徐建国<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

南京军区总医院 麻醉科

二氧化碳（CO₂）是人体醣和脂肪分解代谢的最终产物之一，成人静息状态下，每分钟产生200毫升左右CO₂，约相当于10毫克分子。CO₂几乎全部产生在线粒体内，并经细胞浆，细胞外液进入血液而后经肺呼出。在健康人，单位时间内呼出的CO₂量和体内生成的量保持相等，因之在静息状态下，动脉血二氧化碳分压（PaCO₂）得以稳定在36～44毫米汞柱或4.8～5.9千帕斯克（Kilo Pascal，简写成kPa）^[1]的正常范围。若肺泡通气量不足，CO₂排出减少，PaCO₂超过50毫米汞柱，称为高CO₂血症（习称CO₂蓄积）。相反，通气过度，PaCO₂低于35毫米汞柱，称为低CO₂血症。

PaCO₂的改变对人体生理功能有广泛的影响，是为临床上经常需要注意的问题，分述如下：

一、CO₂对酸碱平衡的影响：

CO₂对机体的生理影响在很大程度上是通过它对酸碱平衡的影响实现的。PaCO₂改变后对pH的影响取决于：1.PaCO₂升降的速度和时间，2.血液原先碳酸氢根（HCO₃^－）的浓度，3.肾功能，4. PaCO₂升高的程度。

根据Henderson－Hasselbach方程式：

          HFCO₃

pH=pk₁+log--------------

          0.03×Pco₂

PaCO₂急性升高，pH值将减低，造成急性呼吸性酸中毒；而PaCO₂降低，pH值升高，为急性呼吸性碱中毒。在血浆HCO₃^－浓度保持正常24毫克当量/升不变的急性情况下，PaCO₂每增减10毫米汞柱，pH值大约相应.改变0.1（表1）。

人体每分钟产生200毫升CO₂，如呼吸停止一分钟使PaCO₂升高3～6毫米汞柱^[2]。呼吸停止20分钟，PaCO₂即可上升至110毫米汞柱，pH值降至7.03。

PaCO₂升高，占据了氧在肺泡内的体积，如不增加吸入氧的浓度，必然使肺泡气氧分压及动脉血氧分压（PaCO₂）下降，导致低氧血症和组织缺氧。治疗之本在于设法增加通气量，排出CO₂。单纯给氧可减轻或纠正低氧血症，但不能阻止PaCO₂的升高。

PaCO₂增高后6～18小时，肾脏的代偿作用开始起作用，肾小管再吸收HCO₃^－增多，5～7天内达最大代偿程度。只要PaCO₂不超过60毫米汞柱，pH值可回复到正常范围。慢性呼吸性酸中毒病人最大代偿的95%可信限以标准碱超（SBE，单位：毫克当量/升）衡量，为：<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

SBE＝－10.7＋0.285PaCO₂±3.8

将病人实测PaCO₂代入方程式即可计算出已达最大代偿时的SBE值。病人PaCO₂增高未超过60毫米汞柱，而实测SBE低于该计算值，表示肾代偿不足或合并有代谢性酸中毒。若SBE高于计算值，表明“代偿过度”，常是合并代谢性碱中毒（如低钾血症，低氯血症所致）或输入过量碱性药物所造成^[3、4]。

PaCO₂大于60毫米汞柱，超越了肾代偿极限（使HCO₃^－达到40毫克当量/升或SBE达到15毫克当量/升）^[6]，pH值仍将为酸性，否则必定合并代谢性碱中毒。

PaCO₂急性降低后，HCO₃^－浓度即随之下降、6～18小时后肾开始代偿地多排出HCO₃^－，4天左右代偿达最大程度，pH值趋于正常。慢性呼吸性碱中毒，最大代偿95%可信限为：

SBE＝－21.87＋0.547PaCO₂±1.4

测得SBE高于通过该式算出的代偿的SBE值，表明肾代偿不足或合并代谢性碱中毒。测得SBE低于此值，表明“代偿过度”或指示合并代谢性酸中毒^[6]。

二、对中枢神经系统的影响：

CO₂可影响脑神经细胞的兴奋性和神志。动物实验表明，吸入气CO₂浓度不超过15%，皮层兴奋性抑制。吸入15～30%CO₂，刺激网状激活系统并因而增高皮层兴奋性。吸入30%以上CO₂，皮层和皮层下受抑制，呈现类似笑气的麻醉作用^[7]。在临床上，PaCO₂达正常二倍，病人出现烦燥、嗜睡和集中力减退。慢性高CO₂血症病人，有时睡眠规律颠倒，白天思睡，夜间失眠。PaCO₂升高至正常三倍，病人意识丧失，所有反射均减退，痛阈提高，脑电图变平，称为“CO₂麻醉”，但病人瞳孔常缩小而等大。这样高的PaCO₂及其相应的征象多见于不适当的高浓度吸氧以后，如未吸氧，必然同时伴有严重的低氧血症。有严重的低氧血症并存，神经系统症状出现得更早^[3]。

脑脊液的酸碱状态可反映脑细胞外液的酸碱状态。脑室脑脊液pH正常值为7.326，较动脉血低，（腰池脑脊液又较脑室脑脊液低0.02），脑室脑脊液的PaCO₂等于脑动、静脉二氧化碳分压差的平均值加1毫米汞柱（腰池脑脊液较脑室脑脊液高3毫米汞柱）^[8]。脑脊液无红细胞，除HCO₃^－外无其它缓冲阴离子， pH值完全决定于PaCO₂和HCO₃^－浓度。CO₂可迅速弥散透过血－脑和血－脑脊液屏障，PaCO₂改变后几分钟便可反应在脑脊液内，完全平衡仅需30分钟，呼吸改变造成的脑脊液pH改变较血液大，而H^＋和HCO₃^－均难以透过血－脑和血－脑脊液屏障，在血－脑和血－脑脊液间一时不易取得平衡。

脑小动脉直径主要取决于脑细胞外液［H⁺］和PaO₂^[9、10]。PaCO₂改变直接影响脑细胞外液pH值（亦即活性H^＋浓度）从而影响脑血管张力和脑血流。在急性情况下，高CO₂血症和低氧血症引起强烈的脑血管扩张，低CO₂血症引起强烈的脑血管收缩。在20～80毫米汞柱的异常范围内，PaCO₂每改变1毫米汞柱，脑血流（CBF）相应增减4～7%或2～3毫升/100克脑/分钟，脑血容积改变0.04毫升/100克脑^[11]。

PaCO₂70毫米汞柱时，CBF量加倍，PaCO₂150毫米汞柱时，脑血管最大扩张为正常约240%^[12]，PaCO₂降至10～15毫米汞柱，CBF量减至最小，仅为正常的40%⁽¹³⁾。CBF量最大改变在20秒内即可发生在^[14]，但有实验表明最大反应发生PaCO₂改变后5～6分钟时^[15]。血压改变不能阻止PaCO₂对脑血管的作用，但可影响脑血管对PaCO₂的反应程度。麻醉犬平均动脉压150毫米汞柱，PaCO₂从40增至80毫米汞柱，皮质血流量增加100%。同样的PaCO₂变化，平均动脉压50毫米汞柱时，CBF量仅增加50%。

PaCO₂也可变更缺氧对CBF的作用，PaCO₂降低后，因PaO₂下降所引起CBF量增加的阈值从40～50毫米汞柱降至30毫米汞柱以下。高CO₂血症和低氧血症同时存在，有协同作用，CBF增加更著^[16]。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

原有阻塞性或狭窄性脑血管病时，脑血流对CO₂改变的反应减低，与疾病产生的局部脑缺血和酸中毒有关。

PaCO₂慢性改变（不超过60～80毫米汞柱），通过脑组织HCO₃^－浓度相应的消长，脑脊液pH值可在24～28小时内接近恢复正常，脑血流量也随之恢复正常。对慢性呼吸性酸中毒的病人，骤然过度通气排出CO₂，消除了血和脑脊液的呼吸性酸中毒，脑脊液的HCO₃^－浓度升高一时不易消退而呈现碱性脑脊液状态，脑血管复又收缩，同时钠离子流入脑皮质和其它脑组织，也可发生惊厥样抽搐。故对慢性高CO₂血症的病人，纠正的过程应在1～2天内逐步进行，或使PaCO₂每小时降低不超过5毫米汞柱。

在鼠的实验表明，PaCO₂升至70～80毫米汞柱水平，虽脑血流量增加4～5倍，但脑氧消耗不变。PaCO₂超过80毫米汞柱，脑氧消耗中度增加，仅在吸入40%以上高浓度CO₂时，脑的氧消耗量降低。可能中度低CO₂血症反应了脑兴奋被激活，而麻醉浓度的CO₂反应了脑功能抑制^[17]。低CO₂血症时脑氧消耗不变，但因脑血流减低，可有颈静脉血氧分压降低的表现。

轻度或中度低CO₂血症一般不至引起组织缺氧。但PaCO₂降至10～15毫米汞柱以下，脑血流量可能低于维持正常神经功能的阈值，即20毫升血/100克脑组织/分钟（但不会达到致死的6毫升/100克脑组织/分钟的水平），加上血红蛋白氧离曲线左移，可能发生脑缺氧性改变，表现为脑脊液内乳酸、磷酸肌酸、二磷酸腺苷浓度升高，脑电图异常^[18]。如不提高PaCO₂，一般氧治疗无何效应。有报告用高压氧治疗可以防止PaCO₂过低造成的脑缺氧性改变^[19]。

高CO₂血症，甚至极高的PaCO₂也不影响脑组织的能量产生和利用的平衡，三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和一磷酸腺苷的浓度不减低，仅因为pH降低影响了磷酸肌酸激酶和乳酸脱氢酶的活性而可能有磷酸肌酸减少和乳酸/丙酮酸比值增高的表现^[17]。

通过对脑血流量的作用，CO₂亦影响脑压。PaCO₂升高，脑血流量增多，脑体积增大，颅内压趋向升高^[20]。PaCO₂升高，pH值下降，血脑屏障可暂时可逆性开放。此外由于H⁺对细胞间粘合物质的抑制作用，亦可增加毛细血管的通透性^[17]。严重低氧血症（氧分压低于40毫米汞柱）^[21]，有强烈扩张脑血管作用，严重缺氧尚可增加微血管通透性，加重高CO₂血症对颅内压的影响。窒息病人同时有高CO₂血症和低氧血症，脑血流量成倍增加，更易引起脑水肿或者脑疝形成。PaCO₂对颅内压的影响还和原先颅内压情况有关。原先颅内压正常，通过反射性脑静脉塌陷和脑脊液从脑内移入蛛网膜下腔的补偿作用，PaCO₂升高对颅内压的影响较小。原先颅内压若已高于30毫米汞柱，补偿不起作用，即使PaCO₂有较小的改变也可使颅内压明显升降。颅内压过高（70毫米汞柱以上）脑血管麻痹，PaCO₂改变对CBF量脑和压的影响均不明显。近十余年来，早期机械通气已被成功地用来降低严重颅脑损伤病员的死亡率和残废率^[22、23]。作用原理是减低脑血流量和脑血容积，减轻脑水肿、降低颅内压，提高PaO₂改善脑组织氧供应和减轻疾病所造成的脑组织pH降低。一般主张在伤后尽早开始。或以：1.颅内压高于30毫米汞柱，2.吸入40～50%氧时PaO₂低于60～80毫米汞柱为指征。机械通气时宜将PaO₂维持在150毫米汞柱以上、PaCO₂在25～30毫米汞柱水平。但是过度通气应用于大面积受累的颅脑疾病或损伤，因为广泛血管麻痹对CO₂不起反应，效果似有疑问^[24]。长时间应用，因为脑细胞外液pH重新调节至正常，效果亦属可疑^[26]，反有造成颅内低压之虑。

在脑栓塞、脑出血时，受累部位脑血管麻痹，丧失自体调节功能和对CO₂的反应。PaCO₂增高，未受累的脑组织血管扩张，使疾病区域血流亦被分流至正常区域，受累区血流量进一步降低，称为“窃血综合征”。此时使用过度通气使PaCO₂下降可起相反的作用——反窃血作用，有利用保护受损组织的局部血供应。

亦有证明，在全身酸中毒时，脑脊液内活性H⁺浓度和病人意识水平有关。有些慢性呼吸衰竭的病人，脑脊液不能维持正常酸碱状态，可因脑脊液pH明显降低而昏迷；而另一些病员血液pH值降低程度相仿，但脑脊液pH正常则始终清醒^[27]。

三、对呼吸系统的影响：

CO₂对延脑中枢化学感受器和颈动脉窦外周化学感受器均有兴奋作用。人在清醒和安静状态，PaCO₂增高引起的通气量增加，85～88%起源于中枢化学感受器^[28]。近年来亦有报告指出，起源于外周化学感受器的作用可达1/3～1/2^[29]。双侧颈动脉内膜切除的病人，PaCO₂上升约6毫米汞柱，对缺氧的呼吸反应消失。

健康年青人在无低氧血症的情况下，PaCO₂每增减1毫米汞柱，通气相应增减2～5升/分^[30]。一组44例报告平均为2.6升/分^[31]。PaCO₂增至80～90毫米汞柱，通气增加10倍，但更高的PaCO₂性反呼吸的作用减弱，极高的PaCO₂反而抑制呼吸甚至造成呼吸停止。

造成血压下降，心律失常以及抽搐的原因是：1.CO₂快速排出后，血中儿茶酚胺浓度也随之下降，如同使用升压药维持血压时突然撤除升压药而造成血压下降相似；2.用呼吸机进行正压通气时胸内压增高，静脉回流受阻，加之CO₂排出后骨骼肌等组织的血管扩张，使回心血量减少，易致心脏充盈不足；3.高CO₂血症使脑和冠状血管扩张，CO₂骤然排出后脑和冠状血管收缩，易致脑和心脏缺血；4.在慢性呼吸性酸中毒病人，骤然消除高CO₂血症，原已存在的血和脑脊液中代偿性碳酸氢根增高将占优势，以至脑脊液和血液变碱。脑脊液变碱可引起抽搐；血液变碱，使血钾、血氯减低，氧合离解曲线左移，加上冠状动脉收缩，室性心动过速，低血压甚至停跳。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

对慢性呼吸衰竭的病人，有计划地逐步降低PaCO₂，可避免这种现象。及时使用阿拉明，多巴胺等升压药物可使之扭转和减轻，只要能维持良好的氧合和水，电解质，酸碱平衡，12～24小时以后，升压药不难撤除。

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