胸科手術中吸入氧濃度：多少才算太多？

翻譯 上海市公共衛生臨床中心 麻醉科 俞立奇

概述

綜述目的：新出現的文獻表明，麻醉期間的高吸入氧濃度會導致更糟糕的術后結果。我們在這些文獻中研究了與胸外科手術有關的子集，特別是在單肺通氣、肺再擴張以及在這種情況下肺缺血再灌注損傷的伴隨風險的情況下。

最新發現： 胸外科手術中吸入氧氣（FiO2）濃度較高與術后肺部預后較差有關。單肺通氣期會導致相對的組織缺血 ，因為缺血再灌注損傷 ，這可能會導致擴張時的組織損傷。

總結：在胸部手術的單肺通氣階段，特別是在再擴張期間，限制FiO2可能是有益的，因為這是肺實質最容易受到缺血再灌注損傷的時候。

關鍵詞

高氧、缺血再灌注損傷、單肺通氣

關鍵詞

? 在單肺通氣期間，非通氣肺的肺實質細胞主要從支氣管循環中接收含氧血液。因此，在長時間單肺通氣的情況下，正常細胞功能所需的氧氣不足，細胞缺血，導致代謝過程改變，并可能增加對肺缺血再灌注損傷的易感性。

? 避免高氧可以減輕缺血再灌注損傷的程度。

? 在單肺通氣期間，在充足氧飽和度（SaO2>92%）的情況下，將吸入氧濃度（FiO2）限制在最低水平，同時仍保持足夠的組織氧合可能是有用的。

? 在肺重新充氣時，限制FiO2可能有助于減輕再灌注損傷的影響，并可能降低術后肺部并發癥的風險。

引言

幾十年來，醫學文獻中已經記錄了超生理氧濃度的毒性作用。100多年前，Smith描述了在高壓下暴露于高濃度吸入氧（FiO2）對肺組織的破壞性組織學影響。與高氧毒性作用相關的病理生理機制包括氧化應激增加，活性氧（ROS）產生過量，炎癥反應增加，直接DNA損傷和微血管功能受損，從而引發血管收縮機制和線粒體功能障礙。從生理上講，高氧還會增加肺不張的風險，并可能影響先天性低氧肺血管收縮機制，阻礙充分的通氣-灌注耦聯，影響有效的氣體交換。此外，高氧在機制上與全身血管阻力增加、肺水腫（由I型肺細胞破壞和隨后被II型肺細胞替代引起）、冠狀動脈血流量減少和腦血流量減少以及其他器官系統效應有關。

盡管描述了高氧的有害影響，但全身麻醉期間給予FiO2的最佳設置仍然是一個激烈爭論的領域。2016年，世界衛生組織發布了一項強烈建議，建議在所有外科專業接受全身麻醉的患者中使用高術中FiO2（目標FiO2>0.8），以減少手術部位感染（SSI）。不幸的是，這一建議過于寬泛，并且基于有缺陷的數據和假設。考慮到對全身麻醉期間低氧血癥相關潛在并發癥的擔憂，就術后結果而言，為患者可能從更高的FiO2中受益的框架達成共識更具挑戰性。一項大型薈萃分析評估了在接受所有類型手術的患者全身麻醉期間使用高（>0.6）與低（<0.4）FiO2的危害和益處。薈萃分析包括21項隨機臨床試驗（RCTs）和7597名患者。該研究得出結論，術中使用高FiO2與全因死亡率、呼吸衰竭、住院時間延長或其他嚴重并發癥的增加無關，但與SSI的減少也無關。最近的一項薈萃分析，包括10項隨機對照試驗（787名患者），試圖評估FiO2對接受全身麻醉的患者術后氣體交換的影響。作者發現，在術中階段暴露于較高FiO2（FiO2>0.8）的組動脈氧分壓較低，肺泡動脈氧梯度較高，術后肺不張嚴重程度增加。作者得出結論，術中給予高FiO2可能會影響術后肺功能；然而，最近一項包括226名接受腹部大手術的患者的小型隨機試驗發現，使用高吸入氧氣（>0.8）與術后肺部并發癥（PPCs）之間沒有關聯。一項考慮非肺部結果（如心肌損傷）的研究發現，術中FiO2增加與心肌損傷發生率增加之間存在劑量-反應關系（圖1）。綜合這些研究，很難確定接受特定手術的特定患者的最佳FiO2應該是多少。更有可能的是，在所有全身麻醉病例中，FiO2都應該個體化和動態調整，并僅限于確保足夠氧飽和度和輸送的氧氣量。

圖1 ：單肺通氣期間高氧繼發氧化應激的全身影響。OLV，單肺通氣；ROS，活性氧自由基。

在胸外科手術中，考慮到經常需要單肺通氣（OLV）以促進手術暴露和手術中發生的動態通氣變化，確定理想的FiO2甚至更加復雜。此外，在評估FiO2對接受胸外科手術的患者PPC的影響時，將FiO2的影響與患者的潛在疾病、手術操作、機械通氣的影響和麻醉藥物的影響區分開來可能是一項挑戰。胸外科手術人群中的獨特因素包括OLV的需求、對肺部的直接手術創傷以及切除術后功能性肺實質的喪失。在這種情況下，必須額外考慮從單肺通氣到雙肺通氣的轉變可以為肺缺血再灌注損傷（LIRI）的發展創造最佳條件。

肺缺血再灌注損傷的病理生理學

肺實質細胞通常對缺血具有抵抗力，因為它們有雙重氧氣來源：一種來自肺泡氣體混合物（主要來源），另一種來自肺和支氣管循環（次要來源）。雖然肺動脈血是脫氧的，對肺細胞提供氧氣的貢獻很小，但支氣管循環直接從主動脈開始，從而帶來高氧血液，為細支氣管、小氣道和臟層胸膜細胞提供氧氣。據估計，肺部約占全身氧氣輸送的5%，而支氣管循環僅占心輸出量的1%。因此，最佳的肺細胞代謝不能僅依賴于支氣管循環。

隨著OLV的建立，殘留的肺泡氧被吸收，局部缺氧發生。這會觸發一種生理性血管收縮機制，即缺氧性肺血管收縮，進而將肺動脈血液從塌陷的肺部轉移出去。在此期間，非通氣肺的細胞，特別是主要依賴于支氣管循環供應的肺泡、內皮和血管平滑肌細胞，供氧不足，因此變得“缺血”。低血流量、肺不張和由此產生的局部缺氧使細胞代謝從有氧狀態轉變為無氧狀態；然而，非通氣肺組織從不斷氧，而是缺氧。由于線粒體和黃嘌呤氧化酶、一氧化氮合酶和NADP氧化酶等細胞質酶的殘余活性，這促進了活性氧和氮自由基的產生，如超氧陰離子。此外，從有氧狀態到厭氧狀態的轉變改變了細胞的氧化還原狀態及其能量底物的利用。

在肺再充氣階段，恢復先前塌陷的肺的通氣會導致肺實質細胞迅速恢復有氧代謝。從缺氧到高氧的快速轉變使細胞措手不及，使它們特別容易受到細胞損傷。雙肺通氣迅速逆轉缺氧性肺血管收縮，導致組織血流量增加，進一步增加氧氣輸送。暴露在高水平的氧氣中進一步有利于ROS（主要是超氧陰離子）的產生，ROS對肺毛細血管內皮細胞特別有毒。過度的氧化應激會導致細胞死亡、繼發DNA損傷和線粒體功能障礙，從而引發不同細胞和分子免疫途徑的激活。B和T細胞、血小板和補體級聯的激活會促進局部炎癥反應，從而放大更多的內皮功能障礙并增加毛細血管通透性。肺再膨脹過程中使用的FiO2越高，氧化和炎癥反應就越明顯。這在概念上類似于“火上澆油”。最近，通過“化學功率”的概念，對氧化應激對肺部造成的損傷程度進行了量化。確定肺部暴露的化學功率需要估計肺部使用的氧氣量，計算轉化為反應性自由基的過量氧氣，并將ROS產生速率乘以每摩爾釋放的能量，最終結果以焦耳/分鐘表示(圖2)。

圖2 ：肺缺血再灌注損傷的病理生理學。ROS，活性氧自由基。HPV，低氧性肺血管收縮。

胸外科肺缺血再灌注損傷的臨床意義

在臨床層面上，LIRI可以通過接受全肺切除術的患者血液中氧化應激標志物水平的降低來證實，在全肺切除手術中，由于整個塌陷的肺被切除，沒有再灌注或氧合損傷。更重要的是，在接受肺切除術以外的肺切除手術的患者中，OLV的持續時間似乎直接影響了所遇到的氧化和亞硝化應激的程度。這是無通氣期間局部組織缺氧以及再擴張期間再灌注損傷的直接結果。在一項觀察性研究中，包括接受有和沒有OLV的胸部手術的患者，Misthos等人測量了基線、OLV期間、再擴張和術后定期的血漿丙二醛（MDA）水平。雖然所有患者的血漿MDA水平相似，但與持續雙肺通氣的患者相比，接受OLV的患者在肺再充氣時的氧化標志物顯著升高。此外，與僅接受60分鐘OLV的患者相比，接受更長時間OLV（120分鐘）的患者血漿MDA水平在統計學上顯著升高。

LIRI的臨床影響以及緩解策略仍然是一個有爭議的領域。在一項大型回顧性試驗中，包括來自四個不同機構的2733名接受肺癌雙葉切除術、肺葉切除術、節段切除術和楔形切除術的患者，Douville等人評估了OLV期間使用高和低FiO2對PPC的影響。復合PPC包括需要支氣管鏡檢查的肺不張、肺炎、急性呼吸窘迫綜合征、呼吸衰竭和術后48小時以上的通氣支持。綜合結局的發生率為5.2%。利用多元邏輯回歸模型，該研究未能確定OLV期間使用的加權平均FiO2大于0.8與PPC之間的關系；然而，PPC與OLV的持續時間有關[調整后的比值（aOR）：1.2，95%置信區間（CI）：1.03-1.41，P=0.022]。由于肺不張是一個更主觀的發現，因此還進行了消除這一結果的二次敏感性分析，結果仍然有效。在同一組患者的二次事后分析中，作者僅在再擴張階段（從術前5分鐘到術后5分鐘）考察了FiO2對PPC的影響。通過多元邏輯回歸模型，該研究發現，再擴張期間使用的平均FiO2與PPC風險增加呈獨立相關，呈劑量依賴性（aOR:1.14，95%CI:1.01-1.29，P=0.032），OLV和PPC持續時間之間的關系也沒有類似的影響（aOR=1.21，95%CI=1.03-1.42，P=0.02）。

同樣，Choi等人的另一項研究考察了肺切除手術期間術中FiO2對術后肺部不良結果的影響。這項回顧性研究包括2936名接受肺切除手術的患者，這些患者的術中血氧飽和度中值為95%或更高。主要結果是術后7天內術后氧合受損（IPO），表現為以下任何一種情況：SpO2低于92%，估算的PaO2/FiO2低于300或兩者在24小時內發生兩次，或需要高強度氧療，定義為機械通氣或高流量氧療，提供大于50%的FiO2。與低FiO2組的55.2%相比，高FiO2組（中位FiO2高80%或更高，占研究人群的73.8%）符合IPO標準的患者比例（74.9%）明顯更高。一項包括外科醫生和麻醉醫生作為隨機效應的傾向性核心加權分析發現，術中FiO2增加與IPO風險增加84%有關（OR:1.84，95%CI:1.60-2.12，P<0.001）。綜上所述，這些研究增加了越來越多的文獻，表明應考慮利用盡可能低的FiO2，在OLV期間，特別是在肺再膨脹時，保持足夠的氧飽和度。

如何判斷高氧

試圖調和最近研究中的差異所面臨的挑戰之一在于如何定義高氧以描述暴露組。接受FiO2本身由于其定義的吸入氣體混合物中氧氣利用率的多變性而存在局限性，還有關于氧氣暴露持續時間與程度和時間的進一步問題。幾種驗證指標的局限性，如特定FiO2閾值或時間平均FiO2曲線下的面積，是劑量反應線性的假設。換句話說，重要的是所施加的氧氣的總“負荷”，而不是應用的動態或患者之間的不同利用。

也許化學功率的利用有助于更好地理解氧化應激對PPC的影響。在這方面，使用來自三項大型隨機對照試驗的個體患者數據，PROVHILO（評估高呼氣末正壓對接受主要腹部手術的PPC住院患者的影響）、PROBESE（評估接受全身麻醉的肥胖患者中高與低呼氣末正壓力的影響）和iPROVE（評估接受腹部手術的患者中開放式肺通氣策略對PPC的影響），來計算肺部看到的化學和機械功率。作者試圖確定化學和機械功率是否單獨或共同影響PPC的綜合結果。2492名患者的完整數據集被納入本次二次分析。利用多元邏輯回歸模型，該研究發現，化學功率每增加1 J/min，PPC的幾率就會增加8%（OR:1.08，95%CI:1.05-1.10，P<0.001），而機械功率的相同增加會使aPPC的幾率增加5%（OR:1.05，95%CI=1.02-1.08，P=0.003）。此外，作者發現機械和化學功率之間沒有相互作用，這表明對PPC的作用是相加的，而不是協同的。需要對胸外科患者進行進一步的隨機對照試驗，旨在使用化學功率作為氧化應激對PPC影響的衡量標準。

一些研究排除了有術中低氧血癥事件的患者，其邏輯是在這種情況下可能需要更高的吸入FiO2。很難理解何時應用高FiO2，是預防低氧血癥還是提供高氧。在兩項研究中，發現脈搏血氧儀讀數可接受的患者中，分別有近四分之三和五分之三的患者接受了0.8以上的中位數FiO2。對接受肺切除手術的患者進行的一項研究的觀察也表明，術后高氧（PaO2>100 mmHg）的發生率很高。有趣的是，這項研究沒有證明經歷“輕度”高氧（PaO2約為125 mmHg）的患者和沒有經歷“中度”高氧的患者在PPC或30天死亡率方面有任何差異。盡管氧飽和度正常，但給予高FiO2可能代表了一種為接受肺切除術的患者提供氧氣補充的實踐模式，因為擔心可能會出現低氧血癥；然而，這種做法應該受到質疑，更有可能被針對每個患者的需求和圍手術期治療的特定階段量身定制的個體化方法所取代。

未來方向

本綜述中提供的數據主要由回顧性研究組成，并對隨機對照試驗進行了一些二次分析。因此，證據的質量充其量是中等的。需要更多的數據，特別是隨機對照試驗，以進一步了解OLV期間和之后因高氧而發生的生化、組織學和病理生理變化及其與臨床結果的關系。此外，還需要評估這種情況下中長期臨床結果的試驗。

基于組織氧輸送和消耗來理解高氧，而不是暴露于高FiO2或高水平的外周血紅蛋白飽和度，可能有助于為每個患者及其特定的生理學提供量身定制的麻醉藥。根據體外膜肺氧合治療嚴重呼吸衰竭患者的經驗，提出了將氧合引導到目標組織氧輸送的有力論據，這取決于心輸出量和血液攜氧能力的生理相互作用。理解“常氧”的基本思想，即足夠量的組織氧氣輸送以促進有氧代謝，同時限制氧化應激，是最終目標。

結論

目前的綜述檢查了最近的文獻，這些文獻表明，考慮到LIRI的病理生理學，OLV環境中的高氧可能是獨立有害的。在誘導和出現之外選擇FiO2通常被視為一個靜態的決定，主要是對低氧飽和度的反應。這里提供的數據為提供者提供了一個機會，讓他們重新考慮在整個手術過程中選擇FiO2的最佳麻醉藥物，不斷平衡氧氣的利與弊。因此，我們認為，限制氧氣的使用，特別是在肺再膨脹階段，可能會降低氧化應激引起的肺組織損傷的程度，這可能會導致PPC的發生率降低。

原文地址： DOI:10.1097/ACO.0000000000001597.

出處:金水麻談