了解沉默低氧血症背后的生理学

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了解沉默低氧血症背后的生理学

沉默低氧血症是没有呼吸困难的严重低氧血症（对补充氧气反应不佳）。这并不是什么特别新的东西——我们从远古时代就偶尔会看到这种情况。然而，新冠病毒让我们重新思考如何管理这种生理机能。 

呼吸困难：定义、调节和神经生物学

呼吸困难是指由清醒、有意识的个体感觉到、经历和报告的一种或几种不同的感觉，其特征是呼吸短促、呼吸困难。 美国胸科学会将呼吸困难定义为“呼吸不适的主观体验，由强度不同的性质不同的感觉组成” 并且源自“多种生理、心理、社会和环境因素之间的相互作用，并可能导致继发生理和行为反应。”  呼吸困难可由多种疾病引起，是影响心血管和呼吸系统的病理的共同特征，包括 COVID-19、15，其他影响神经、肌肉骨骼、内分泌、免疫和血液系统的疾病，以及一些精神和心理疾病，也被认为是呼吸困难的重要原因。

我们目前对呼吸困难的病理生理学的理解来源于一个神经生物学模型，其中当大脑感知到呼吸需要或呼吸需求之间的不平衡而呼吸系统的相应机械或神经肌肉反应无法满足时，就会出现呼吸急促的感觉。 呼吸的生理学和体验是一个复杂过程的一部分，它基于 3 个相互关联的组件的完整和协调作用：传入感受器和冲动、中央信息处理以及传出冲动和反应。一种或多种感觉受体（即化学感受器、机械感受器、代谢感受器、肺纤维）的激活会触发传入冲动的释放，这些冲动传播到脑干、丘脑、边缘系统和大脑皮层进行处理和整合。这些信息在髓质、岛叶和皮层网络中进行处理和整合，从而产生适当的神经元输出。然后传出信号通过膈和胸脊神经向下游发送到膈肌和肋间肌， 该生理通路任何部分的任何功能障碍或扰动都可能导致呼吸困难。当对通气或气流的需求超过身体提供它的能力时，就会出现呼吸困难。这是一种不平衡状态的发展，引发了痛苦、不愉快或不适的感觉，然后被个人感知。

呼吸困难是多维度的，并且具有与其感觉强度或知觉体验部分分离的认知和情感维度。呼吸困难的经历激活了大脑中与情绪、焦虑、情绪、注意力、疼痛和学习相关的几个重要结构。认知和情感状态强烈影响呼吸感知，它们在调节、治疗和控制这种令人痛苦的症状中发挥重要作用。

缺氧和低氧血症：病因、决定因素和机制

身体对缺氧的反应和适应

细胞感知、检测和响应缺氧的能力对于维持组织稳态、分化、生长和存活至关重要。细胞通过增加从周围组织的氧摄取、使用“冬眠”或生存策略来降低代谢率、下调需要高能量的细胞功能（如蛋白质产生和离子转运）以及转向无氧代谢来应对组织缺氧。几种转录因子在感知和响应组织缺氧方面发挥重要作用，其中最了解的是缺氧诱导因子 (HIF)-1，它是一种结构表达的转录激活因子，其活性受到细胞氧张力降低的严格调节。在缺氧环境中，HIF-1上调血管内皮生长因子的转录，促进内皮细胞迁移，加速血管生成，形成新血管，为缺氧区提供含氧血液。HIF-1 还通过转向无氧代谢来产生细胞能量，从而降低细胞线粒体耗氧量。最后，HIF-1 在激活参与红细胞生成和血红蛋白生物合成的基因、通过增强骨髓细胞的杀菌反应来调节炎症反应、和保护心肌细胞免受缺血造成的损伤方面发挥作用。

了解沉默低氧血症的悖论

理解这一点的关键是分别考虑氧合和二氧化碳清除。这些问题通常一起出现，但在某些情况下，它们可能会分离。 

(1) 吸氧

当血液以某种方式从右心室进入左心室而没有完全氧合时，就会发生低氧血症。这通常以两种方式之一发生：

通气-灌注不匹配（VQ 不匹配）：肺的某些部位通气过度，而其他部位通气不足。流向通气不足的肺部分的血液将缺氧。但是，流向过度通气的肺部区域的血液不会饱和超过 100%。总之，最终结果是低氧血症。增加吸入氧气的浓度通常可以解决这个问题——因为即使是肺部通气不良的区域现在也能获得足够的氧气。 

分流生理学：血液从右心室流向左心室，根本没有接触到含氧肺泡。例子包括解剖异常（例如，室间隔缺损）或肺部分的完全功能障碍（例如，肺叶的粘液堵塞）。分流生理学的一个标志是它对增加的氧气水平反应很差（因为血液不会靠近通气的肺泡）。因此，任何尽管吸入高浓度氧气而氧饱和不佳的患者都可能有分流。

（2) 二氧化碳清除和死腔

二氧化碳清除率取决于每分钟进出肺部的气体量，从而将二氧化碳从体内清除。 

这里的一个关键变量是死腔——即吸入和呼出但不参与二氧化碳清除的气体。死腔本质上是浪费了呼吸——身体将气体进出胸部，但它没有实现二氧化碳清除。多余的死腔可能出现在“微观”级别或“宏观”级别：

• “微”级死腔——ARDS 造成的不张肺泡在清除二氧化碳时效率低下。对于任何给定的潮气量，有效的CO2 清除率较低。

• “宏观”层面的死腔——想象患者突然出现节段性肺栓塞。气体仍会进出肺组织，但不会发生 CO2 清除。 

(3) 呼吸功、死腔、肺顺应性和气道阻力

呼吸功受清除二氧化碳的驱动力影响最大。这受以下因素影响：

1.死腔—— 增加死腔意味着患者必须每分钟吸入和呼出更多气体以保持相同的 CO2 水平。 

2.肺顺应性——如果肺有更大的弹性回弹力阻碍充气，这将增加呼吸功。 

3.气道阻力——任何气流阻塞，例如哮喘，都可能增加呼吸做功。 

(4)沉默低氧血症是如何发生的

如果满足以下所有条件，则可能发生伴有正常呼吸功的难治性低氧血症：

• 存在从右到左的分流。
• 没有过多的死腔。
• 肺的顺应性和阻力相当正常。

沉默低氧血症最简单的例子是心脏内右向左分流的患者。这样的病人可能有正常的肺，因此清除二氧化碳没有困难（呼吸正常）。然而，患者可能是相当低氧的。这可能代表了氧合和二氧化碳清除之间最纯粹的分离。

现在让我们更进一步。想象两个病人，X 光片如下图所示。一名患者进行了左下叶切除术，而另一名患者则完全左下叶肺不张（导致左下叶塌陷成一个隐藏在心脏后面的小结节）。在这两名患者中，剩余的肺组织是正常的。

这些患者都没有额外的死腔——在这两种情况下，接受通气的肺组织都是正常的。两名患者都有足够的肺组织剩余，因此他们的整体胸部顺应性接近正常。所以两名患者都可以毫无困难地清除二氧化碳——因此他们不会呼吸困难。 

然而，左下叶塌陷的患者会将脱氧血液通过塌陷的肺组织分流，从而导致低氧血症。因此，完全肺不张可导致低氧血症表型——正常呼吸功的孤立性低氧血症。 

这里还需要提到一个生理学现象——低氧性血管收缩以补偿肺功能障碍区域的能力。例如，如果肺不张患者能够强烈血管收缩流向塌陷肺的血流，这可能会防止明显的分流。不同的患者似乎具有不同的通过低氧性血管收缩来代偿的能力（例如，肝硬化患者通常在低氧性血管收缩方面较差）。

再来看一个病例

一位老年女性因手腕撕裂伤来急诊就诊抱怨。进一步的历史显示，她在家里多次摔倒。生命体征显示她的室内空气氧饱和度为 70%！尽管如此，她绝对没有呼吸系统疾病。

她有发烧、白细胞增多、淋巴细胞减少和双侧 B 线。尽管使用了 100% 高流量鼻导管吸氧，但她仍然处于低氧状态，导致入住 ICU。

这是她的X光片：

根据这张 X 光片，再次进行了床旁胸部超声检查，结果显示右下叶致密实变并伴有动态支气管充气征——提示大叶性细菌性肺炎（她已经开始经验性使用头孢曲松和阿奇霉素，因此她的抗生素覆盖范围已经足够了）。

因此，该患者也因大叶性肺炎而表现出令人愉快的低氧血症！她正在通过实变的肺组织分流血液，导致低氧血症。她剩余的肺组织基本正常，使她能够毫不费力地清除二氧化碳（因此没有呼吸困难）。这与上面讨论的完全性肺叶塌陷患者基本相同。

根据我们的评估，我们越来越怀疑她患有大叶性细菌性肺炎。下一个问题出现了——如何控制她的低氧血症？ 

在以前，我们会因为顽固性低氧血症的细菌性肺炎给这名患者插管。不假思索。那是这种情况的教科书式管理。2018 年，100% 的共识是该患者需要插管。

但是……现在她看起来真的很好。使用 100% 高流量鼻导管时，她的饱和度已升至 80%多，但她没有不适。我们决定尝试清醒俯卧，这导致她的饱和度上升到 90 %。她仍没有不适。我们将 FiO2 降低到 90%。

第二天，她的饱和度继续上升和下降，有时会跌至 80 %的低点。然而，她的总体轨迹是康复之一。她逐渐好转，不需要插管。

最终，她的实验室显示肺炎球菌菌血症。她的 COVID PCR 结果呈阴性。所以她确实有一个经典的、永恒的表现——大叶性肺炎球菌性肺炎。用清醒俯卧和允许性低氧血症治疗。旧的又是新的。

低氧血症的方法：避免数字策略

在医学上，只要有可能，分类和治疗决策应基于对生理学和疾病过程的理解（而不是孤立的数字）。例如：

• 高 FiO2 水平的哮喘患者的 85% 饱和度表明严重的高碳酸血症或粘液堵塞——这非常令人担忧，并可能预示病情恶化。
• 因肺炎球菌性肺炎导致肺叶分流的患者在使用适当抗生素的情况下饱和度达到 85% 并不令人担忧——这种疾病的自然病程通常是逐渐消退的。只要患者感到舒适并保护他们的二氧化碳，就不太可能需要插管。 
• 85% 的饱和度可能是晚期先天性心脏病或间质性肺病患者 的慢性特征。

      因此，饱和度 (85%) 孤立地看意义不大。需要临床背景才能理解这意味着什么。仅基于饱和度或 ABG 值的插管或患者分类方法注定要失败。 

关键点

通用技术

血气分析

氧气疗法

气管插管、气管切开

心肺复苏

静脉置管

四大穿刺

机械通气

肝肺穿刺

血液净化

重症超声

ECMO

其他技术

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