需要氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD ），但是供不应求。必然会有 NAD 通过丙酮酸转化为乳酸，从而在无氧条件下产生有限的 ATP。

无氧代谢导致的细胞内酸中毒是细胞缺氧时首先检测出的变化之一。如果缺氧的本质是低氧性缺氧，血流量不变，会出现葡萄糖的供应充裕，则将加剧酸中毒，高血糖的患者特别危险。

细胞内酸中毒发作后不久，神经元的膜电位开始变化（如图 2.8 中所示）。这个作用效果是可变的，但大多数是超极化。据说，这是由于增加了钾离子通道的电导。

该机制尚不清楚，但可能包括激活 ATP 敏感型钾离子通道（低 ATP 情况下电导增加）、O2 敏感型钾离子通道或 pH 值敏感钾离子通道。神经元的超极化使它们不易受到突触活化，这可能表现为意识丧失（即“机器停止”）。

从这点来说，从膜超极化电位变化到缓慢去极化。其机制被认为是增加钾离子通道电导（初始超极化的膜）使钾离子沿浓度梯度流到细胞外。

流到细胞外的钾离子是通过 Na -K -ATP 酶回收，但是该泵功能开始衰退，细胞外钾离子的增加，正如可以由 Nernst 方程来预测，静息膜电位开始去极化。作为进一步的膜电位去极化，钙离子通道被激活和钙离子涌入有助于去极化的加速。

在这一点上，如果氧合恢复，这些电生理作用便是可逆的。如果不是这样，不可逆的事件的级联反应随之而来。

在很短的时间，膜迅速去极化。这包含许多细胞事件：在 Na -K -ATP 酶泵发生故障，从细胞内储存大量的钙离子释放触发大量兴奋性神经递质（主要谷氨酸）从突触小泡释放出来，这些神经递质反过来又刺激谷氨酸受体连接的离子通道，进一步触发阳离子内流进入细胞。除了这一点，细胞存活的可能性不大。

这些事件时间是可变的。对暴露于缺血（血流停止）情况下的神经元来讲，在高血糖和温热条件下是最快的，其中的过程可能只有 1~4 分钟的时间。在保存流量和正常血糖低氧性条件下，这个过程可能在 4~15 分钟之间，取决于发作的程度和突然性。

08

要点

• 无论氧气量是否正常（氰化物和一氧化碳中毒）组织缺氧可能是致命的。

• 低氧性缺氧（气道阻塞）比血液或循环缺氧更损害细胞。

• 血氧仪测量的是血氧饱和度而不是通气。

• 一个正常的血氧饱和度并不意味着通气没有降低的危险。

• 呼吸暂停患者血氧饱和度会更快速地下降。等待自主呼吸恢复可能不是一个明智的选择。

• > 90％的呼气末氧表示最大预充氧。

• 预充氧是通过增加肺内的氧含量而达到目的。

杨啸 唐慧敏 | 译 王云 吴安石 | 校

图文节选自《气道管理的核心问题》

首图 | CCO图库

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