摘要
呼气末二氧化碳（end-tidal carbon dioxide, EtCO2）作为一种无创的监测方式，广泛应用于各类手术的术中监测，PETCO2不仅反映机体的呼吸功能，也可以反映机体的循环功能和代谢功能。文章总结了EtCO2在临床麻醉中对严重过敏反应、肺动脉灌注障碍、气体栓塞以及恶性高热协助诊断的应用价值，并对PETCO2与术后谵妄、术后肺部并发症、术后恶心呕吐相关性的研究进行综述，以期通过PETCO2监测来协助判断临床麻醉中出现的相应变化，早期发现并及时处理，改善患者的预后。
关键词：呼气末二氧化碳;二氧化碳描记图;麻醉
ABSTRACT
End-tidal carbon dioxide (EtCO2) is widely used in intraoperative monitoring of various surgeries. End-tidal carbon dioxide partial pressure (PETCO2) not only reflects the changes in the respiratory function of the body but also reflects the changes in the circulatory function and metabolic function of the body. This paper summarizes the application value of EtCO2 in clinical anesthesia in detecting intraoperative severe allergic reactions, intraoperative pulmonary artery perfusion disorders, intraoperative gas embolism, and intraoperative malignant hyperthermia in recent years. This paper also reviews the correlation between PETCO2 and postoperative delirium, postoperative pulmonary complications, postoperative nausea, and vomiting. It is expected that PETCO2 monitoring can help to find the corresponding changes in clinical anesthesia and to improve the prognosis of patients through early detection and timely treatment.
呼气末二氧化碳（end-tidal carbon dioxide, EtCO2）监测是一项直观、无创、简便、快速的检测方法，可反映呼吸、循环功能以及代谢状态等情况。ASA已规定EtCO2监测为麻醉期间的基本监测指标之一。近年来，EtCO2监测除了作为麻醉期间常规监护手段之外，在临床麻醉中很多方面得到应用，现综述其临床应用及研究进展。
1 EtCO2监测概述
正常EtCO2监测波形大致呈矩形，由呼吸周期的4个不同阶段组成（ 图1 ）。Ⅰ相为基线，代表呼气开始部分，呼出气为呼吸道中无效腔气体，一般不含CO2；Ⅱ相为呼气上升支，为无效腔气体与肺泡气体的混合肺泡气，随呼气进程肺泡气比例增加，呼出混合气CO2浓度迅速增加；Ⅲ相为呼气平台期，几乎呈水平线，代表呼气末期，呼出气为含高浓度CO2的肺泡气，平台末端CO2分压最高，最高值即为PETCO2；Ⅳ相为吸气下降支，陡直下降至基线水平，代表吸气过程开始，CO2浓度急剧下降为0。在心肺功能正常时，PETCO2正常值为35~40 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）。
CO2是组织细胞新陈代谢的产物，由于CO2弥散能力远高于O2，其可迅速从肺泡毛细血管中通过肺泡膜进入气道，因此气道内呼气末CO2浓度与肺泡中的CO2浓度接近，在心肺功能正常的患者中，PETCO2可以反映PaCO2水平[ 1 ]。临床上，PETCO2连续测定可获得呼出气CO2波形描记图，通过对数据和波形变化的分析，可以提供更多关于肺通气换气功能、肺血流灌注变化等信息[ 2 ]。PETCO2与呼吸、循环功能以及代谢状态相关，假定肺泡通气量及机体代谢不变，当心排血量下降（如严重低血压）时，肺部血流量明显下降，PETCO2随之降低。因此，PETCO2可以反映心排血量和肺部血流灌注情况[ 3 , 4 ]。
2 EtCO2监测提示术中发生严重的过敏反应
肌松药和抗生素是术中重要的过敏原，麻醉诱导后几分钟内出现严重低血压时应考虑过敏反应[ 5 ]。然而，诱导期低血压可能有多种原因，其中最常见的原因是使用麻醉药物导致的循环抑制。因此，如何快速诊断麻醉过程中出现过敏反应成为难题。最近有研究表明，在行机械通气的全麻患者中，PETCO2的快速下降是过敏反应的早期标志[ 6 , 7 ]。一项纳入了86例患者的多中心研究显示，PETCO2低于20 mmHg时有助于诊断严重的术中过敏反应，并且可以作为早期使用肾上腺素治疗的依据[ 7 ]。而Erlich等[ 8 ]对全麻诱导后出现的严重过敏反应进行了回顾性分析发现，过敏反应组最低PETCO2[中位数（四分位数）：17（12，23）mmHg]明显低于低血压组[32（29，34）mmHg]；进一步校正包括动脉压、心率和气道峰压在内的混杂因素和竞争预测因素后显示，降低的PETCO2与过敏反应密切相关[PETCO2的优势比（95%CI）为0.51（0.38~0.68），P<0.001]。因此，该研究认为，全麻诱导后发生严重低血压，低PETCO2有助于过敏反应的诊断。
3 EtCO2监测提示术中肺动脉灌注障碍
PETCO2可以反映心排血量和肺部血流灌注情况，因此，术中PETCO2以及EtCO2波形的改变可能意味着术中循环系统或呼吸系统出现异常，术中PETCO2以及EtCO2波形的变化可能具有重要的临床意义[ 2 , 3 , 9 ]。Hsu和Wu[ 10 ]报道了1例肾肿瘤患者伴下腔静脉肿瘤血栓的病例，行根治性肾切除和肿瘤血栓切除，术中PETCO2突然降低，通过EtCO2和食管超声心动图证实为急性肺栓塞，早期发现并及时处理后患者痊愈出院。国外一项对200例急性肺栓塞患者的研究表明，通过肺血管造影证实，EtCO2监测可以作为筛查急性肺栓塞的工具[ 11 ]。
此外有研究表明，在肺叶切除术中，术毕由单肺通气转为双肺通气时，EtCO2波形出现"椅背状改变"，随后证实为肺动脉灌注受阻[ 2 ]。研究者认为，当氧气经过患侧肺时，由于肺动脉被阻断，患侧肺的CO2没有交换出来，只有健侧肺的CO2被交换出来，因为CO2弥散系数是氧气的20倍，因此，健侧肺的CO2首先被交换出来，形成了EtCO2波形上升支，随后，随着患侧肺氧气弥散出来，CO2浓度被稀释，形成了下降支；当O2与CO2混合均匀后，形成了平台期，因此出现了"椅背状改变"的EtCO2波形；并且研究者建议，在实施单肺通气麻醉时，由单肺通气转为双肺通气后要善于观察PETCO2以及EtCO2的变化，尤其对行肺动脉吻合术的患者尤为重要，这对判断肺血管吻合功能是否建立以及术中肺血管有无误扎等都有帮助。
此外，在1例法洛四联症的心外科手术中，术中EtCO2波形由正常的"矩形图"变为异常图像，且PaCO2与PETCO2的差值为15~20 mmHg，随后证实为术后左肺动脉起始端扭转致血流减慢所致，再次手术解除左肺动脉扭转后EtCO2波形变为正常的"矩形图"，并且PaCO2与PETCO2的差值恢复为正常值（5~10 mmHg）[ 9 ]。
4 EtCO2监测提示术中发生气体栓塞
4.1 EtCO2监测提示术中发生空气栓塞
空气栓塞起病急骤，发展迅速，一旦出现典型的临床表现时，通常已病情危重，错失了最佳的干预时机，导致抢救成功率不高。对于全麻的患者，由于临床症状和体征不明显，加大了诊断的难度。短时间内进入循环系统的空气量过多（大于100 ml）可引起严重的损害，大量的空气随血液进入右心房后，由于心脏搏动，空气与血液可在右心房和右心室中混合形成泡沫状血液，阻碍静脉血回流和向肺动脉的输出，造成循环障碍，严重时甚至导致循环中断，危及生命。EtCO2监测能够反映心排血量和肺部血流灌注情况[ 3 ]，因此空气栓塞时，EtCO2监测会出现相应的变化。Lee等[ 12 ]报道了1例腹腔镜肝切除术中发生空气栓塞的异常EtCO2波形图，该例患者术中EtCO2波形图由正常的"矩形图"变为锯齿模型，随后患者血压急剧下降，PETCO2也由40 mmHg降至16 mmHg，外科医师告知刚才切断了一根大血管，并且15 min内出血约200 ml，因此考虑为空气栓塞。
4.2 EtCO2监测提示腹腔镜手术中发生二氧化碳栓塞
二氧化碳栓塞在腹腔镜手术中少见，但发生突然且病死率高。腹腔镜手术期间气体栓塞的总体发生率较低，约0.15%[ 13 ]，然而，当气体栓塞发生时，病死率可高达30%[ 14 ]。腹腔镜手术中发生二氧化碳栓塞的主要原因为气腹针直接刺入血管或其他腹腔器官中。形成的条件主要是血管损伤有破口，血管内压力与气体压力之间存在有压力差。Abraham等[ 15 ]报道了1例后腹腔镜肾上腺切除术中发生二氧化碳栓塞的病例，术中PETCO2从35 mmHg突然增加到58 mmHg，随后突然降至18 mmHg，血压、SpO2都出现下降。术中通过中心静脉导管抽出了含气体的泡沫状血液，证实为术中发生了二氧化碳气体栓塞。Nakagawa等[ 16 ]报道了1例机器人辅助腹腔镜肾部分切除术中二氧化碳气体栓塞的病例，通过EtCO2监测发现PETCO2下降至25 mmHg，为术中血管发生撕裂导致二氧化碳气体栓塞所致。Lin等[ 17 ]报道了1例机器人辅助腹腔镜下结肠切除术的病例，术后PETCO2迅速下降引起了麻醉医师的关注，证实为术中肝脏撕裂致使二氧化碳气体栓塞所致。尹露等[ 18 ]报道了1例腹腔镜胆囊切除术中发生二氧化碳气体栓塞的病例，该例患者由于既往行肠梗阻术后腹腔粘连，建立气腹时，气腹针直接刺入血管，二氧化碳气体随压力差进入血管，PETCO2从32 mmHg降低到15 mmHg，而动脉血气分析提示PaCO2 63.6 mmHg，考虑为二氧化碳气体栓塞致肺循环障碍所致。
5 EtCO2监测提示术中发生恶性高热（malignant hyperthermia, MH）
MH是可能致命的骨骼肌高代谢反应，可由麻醉药物或其他刺激（如剧烈运动、中暑和情绪压力）触发。而病毒感染、他汀类药物、高血糖和肌肉代谢功能障碍可能加速MH的发作[ 19 , 20 ]。MH是目前所知的唯一可由常规麻醉用药引起围手术期死亡的遗传性疾病，同时使用吸入麻醉剂和琥珀胆碱的组合会显著增加MH的风险。MH早期的临床表现是高代谢状态：CO2产生增加、呼吸性酸中毒、温度升高和氧气需求增加。如果诊断较晚，MH会发展为多器官功能衰竭和死亡。目前的数据表明，MH的病死率已降至5%以下[ 21 ]。日本学者报道了1例乳腺癌术后MH的临床病例，患者为61岁女性，既往有脑梗死病史，采用丙泊酚、瑞芬太尼和罗库溴铵进行全麻，插管后使用丙泊酚和瑞芬太尼维持麻醉，手术完成后，在确认恢复自主呼吸后，给予舒更葡糖钠注射液并拔管。此后，患者出现全身颤抖和咬肌痉挛，体温升高（最高38.9 °C）和PETCO2上升（最大值59 mmHg），随后证实为MH[ 22 ]。2020年英国麻醉医师协会恶性高热指南中也指出，当麻醉中出现无法解释的进行性增高的EtCO2，应该高度怀疑MH，并指出MH治疗目标是PETCO2低于45 mmHg，核心体温低于38.5 ℃[ 23 ]。
6 术中过低的PETCO2与术后谵妄有关
谵妄是老年患者术后常见的并发症之一，术后谵妄降低患者认知功能、延长患者的住院时间、增加医疗费用、延迟康复，甚至增加病死率。因此，如何降低术后谵妄的发生率也成为临床麻醉中关注的问题之一。术后谵妄通常与高龄、认识功能障碍、精神状态等相关。研究表明，术中低血压与低脑血氧饱和度与术后谵妄相关[ 24 ]，维持足够的脑灌注和脑血氧饱和度是减少术后谵妄的策略之一，血液中二氧化碳浓度参与调节脑血流量，术中PETCO2与脑灌注密切相关。Mutch等[ 25 ]对一项101例患者的随机对照试验的研究表明，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谵妄的严重程度密切相关；因此，作者认为，低PETCO2是术后谵妄的独立预测因素。Ahrens等[ 26 ]进行的一项回顾性研究表明，术中低氧血症和低PETCO2与术后谵妄密切相关，且术中PETCO2<25 mmHg持续5 min以上与术后7 d内出现的谵妄相关。
7 PETCO2与术后肺部并发症的相关性
高达33%的非心胸外科手术后患者会出现术后肺部并发症[ 27 ]，术后肺部并发症会延长住院时间、增加医疗费用以及增加病死率等。术中通气策略可能会影响术后肺部并发症的发生率。研究表明，肺保护性通气策略可以降低术后肺部并发症的发生率[ 28 ]。Akkermans等[ 29 ]进行了一项多中心回顾性研究，对2010年~2017年纳入的11家医院143 769例病例的研究表明，PETCO2与术后肺部并发症相关，术中过低的PETCO2（PETCO2<28 mmHg）和过高的PETCO2（PETCO2>45 mmHg）均与30 d内的术后肺部并发症相关；术中PETCO2维持在35~38 mmHg的患者术后肺部并发症发生率最低。低碳酸血症与高碳酸血症致术后肺部并发症增加可能与炎症、感染增加有关。
8 PETCO2与术后恶心呕吐（post-operative nausea and vomiting, PONV）的相关性
PONV是全麻后的常见并发症。PONV的明确危险因素包括女性、PONV病史或晕动病、禁烟和术后使用阿片类药物。研究表明，胃肠道黏膜灌注不足可能与PONV有关。轻度高碳酸血症可通过扩张血管、增加心排血量来改善胃肠道组织灌注和氧合，从而可能降低PONV的发生率。最近一项关于妇科腹腔镜手术的研究发现，术中较低的PETCO2（26~35 mmHg）可抑制脑血管舒张，从而降低颅内压，降低PONV的发生率[ 30 ]。然而另一项开放性妇科手术患者回顾性队列研究表明，最低PETCO2<31 mmHg且持续超过10 min会增加PONV发生率[ 31 ]。但是另一项关于妇科腹腔镜手术的回顾性研究表明，术中较低的PETCO2（PETCO2<35 mmHg）不会增加PONV发生率[ 32 ]。最近有学者对甲状腺切除术患者进行了一项随机对照研究[ 33 ]，研究者设计了高PETCO2组（术中维持PETCO2在45~50 mmHg）与正常PETCO2组（术中维持PETCO2在30~35 mmHg），结果表明，高PETCO2组PONV发生率高于正常PETCO2组，因此研究者认为，术中PETCO2维持正常，PONV发生率更低。
9 总结与展望
综上所述，EtCO2监测在临床麻醉中的应用越来越受到麻醉医师的重视，PETCO2的快速下降可以协助诊断术中发生了严重的过敏反应；EtCO2波形的"椅背状"改变能够提示肺叶切除术中肺动脉灌注障碍；EtCO2监测的异常变化可以提示术中发生了气体栓塞；PETCO2的急剧升高可以提示术中MH的发生；术中PETCO2的水平与术后谵妄、术后肺部并发症、PONV等相关。随着对PETCO2认识的逐渐深入，EtCO2监测能在临床麻醉中提示更多异常的状况，其发展前景仍然很广阔。未来不仅要深入研究其临床意义与应用，其发展更需要多学科交叉，推广至更多的领域。
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