翻译：文欣编辑：李沂玮
血清二氧化碳水平(CO2)影响脑血流(CBF)的调节，并且也影响大脑其他的生理过程，如血流动力学、氧合和代谢。动脉CO2分压(PaCO2)的波动会影响上述生理过程，同时也会影响肺、心脏、肾脏和胃肠道等其他重要脏器。一般来说，急性脑损伤(ABI)期间以维持正常的PaCO2为目标。高碳酸血症和低碳酸血症都可能导致二次伤害，因此在ABI期间应避免。低碳酸血症的风险往往大于潜在的益处。因此，其仅适用于颅内高压时短时应用和二级控制。另一方面，当某些特定情况需要增加CBF时，诱导高碳酸血症可能是有益的。但支持这一主张的证据非常少。本综述试图提供CO2在神经危重护理方面的最新风险、好处和潜在效用。
CO2生理、脑血流量、高碳酸血症、低碳酸血症、颅内高压、过度通气
2.CO2生理学2.4.CO2监测2.4.1.血气通过获得动脉血样，PaCO2直接与溶解CO2的量成比例。其正常值为35-45mmHg。2.4.2.EtCO2表示呼出的CO2。它是通过常规二氧化碳图获得的，用mmHg表示。在正常情况下，PaCO2和EtCO2的差异在2至5mmHg之间，这取决于解剖死腔和生理分流的程度。容积二氧化碳图(VC)，除了测量EtCO2，还可以计算在特定潮气量下呼出的CO2体积。对肺泡通气，通气/灌注比和死腔的评估有一定的参考价值。EtCO2的最终值由三个主要因素决定：a)全身代谢；b)心输出量；c)肺泡通气。临床改变这些过程中的任何一步都将明显影响EtCO2。3.低碳酸血症血浆中CO2是产生和清楚之间的差值。低碳酸血症的定义是PaCO2低于35mmHg。与高碳酸血症相反，导致低碳酸血症的机制只有一个：过度通气(HV)。HV可以治疗性降低ICP。低碳酸血症的严重程度分为中度(31-35mmHg)、重度(26-30mmHg)和极重度(26mmHg)。自从60年前隆德伯格发现以来，NV一直被用于控制颅内高压。但HV的利弊平衡仍十分复杂。3.1.潜在获益HV诱导的动脉低碳酸血症可导致脑细胞外CO2的同步减少和碱中*。这些改变导致小动脉血管收缩，CBV和ICP降低。HV是降低颅内压最快速的方法之一。事实上，它在开颅手术中被用来“放松”大脑和加速手术进程的方式。此外，它对脑血流量的影响也是很大的，PaCO2每变化1mmHg，脑血流量就会减少3%。HV可能与由充血引起的颅内高压(癫痫持续状态、脑膜脑炎、创伤性脑损伤阶段)的亚组患者相关。在有缺血半暗区(局部脑血流量减少，但组织仍可代偿)的缺血性卒中中，HV可导致健康区域的血流减少。最后，低碳酸血症可以恢复CBF的压力自动调节。当失去自我调节时，CBF被动地跟随MABP变化，如果大脑顺应性降低，MABP的增加会导致ICP的突然增加。自我调节的改变可以通过大脑阻力小动脉失去张力来解释。低碳酸血症时血管收缩可以恢复血管张力，从而恢复自身调节。3.2.潜在风险低碳酸血症最严重的副作用是大脑氧供减少。由于强大的血管收缩效应，在缺血情况下，低碳酸血症可以降低脑血流量，从而导致继发性脑损伤。血管收缩会加重蛛网膜下腔出血的血管痉挛。持续的血管收缩可掩盖缺血半暗区的有益影响，并可以扩大中风的缺血灶。此外，低碳酸血症对脑小动脉反应性的影响是短暂的。缓冲机制是通过H+的细胞外移和HCO3-被Cl-交换而局部激活的，肾脏代偿是通过减少近端小管HCO3-的重吸收和H+分泌来实现的。这些变化使大脑间质的pH值在短短6小时内恢复正常。当低碳酸血症迅速纠正时，脑组织中会出现H+的急剧积聚，导致反跳性充血合并颅内高压。3.3.临床预后关于治疗性HV的争议仍未解决。在下文中，我们将这场争论分为三个阶段：(1)支持HV的初始理论，(2)反对HV的经典证据，(3)风险/收益平衡的当代证据。3.4.初始理论NilsLundberg将ICP监测系统化，并首次描述了HV治疗颅内高压，取得一定成效。Rossanda和Gordon描述了临床一组未控制的重型颅脑损伤(TBI)患者，他们使用过度通气使PaCO2降至25mmHg，报告死亡率从32.8%降至9.8%。然而，神经功能预后不良的数量增加。年，Lassen提出了过度灌注综合征，即反应性充血并发卒中。缺血引起的组织酸中*和自我调节丧失是加重脑水肿的现象。HV被推荐用于治疗过度灌注和逆转组织酸中*。这一建议在没有证明其总体临床安全性和益处的情况下已被广泛接受。3.5.经典证据但是，由于没有随机试验，HV受到了质疑。Muizelaar等人发表了一项关于TBI中预防性HV的随机临床研究。比较对照组(n=40)、HV组(n=36)和HV+氨丁三醇(THAM)组(n=36)。THAM是一种弱碱和缓冲剂，用于取代耗尽的HCO3?。通过调节呼吸频率或潮气量来过度通气使PaCO2为25±2mmHg。在格拉斯哥评分为4-5分的患者中，在创伤后3个月或6个月时，HV组与对照组对比或HV组与HV+THAM组对比，预后良好的患者数量减少(p0.05)。三组患者的颅内压均保持在25mmHg以下，但HV+THAM患者的颅内压最稳定。Marion等人应用微透析对20例重型颅脑损伤患者短时间HV(30min)的治疗效果进行了研究。HV试验在伤后24-36h进行，3-4d重复。HV使谷氨酸、乳酸和乳酸/丙酮酸比值在两个时间点均显著升高，但在最初24-36h更为普遍。低碳酸血症是颅脑损伤患者的常见症状。一项来自欧洲数据库的回顾性分析显示，早期预防性HV的发生率为54%。此外，在ICP升高的患者中，只有不到9%的患者强制使用HV并进行脑组织氧合状态监测(SjvO2或PbtO2)。低碳酸血症也发生在院前环境中。Caulfifield等人结果显示，使用ETCO2监测，院前低碳酸血症的发生率为45%，这与颅内压水平较高相关。其他脑损伤的情况也类似。Solaiman等人发表了对例接受机械通气的动脉瘤性蛛网膜下腔出血(SAH)患者的回顾性分析，队列中92%的患者出现35mmHg以下的低碳酸血症；低碳酸血症持续时间与不良预后和症状性血管痉挛相关。在脑出血和缺血性卒中患者急性期，低碳酸血症是常见的，并与经颅多普勒(TCD)测量的平均脑血流速度减慢有关。3.6.当代证据Brandi等发表了一项对11例重型TBI患者的生理学研究。目的是研究适度短期HV对急性期颅脑氧合、代谢和血流动力学的潜在不良影响。研究发现，肺泡通气增加，EtCO2降低5mmHg，HV持续50分钟。HV时，PaCO2降至31±3mmHg，ICP由16降至8mmHg，大脑中动脉平均流速由80降至66cm/s。PbtO2从32±10mmHg下降到30±8mmHg。通过微透析获得的葡萄糖、乳酸和丙酮酸水平没有显著变化。作者的结论是，中度和短期HV不会引起脑氧合或脑代谢的改变。Wettervik等人发表了一项回顾性研究，评估了重型TBI患者前3天使用轻度HV及其与自身调节、脑代谢和临床预后的关系。超过30%的患者对以30-34mmHg的二氧化碳水平进行过度通气。较低的PaCO2与较高的ICP和较低的CPP相关。多元线性回归分析发现，在第2天，轻度HV与较低的PRx之间存在关联，表明有更好的自动调节状态。在本研究中，当ICP为20mmHg，PbtOmmHg时(方案B)，允许使用HV维持PaCO2在32-35mmHg水平。3.7.适应症和局限性综合包括生理研究在内的所有证据，HV仍然是治疗特定适应症时的有效工具：天幕裂孔疝综合征是神经系统状况的急性恶化，包括瞳孔散大和异常运动姿势，是急诊手术的适应征危及生命的ICP随着A型平坦波的增加而增加(以破坏自我扩张的血管扩张级联)
难治性颅内高压
充血引起的颅内高压：癫痫持续状态，脑膜脑炎，TBI后24h，颈动脉内膜剥脱术后等。在这里，HV对抗病理性血管扩张
HV的局限性与其风险有关，特别是引起缺血的倾向；HV应短暂使用，最好在脑组织氧合监测的指导下使用。3.8.二氧化碳反应性测试对CO2的脑血管反应性(VBR)是在高碳酸血症或低碳酸血症时，软脑膜阻力小动脉直径的变化能力。这种生理反应是血管储备的指标，可用于恢复血管的自动调节。VBR不应该被混淆或被认为是自动调节的同义词。自动调节是指在CPP变化的情况下，脑血管保持CBF恒定的特性。经典评估采用静态方法，即使用Kety-Schmidt或Xe吸入法测量基本CBF，使用血管活性药物调节MABP。Aaslid等人介绍了一种使用TCD评估自动调节的无创方法。这种动态方法是通过释放大腿血压袖带(高于收缩期大腿血压30mmHg，持续3分钟)引起MABP的下降。短时间低血压引起的CBF速度下降(CBFV)为大脑自动调节正常化。将CBFV(控制百分比)随时间(s)的变化绘制成图，建立二阶微分方程，最佳调整对应于自动调节指数(ARI)。(图5)。ARI的值在0到9之间，其中0表示较差的自动最有调节状态，9是效的(正常值5±1)。Tieck等人比较了动态和静态方法来测量自动调节，发现了很强的相关性(r=0.93,p0.)。在健康志愿者中应用动态大脑自动调节(dCA)方法，多项研究表明，高碳酸血症可导致压力自动调节的恶化；然而，低碳酸血症时该情况会得以改善。另一种探索自动调节的方法是基于ICP和MABP之间的移动相关系数。这种压力反应性指数(PRx)正常值小于0(ICP和MABP无相关性)，异常值≥0.2。使用PRx，Steiner等人发表了一项对重型TBI患者进行20分钟适度HV的生理学研究。基线PRx与HV之间无显著差异。然而，低碳酸血症期间PRx的变化与基线PRx呈负相关(r=-0.71,p0.)，这表明HV后自我调节受损的患者有所改善，而自我调节完好的患者保持不变。在合成过程中，二氧化碳对大脑的自动调节有重要影响。动态方法可以床边持续监测大脑对CO2的反应性。4.高碳酸血症高碳酸血症在ABI中的作用已在多项研究中描述。大多数人认为，正常的PaCO2预后良好，而高碳酸血症则预后不良。4.1.潜在获益高碳酸血症可引起动脉血管扩张，CBF增强可改善脑氧合。在继发于心脏骤停(CA)的脑损伤患者中，一些证据表明轻度高碳酸血症可能是有益的。实验研究表明，轻至中度高碳酸血症在短暂性脑缺血再灌注损伤后具有神经保护作用，而重度高碳酸血症则导致脑水肿的恶化。Schneider等人的结果表明，在CA后入院的患者中，在前24小时内高碳酸血症与好转出院相关。一项随机临床试验表明，在心跳骤停后诱导轻度高碳酸血症降低了神经元特异性烯醇化酶，它是一种脑损伤的生物标志物。高碳酸血症已被证明增加了CA后成功复苏的患者的CBF。在动脉瘤SAH中，一些人认为较高的PaCO2值可能会增加CBF，降低脑缺血的可能性。一项研究显示SAH后第4天至第14天控制高碳酸血症的益处，CBF和脑氧合改善，但颅内压没有相应增加。此外，高碳酸血症可能具有抗惊厥血脑屏障和抗炎作用。4.2.潜在风险高碳酸血症通过扩张血管引起ICP的增加，使大脑自我调节改变。它会导致继发性脑损伤和更糟糕的预后。此外，高碳酸血症还有其他不良影响，如酸中*与代谢紊乱。在一项前瞻性动物研究中，在高碳酸血症期间，PbtO2和ICP显著增加。Gupta等人分析了重型TBI的数据，设定CPP＞70mmHg。维持脑内pH(pHb)的稳态机制包括物理化学缓冲，如CO2/HCO3?系统提供的物理化学缓冲，蛋白质组氨酸残基上的咪唑基团，以及磷酸盐的自由和结合形式。他们观察到，与那些幸存下来的人相比，那些没有住院的患者的pHb明显降低。此外，神经预后不良者的pHb值低于神经预后良好者。同样，院外CA后，预后良好的患者比预后不良的患者有更低的乳酸和更高的pH水平，但pH水平(与CO2相关)比乳酸水平更能预测神经结局。在一项回顾性研究中，对需要机械通气的SAH患者进行了PaCO2对良好预后的影响分析，定义为出院时改良Rankin量表评分3。主要终点是预后良好和预后不良患者之间PaCO2＞40mmHg的比例差异。预后良好的患者与预后不良的患者相比，PaCO2＞40mmHg的比例较低，预后良好的几率较低。在调整Hunt-Hess评分、肺炎和住院时间的多变量分析中，PaCO2升高仍然是预后的独立预测因子。作者的结论是，PaCO2＞40mmHg是一个独立的预测结果。研究高碳酸血症和呼吸性酸中*在ABI中作用的临床研究是有限的。这些研究主要集中在PaCO2和pH的单独变化，没有综合评估这些变量的影响。为了回顾ICU入院前24小时代偿性高碳酸血症和呼吸性酸中*与院内死亡率的关系，在成人机械通气的ABI患者中，发表了一项两国的多中心回顾性研究。在ICU住院前24小时，根据动脉pH和PaCO2的组合将患者分为三组(PaCO2不高且pH正常，代偿性高碳酸血症和呼吸性酸中*)。未调整院内死亡率在呼吸性酸中*患者中最高。三种不同诊断的多变量Logistic回归分析和Cox比例危险度分析显示，呼吸性酸中*患者院内死亡率增加，且风险比增加。代偿性高碳酸血症的患者死亡率与PaCO2正常的患者相比无统计学差异。呼吸性酸中*患者调整后的院内死亡率OR随着PaCO2的增加而增加，而在代偿性高碳酸血症患者中并没有发现该结论。4.3.脑-肺相互作用脑损伤后可能发生多种肺部疾病，如急性呼吸窘迫综合征(ARDS)、神经源性肺水肿(NPO)、呼吸机相关肺炎(VAP)或呼吸机诱导的肺损伤(VILI)。呼吸衰竭是脑损伤患者死亡率升高、神经系统预后差和ICU住院时间延长的独立危险因素。神经保护与肺保护的生理靶点不尽相同甚至是相反的。