这些妊娠期心肺功能的生理学变化，你关注过吗？
本帖最后由 静默 于 2016-12-8 19:24 编辑作为人类生存繁衍后代的需要，怀孕以及分娩是最正常不过的一种自然现象。但是自古以来，妊娠对于妇女的生命健康而言同样构成了高度的威胁。为了适应胎儿在母体中的生长发育，孕妇身体结构及机能会发生一系列的生理学变化，除生殖系统以外，又以呼吸和循环系统变化最为显著。对于妇产科、麻醉科以及ICU医生来说，正确理解孕妇心肺系统的生理学变化规律对于高危孕产妇的诊治非常重要，有助于提高危重症孕产妇的救治水平，降低死亡率，改善母婴预后。本文拟简要介绍相关生理学基础知识。
早在1988年，Clapp等系列观察了20例单胎妊娠孕妇孕前、妊娠第7周及第15周的一系列生理学变化。从第7周开始，身体成分、心肺、代谢功能就出现明显变化：体脂及血浆容量分别增加2%和11%；餐后静息站立时，心率增加13次/分（16%），平均动脉压降低8 mm Hg（9%）；分钟通气量（minute ventilation，MV）增加24%，氧耗增加27 ml/min（10%）。餐后呼吸交换率（respiratory exchange ratio）亦从0.78增加到0.83。血糖无明显差异，但血乳酸水平降低15%。
呼吸系统：
妊娠妇女呼吸系统较为脆弱，围产期急性肺水肿、急性呼吸窘迫综合征（ARDS）等严重低氧血症发生率较高，对经呼吸传播的病毒例如2009新型甲型H1N1感染较其它人群更为敏感。究其原因，除液体负荷过重以外，孕妇的肺功能的变化主要有下列两大因素：
激素水平改变：
雌激素水平升高，引起上呼吸道粘膜分泌增多，毛细血管充血，进而引起鼻腔、口咽、喉头及气管粘膜水肿，特别是在孕晚期。鼻腔不通畅、发音改变及上呼吸道感染可以贯穿整个孕期，如果合并有妊高症或先兆子痫所致的液体负荷过重或组织水肿，这些症状会更加明显。孕酮刺激呼吸中枢，增加化学感受器敏感性的同时降低其阈值。化学感受器的重置，PaO2轻度升高，PaCO2降低，甚至导致代偿性呼吸性碱中毒。在孕酮的作用下，怀孕后早期开始MV就进行性增加，在孕中期达峰，较孕前增加50%，其中潮气量增加约40%，呼吸频率增加15%（2-3次/分）。在死腔量不变的情况下，肺泡通气量在孕晚期增加约70%。过度通气导致动脉及肺泡CO2分压降低（28-32 mm Hg），多数情况下平均PaCO2为32 mm Hg（4.3 kPa），PaO2为105 mm Hg（13.7 kPa）。血浆碳酸氢盐代偿性下降（分娩时一般为18-21 mmol/L）以维持pH值在正常范围内，只有PaCO2低于28 mm Hg （3.7 kPa）才会出现呼吸性碱中毒。在焦虑及疼痛作用下，分娩过程中过度通气尤甚，显著的低碳酸血症和严重的碱中毒会引起脑和子宫胎盘血管收缩，氧解离曲线左移，氧气从血红蛋白上释放减少，导致母体组织氧合减少，并降低对胎儿的氧气输送。另外，过度通气后会出现短暂的低通气以恢复血液中PaCO2至正常水平，而低通气又会加重母体及胎儿缺氧。肺泡内PaCO2降低及功能残气量（FRC）的减少会增加气道阻力，而血清松弛肽、孕酮、皮质醇水平增加会降低气道阻力，两者的动态平衡决定了呼吸道阻力是升高还是降低。松弛肽水平又与胎数正相关，胎数越多（子宫越大），功能残气量越小，而气道阻力降低有助于缓解孕妇的呼吸受限。
宫腔内胎儿发育的机械性影响：
随着孕周的增加，胎儿逐渐发育并对母体通气产生一定影响：膈肌向头侧的移位（≤4 cmH2O）限制肺组织的扩张，同时胸腔内负压减小，限制了用力呼气。再加上激素水平改变降低气管支气管平滑肌张力，导致功能残气量（FVC）下降约10-25%。另一方面，激素导致韧带松弛可使胸廓横径及前后径代偿性增加，胸围最大可增加5-7 cm。膈肌的头侧移位被胸廓横径及前后径增加所抵消，肺容积只是略微下降。孕期膈肌运动幅度加大（更多依靠膈肌而非胸式呼吸，在麻醉仰卧位和高位区域阻滞有一定优势）使得潮气量（VT）逐渐增加，吸气活量（深吸气量）和肺活量不变。从孕中期开始，补呼气量、残气量、功能残气量逐渐下降，至分娩时降低约20%。肺顺应性相对没有变化，而胸壁顺应性降低（截石位尤为明显）。随着胎儿的发育，氧耗逐渐增加，至足月时增加约20%，分娩时进一步增加，最高可超过60%，相应加重心肺做功负荷。分娩结束后，仍然会在相当长一段时间内维持高氧耗以偿还氧债。掌握呼吸功能的变化规律对于围术期管理意义重大，例如气道水肿及乳房增大使等解剖学改变会导致插管困难，插管失败率大概1∶250，肥胖、先兆子痫会增加插管难度，因此全麻并非剖宫产术的首选。另一方面，胃内压升高（从正常时7-8 cmH2O增加到13-17 cmH2O，双胎妊娠或肥胖甚至可高达40 cmH2O）增加了误吸的风险。更为重要的是，氧耗的增加及FRC降低导致氧储备能力降低，即使麻醉前预充氧，在麻醉诱导后的呼吸暂停仍会出现PaO2的快速下降。
图一、孕期呼吸系统变化趋势（摘自ChristopherFC, et al. Physiological changes associated with pregnancy. Update inAnaesthesia. 1998;9:72-6.）
临床研究：
Kolarzyk等从妊娠开始对51例孕妇连续监测肺功能及呼吸形式（孕早期10周、孕中期20周、孕晚期30周），并与40例非妊娠健康女性进行对比。结果显示，随着孕周的增大， VT和MV显著增加（P值分别为0.0002和0.0003），口腔闭合压（P0.1）降低，反映呼吸中枢驱动兴奋性的指标VT/Ti升高（P = 0.005），而通过迷走神经反射介导，反映呼吸中枢时间控制的指标Ti/Ttol降低，呼吸道阻力增加（ P = 0.018）。
表1 孕早期、中期、晚期呼吸形式参数及气道阻力
表2 孕早期、中期、晚期肺功能参数测定值与预计值的百分比
同样，与对照组相比，孕妇由于膈肌抬高及氧耗增加，孕晚期VT，MV，呼吸频率（breath frequency，BF），VT/Ti均显著升高，Ti/Ttol显著降低。
表3 孕晚期与对照组相比，肺功能及呼吸形式的比较
其他影响因素：
海拔：
Hankins等在中等程度海拔对10例孕36-38周的初产妇进行桡动脉及肺漂浮导管（Swan-Ganz）置管，比较不同体位，如左侧半卧位、左侧卧位、右侧卧位、仰卧位、膝胸位、坐位、站立位的血气分析，结果发现不同体位之间并无差异，平均数据如下：pH 7.46，PaCO2 26.6 mm Hg，PaO2 88.3mm Hg，HCO3 18.2 mmol/ml，SaO2 96%。其中氧分压较之前在海平面测得的数据略低，提示在解释血气分析结果时，要考虑到海拔高度。
双胎妊娠：
伴随着辅助生殖技术的飞速发展，双胎妊娠近年来呈现出逐渐升高的趋势。鉴于双胎妊娠时母体和胎儿的需氧量较单胎更多，有理由相信前者的呼吸功能变化会更为显著。另外更大的子宫体积也应该会使膈肌向头侧抬高更多，肋间韧带更为松弛，相应肺容积改变更多。McAuliffe等对68名双胎妊娠（17例孕早期、35例孕中期、16例孕晚期）、140例单胎妊娠（20例孕早期、80例孕中期、40例孕晚期）、22例非妊娠（月经周期前半程）妇女进行横断面调查。结果显示无论是单胎还是双胎妊娠，孕晚期与非妊娠妇女相比平均FRC、补呼气量（expiratory reserve volume，ERV）均明显降低，而孕早、中、晚期MV都较非妊娠显著增加。但单胎/双胎妊娠之间肺功能没有明显差别。
表4、单胎、双胎与非妊娠妇女呼吸功能有差异的参数
（数字均以平均值表示；*代表单胎/双胎与非妊娠比较的差异；* P< 0.05；** P< 0.01；***P< 0.001）
Siddiqui等开展的横断面研究，对双胎妊娠（40例）、单胎妊娠（60例）及非孕期妇女（50例）在孕36周的肺功能进行对比。结果发现除了FEV1/FVC和最大自主通气量（maximal voluntary ventilation，MVV）以外的其他肺功能指标，例如用力肺活量（FVC）、一秒率（FEV1）、最高呼吸流速（PEF rate）、FEF25-75%，孕妇都要低于非妊娠期妇女，单胎和双胎妊娠之间并无明显差异。妊娠期体重增加、妊娠水肿、饮食习惯改变、营养不足、贫血等因素会引起主要呼吸肌肉（也就是前腹部肌肉）及肋间内肌的收缩力量下降，波及呼吸功能，导致PEF率降低。双胎妊娠虽然子宫体积更大，氧气需求量更多，但是肺容积与单胎妊娠相比并无明显差异，可能是因为孕酮水平更高所致。
表5 两两比较的肺功能指标统计学差异
（NP：非妊娠组；SP：单胎妊娠组；TP：双胎妊娠组）
图二、双胎、单胎妊娠及非妊娠妇女的肺功能对比
循环系统：
前面提到，孕酮引起孕妇过度通气会降低PaCO2，此时血浆碳酸氢钠会代偿性降低以维持pH，但在此过程中钠离子会伴同碳酸盐一起被排泌到体外，在孕早期的数周内造成血浆渗透压降低约10 mosmol/L，随后则在整个妊娠过程中保持正常水平。这种一过性的降低在部分孕妇会引起类似糖尿病尿崩症样的症状（低盐饮食孕妇则较少出现此症状）。如同呼吸中枢重置以适应PaCO2的显著降低一样，孕妇的渗透压感受器同样重置以适应低渗透压。 正常妊娠过程中，孕妇平均体内约有8.5 L的液体潴留，其中约6 L是怀孕导致的，相应使得子宫、乳房等器官体积增大，重量增加，血容量也有所增多，至孕晚期可增加40-100%（在此过程中，红细胞仅增加20-30%，导致“生理性贫血”）。剩余的2.5 L液体都集聚在细胞外间隙。伴有单纯下肢水肿的孕妇细胞外间液要稍多一些，而全身水肿的孕妇则显著增加，平均达到5 L左右。然而，临床上这些增加的液体并不容易被察觉，有可能仅仅是戴婚戒时感觉紧了一些而已。妊娠晚期的水肿可引起下肢静脉压力升高，血浆晶体渗透压下降。雌激素引起黏多糖成分改变，细胞外液大量积聚在结缔组织中。在妊娠后的最初几周内，孕酮的激活及血管活性物质（前列环素）介导的全身血管舒张以及高血流动力学状态导致全身血管阻力降低。舒张压从孕中期开始下降，而收缩压和肺动脉压力维持不变。在血容量增加及氧耗需求增大（约30%）的基础上，心输出量（Cardiac Output，CO）增加约40%（从4.5 到6 L/min）,MV增加约40%（从7.5 L/min到10.5 L/min），氧摄取量增加15%（从30 ml/min 到40 ml/min），在单胎妊娠时，通气血流比失调可从非妊娠期的3-5%增加到12-15%。CO的增加伴随着每搏量和心率的增加。其中心率约增加10-20 次/分，在孕中期末及孕晚期早期达峰。分娩过程中，子宫收缩进一步使CO增加10-40%，加上疼痛、焦虑等因素，心率也会进一步增加，从而加重血流动力学负荷。运动会使心肺功能负荷进一步增大，例如CO可增加三倍，最高达12 L/min；MV甚至可增加10倍，高达80 L/min。由此可见，与心血管系统相比，孕妇对肺功能异常的耐受性要远高于前者，换言之，心血管系统代偿能力更差。
图三、孕期循环系统变化趋势。妊娠期体循环及肺循环血管阻力降低，血压在妊娠中期可能下降，而在妊娠晚期轻度升高。注意CO及每搏输出量在16周达峰。（摘自Thorne SA. Heart. 2004 Apr;90(4):450-6.）
图四、影响肺泡液体渗出因素在健康非妊娠妇女（a）和前兆子痫合并急性肺水肿孕妇（b）的示意图。高血压增加心脏后负荷、左室肥厚等左室结构改变导致舒张性降低，共同增加了微血管内静水压及前负荷。再加上胶体渗透压降低和毛细血管通透性的改变，进一步增加了急性肺水肿的风险。（摘自：Anaesthesia. 2012 Jun;67(6):646-59.）
总结：
妊娠期心肺功能变化的这些特点，是我们正确认识围产期危重症产妇救治策略的基石。液体负荷重，心脏前后负荷增加，肺脏功能残气量下降及过度通气，虽然在健康妇女中并无明显影响，但对心肺功能不全孕妇来说则是极度危险的。围绕着液体平衡策略和呼吸功能支持方式的合理选择，是改善母婴预后的重要手段。
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（编辑：姚文龙）
作者：北京大学第三医院危重医学科 李宏亮
“围术期器官保护学会”授权转载
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