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二氧化碳气腹对生理功能的影响
张旭王少刚
无论腹腔镜或后腹腔镜手术，都需要经人工气腹形成足够的空间，以便于窥视与操作。制备人工气腹的气体要求具有弥散性好、溶解度高、刺激性小、不燃烧爆炸等特点，CO2是腹腔镜手术中应用最广泛的气体。研究表明，许多腹腔镜手术并发症并非手术操作不当所致，CO2及其产生的腹腔内高压对机体的生理功能有一定的影响，对于病情复杂或手术时间较长的患者尤为明显，表现在心血管、呼吸、中枢神经和消化等各个系统〔1,2〕。
1 CO2代谢和高碳酸血症的发生机制
因为CO2具有以下显著特点而被选为腹腔镜手术的气腹递质： ①CO2无色、不爆炸、不支持燃烧；②CO2易溶于血，很少发生气体栓塞；③CO2易通过内脏血管吸收并最终通过肺排出，通过适当增加每分通气量，可以很好地保持CO2稳态；④CO2价格低，易得到。CO2在体内具有很强的组织穿透性，顺浓度梯度弥散，而腹膜腔有丰富的血管系统，气腹形成后，CO2很易弥散入腹膜的毛细血管，在体内碳酸酐酶的作用下，约占93%的CO2通过红细胞转运，其余7%以溶解的形式进行。除了通过肺排泄外，吸收的CO2亦可储存于体内，因此当气腹停止后，仍可见较长时间的PaCO2升高。因人体具有强大转运、储存及清除CO2的能力，过量的CO2负荷对于健康患者仅引起轻度的动脉血CO2分压升高。磺胺类药物、噻嗪类利尿剂和乙酰唑胺等能抑制碳酸酐酶的活性，因此当患者使用碳酸酐酶抑制剂时，其CO2转运能力明显下降，此时行腹腔镜手术最好不用CO2作气腹递质。
在腹腔镜手术过程中，CO2自腹腔吸收后经肺排出，气腹后PaCO2升高呈非进行性，一般认为，后腹腔吸收CO2快，10 min后PaCO2稳定于高水平，而腹腔气腹需20 min。高PaCO2兴奋呼吸中枢，自主呼吸者的呼吸频率和潮气量同时增加。腹膜及腹膜后组织吸收的CO2增加和肺排出CO2减少是高碳酸血症产生的主要原因，如CO2快速从腹膜吸收入血液循环、肺通气/血流比值失调、体位改变、机械通气不当及自主呼吸受到抑制等。CO2扩散进入腹膜血管的能力及腹膜的血流量是影响其吸收的重要因素，同时与暴露于CO2气体的腹膜面积成正比，而与腹膜表面到血管的距离成反比。对于控制呼吸的全麻患者，增加呼吸频率较增加潮气量能更有效地降低PaCO2。腹膜外巨大的CO2气肿常导致高碳酸血症，需要在手术结束后延长机械通气时间，加快过量CO2的清除。在患者心肺功能正常的腹腔镜手术中，高碳酸血症可通过增加每分通气量来纠正，PaCO2轻度增高，高通气量全麻患者的PaCO2明显低于自主呼吸的患者。
2 CO2气腹对呼吸系统的影响
2.1 肺通气功能改变
气腹对通气功能的影响在有心肺疾患者中表现比较明显，即PaCO2升高和pH下降。腹内压增加时，膈肌上抬，胸腔内压力增加，呼吸潮气量降低，胸廓及肺的顺应性降低近30％～50％〔3〕，因此理论上认为膈肌上抬导致功能残气量降低，气道压升高使肺通气／血流值失调。研究报道，当腹腔充气压达3.33kPa时，对膈肌产生30g/cm2的推力，头低位使膈肌和腹内容物进一步向头侧移位。肥胖患者需要大量气体作气腹和极度头低位，以便更好地显露盆腔脏器，肺容量下降、通气/血流比例失调和相应的低氧血症更为明显，甚至可能成为手术的禁忌证。但临床研究发现，心肺功能正常者若腹内压不超过1.87kPa，头高位或头低位保持在10～20°，肺生理死腔量无明显增加，通气/血流值基本不变。
2.2 呼吸系统并发症及处理
气胸和纵隔气肿等均可在腹腔镜手术的过程中发生，经迅速处理后，这些并发症很少导致死亡。Wolf和Stoller认为纵隔气肿、心包腔积气和气胸产生的原因可能为：①胎儿时的通道遗留；②气体自具有完整膜屏障结构的薄弱处溢出，如膈肌裂孔处、肺门处及沿着大血管进入胸腔或纵隔。若怀疑有胸腔积气，则应及时将腹腔内的气体排出。在手术过程中，穿刺部位漏气常导致皮下气肿，尤其是实施腹膜外腔手术，皮下气肿逐步扩大，可能致呼吸性酸中毒，这时需延长术后控制通气时间。
气腹和体位改变带来的另一个并发症是气管内插管的移位。当膈向上挤压肺和气管隆突时，可使气管插管自气管内移位至右主支气管，这样可导致左侧肺通气不足。头低位使静脉回心血量上升，左房压及肺泡压的升高可导致肺不张、肺瘀血和继发性肺水肿，采用呼气末正压通气可以增加气道阻力，减少这些并发症的发生。
3 CO2气腹对循环系统的影响
3.1 循环系统的生理变化
特殊体位、腹内压升高、麻醉和高PaCO2血症对循环系统均有作用，而继发迷走神经反射亢进和多源性心律失常也影响心脏功能〔4〕。
Trendelenburg体位能更好地显露盆腔脏器，因此在泌尿外科腹腔镜手术中常被采用。通常认为Trendelenburg体位通过增加静脉回流，提高心输出量，改善心功能，增加脑血流量。在正常血管张力及正常血容量患者中，机体将通过主动脉弓压力感受器调节，使血管扩张，心率减慢；而对于低血压的患者，头低位不能提高平均动脉压（MAP），且心脏指数会进一步下降，同时充盈压不升高，周围血管阻力增加，因此，适度头低位时对心血管系统不会产生很大影响。从而维持血流动力学的稳定。但全麻时此种压力调节作用受到抑制，头低位引起血流动力学改变，心肌氧耗量增加，颅内压和眼内压升高，使有明显缺血性心脏病和心力储备较差者可能发生心血管意外。
腹内压（IAP）升高能增加平均体循环充盈压和静脉阻力，从而减少回心血量，而静脉回心血量（VR）是影响心输出量的重要因素之一。在狗的实验中，IAP升高使心输出量经过短暂升高后进行性下降。心输出量短暂升高是因为升高的IAP挤压内脏静脉血液形成自体输血，但IAP进一步升高时，静脉阻力增加，大量血液潴留于周围血管床，静脉回流减少。处于低血容量状况时，升高的IAP导致静脉回流和心输出量减少更为明显。
CO2对心血管系统既有直接作用，亦有间接作用，且两者作用相反。高碳酸血症可直接导致心肌抑制和动脉扩张，其间接作用是增加交感神经张力，释放儿茶酚胺类物质增加，在全麻患者最终结果是心输出量上升，且与PaCO2大致成正比例。通常患者在使用CO2气腹时，PaCO2很少超过5.33～6.67kPa，轻度的高碳酸血症对心功能影响不大。当PaCO2达6.67～8.66kPa时，收缩压、心率及心输出量将会显著上升，这可能与交感神经张力升高有关，此时血浆儿茶酚胺上升2～3倍，对心脏产生正性肌力及速率作用。由于CO2作用使总的外周血管阻力下降，心输出量增加，而血压上升不明显。当PaCO2再进一步升高时，将会产生心肌抑制，心动过缓和低血压。CO2对心肌的直接和间接作用可使心肌易激性增强，并导致心律失常，最常见的是室上性心动过速和室性早搏，此种心律失常通常短暂。
PaCO2升高还可导致血浆pH下降，使冠状动脉扩张，但是由于心肌氧耗增加和冠脉灌流时间缩短，抵消了冠脉系统扩张的有利作用，最终结果是心肌相对低灌注。
在交感神经系统未受刺激的情况下，CO2对心肌的直接作用是导致心输出量和外周阻力下降，在此种情况下，将不可避免地发作低血压，在使用神经节阻滞或脊髓麻醉时可发生此种情况。
3.2 心血管系统的生理性并发症
当IAP不断升高，尤其是有张力性气腹时，由于静脉回流、有效血容量及心输出量下降，产生低血压。当出现低血压时必须即刻停止气腹，降低麻醉药物浓度，补液及必要时给予心血管活性药物治疗。
在腹腔镜手术过程中，有25%~47%的患者会发生心律失常。由于CO2栓塞或腹腔的过分牵张致迷走神经张力增高可出现心动过缓和心跳停止。但高碳酸血症常引起窦性心动过速和室性早搏，研究发现维持高的氧饱和度可以减少CO2导致的心律失常。发生了心律失常后，必须马上停止气腹及手术刺激，给予100%纯氧，提高通气量。当出现较长时间的迷走神经张力增高导致的心动过缓时，可给予抗胆碱能药物如阿托品和甘吡洛溴等。
当CO2直接注入血管时，可导致致命的并发症，即CO2气体栓塞，尤其在制造气腹时多见，亦可发生于手术期间。当气体栓塞致右室流出道受阻时，表现为紫绀，早期诊断最敏感措施是心前区的彩色多普勒超声，其次是肺CO2分压描记仪，其他有助于诊断CO2气体栓塞的征象包括：血压的突然下降，心律失常，双肺啰音，肺动脉压升高及经食道听诊可听到心脏的“水车轮杂音”等。怀疑气体栓塞必须立即终止气腹，将患者置于极度头低位和左侧卧位，通过中心静脉插管至右心房，使CO2气体由肺动脉进入右心室，再由中心静脉插管吸出气泡。当病情稳定后，为了促进CO2的吸收，可给予高压氧治疗。为减轻脑水肿，可早期给予皮质激素、利尿剂及提高通气量。
4 CO2气腹对中枢神经系统的影响
头低位时，头面部静脉压力升高，脑血液回流减少，同时气腹压力使腰静脉丛回流减少，脊髓腔压力升高。另一方面，CO2是影响脑血液循环的重要因子，当PaCO2升高时，脑血管阻力降低，而脑血流量增加。当CO2气腹压力达1.33kPa时，脑血流速度增加30%。脑灌注增加而回流减少，导致脑脊液压力上升，因此，在脑部有病变的患者，施行腹腔镜手术人工气腹时，应注意到颅内压有增高的可能。
5 CO2气腹对消化系统的影响
腹内压增加时，内脏血流有所减少，肠襻循环量也不例外地有减少，但在腹内压不超过1.56kPa时，肠血流与功能的影响不明显。头低位和腹内压升高可能促使麻醉患者胃内容物反流，研究发现腹腔镜手术中发生胃内容物反流和吸入的危险性为2%。围手术期的恶心和呕吐可使患者发生水、电解质代谢紊乱，是导致患者延迟出院和康复的一个重要原因。
除了术前应用拮抗5－HT3受体和多巴胺受体的药物预防围手术期恶心及呕吐，也有采用其他方法的，如行胃肠减压，且胃肠内容物减少后使手术更易进行，减少反流吸入及穿刺时内脏受损的危险性。
6 CO2气腹对肾功能的影响
腹内压超过1.56kPa时，肾脏总血流量、肾皮质血流量以及肾小球滤过率均有下降。无肾功能障碍的患者，这类血流量的减少并不影响肾功能，而肾功能有障碍的患者，其影响如何现尚无确论，动物实验发现腹内压达2.7kPa时，肾血流量及肾小球滤过率分别为基础值的21％和23％，肾血管阻力增加555％；腹内压为5.4kPa时，肾小球滤过率只有气腹前的7％，接近无尿。
7 CO2气腹对其他生理功能的影响
腹腔镜气腹使胰岛素敏感性和肌肉蛋白合成轻度下降，而胰岛素、皮质醇、儿茶酚胺的总体水平无明显升高。腹腔镜手术后2～4 h，炎性递质如C反应蛋白、纤维蛋白、补体复合物C3等均在刺激后出现高值，而IL-6开始增高，于术后6～24 h达到峰值。白细胞计数在手术开始后1 h即上升，2 h最为明显，研究发现腹腔镜组的免疫功能比开放手术恢复早。
8 腹腔和腹膜后CO2气腹对生理功能影响的差异
腹腔和腹膜后CO2气腹均可引起充气压依赖性的血流动力学改变〔5,6〕，CO2大量吸收、腹内压增高使膈肌活动受限、肺及胸廓顺应性下降、胸内压增高、腔静脉受压致使回心血量减少、外周血管阻力增大等因素可引起高碳酸血症、儿茶酚胺分泌增加，造成血流动力学的剧烈波动，常表现为血压增高、心率增快、气道压力和PaCO2明显增高，血pH显著降低，甚至出现呼吸性酸中毒。两种气腹对生理功能影响的差异尚无定论，但一般认为，腹腔气腹对血流动力学、气道压力和总肾功能影响较大，对血气影响小；后腹腔气腹对血气和手术侧肾功能影响较大，对对侧肾功能和血流动力学影响小。
参考文献
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J Urol, 2003, 170:1651-1652.
3 Schauer P R, Luna J Ghiatas A A, et al.Pulmonary function after laparoscopic cholecystectomy.Surgery,1993,114:389-389.
4 Sharma K C, Brandstetter R D, Brensilver J M, et al. Cardiopulmonary physiology and pathophysiogy as a consequence of laparoscopic surgery.chest, 1996,110:810-810.
5 马亮，余大敏.腹腔镜二氧化碳腹腔内与腹膜后充气的生理变化差异.国外医学泌尿系统分册，2001，21（增刊）：143-143.
6 Gieber R M, Kabatnik M, Sttegen B H, et al. Retroperitoneal and intraperitoneal CO2 insufflation have markedly different cardiovascular effects. J Surg Res,1997,68:153-153.
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发表于 2017-5-31 06:59:11
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