ABSTRACT

Apnea may occur in any period of peri-anesthesia. The sequel of apnea depended on the oxyhaemoglobin saturation of arterial blood(SaO₂) and there were many related factors. A constructed model according to steady kinetics showed that oxyhaemoglobin desaturation was simply determined by the ratio of the oxygen consumption rate to the alveolar reserve volume of oxygen. But apnea was not a steady state, the rate of oxygen fluxed from the alveoli to the pulmonary capillaries was not constant. There was also a time lag between changes in arterial oxygen content and mixed venous oxygen content which affects the rate of alveolar oxygen exchange. In addition to the alveolar oxygen volume at the beginning of apnea, circulating blood also served as oxygen store which was in a dynamic balance with the diminishing alveolar store. The reduction in SaO₂ was moderated by the reservoir of oxygen in the alveoli. The obligatory increase in arterial carbon dioxide partial pressure and the consequent decrease in pH during apnea also had effects on the oxyhaemoglobin desaturation. This review classified and quantified the factors which may affect the rate of oxyhaemoglobin desaturation.

Keyword: apnea; oxygen reserve; oxyhaemoglobin desaturation; model; fraction of inspired oxygen

影响氧储备的因素中血红蛋白浓度，呼吸商，混合静脉血对去氧饱合对无通气时期的去氧饱和的影响不明显，而减少的功能余气量，减少的排氮充氧时间，通气不足，氧耗增加会明显地减少无通气时限，另外无通气时气道的开放与否也对氧储备有影响。也可从两方面理解影响动脉氧解离的因素：氧传输（如功能余气量、血红蛋白浓度、肺泡通气量、心输出量）和氧耗。

1．功能余气量及氧耗对氧储备的影响：功能余气量及氧耗量对呼吸停止时动脉血红蛋白氧解离的影响最大

1.1  减少的功能余气量 减少功能余气量将减少氧储存，加快胸腔内负压的产生。这两方面因素决定了功能余气量在动脉血红蛋白氧解离的决定性作用。胸廓顺应性差（如脊柱后侧突）的病人或腹内压较高（如怀孕、腹水）的病人的动脉血红蛋白的氧解离很快^[4,5,6,7]，麻醉诱导本身可引起功能余气量减少50％^[7]。据统计在麻醉诱导后困难气道会引起严重的低氧血症,甚至危及生命^[8],因为困难气道是难以预料的,麻醉诱导后的低氧血症的并发症的发生率可能会增加,机体总的氧储备大约为1500ml,以100%氧预充氧氧储备可增加到3700ml^[9],增加的氧储备有一半来自功能余气量,因此在麻醉诱导时减少肺不张形成,增加功能余气量是非常重要的。

停止通气时的肺泡容量是动脉血红蛋白的氧解离速度的一个重要的决定因素.因为肺泡内储存了大量的氧,当吸入氧浓度为21%时,肺泡氧浓度为13.3%.当吸入氧浓度为21%时,肺泡容量的改变对动脉血红蛋白的氧解离的影响有限.当吸入氧浓度更高时(如预充纯氧),减少肺泡容量对氧储备的影响就会比较明显了。动脉血红蛋白的氧解离对最初肺泡氧浓度从13.3%到10%改变是非常敏感的.引起动脉氧饱和度下降至85%的呼吸停止时间从84s减少到60s^[1].

1.2  增加的氧耗量 在氧耗上的较大的改变将引起阻塞性呼吸停止及非阻塞性呼吸停止患者去氧饱和时间较大的改变。特别是对于发热、怀孕、药理学（如琥珀胆碱）方面引起氧耗量增加的病人更是如此。氧耗量通常为250ml/min,虽然麻醉状态下的氧耗量大多为200ml/min^[10],Delauney,Bonnet,Duvaldestin^[11]研究过术后病人的氧耗,发现大约为150ml/min,但对于术后有寒战的病人来说,氧耗可增加40%.代谢异常的病人和有恶性高热的病人的氧耗增加,引起血氧饱和度去氧解离加快.关于是否中枢性呼吸停止时氧耗高于阻塞性呼吸停止存在争议。Strohl和Altose^[12]在研究健康人模拟停止呼吸和阻塞性停止通气时没有发现两者动脉血氧解离有所不同。Fletcher^[13]和同事在动物实验研究中发现阻塞性停止通气时氧耗量增加.氧耗增加可引起机体代谢增加,机体代谢增加反过来增加氧耗.总之,氧耗量的大范围的改变是有可能的。

阻塞性气道,氧耗增加,功能余气量减少将使动脉血红蛋白氧解离加快,这些情况的麻醉包括儿童、孕妇、肥胖病人.因此对这类病人要特别注意加强气道管理。

2．去氮吸氧时间及分钟通气量对氧储备的影响

   去氮吸氧时间及分钟通气量对呼吸停止时动脉血红蛋白的氧解离的影响中等

最大的去氮吸氧是指肺泡，动脉，组织，静脉都充满氧。病人不能达到最大的去氮吸氧的两个主要原因是：不能达到最佳的最初肺泡氧分压：去氮吸氧时间不够。

2.1  减少的分钟通气量 去氮吸氧时低通气可引起高碳酸血症（将右移氧离曲线）、低氧血症、不充分的去氮吸氧。这些都会减少氧储备。

低通气可引起通气血流比例失调,进而引起最初肺泡氧分压和肺泡通气量减少,平均通气血流比例对肺泡氧浓度的影响是通气血流比例失调最重要的影响。

低通气量和低的平均通气血流比值引起最初肺泡氧浓度降低,从而增加FiO₂与FAO₂之间的差值。Roe和Jone^[14]认为术后病人血氧饱和度较低,当吸入40%的氧血氧饱和度可上升至正常值。这和他们模型中^[15]描述的当存在低通气和低的平均通气血流比值所预期的FiO₂与FAO₂之间关系是相符的。值得一提的是术后病人在吸入氧浓度为21%时动脉血氧饱和度是不稳定的，说明低的FAO₂更容易发生低氧血症。

2.2  减少的去氮吸氧时间 当去氮吸氧时间减少到60秒时，所能达到的最大动脉氧分压69.6 kPa,而将吸氧时间延长至3分钟，所能达到的最大动脉氧分压为85.8 kPa^[2],我们知道做几次潮气量式的呼吸运动可产生足够的去氮吸氧^[16,17]，虽然生理上的差异可能会使这种方法不可靠^[18]。Baraka AS等^[19]比较两种去氮吸氧方法，发现3-5min正常潮气量通气和30s的做四个深呼吸所能达到动脉氧分压的差别无统计学意义，可以认为4DB/30sec(30s内做四个深呼吸)可提供与传统去氮吸氧同样多的预充氧，但研究发现30s内做四个深呼吸去氮吸氧比传统去氮吸氧的氧解离更快。究其原因包括静脉和组织需要30s以上才能充满氧，在呼吸大气时这些间隔可以容纳更多的氧。事实上^[20]，当吸纯氧时，将肺泡，动脉，组织，静脉都考虑进去，从去氮吸氧30s、1min到3min全身氧储存原则上将分别增加1200ml和800ml。这增加的氧相当于3-4min的氧耗量。由此我们可以下结论不足够的去氮吸氧时间将引起动脉血红蛋白的氧解离加快。要达到最大的去氮吸氧效果可能与氧耗量、功能余气量、分钟通气量有关。有研究^[2]表明在阻塞性呼吸暂停时延长去氮时间从1分钟到3分钟可延长去饱和时间31秒；而在非阻塞性呼吸暂停时可延长去饱和时间134秒，在有阻塞性气道的病人最终的氧解离可能有赖于胸内负压而不仅仅依赖于氧耗。

3．血红蛋白浓度，呼吸商，肺静脉混合血，气道开放与否对氧储备的影响

血红蛋白浓度、呼吸商、肺静脉混合血、气道开放与否对呼吸停止时动脉血红蛋白的氧解离的影响较小。

3.1  减少的血红蛋白浓度  如果氧储备有限（如功能余气量减少），血红蛋白浓度增加将对氧储备产生明显的影响。血中氧供大约为0.8L,可以减轻动脉血氧饱和度的下降,因为呼吸停止时氧耗是从这里摄取。血液中氧供为动脉血氧饱和度变化的一个重要的决定因素。氧供可从两方面来讲,即血容量和血红蛋白浓度。应该指出这两方面对动脉血氧饱和度的下降起作用是相乘的而不是相加的。

3.2  增加的呼吸商  呼吸商的影响较小，这是因为即使病人有较高的呼吸商，所产生的二氧化碳对肺内氧的稀释作用也是有限的，因为二氧化碳有较高的水溶性。

3.3  增加的肺混合静脉血

如果肺内分流存在,动脉血氧饱和度依赖于心输出量,但当肺内分流为零时,动脉血氧饱和度则不依赖于心输出量。

   值得一提是低氧血症的病人的氧解离并不一定比健康人的快，有肺内分流的病人动脉血氧分压相对较低，但去氮吸氧的过程使动脉血氧分压提高程度与健康人相似，然而许多病人存在肺内分流与功能余气量减少并存，因此在停止通气前期血红蛋白解离较快。在脑死亡测试中,较高的肺内分流率可能会引起动脉氧解离曲线右移,引起氧解离增加,这可能会引起最初的动脉氧分压增加,应该指出尽管观察到开始的动脉氧分压升高,动脉氧含量是持续减少的^[2]。

术后患者存在通气血流比例失调和肺内分流率增加。需要指出通气血流比例和肺内分流率是有区别的,低通气引起可通气血流比例失调,引起肺泡氧浓度降低和肺容量减少,平均的通气血流比例对肺泡氧浓度的影响为通气血流比例失调最重要的影响, 通气血流比例失调涉及到许多室隔,一些室隔内存在低的通气血流比例,呼吸停止时的氧解离速度快于有高通气血流比例的室隔,在一定程度上它们的这种效应可以互相抵消,但是如果有一部分肺存在很低的通气血流比例,它将决定氧解离曲线,引起动脉氧解离速度加快,而在麻醉过程中会增加肺内分流,并且会持续到术后一段时间,术后患者肺内分流率增高,会引起动脉氧分压降低,发生低氧血症,但对动脉氧解离速度影响不大。

在决定氧解离的速度上静脉血氧饱和度不是一个独立的决定因素,而是同其他因素共同起作用。停止通气前氧耗增加,心输出量减少可引起静脉血氧饱和度下降.

3.4  气道开放与否的影响 从停止通气开始到血氧饱和度下降至50％，一个开放的气道比阻塞的气道需要的呼吸停止时间增加。这是因为停止通气期间，开放的气道可允许周围气体进入，减轻胸廓内负压。根据Hardman JG的生理模拟软件,当开放气道时停止通气，可以观察到动脉氧分压直线下降，但在氧从血红蛋白中开始解离出来，动脉氧分压的下降率有所减慢。阻塞性停止呼吸时，动脉氧分压下降的更快，随停止呼吸时间的延长，动脉氧分压的下降率不断增加。停止通气过程中，动脉二氧化碳以大约0.43Kpa/s增加,动脉pH以大约0.02/s下降，刚开始停止通气时动脉pH的下降率降低。当开放气道并且周围氧浓度为100%时，停止通气66min,PH下降至6.7，而阻塞性呼吸停止时动脉二氧化碳的上升率及动脉pH的下降率将减少大约2%。

4．其他:Lampe和同事^[21]发现使用笑气加异氟醚与仅用异氟醚和氧气麻醉相比不会增加术后早期和晚期低氧血症的发生率。然而,Einarson和他的同事^[22]发现用笑气麻醉可减少动脉血氧饱和度。甚至吸入氧浓度为30%,但是血氧饱和度都在90%以上,因此认为弥散性低氧不是术后低氧血症的一个重要原因。

5．吸入氧浓度对氧储备的影响

有研究表明全麻及手术中吸入气体成分影响气体交换,全麻中肺不张与吸入气体成分密切相关，FO2越高，吸性肺不张的程度越严重，反之，则其程度越轻^[23,24]。在麻醉诱导时需要增加氧储备防止发生低氧血症,吸入100%的能够得到最大的氧储备,但可促进肺不张形成,影响肺换气功能，高浓度氧也可直接引起肺损伤，降低氧合功能。有报道吸入氧浓度≥50%超过两小时可引起氧自由基生成增多,引起血浆中丙二醛增多，超氧化物歧化酶减少,肺超微结构也有改变^[25]。Godine等研究发现健康大鼠吸入98％的氧160min后，即可引起支气管肺泡灌洗液（BALF）中蛋白含量增加^[26]。

肺泡氧储量是吸入氧浓度和功能余气量的乘积^[27],当功能余气量不变时,吸入氧浓度决定氧储备,呼吸停止后动脉血氧饱和度的下降是由机体氧储备和周围氧浓度决定的。在麻醉诱导时吸入100%的氧能够促进肺不张形成,影响术中术后肺的换气功能,在一定程度上也减少了氧储备,但仍能够提供最大的氧储备。使用呼气末正压能够消除肺不张^[28],延长去氧饱和时间(从停止通气到血氧饱和度下降至95%的时间)超过2分钟,因此在麻醉中减少肺不张形成,对于氧储备较差和困难气道的病人是非常有用的。

为了避免肺不张形成,已经在麻醉中使用低浓度氧, 在麻醉诱导时吸入100%的氧,肺内分流率从0.3%增加到6.5%,而吸入30%的氧,肺内分流率增加到2.1%^[29],不进行预充氧，而在插管前增加吸入氧浓度到100%，也会引起肺不张。这些都表明吸入气体成分对肺换气功能的影响很大。但在诱导时和在麻醉中使用低浓度氧已经受到质疑,因为使用低浓度氧可能增加低氧血症的发生。

麻醉中的一些通气策略能够减少肺不张,改善肺换气功能。应用PEEP=10cmH₂O能够持续地复张肺不张组织,然而对于大多数患者来说仍会存在一些肺不张组织,进一步增加PEEP能够复张这些塌陷的肺组织,但这个增加的PEEP可能并不理想,因为首先它可能没有减少肺内分流率,不能改善肺氧合状态,胸内压增加会引起肺内血重新分布到肺不张的区域^[30]。胸内压增加也会减少心输出量,降低静脉氧分压,在一定程度上增加了肺内分流。第二,如果不持续使用PEEP,肺组织会再次塌陷,停止使用PEEP一分钟,肺不张面积会重新回到和使用PEEP前一样大^[31]。但是如在膨肺手法肺复原后使用PEEP能够阻止肺不张再次形成,甚至在吸入100%的氧时也是如此^[32]。

增加气道压到40cmH₂O维持15秒钟能够消除肺不张,改善患者的氧合功能,改善肺泡稳定性,防止肺泡塌陷^[33]。随后吸入40%的氧能够消除肺不张至少40分钟,明显减少肺内分流率,改善肺顺应性,增加动脉氧分压^[34]。Benoit Z和同事在手术结束时应用VCM肺复原操作,在拔管前增加吸入氧浓度到100%,观察拔管后肺不张的大小和肺氧合情况,发现吸入100%的氧引起肺不张再次形成,动脉氧分压与拔管前40%吸入氧浓度相比明显降低^[35]。

6．结论

   当发生呼吸停止时，我们要考虑到各种病理生理的异常对氧储备的影响及它们之间的相互作用。通过构建模型可以帮助我们更好地理解预充氧，术后阶段的低氧血症以及睡眠呼吸暂停。