作者：王玲，钟毅，赣南医科大学第一临床医学院；单热爱，赣南医科大学第一附属医院麻醉手术中心

随着CO2气腹的应用，患者术中出现高碳酸血症的概率也随之增加，高碳酸血症会导致心动过速及血压升高，使术中耗氧增加，临床上常采用过度通气来增加分钟通气量，降低动脉二氧化碳分压（Arterial carbon dioxide partial,PaCO2）。但过度通气会使患者呼吸机机械做功（Mechanical power,MP）增加，MP与机械通气相关肺损伤（Ventilator-induced lung injury,VILI）发生率呈正相关，管理不当则可能造成VILI，允许性高碳酸血症（Permissive hypercapnia,PHC）在临床上也主要作为一种肺保护策略，在重症监护病房中用于机械通气、急性肺损伤和急性呼吸窘迫综合征患者的治疗。随着相关研究进行，发现PHC不仅具有肺保护作用，对其他重要器官如脑、心脏等也具有保护作用。本文就PHC的多器官保护作用及其机制进行综述。

1. PHC的概念

1990年，HICKLING K G等在治疗急性呼吸窘迫综合征（Acute respiratory distress syndrome,ARDS）患者时第一次提出PHC的概念，即在小潮气量与低分钟通气量的基础上，允许PaCO2适度升高（上限为67 mmHg），同时允许一定程度的呼吸性酸中毒（PaCO2>45 mmHg,pH值为7.02～7.38）的存在，以避免气压伤。英国胸科协会及重症监护协会2016年发布的成人急性呼吸衰竭的通气管理指南中提出，PHC的目标pH值为7.20～7.25。

在涉及CO2气腹手术时，人们认为高碳酸血症会导致心动过速及血压升高，使术中耗氧增加，临床上大部分的观点仍是采取过度通气和（或）增加潮气量的方式来维持正常甚至低PaCO2。因PaCO2与呼气末二氧化碳分压（End-tidal carbon dioxide partial pressure,PETCO2）呈正相关，麻醉手术中可通过PETCO2大致判断PaCO2，而麻醉期间低PETCO2与患者术后住院时间延长以及死亡率增加有关。

2. PHC的肺保护作用

2.1 PHC具有抗炎和减少氧化应激反应的作用

PHC最早用于ARDS患者的呼吸支持治疗，主要机制是：在小潮气量通气的基础上，减轻机械牵拉所引起的机械性损伤和炎症反应，WILSON M R等发现，在高潮气量导致的小鼠VALI模型中，离体的肺上皮细胞中NF-κB被显著激活，MIP-2、TNF-α、IL-6等多种致炎因子表达增加，而应用NF-κB选择性抑制剂吡咯烷二硫代氨基甲酸盐能显著下调各种致炎因子表达，提示NF-κB可能在机械牵拉导致的肺损伤中起重要作用。

公维东等在大鼠实验中证明，维持PaCO2 80～100 mmHg的PHC能够下调NF-κB表达，从而抑制炎症反应，减轻大鼠VALI。ISMAIEL N等研究发现小潮气量通气能够通过限制肺的机械损伤减弱VALI，而维持PaCO2 60～70 mmHg的PHC可能通过限制肺损伤的促炎和生化机制来减弱VALI。

当肺保护性通气策略和PHC联合使用时，在预防VALI方面可能发挥协同作用。朱林红发现，PHC(PaCO2 45～60 mmHg，同时其血pH>7.25）在保证重症胎粪吸入综合征足月儿治疗效果的同时，可显著缩短疗程，极大程度规避传统呼吸机治疗引发的呼吸机肺损伤风险，降低患儿死亡率，具有重要的临床价值。

2.2 PHC能够减少细胞凋亡

有研究发现，高碳酸血症通过抑制T细胞和巨噬细胞的活化和积累，抑制促炎细胞因子释放，抑制细胞凋亡，有效保护肺功能，改善肺移植后对其他关键器官的急性细胞排斥和损伤。这为开发针对肺移植后急性细胞排斥反应的新策略提供了理论基础。

2.3 PHC能改善单肺通气的肺部氧合

目前大部分胸外科手术因为手术操作空间需要，手术过程中需单肺通气（One-lung ventilation,OLV）。同时，OLV也能够减少手术期间两肺感染的相互传递或肿瘤的传播，增加手术安全性。在临床实践中，许多患者在OLV期间由于分钟通气量减少，无效腔通气增加，因此容易出现高碳酸血症。

缺氧性肺血管收缩是肺循环特有的生理现象，在胸外科需OLV的手术中，缺氧性肺血管收缩能够使血液充分流向通气侧肺，减少肺内分流，从而优化通气血流比值，改善氧合。在一项前瞻性研究中发现，高碳酸血症或许能够通过增加非通气侧肺的血管阻力或降低通气侧肺的血管阻力来增强HPV，且在OLV期间无明显的血流动力学变化，提示PHC可能有助于管理OLV期间的动脉氧合以及预防、修复OLV后的急性肺损伤。

LEE K等研究证明了PHC能够保证氧合，同时有效改善组织氧合，有一定的肺保护作用。原因可能是高碳酸血症引起的酸中毒导致pH值降低，引起氧离曲线右移，促使氧释放。在实施PHC时可能会引起高碳酸血症性酸中毒，这曾被人们视为不良反应，但有研究表明CO2在肺损伤中具有直接肺保护和修复作用。因此PHC对肺的保护作用不仅局限于ARDS患者的通气治疗，在胸外科手术中或许能得到比较满意的效果。

SHIGEMURA M等研究发现，高碳酸血症会影响肺泡上皮的修复，导致或加重肺水肿，这似乎与肺保护的目的背道而驰，但不同患者的PHC适用范围不同，需更多的基础研究来验证PHC对人体的影响，更多的临床研究来探索不同患者适用的PHC范围。

3. PHC的脑保护作用

3.1 PHC具有抗炎和减少氧化应激反应的作用

ARDS相关性脑功能障碍是危重ARDS患者最常见的并发症之一，也是最常见的器官功能不全之一，常在出院后持续数月。虽然ARDS相关脑损伤的机制尚不完全清楚，但有研究表明，肺和脑能够通过复杂的病理生理途径相互作用。其中可能主要涉及3种机制：炎症、低氧血症和机械通气不良事件，炎症介质（如TNF-α、IL-6）的产生能够破坏血脑屏障，最终导致神经元凋亡和脑水肿。

SPARROW N A等研究发现，由于机械通气引起的急性肺损伤，在机械通气小鼠的额叶皮层和海马体中出现可逆的神经元损伤和炎症，重要的是，IL-6信号传导的抑制可减少额叶和海马细胞凋亡，而PHC能够减少TNF-α、IL-6等炎症介质的产生，提示PHC能够减少因为炎症而引起的脑损伤。

3.2 PHC能够减少细胞凋亡

半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(Caspase-3）在细胞凋亡中起着不可替代的作用，这是细胞凋亡发展的关键步骤，也是所有凋亡信号传导的共同途径。脑损伤后Caspase-3表达增加导致神经元凋亡。Caspase-3的抑制可以减少神经元凋亡。TREGUB P等发现，PHC能够在脑缺血性损伤期间抑制Caspase-3依赖性和Caspase-3非依赖性凋亡信号通路，从而减少神经元凋亡，达到脑保护的目的。

3.3 PHC能够改善组织氧合，增加脑灌注

大脑是一个高代谢、高氧耗的器官，虽然它只占总体重的2%～3%，但它消耗标准心排血量的15%～20%和全身氧含量的20%～25%。过去低碳酸血症一直被用来治疗颅内压急性升高或减少创伤性脑损伤后脑出血，但急性低碳酸血症会大幅度降低脑灌注，引起脑缺血和神经损伤。MUTCH W A C等发现，术中低碳酸血症的持续时间和严重程度是术后认知功能损害的独立危险因素之一。多项研究证明，PHC能增加患者局部脑氧饱和度，改善患者脑组织氧合及减少术后认知功能障碍的发生，这可能与CO2能扩张脑血管，增加脑血流有关。

3.4 PHC能够改变线粒体结构

研究表明，PHC可导致线粒体大小增加，颗粒内质网膜室和核周空间扩张。缺氧仅影响线粒体大小，而允许性高碳酸血症（PaCO2≈50 mmHg）并伴有缺氧则特异性地扩大了核周空间。这些超微结构变化客观地反映了缺氧和高碳酸血症对负责神经元能量代谢、抗凋亡和合成功能的细胞器有不同程度的影响。这证实了在缺氧和高碳酸血症的共同作用下可增强其神经保护作用，并强调了高碳酸血症在该机制中的主导作用。

TIRUVOIPATI R等通过研究不同水平PaCO2对重型颅脑损伤手术患者脑功能的影响发现，代偿性高碳酸血症与不良结局无关，患者预后与PaCO2及pH值均正常的患者相当。与正常碳酸血症或代偿性高碳酸血症患者相比，高碳酸血症性酸中毒的脑损伤患者住院死亡率更高，提示血pH的影响较PaCO2更为显著。

以上研究表明，在颅脑损伤需要机械通气的患者中，或许短时间的轻度PHC策略能够带来更好的临床结局，此时不能局限于关注PaCO2，更应该关注患者血pH值，如果能够适当调控患者PaCO2水平，患者脑损伤将得到更好的恢复。所以在脑部相关的手术中PHC或许能够带来更多益处，需要更多的临床试验来佐证最适PaCO2及pH值。

4. PHC的心脏保护作用

4.1 PHC能够改善心肌缺血再灌注损伤

心肌梗死是一种威胁人民健康的衰弱性疾病。恢复缺血性心肌的血液供应是改善临床结果的最佳治疗方法。而心肌的再灌注可导致高达50%的最终梗死，可能与严重的线粒体功能障碍有关，所以避免心肌的再灌注损伤在心肌梗死的治疗中至关重要。研究发现，PHC能够有效抑制线粒体形态损伤，改善线粒体功能，从而减轻心肌缺血再灌注损伤，为心肌缺血再灌注损伤治疗提供了方向。

4.2 PHC能够增加心肌血流量

高碳酸血症能够使健康受试者心肌血流量增加，可能与其舒张冠脉血管的作用有关，提示在心脏相关的手术中或许能通过实施PHC来改善心脏血供，从而降低心肌梗死发生率。关于PHC的心脏保护作用临床研究较少，正常人与患者的生理水平具有明显差异，需更多的临床及基础研究探索PHC对心脏功能的影响。

5. PHC的其他器官保护作用

缺血再灌注损伤与许多视网膜疾病有关，例如糖尿病视网膜病变、急性青光眼和其他血管视网膜病。活性氧（Reactive oxygen species,ROS）形成是视网膜缺血再灌注损伤的关键致病事件。LIN L T等发现，维持PaCO2>60 mmHg、pH7.2～7.4能够减轻大鼠视网膜因氧化应激导致的缺血再灌注损伤，可能与其能防止ROS的产生以及减少视网膜细胞凋亡和炎症有关。

在肝脏的缺血再灌注损伤中，PHC同样具有保护作用，肝脏的缺血再灌注引起肝细胞肿胀和液泡变性，大量炎症细胞浸润，活化的Kupffer细胞和中性粒细胞释放大量促炎细胞因子和抗炎细胞因子，TNF-α和IL-10在肝细胞损伤的诱导和保护中起关键作用，PHC改善了组织病理学变化，降低了转氨酶和TNF-α水平，提高了IL-10水平，抑制了NF-κB表达。所以PHC对肝脏的保护作用可能是通过减轻炎症实现的。

6. 小结与展望

PHC对器官的保护作用机制与抗炎、抗氧化应激、减少缺血再灌注损伤有关。PHC的作用可能是双向的，不同人群的最适PaCO2及pH各有不同，在应用时应注意个体化分析，尤其是在小儿ARDS及急性脑损伤伴有ARDS的患者中，PHC可能会造成颅内压升高，进而引发脑损伤，所以在这类人群中的应用需谨慎，临床上应更多关注患者pH值变化。

对不同患者所能耐受PHC的时间也不同，还需要更多的临床试验去界定允许性高碳酸血症的安全范围和时限。PHC脑保护作用的生理调节机制极其复杂，目前的研究仍不能阐明具体的机制，还需更多的基础研究从细胞或分子水平进行证明。对于除肺、脑等重要器官的保护作用，PHC的其他器官保护作用临床探索较少，未来还需要更多的试验证明PHC对其他器官的保护作用，为临床上PHC的实施提供更多的理论依据。

来源：王玲,钟毅,单热爱.允许性高碳酸血症在临床中的应用进展[J].赣南医学院学报,2024,44(04):404-408.

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