作者：李佩钰，黄 敏，田 毅，中南大学湘雅医学院附属海口医院麻醉科

允许性高碳酸血症(Permissive hypercapnia，PHC)通气策略是一种重要的肺保护性通气策略(Lung protective ventilation strategies，LPVS)，即在保证机体充分氧合的前提下，使用相对较小的潮气量(6~8ml/kg)进行机械通气，允许PaCO2在一定范围内增高，从而避免传统通气策略(10~15ml/kg)所造成的肺机械性损伤以及由此产生的炎症反应。

早期被认为是LPVS产生的不良效应，可能引起围术期心动过速和血压升高等，从而导致机体氧耗增加以及一系列围术期并发症。但有研究发现，PHC通气策略对呼吸、循环、消化和中枢神经系统等重要脏器均具有保护作用。机械通气是接受全身麻醉以及危重症患者常用的呼吸支持技术，然而其可能诱导神经炎症、神经元损伤，引起认知功能障碍，从而影响患者生活质量，加重家庭和社会经济负担。

研究表明，PHC 通气策略可能具有脑保护作用，可改善脑氧代谢，预防机械通气患者认知功能障碍。因此，现将PHC通气策略对机械通气患者认知功能的影响及其机制，以及PHC通气策略的临床应用进行综述，以期为机械通气患者的脑保护研究提供新思路。

1. PHC通气策略概述

PHC通气策略作为以小潮气量为特征的呼吸支持策略，可降低机械通气患者发生呼吸机相关的肺损伤(VALI)发生率，即因气道压力增加(气压伤)、高潮气量(容积伤)、肺不张区域肺泡的反复塌陷和复张(肺不张伤)等，使肺泡上皮细胞和血管内皮细胞受损而引起的全身炎症反应的生物伤。

此外，PHC通气策略还可降低肺内分流和肺不张的发生率，改善肺顺应性和氧合水平，减少组织学肺损伤，进而降低术后肺部并发症的发生率。PHC通气策略不仅对VALI的肺组织有保护作用，对缺血再灌注所导致的肺损伤也具有保护作用，其作用机制包括改善肺呼吸力学、减轻肺部炎症反应以及减少自由基介导的急性肺损伤等。然而肺损伤可通过诱发神经炎症反应、神经元损伤、海马神经递质失衡和线粒体功能障碍等，破坏中枢神经系统稳态，从而导致认知障碍。

目前，PHC通气策略的脑保护作用仍主要归因于其能够降低由肺损伤诱发的认知障碍的发生率，但进一步研究显示PHC通气策略可通过其他途径发挥脑保护作用，维持大脑稳态，改善认知功能。

2. PHC通气策略对机械通气患者认知功能的影响及其机制

JACKSON等队列研究表明，在接受机械通气患者中，约26%在出院6个月后表现出神经认知功能障碍。相比普通机械通气，一项随机临床试验表明，在维持相对稳定的血流动力学前提下，PHC通气策略可通过提高脑氧合水平从而改善机械通气患者的认知功能。

KATZNELSON 等研究发现，适度的高碳酸血症可明显缩短吸入全身麻醉患者认知功能完全恢复时间，认为可能由于PHC促使脑血流量增加，从而加快吸入性麻醉剂在大脑中的代谢。此外，CHENG等研究显示，应用PHC通气策略的支气管镜干预患者，其简易精神状态检查量表(MMSE量表)评分与蒙特利尔认知评估量表(MoCA量表)评分，在术后7d相较于术前1d均有明显提高，提示PHC通气策略对术后早期认知功能具有积极的影响作用。

但关于PHC通气策略对远期认知功能影响的多中心试验仍在进一步研究。高血流灌注、高代谢、氧和能量储备不足是脑组织的三大特征。脑组织重量仅占体重的2%，而脑血流量却占心排血量的15%，脑组织耗氧量占全身总耗氧量的20%，并且能量主要来源于葡萄糖的有氧氧化。在人体组织细胞中，脑细胞是最不耐受缺氧的细胞，特别是海马神经元，在低氧条件下可发生树突萎缩，造成学习障碍和认知功能损伤。 

TREGUB等通过对海马神经元的超微结构变化程度进行分析，发现PHC可对负责能量代谢、抗凋亡和神经元合成功能的细胞器产生不同程度的积极影响，并且在联合缺氧暴露下还可增强PHC的神经保护作用。PHC通气策略主要通过增加脑血流灌注、维持脑氧代谢平衡以及减轻神经元损伤等作用机制，维持大脑稳态，从而影响机械通气患者的认知功能。

2.1 增加脑血流灌注

二氧化碳(CO2)是脑血管舒缩功能调节因子。在高碳酸血症和低碳酸血症期间，脑血流量变化主要是由大脑动脉、小动脉直径和血容量变化所导致，而静脉和毛细血管内的血容量几乎没有变化。当PaCO2 范围在25~100mmHg内，PaCO2每增减1mmHg，可引起脑血流量增减2ml/(100g·min)。研究发现，对于心脏瓣膜置换术患者，PHC通气策略可积极地改善脑血流的自我调节和脑氧供需平衡，其原因可能是CO2激活神经元型一氧化氮合酶，催化生成一氧化氮，促进脑血管舒张，增加脑血流量和脑氧供，改善脑氧代谢，从而起到脑保护作用。

PHC通气策略扩张脑血管、增加脑血流量的作用机制还可能与调节酸感应离子通道1a(ASIC1a)、瞬时感受器电位香草酸受体1通道(TRPV1)、瞬时受体电位A1通道(TRPA1)、双孔钾离子通道(K2P)、内向整流钾通道(Kir)以及电压门控钙通道等的活性有关。稳定充足的脑血流灌注确保了足够的用于细胞新陈代谢的脑氧供，维持了大脑神经元电活动和语言、学习与记忆等高级功能。

2.2 维持脑氧代谢平衡

维持大脑微循环、氧供需平衡和新陈代谢是保证大脑神经元电活动以及大脑高级功能的基础，其中氧供需平衡尤为关键。PHC通气策略可通过直接或间接途径调节脑氧代谢以满足大脑功能活动。KREBS等通过使用动物模型证明，与高潮气量机械通气相比，低潮气量可最大限度改善严重脑损伤大鼠的氧合水平。根据Bohr效应，随着机体PaCO2升高及pH 下降，氧解离曲线右移，血红蛋白对氧的亲和力下降，代偿性增加脑组织摄氧量，以便于支持脑组织新陈代谢和大脑高级功能。

近红外光谱技术(NIRS)作为一种非侵入性技术，已被证实可实时监测脑氧饱和度(rSO2)变化，间接评估脑血流灌注，可早期发现脑去饱和事件(CDEs)，预防神经认知并发症。多项随机临床试验表明，运用PHC通气策略，可明显改善手术期间rSO2，同时rSO2相较于基线可持续稳定增长。除了调节正常情况下的脑氧代谢外，PHC 通气策略还可在缺血、缺氧条件下通过上调rSO2水平或降低脑氧代谢率，维持大脑微循环和氧供需平衡，改善神经认知功能。

有研究表明，在全身麻醉控制性降压期间，适当通气导致的PHC仍可显著提高患者rSO2水平，避免因低血压引起的脑灌注不足，以维持大脑氧供需平衡。在一项对长时间呼吸暂停潜水员的脑氧代谢研究中发现，PHC在缺氧条件下仍可降低脑氧代谢率，这可能与增加腺苷浓度、抑制磷酸果糖激酶(PFK)活性以及脑血流量增加导致大脑温度下降有关。

研究表明，低氧血症可促进无氧代谢增加乳酸释放，而PHC 并不会增加乳酸产生。VANNUCCI等动物实验表明，乳酸堆积可导致脑葡萄糖代谢率下降，相反PHC通气策略可促进大脑葡萄糖利用和氧化代谢，且在缺氧条件下具有脑保护作用，进一步避免缺氧缺血性脑损伤发生。另一项关于CO2对大脑代谢和氧耗影响的研究表明，PHC 主要从增加脑氧供，减少碳水化合物/脂肪供应，降低代谢需求三个方面影响脑氧代谢，但并不全都与脑氧代谢率下降呈正相关。虽然PHC 通气策略在调节脑氧代谢方面具有一定的积极作用，但其具体作用机制至今尚未达成共识，并且可能存在其他对能量代谢如线粒体信号传导通路的干扰作用。

2.3 减轻神经元损伤

除上述机制外，PHC通气策略还可通过维持血脑屏障(BBB)完整性，抑制氧化应激、神经元凋亡和神经炎症等途径，减轻神经元损伤，预防或治疗神经认知障碍。BBB功能障碍和可溶性淀粉样蛋白-β沉积是两个独立的识别早期认知功能障碍的生物标志物。紧密连接(TJ)蛋白是BBB的结构基础。研究表明，蛋白激酶Cε(PKCε)可促使TJ蛋白表达增加以维持创伤性脑损伤小鼠BBB的完整性。

PHC通气策略通过上调PKCε表达，间接影响BBB功能，发挥神经保护作用。然而，LAHIRI等动物实验发现，机械通气小鼠的BBB 通透性呈增加趋势，可能导致外周炎症介质通过BBB造成神经炎症损伤，并指出短期机械通气可能会损害负责神经认知功能结构。

OTULAKOWSKI等研究表明，α-生育酚转运蛋白(TTPα)可抑制炎症介质白三烯和肺上皮细胞中脂多糖(LPS)诱导的氧化损伤，PHC通气策略可通过上调TTPα表达从而发挥抗氧化应激作用。在缺血再灌注脑损伤大鼠模型中，轻中度高碳酸血症(PaCO260~100mmHg)主要通过抑制凋亡信号通路中关键的胱天蛋白酶3(Caspase-3)转化为活性形式，减少超微结构组织病理学变化，促进缺血再灌注脑损伤后神经元存活。

更重要的是，与PaCO260~80mmHg组大鼠相比，PaCO280~100mmHg组的神经保护作用显著提高。此外，PHC通气策略作为LPVS还可通过减轻由VALI引起的中枢神经系统损伤，维持大脑稳态，间接改善神经认知功能。SPARROW等研究显示，VALI可导致额叶皮层和海马区域的潜在可逆神经元损伤和炎症，造成谵妄等认知障碍，表明VALI可能是认知障碍的风险因素。

有研究指出，VALI可刺激迷走神经、激活多巴胺2型受体(DRD2)和抑制蛋白激酶B/糖原合成酶激酶3β(Akt/GSK3β)信号通路，从而激活线粒体介导的内源性凋亡信号通路，导致海马神经元凋亡，造成神经认知功能障碍。神经炎症反应在认知障碍的发生和发展中发挥着起始和关键作用。研究表明，严重VALI可导致肺部炎症介质释放到血液循环中，形成全身性炎症反应综合征，对大脑等远端器官造成不利影响。

当炎症介质通过受损的BBB进入大脑，可造成额叶皮层和海马结构神经炎症。PHC通气策略除了通过减轻由VALI引起的神经炎症外，亦可抑制炎症介质如核因子(NF-κB)、单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)、白细胞介素-6(IL-6)等表达减少神经炎症反应，从而降低认知障碍的发生率。

3. PHC通气策略临床应用

PaCO2应当维持在合适的范围内，过度的低碳酸血症和高碳酸血症均可导致患者预后不良。MUTCH 等研究指出，在接受非心脏手术的老年患者中，术中低碳酸血症的持续时间和严重程度与术后认知功能障碍严重程度相关。另有研究表示，严重的高碳酸血症(PaCO2100~120mmHg)可能导致细胞内外酸中毒、核染色质粗化、线粒体肿胀和多核糖体破坏，从而导致神经元损伤加重。

因此，实施PHC 通气策略期间，应将PaCO2控制在安全范围内，否则易导致内环境紊乱，从而加重认知功能损伤。目前，专家共识认为应控制PaCO2 上升速度<10mmHg/h、PaCO2<65mmHg、pH 值>7.20。在关于PHC通气策略对腹腔镜手术影响的研究中指出，术中维持PaCO2在45~65mmHg范围内，未观察到不良事件发生，表明了PHC通气策略的安全性和可行性。

虽然短期PHC通气策略并无其他不良影响，但TIRUVOIPATI等回顾性队列研究发现，长期(>72h)高碳酸血症与患者死亡风险增加有关。因此，PHC通气策略的安全应用时机和时限仍需进一步探索。PHC通气策略的应用还应注意个体化分析。在某些特定人群中，如创伤性颅脑损伤患者，常伴有颅内高压以及脑灌注压下降，此时不适当的高碳酸血症可能引起脑灌注压进一步下降，导致继发性脑损伤。因此，对于创伤性颅脑损伤患者，在未实施连续性颅内压监测的情况下，应当避免出现高碳酸血症。另外，肥胖患者在围手术期常面临低氧血症的风险，因此在实施PHC通气策略的同时，应结合肺复张和适合的呼气末正压(PEEP)，以提高氧合水平和改善肺部顺应性。

4. 小 结

综上，PHC通气策略对机械通气患者的认知功能具有积极影响作用。已有研究证实PHC通气策略能够改善肺损伤，从而减轻由肺损伤引起的全身性炎症反应综合征，继而降低认知障碍的发生率。另外PHC通气策略不仅可通过增加脑血流灌注、维持脑氧代谢平衡，还可通过减轻神经元损伤，包括抑制神经元凋亡、氧化应激、神经炎症以及保持BBB 完整性等机制，共同维持大脑稳态，从而预防或治疗机械通气相关的认知功能障碍。

虽然目前对于PHC通气策略对神经认知功能的影响作用已有较为全面的研究，但仍需进一步研究应用PHC通气策略期间合适的PaCO2使用范围和时限，以及其对远期认知功能的影响，以便更好地运用PHC通气策略预防或治疗机械通气相关的认知功能障碍。

来源：李佩钰，黄敏，田毅.允许性高碳酸血症通气策略对机械通气患者认知功能的影响及其机制研究进展[J].陕西医学杂志，2025，54(05):716-720.

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