患者安全和低流量麻醉

Jeffrey M. Feldman, MD, MSE; Samsun Lampotang, PhD, FSSH, FAIMBE

众所周知低流量麻醉具有一些优点,包括减少吸入麻醉剂的废物产生率、降低成本和减少温室气体效应。1 对个别患者,低流量麻醉还可减少肺部的热量和水汽散失。2 本文将着重阐述低流量麻醉的常见安全问题。本指导意见不作为低流量麻醉的全面实践指南,这种麻醉技术在文献中已有详尽描述,3同时也是即将发起的 APSF-ASA 医疗技术培训倡议所涵盖的一个主题。好消息是采用低流量麻醉所产生的风险很容易管理,患者安全问题不应成为减少新鲜气体流量的障碍。

“循环系统”的设计目的是通过允许呼出的麻醉剂重新回到患者的吸入气体中来减少麻醉剂的废物产生率(图 1)。二氧化碳 (CO2) 吸收是循环系统设计的基础。虽然二氧化碳 吸附剂是安全应用循环系统的前提条件,但吸附剂的存在并不能确保循环系统实际上会减少废物的产生率。为有效减少废物的产生率,需要由麻醉专业人士以允许呼出气体重回患者体内的方式来减少新鲜气体流量。4

图 1:理想化的环形系统示意图,其中 FGF 是分钟通气量的分数(当空气和氧气的通气速率分别为 1 L/min—0.5 L/min 时)。空气 = 黄色圆圈,氧气 = 绿色圆圈,药物 = 紫色圆圈。带有黑边的圆圈 = 呼出的气体或麻醉剂,其中的一部分将回到吸入支管中。需要指出的是,受呼出气体的二次循环的影响,在新鲜空气流中输送的氧气和麻醉药物浓度(FDO2 60% 和 FDA 2.5%)将不同于吸入浓度(FIO2 和 FIA),因为新鲜空气会与呼出气体(FEO2 和 FEA)进行混合。准确的浓度差异将取决于手术阶段,随着时间推移,差异将逐渐消失。FD = 输送分数,FI = 吸入分数;FE = 呼出分数;FGF = 新鲜空气流量;MV = 分钟通气量。

图 1:理想化的环形系统示意图,其中 FGF 是分钟通气量的分数(当空气和氧气的通气速率分别为 1 L/min—0.5 L/min 时)。空气 = 黄色圆圈,氧气 = 绿色圆圈,药物 = 紫色圆圈。带有黑边的圆圈 = 呼出的气体或麻醉剂,其中的一部分将回到吸入支管中。需要指出的是,受呼出气体的二次循环的影响,在新鲜空气流中输送的氧气和麻醉药物浓度(FDO2 60% 和 FDA 2.5%)将不同于吸入浓度(FIO2 和 FIA),因为新鲜空气会与呼出气体(FEO2 和 FEA)进行混合。准确的浓度差异将取决于手术阶段,随着时间推移,差异将逐渐消失。FD = 输送分数,FI = 吸入分数;FE = 呼出分数;FGF = 新鲜空气流量;MV = 分钟通气量。

低流量麻醉有时被描述为 1 L/min 的总新鲜气体流量。但是,在实践中,低流量麻醉并不是一个简单的数字。根据具体情况,1 L/min 的总新鲜气体流量可能太大而无法达到所需废物减少程度,或者太小而无法在回路中维持足够浓度的氧气或麻醉剂。出于本次讨论之目的,作者将最新的低流量麻醉实践定义为:将低于分钟通气量的新鲜气体流量,减少至与设备容量和医护人员舒适度相一致的最低水平,同时确保向患者提供安全而有效的照护。尽管减少新鲜气体流量无疑会减少废物产生率、成本和污染,但也可能会影响患者安全。

有效输氧需要吸入的氧气浓度能够维持血液中所需的氧气浓度。麻醉剂的需求量取决于在手术刺激和创伤情况下维持足够水平的催眠和生理稳定性的需求。随着新鲜气体流量减少和再呼吸的气流增加,新鲜气体中输送的浓度和患者吸入的浓度可能有很大差异。而且,随着新鲜气体流量降低,回路中的气体和药物浓度变化会更慢。临床实践中,低流量麻醉主要处理输送浓度和吸入浓度之间的关系。有必要指出的是,对二氧化碳浓度的控制由分钟通气量决定,且不受新鲜气体流量影响。

确保充足的氧气供应

由于新鲜气体流量减少,因此,担心由于输氧不足而导致患者产生低氧症或意外发生吸氧浓度过低是合理的。由于患者会消耗部分氧气,因此,呼出气体中的氧气浓度 (FEO2) 往往会低于吸入浓度 (FIO2)。随着再呼吸的气体百分比增加,FEO2 将与在新鲜气体中输送给患者的氧气混合 (FDO2),从而产生 FIO2。反之患者的呼出气体越多,FEO2 对 FIO2 的影响就越大(图 1)。

持续监测吸入氧气的浓度对于安全而有效的低流量麻醉实践至关重要。随着流量的减少,麻醉医师会估测可以维持理想吸入浓度 (FIO2) 的输氧浓度 (FDO2)。最终,患者的氧气消耗量和回路中的任何泄露都将决定输送给患者的 FIO2

持续监测 FIO2将有助于指导调整新鲜气体流量。由于采用低新鲜气体流量时 FIO2 变化缓慢,因此,可以设置一个高于最低安全水平的低氧浓度警报,这样一来,如果 FIO2 持续低于理想值,设备就会发出警报。

由于手术过程中的耗氧量相对恒定,因此,管理低流量麻醉期间吸入的氧气浓度相对简单。由于药物摄入速率随时间推移呈指数级下降,因此,管理吸入的麻醉剂浓度更具挑战性。

确保足够的吸入麻醉剂浓度

如上所述,安全递送麻醉剂需要有充分的麻醉剂浓度使患者失去意识,但也不能多到威胁生理稳定性。与氧气吸入情况类似,由于药物会被吸收,因此呼出的麻醉剂浓度 (FEAgent) 往往会低于吸入的麻醉剂浓度 (FIAgent),急救过程中除外。在手术早期,当药物的摄入量较高时,FEAgent 与 FIAgent 之间的差值可能很大。因此,较之于麻醉的维持阶段(此时麻醉剂的摄入缓慢,FEAgent 趋近于 FIAgent),在诱导期间减少流量并维持理想的麻醉剂浓度更加困难。

持续监测吸入和呼出的麻醉剂浓度对于安全而有效的低流量麻醉至关重要。吸入和呼出的麻醉剂浓度之间的差值表示摄入率。差值范围变窄时,摄入速度变慢,更易于减少流量,并维持回路中理想的麻醉剂浓度。尽管输送的麻醉剂浓度 (FDAgent) 由蒸发器的设置决定,但 FIAgent 可以表示患者正在吸入的药物浓度。随着流速减少,可能需要调高蒸发器设置,使其高于患者理想的最低肺泡浓度 (MAC) 水平,以使 FIAgent 和 FEAgent 保持在理想水平。与氧气输送一样,麻醉医师在实施低流量麻醉时为蒸发器设置预估参数,因此,持续监测麻醉剂浓度对于指导蒸发器和新鲜气体流速的设置至关重要。

在改变氧气和麻醉剂浓度时的新鲜气体流速管理

低流量麻醉实践所面临的一大挑战是呼吸回路中氧气和麻醉剂浓度的变化速率。变化速率的时间常数是麻醉机和呼吸回路的内体积(单位:L)除以新鲜气体流速(单位:L/min)。内体积可以是 5 L或更大,以便 1 L/min 的新鲜气体流速可能得出的时间常数为 5 min,并且可能需要花四倍常数的时间才能接近于平衡。

随着新鲜气体流速减少,氧气和麻醉剂的浓度将更加缓慢地变化,以达到新的平衡。因此,麻醉医师可以改变气体混合物和蒸发器设置,但是,在几分钟内无法明显看出对回路中浓度的最终影响。这是持续监测回路中氧气和麻醉剂浓度,以及使用高低警报限值来提醒缓慢变化(原本可能被忽视)的另一个原因。事实上,可能有必要提高总的新鲜气体流量,以确保氧气和麻醉剂浓度在必要时更快地变化。

七氟烷麻醉期间最低安全新鲜气体流速?

七氟烷的使用说明书显示,当新鲜气体流速不低于 1 L/min(持续时间不超过 2 MAC-小时)或不低于 2 L/min(对于较长时间的手术)时,七氟烷是安全的。5 此建议既不具备科学合理性,也不符合现代低流量麻醉实践。不过,考虑到 FDA 相关规定,麻醉医师可能不愿意将七氟烷流速减少到规定范围之外,以及“超适应证范围”给予七氟烷,这是可以理解的。在本期《新闻通讯》第 57 页的另一篇文章中,Brian Thomas JD(Preferred Physicians Medical 公司负责风险管理的副董事长)提供了关于与超适应证范围给药相关的某些实际法医学问题指南。本文将简要回顾相关的内容,这些内容将清楚表明,七氟烷的低流量限制是不必要的。

使用七氟烷时减少流速而导致的主要问题是化合物 A 在回路中的蓄积,以及可能的肾毒性。尽管人们对七氟烷可以与某些吸附剂发生相互作用而产生化合物 A 这一点没有任何疑问,但从未发现其会导致人类出现肾毒性。6 而且,在 FDA 发布了七氟烷的标签以后,已明确发现,化合物 A 是因七氟烷与含强碱(如氢氧化钾 (KOH) 和氢氧化钠 (NaOH))的吸附剂发生相互作用而产生的。7 还发现,消除 KOH 并将 NaOH 限制至低于 2% 的水平将生产出不会产生 化合物 A 的有效吸附剂。8 简言之,尽管化合物 A 所致的患者伤害尚未得到足够重视,但当使用某种能将强碱限制至 NaOH <2% 的二氧化碳吸附剂时,产生的化合物 A 没有任何风险。每种吸附剂均有安全数据表(可以从网上下载),其中显示了吸附剂的化学组成(图 2)。当按照前面说明的氧气浓度给予七氟烷时,任何新鲜气体流速均可以安全使用。

图 2:Drägersorb Free 的医疗安全数据截图。需要注意的是,已经明确说明了化学组成,氢氧化钠浓度为 0.5-2%。摘自 https://www.medline.com/media/catalog/Docs/MSDS/MSD_SDSD71242.pdf。访问日期:2022 年 4 月 4 日。对于任何商业化供应的 CO2 吸附剂,在公开的文件中,均可以查到相似的安全数据表。

图 2:Drägersorb Free 的医疗安全数据截图。需要注意的是,已经明确说明了化学组成,氢氧化钠浓度为 0.5-2%。摘自 https://www.medline.com/media/catalog/Docs/MSDS/MSD_SDSD71242.pdf。访问日期:2022 年 4 月 4 日。对于任何商业化供应的 CO2 吸附剂,在公开的文件中,均可以查到相似的安全数据表。

结论

安全而有效地实施低流量麻醉是一门艺术,需要麻醉医师了解循环系统的容量和限制,设置新鲜气体流速和挥发罐浓度,以估计患者需求,并持续监测导致形成回路的浓度。是否有兴趣在你的吸入麻醉剂给药实践中减少废物产生率和污染?请观看有关低流素麻醉的 APSF-ASA 课程,该课程将于 2022 年秋季在 APSF 网站上线。

 

Jeffrey Feldman(医学博士、工程硕士)是 APSF 技术委员会主席以及宾夕法尼亚州佩雷尔曼医学院费城儿童医院的临床麻醉学教授。

Samsun Lampotang(哲学博士、美国医学模拟学会会员、美国医学与生物工程院院士)是佛罗里达大学麻醉学院的 JS Gravenstein 讲席教授,同时也是佛罗里达大学麻醉学院医学教育培训办公室主任、CSSALT 与创新项目总监 。


Feldman 博士是 Medtronic、Becton-Dickinson 和 Micropore 公司顾问。Lampotang 博士不存在利益冲突。


参考文献

  1. Ryan SMR, Nielsen CJ. Global warming potential of inhaled anesthetics: application to clinical use. Anesth Analg. 2010;11:92–98. 20519425. Accessed April 22, 2022.
  2. Baum JA. Low flow anaesthesia. 2nd Edition. Butterworth-Heinemann. 2001. pp. 100–105.
  3. Feldman JM. Managing fresh gas flow to reduce environmental contamination. Anesth Analg. 2012;114:1093–1101. 22415533. Accessed April 22, 2022.
  4. Waters RM. Carbon dioxide absorption from anaesthetic atmospheres. proceedings of the Royal Society of Medicine. 1936;30:1–12. https://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1177/003591573603000102. Accessed April 22, 2022.
  5. Ultane (Sevoflurane). Revised 09/01/2003. https://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/label/2006/020478s016lbl.pdf. Accessed March 13, 2022.
  6. Sondekoppam RV et. Al. The impact of sevoflurane anesthesia on postoperative renal function: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Can J Anaesth. 2020;67:1595–1623. 32812189. Accessed April 22, 2022.
  7. Keijzer C, Perez R, DeLange J. Compound A and carbon monoxide production from sevoflurane and seven different types of carbon dioxide absorbent in a patient model. Acta Anaesthesiol Scand. 2007;51:31–37. 17096668. Accessed April 22, 2022.
  8. Kobayashi S, Bito H, et al. Amsorb Plus And Drägersorb Free, two new-generation carbon dioxide absorbents that produce a low compound a concentration while providing sufficient CO2 absorption capacity in simulated sevoflurane anesthesia. J Anesth. 2004;18:277–281. 15549470. Accessed April 22, 2022.