翻译 上海市公共卫生临床中心 麻醉科 俞立奇
概述
综述目的：新出现的文献表明，麻醉期间的高吸入氧浓度会导致更糟糕的术后结果。我们在这些文献中研究了与胸外科手术有关的子集，特别是在单肺通气、肺再扩张以及在这种情况下肺缺血再灌注损伤的伴随风险的情况下。
最新发现： 胸外科手术中吸入氧气（FiO2）浓度较高与术后肺部预后较差有关。单肺通气期会导致相对的组织缺血 ，因为缺血再灌注损伤 ，这可能会导致扩张时的组织损伤。
总结：在胸部手术的单肺通气阶段，特别是在再扩张期间，限制FiO2可能是有益的，因为这是肺实质最容易受到缺血再灌注损伤的时候。
关键词
高氧、缺血再灌注损伤、单肺通气
关键词
• 在单肺通气期间，非通气肺的肺实质细胞主要从支气管循环中接收含氧血液。因此，在长时间单肺通气的情况下，正常细胞功能所需的氧气不足，细胞缺血，导致代谢过程改变，并可能增加对肺缺血再灌注损伤的易感性。
• 避免高氧可以减轻缺血再灌注损伤的程度。
• 在单肺通气期间，在充足氧饱和度（SaO2>92%）的情况下，将吸入氧浓度（FiO2）限制在最低水平，同时仍保持足够的组织氧合可能是有用的。
• 在肺重新充气时，限制FiO2可能有助于减轻再灌注损伤的影响，并可能降低术后肺部并发症的风险。
引言
几十年来，医学文献中已经记录了超生理氧浓度的毒性作用。100多年前，Smith描述了在高压下暴露于高浓度吸入氧（FiO2）对肺组织的破坏性组织学影响。与高氧毒性作用相关的病理生理机制包括氧化应激增加，活性氧（ROS）产生过量，炎症反应增加，直接DNA损伤和微血管功能受损，从而引发血管收缩机制和线粒体功能障碍。从生理上讲，高氧还会增加肺不张的风险，并可能影响先天性低氧肺血管收缩机制，阻碍充分的通气-灌注耦联，影响有效的气体交换。此外，高氧在机制上与全身血管阻力增加、肺水肿（由I型肺细胞破坏和随后被II型肺细胞替代引起）、冠状动脉血流量减少和脑血流量减少以及其他器官系统效应有关。
尽管描述了高氧的有害影响，但全身麻醉期间给予FiO2的最佳设置仍然是一个激烈争论的领域。2016年，世界卫生组织发布了一项强烈建议，建议在所有外科专业接受全身麻醉的患者中使用高术中FiO2（目标FiO2>0.8），以减少手术部位感染（SSI）。不幸的是，这一建议过于宽泛，并且基于有缺陷的数据和假设。考虑到对全身麻醉期间低氧血症相关潜在并发症的担忧，就术后结果而言，为患者可能从更高的FiO2中受益的框架达成共识更具挑战性。一项大型荟萃分析评估了在接受所有类型手术的患者全身麻醉期间使用高（>0.6）与低（<0.4）FiO2的危害和益处。荟萃分析包括21项随机临床试验（RCTs）和7597名患者。该研究得出结论，术中使用高FiO2与全因死亡率、呼吸衰竭、住院时间延长或其他严重并发症的增加无关，但与SSI的减少也无关。最近的一项荟萃分析，包括10项随机对照试验（787名患者），试图评估FiO2对接受全身麻醉的患者术后气体交换的影响。作者发现，在术中阶段暴露于较高FiO2（FiO2>0.8）的组动脉氧分压较低，肺泡动脉氧梯度较高，术后肺不张严重程度增加。作者得出结论，术中给予高FiO2可能会影响术后肺功能；然而，最近一项包括226名接受腹部大手术的患者的小型随机试验发现，使用高吸入氧气（>0.8）与术后肺部并发症（PPCs）之间没有关联。一项考虑非肺部结果（如心肌损伤）的研究发现，术中FiO2增加与心肌损伤发生率增加之间存在剂量-反应关系（图1）。综合这些研究，很难确定接受特定手术的特定患者的最佳FiO2应该是多少。更有可能的是，在所有全身麻醉病例中，FiO2都应该个体化和动态调整，并仅限于确保足够氧饱和度和输送的氧气量。
图1 ：单肺通气期间高氧继发氧化应激的全身影响。OLV，单肺通气；ROS，活性氧自由基。
在胸外科手术中，考虑到经常需要单肺通气（OLV）以促进手术暴露和手术中发生的动态通气变化，确定理想的FiO2甚至更加复杂。此外，在评估FiO2对接受胸外科手术的患者PPC的影响时，将FiO2的影响与患者的潜在疾病、手术操作、机械通气的影响和麻醉药物的影响区分开来可能是一项挑战。胸外科手术人群中的独特因素包括OLV的需求、对肺部的直接手术创伤以及切除术后功能性肺实质的丧失。在这种情况下，必须额外考虑从单肺通气到双肺通气的转变可以为肺缺血再灌注损伤（LIRI）的发展创造最佳条件。
肺缺血再灌注损伤的病理生理学
肺实质细胞通常对缺血具有抵抗力，因为它们有双重氧气来源：一种来自肺泡气体混合物（主要来源），另一种来自肺和支气管循环（次要来源）。虽然肺动脉血是脱氧的，对肺细胞提供氧气的贡献很小，但支气管循环直接从主动脉开始，从而带来高氧血液，为细支气管、小气道和脏层胸膜细胞提供氧气。据估计，肺部约占全身氧气输送的5%，而支气管循环仅占心输出量的1%。因此，最佳的肺细胞代谢不能仅依赖于支气管循环。
随着OLV的建立，残留的肺泡氧被吸收，局部缺氧发生。这会触发一种生理性血管收缩机制，即缺氧性肺血管收缩，进而将肺动脉血液从塌陷的肺部转移出去。在此期间，非通气肺的细胞，特别是主要依赖于支气管循环供应的肺泡、内皮和血管平滑肌细胞，供氧不足，因此变得“缺血”。低血流量、肺不张和由此产生的局部缺氧使细胞代谢从有氧状态转变为无氧状态；然而，非通气肺组织从不断氧，而是缺氧。由于线粒体和黄嘌呤氧化酶、一氧化氮合酶和NADP氧化酶等细胞质酶的残余活性，这促进了活性氧和氮自由基的产生，如超氧阴离子。此外，从有氧状态到厌氧状态的转变改变了细胞的氧化还原状态及其能量底物的利用。
在肺再充气阶段，恢复先前塌陷的肺的通气会导致肺实质细胞迅速恢复有氧代谢。从缺氧到高氧的快速转变使细胞措手不及，使它们特别容易受到细胞损伤。双肺通气迅速逆转缺氧性肺血管收缩，导致组织血流量增加，进一步增加氧气输送。暴露在高水平的氧气中进一步有利于ROS（主要是超氧阴离子）的产生，ROS对肺毛细血管内皮细胞特别有毒。过度的氧化应激会导致细胞死亡、继发DNA损伤和线粒体功能障碍，从而引发不同细胞和分子免疫途径的激活。B和T细胞、血小板和补体级联的激活会促进局部炎症反应，从而放大更多的内皮功能障碍并增加毛细血管通透性。肺再膨胀过程中使用的FiO2越高，氧化和炎症反应就越明显。这在概念上类似于“火上浇油”。最近，通过“化学功率”的概念，对氧化应激对肺部造成的损伤程度进行了量化。确定肺部暴露的化学功率需要估计肺部使用的氧气量，计算转化为反应性自由基的过量氧气，并将ROS产生速率乘以每摩尔释放的能量，最终结果以焦耳/分钟表示(图2)。
图2 ：肺缺血再灌注损伤的病理生理学。ROS，活性氧自由基。HPV，低氧性肺血管收缩。
胸外科肺缺血再灌注损伤的临床意义
在临床层面上，LIRI可以通过接受全肺切除术的患者血液中氧化应激标志物水平的降低来证实，在全肺切除手术中，由于整个塌陷的肺被切除，没有再灌注或氧合损伤。更重要的是，在接受肺切除术以外的肺切除手术的患者中，OLV的持续时间似乎直接影响了所遇到的氧化和亚硝化应激的程度。这是无通气期间局部组织缺氧以及再扩张期间再灌注损伤的直接结果。在一项观察性研究中，包括接受有和没有OLV的胸部手术的患者，Misthos等人测量了基线、OLV期间、再扩张和术后定期的血浆丙二醛（MDA）水平。虽然所有患者的血浆MDA水平相似，但与持续双肺通气的患者相比，接受OLV的患者在肺再充气时的氧化标志物显著升高。此外，与仅接受60分钟OLV的患者相比，接受更长时间OLV（120分钟）的患者血浆MDA水平在统计学上显著升高。
LIRI的临床影响以及缓解策略仍然是一个有争议的领域。在一项大型回顾性试验中，包括来自四个不同机构的2733名接受肺癌双叶切除术、肺叶切除术、节段切除术和楔形切除术的患者，Douville等人评估了OLV期间使用高和低FiO2对PPC的影响。复合PPC包括需要支气管镜检查的肺不张、肺炎、急性呼吸窘迫综合征、呼吸衰竭和术后48小时以上的通气支持。综合结局的发生率为5.2%。利用多元逻辑回归模型，该研究未能确定OLV期间使用的加权平均FiO2大于0.8与PPC之间的关系；然而，PPC与OLV的持续时间有关[调整后的比值（aOR）：1.2，95%置信区间（CI）：1.03-1.41，P=0.022]。由于肺不张是一个更主观的发现，因此还进行了消除这一结果的二次敏感性分析，结果仍然有效。在同一组患者的二次事后分析中，作者仅在再扩张阶段（从术前5分钟到术后5分钟）考察了FiO2对PPC的影响。通过多元逻辑回归模型，该研究发现，再扩张期间使用的平均FiO2与PPC风险增加呈独立相关，呈剂量依赖性（aOR:1.14，95%CI:1.01-1.29，P=0.032），OLV和PPC持续时间之间的关系也没有类似的影响（aOR=1.21，95%CI=1.03-1.42，P=0.02）。
同样，Choi等人的另一项研究考察了肺切除手术期间术中FiO2对术后肺部不良结果的影响。这项回顾性研究包括2936名接受肺切除手术的患者，这些患者的术中血氧饱和度中值为95%或更高。主要结果是术后7天内术后氧合受损（IPO），表现为以下任何一种情况：SpO2低于92%，估算的PaO2/FiO2低于300或两者在24小时内发生两次，或需要高强度氧疗，定义为机械通气或高流量氧疗，提供大于50%的FiO2。与低FiO2组的55.2%相比，高FiO2组（中位FiO2高80%或更高，占研究人群的73.8%）符合IPO标准的患者比例（74.9%）明显更高。一项包括外科医生和麻醉医生作为随机效应的倾向性核心加权分析发现，术中FiO2增加与IPO风险增加84%有关（OR:1.84，95%CI:1.60-2.12，P<0.001）。综上所述，这些研究增加了越来越多的文献，表明应考虑利用尽可能低的FiO2，在OLV期间，特别是在肺再膨胀时，保持足够的氧饱和度。
如何判断高氧
试图调和最近研究中的差异所面临的挑战之一在于如何定义高氧以描述暴露组。接受FiO2本身由于其定义的吸入气体混合物中氧气利用率的多变性而存在局限性，还有关于氧气暴露持续时间与程度和时间的进一步问题。几种验证指标的局限性，如特定FiO2阈值或时间平均FiO2曲线下的面积，是剂量反应线性的假设。换句话说，重要的是所施加的氧气的总“负荷”，而不是应用的动态或患者之间的不同利用。
也许化学功率的利用有助于更好地理解氧化应激对PPC的影响。在这方面，使用来自三项大型随机对照试验的个体患者数据，PROVHILO（评估高呼气末正压对接受主要腹部手术的PPC住院患者的影响）、PROBESE（评估接受全身麻醉的肥胖患者中高与低呼气末正压力的影响）和iPROVE（评估接受腹部手术的患者中开放式肺通气策略对PPC的影响），来计算肺部看到的化学和机械功率。作者试图确定化学和机械功率是否单独或共同影响PPC的综合结果。2492名患者的完整数据集被纳入本次二次分析。利用多元逻辑回归模型，该研究发现，化学功率每增加1 J/min，PPC的几率就会增加8%（OR:1.08，95%CI:1.05-1.10，P<0.001），而机械功率的相同增加会使aPPC的几率增加5%（OR:1.05，95%CI=1.02-1.08，P=0.003）。此外，作者发现机械和化学功率之间没有相互作用，这表明对PPC的作用是相加的，而不是协同的。需要对胸外科患者进行进一步的随机对照试验，旨在使用化学功率作为氧化应激对PPC影响的衡量标准。
一些研究排除了有术中低氧血症事件的患者，其逻辑是在这种情况下可能需要更高的吸入FiO2。很难理解何时应用高FiO2，是预防低氧血症还是提供高氧。在两项研究中，发现脉搏血氧仪读数可接受的患者中，分别有近四分之三和五分之三的患者接受了0.8以上的中位数FiO2。对接受肺切除手术的患者进行的一项研究的观察也表明，术后高氧（PaO2>100 mmHg）的发生率很高。有趣的是，这项研究没有证明经历“轻度”高氧（PaO2约为125 mmHg）的患者和没有经历“中度”高氧的患者在PPC或30天死亡率方面有任何差异。尽管氧饱和度正常，但给予高FiO2可能代表了一种为接受肺切除术的患者提供氧气补充的实践模式，因为担心可能会出现低氧血症；然而，这种做法应该受到质疑，更有可能被针对每个患者的需求和围手术期治疗的特定阶段量身定制的个体化方法所取代。
未来方向
本综述中提供的数据主要由回顾性研究组成，并对随机对照试验进行了一些二次分析。因此，证据的质量充其量是中等的。需要更多的数据，特别是随机对照试验，以进一步了解OLV期间和之后因高氧而发生的生化、组织学和病理生理变化及其与临床结果的关系。此外，还需要评估这种情况下中长期临床结果的试验。
基于组织氧输送和消耗来理解高氧，而不是暴露于高FiO2或高水平的外周血红蛋白饱和度，可能有助于为每个患者及其特定的生理学提供量身定制的麻醉药。根据体外膜肺氧合治疗严重呼吸衰竭患者的经验，提出了将氧合引导到目标组织氧输送的有力论据，这取决于心输出量和血液携氧能力的生理相互作用。理解“常氧”的基本思想，即足够量的组织氧气输送以促进有氧代谢，同时限制氧化应激，是最终目标。
结论
目前的综述检查了最近的文献，这些文献表明，考虑到LIRI的病理生理学，OLV环境中的高氧可能是独立有害的。在诱导和出现之外选择FiO2通常被视为一个静态的决定，主要是对低氧饱和度的反应。这里提供的数据为提供者提供了一个机会，让他们重新考虑在整个手术过程中选择FiO2的最佳麻醉药物，不断平衡氧气的利与弊。因此，我们认为，限制氧气的使用，特别是在肺再膨胀阶段，可能会降低氧化应激引起的肺组织损伤的程度，这可能会导致PPC的发生率降低。
原文地址： DOI:10.1097/ACO.0000000000001597.
出处:金水麻谈
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