二氧化碳气腹对人体影响的研究进展

赵硕，帕尔哈提·阿布都热衣木

（新疆医科大学第六附属医院，新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐）

0 引言

腹腔镜手术的开展首先得建立一个气腹环境，在手术进行过程中，营造气腹这一环境就需要持续不断地往里充气，以保障术者能顺利进行手术。从无色、无味、不会燃烧、也不会产生爆炸，且对人体无毒、无害的角度，且易溶于血液，不会造成空气栓塞，泄出去，氦气、笑气曾都被作为考虑对象，但各自因其无法弥补的缺陷而未做考虑，最后选择了CO2，同时CO2也具有相对经济、容易获取、方便存储等优点。有文献认为CO2气腹对人体的影响较小，但CO2气腹作用时间过长时，对于人体可产生严重的酸中毒，气腹压力过大也会对人体各个系统造成不同程度的损害，CO2气腹的影响不能被忽视。现对 CO2气腹对患者呼吸、循环系统、肝功能及其他重要生理功能的影响进行简单综述。

1 CO2 气腹对呼吸系统的影响

有学者研究发现，CO2气腹可诱发肺脏氧化应激反应，肺组织MDA 和 8-异构前列腺素 F2α 水平与呼吸动力学参数存在一定的相关性，与 Cdyn 呈负相关，d Ppl 和 RI 呈正相关。

Nrf2 可能参与了 CO2气腹诱发的肺脏氧化应激，并激活其调控基因 HO-1，m RNA 和蛋白水平的表达增强，Keap1-Nrf2/ARE可能是 CO2气腹诱导的肺脏氧化应激的分子机制之一[1]；有学者运用二氧化碳(CO2)气体制造人工气腹，选用大鼠作为实验动物模型进行研究二氧化碳气腹对大鼠呼吸动力学的影响，根据气腹的持续时间长度，我们将大鼠分为7组，发现不同长度的气腹持续时间，对呼吸动力学作用结果是不同的，结果表明，呼吸动力学变化是暂时的、可逆的，表现为 mv 和 cdyn 的下降，dppl 和 ri 的上升，随着气腹的释放，可在短时间内恢复到气腹前的水平，Cdyn与肺脏 MDA 和 8-iso PGF2α 水平呈负相关，d Ppl 和 RI 与肺脏MDA 和 8-iso PGF2α 水平呈正相关[1]。

闫焱选择择期腹腔镜胆囊切除术患者60例，其中30例行腹腔镜胆囊切除术，30例行后腹腔镜肾切除术或肾上腺切除术，结果发现CO2气腹对 vt-alv 和 mvalv 有轻微影响，仅在气腹和放气时减少和增加。在气腹期间，cdyn 下降，PIP、 ETCO2、 VCO2和RAW 上升，并在通缩后逐渐恢复。对这几项参数的影响与气腹时间和部位有关[1]；人工气腹的建立对患者呼吸功能发挥作用，对于中老年患者，因中老年患者身体脏器组织代谢与青年人的组织代谢差异大，术中行人工气腹易发生低氧血症、高碳酸血症、外周血管阻力下降、心肌缺血缺氧及心律失常[2]；有学者选取75例行腹腔镜胆囊切除术的患者，气腹压为12-14mmHg，观察指标主要为腹腔镜胆囊切除术中气腹后1min、5min、10min与二氧化碳气腹前患者的心血管指标变化，气腹后1、5、10min 二氧化碳气腹与二氧化碳气腹组比较，差异有统计学意义(P＜0.05) ，结果显示，与术前相比，术中气腹后收缩压、舒张压和气腹平均动脉压显著升高，但随着二氧化碳气腹时间的延长，升高趋势逐渐减弱，患者的心率和氧合作用在整个手术过程中保持稳定。在腹腔镜胆囊切除术中，二氧化碳气腹可对呼吸系统以及循环系统产生影响，但是这种影响处于可控范围，通过有效的监测，能够降低对患者心血管的影响[2]；林娟等研究发现，在腹腔镜胆囊切除术中，研究者依据不同的CO2气腹压力值分为3组，来进行腹腔镜胆囊切除术，检测的10 mmHg组患者的PaO2显著高于12 mmHg 组和15 mmHg 组，12 mmHg 组患者PaO2显著高于15 mmHg组，这个研究说明在腹腔镜胆囊切除术中设置的CO2气腹压力值的不同，接受不同CO2气腹压力值进行手术的患者机体的肺通气与肺换气受的影响的程度不同[3]；有学者做出研究，每组40例，分为2组，气体压力分别为10mmHg 和15mmHg，行腹腔镜胆囊切除术。比较两组呼吸系统在不同气腹压力下的变化情况，并把气腹前、气腹后的指标变化进行比较，两组气道压力和PETCO2均明显升高。 10mmHg 组气腹后气道压力、 paco2和 petco2明显低于15mmHg 组，PaO2明显高于对照组(P＜0.05)。这个研究说明腹腔镜胆囊切除术对机体的呼吸系统有短期紊乱影响[4]；腹腔镜手术中的气腹压力对呼吸功能的影响主要是通气功能的改变，CO2气腹引起腹内压升高、膈肌上抬，使肺顺应性下降[5]，气道压力上升，影响肺的通气功能，导致肺泡通气量下降，使PaCO2明显升高。

2 CO2 气腹对循环系统的影响

腹腔镜检查中的气腹压力对循环功能的影响是通过高碳酸血症和高腹内压来调节的。高碳酸血症可刺激颈动脉体和主动脉体内的化学感受器，导致交感神经兴奋，儿茶酚胺、肾素－血管紧张素、血管加压素的释放增加，对心血管系统产生明显的兴奋作用，使平均动脉压(MAP)升高[6]；腹内压升高可引起下腔静脉中血流回流受阻，体循环的阻力变大，造成心排血量减少，反射性引起交感神经和交感缩血管神经活性增加，使外周血管口径变小，动脉血压上升[7]；不同的气腹压力对呼吸、循环功能和应激反应有不同的影响，低气腹压力值要比≥15mmHg的高气腹压力值作用在机体产生影响较小，临床常采用低气腹压(10-12mmHg)进行操作，对机体呼吸、循环功能影响小[8]；有学者设定的分别分为10mmHg、15mmHg的气体压力把病人按气体压力的不同分为运用在腹腔镜胆囊切除术中，研究发现10mmHg和15mmHg的气腹压力均可以满足完成手术的需要，10mmHg的气腹压力对呼吸、循环的功能影响较小[9]；在胆囊切除术中，根据年龄将患者分为老年组和青年组。 各组气腹压为12mmhg，气腹前5min，气腹后5min，气腹后10min，放气后5min。结果与气腹前5分钟比较，气腹后5min和10min，MAP(平均动脉压)和SVR(外周血管阻力)显著增加(P＜0.01)，心脏指数 (CI)显著下降 (P＜0.01)。气腹后 5min、气腹后10min时老年人组HR明显快于青年组，CI明显低于青年组，MAP及SVR明显高于青年组(P＜0.05)[10]；结果提示: 胆囊切除术中老年患者术后血流动力学波动程度明显高于年轻患者，;心脏负荷和心肌耗氧量的突然增加可能是冠状动脉疾病和缺氧的潜在危险因素，并可能诱发严重的心血管事故。因此，临床管理应重视老年患者，加强术中血流动力学监测，避免心脑血管意外的发生。

有学者研究认为，气腹后SVR(血管外周阻力)升高，是由机械和神经内分泌因素共同介导的，研究发现，气腹期间，儿茶酚胺(catecholamine)、肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system)、血管加压素(vasopressin)的含量都提升，三者含量的提高与血管外周阻力升高密切相关[11]，心脏指数(CI)的降低与腹内压力值增高引起的心脏面临的前后负荷的改变有关，CO2扩散进入血液，形成高碳酸血症对心肌的直接作用也成为一个降低心脏指数的影响因素之一[12]；气腹后MAP升高与体循环阻力升高有一定的相关关系，有研究报道[13]，在较低的二氧化碳气腹压力下，二氧化碳气腹亦会引致腹内压力增加，令腹内器官及组织受到机械压迫，从而减少腹腔内脏的血液流动，以及把储存的血液从内脏输送到体循环，引致全身血液重新分布，导致静脉回流增加，血压上升。

上海中医药大学附属普陀医院麻醉科倪强等做研究发现，在腹腔镜胆囊切除术中，病人取左侧头高20°体位，即反曲氏位（rT位），以使心脏充盈压降低[14]；本研究检查了腹腔镜胆囊切除术中二氧化碳气腹和患者手术过程体位姿势变化对患者血流动力学的影响，证明二氧化碳气腹减少了静脉回流和心脏前负荷。合并反曲氏位（rT位）时，减少右心房与上、下腔静脉的血容量，导致整个正压通气过程中每搏量（SV）均降低，脉压变异度（PPV）剧烈升高[12]。此研究结果显示，脉压变异度（PPV）在创建人工气腹时、反曲氏位（rT位）时、气腹建立15min 后三个时间点与病人入室时及气管插管后5min时点相比明显升高，调整为反曲氏位（rT位）的 T3 时点后，此研究显示 动脉收缩压（SAP）、平均动脉压（MAP）、血管外周阻力（SVR）明显上升，原因与 CO2气腹合并反曲氏位（rT位）共同发挥作用有密切关系，脉压变异度（PPV）在创建人工气腹时、反曲氏位（rT位）时、气腹建立 15 min 后三个时间点与病人入室时及气管插管后5min时点相比明显升高， 调整为反曲氏位（rT位）的 T3 时点后，此研究显示 动脉收缩压（SAP）、平均动脉压（MAP）、血管外周阻力（SVR）明显上升，原因与 CO2气腹合并反曲氏位（rT位）共同发挥作用有密切关系[15]。

重力对血液的作用，也能使静脉血回流进一步减少，导致心脏前负荷减少。在腹内压的持续压迫下，左心室射血阻抗增高，心脏后负荷增加，使SVR 升高，与李涛等[16]和程勇等[17]研究一致；有学者发现，在腹腔镜胆囊切除术中，二氧化碳气腹降低了心输出量CO和每搏量(SV)，增加了外周总外周阻力(SVR)和脉压变异度(ppv)，而且对血压没有显著影响，研究发现，增加心脏后负荷，增加心肌耗氧量，可能导致心肌缺血的风险增大、心肌梗死或心力衰竭的潜在风险。室性心动过速导致心室壁张力变大，冠脉血流量减少，左室功能障碍。CO2气腹合并反曲氏位（rT位）使外周血管阻力(SVR)进一步升高，从而使血压发生明显变化[18]；因此，在腹腔镜手术中应充分考虑气腹和体位对患者血流动力学的影响，并根据患者的个体差异采取相应措施，以减少或预防可能的手术并发症。

3 CO2 气腹对肝功能的影响

杨金玉等选择青海高原地区人民医院，地处海拔高度3000m左右，选取了90例患者，采用双盲法和随机法分为3组。分别在不同CO2气腹压力值下行腹腔镜胆囊切除手术，通过收集血液学指标，研究三组患者肝功能的变化及差异，探讨在高海拔地区应用低CO2气腹的可行性；根据二氧化碳气腹压力的差异，将患者分为低气腹压力值10mmHg 组、中气腹压力值12mmHg 组和高气腹压力值14mmHg 组；二氧化碳气腹是影响腹腔镜胆囊切除术患者肝功能的主要因素。10mmHg组气腹对肝功能的影响较小，气腹压力值越高，肝功能损害程度越大，气腹压持续时间越长，谷丙转氨酶、天冬氨酸氨基转移酶、总胆红素和直接胆红素的波动幅度越大在术后第3天最大，与术前第1天相比，12mmHg组和14mmHg组的 ALT、AST、TBIL、DBIL水平显著高于术前第1天(P＜0.05);术后第3天与术前1天比较，3组ALT、AST 明显高于术前1天，MP组和HP组 tbil、dbil 明显高于术前1天(P＜0.05)；术后第5天，LP组肝功能与术前1天比较无显著性差异，MP组ALT、DBIL、HP组谷丙转氨酶、天冬氨酸氨基转移酶、总胆红素总胆红素总胆红素、直接胆红素总胆红素明显高于手术前(P＜0.01)，仍维持在较高水平。然而，对碱性磷酸酶和间接胆红素(IBIL)没有显著影响，术中0.5小时后，三组之间无显著性差异；与低气腹压组和中气腹压组相比，高气腹压组患者肝细胞内过氧化产物丙二醛(MDA)活性显著增高，而超氧化物歧化酶(SOD)、还原性谷胱甘肽(GSH)、过氧化氢酶(CAT) 活性显著降低[18]，结论: 高海拔地区腹腔镜胆囊切除术的 CO2气腹压选择与平原地区不同，应采用低气腹压;超氧化物歧化酶(SOD)、还原性谷胱甘肽(GSH)和过氧化氢酶(CAT)是重要的细胞内抗氧化酶和自由基清除剂，在机体的氧化和抗氧化稳态中发挥重要作用，含量越高，抗氧化能力越强[19,20]；而丙二醛(MDA)是作为一种自由基攻击生物膜中多不饱和脂肪酸引起脂质过氧化作用产生的脂质过氧化物，丙二醛(MDA)的含量可作为自由基含量多少的指示物，能间接反映生物膜受损伤的程度[21]；有研究表明腹腔镜手术CO2气腹的建立可减少肝脏的血流量[22]；虽然许多实验表明肝动脉血流量减少不明显，但门静脉血流量减少的观点是一致的；有研究表明[23]；慢性缺氧可导致超氧化物歧化酶(SOD)含量显著降低，丙二醛(MDA)产生显著增加，提示缺氧可导致肝细胞质膜损伤性增加，肝细胞抗氧化能力降低，提示慢性缺氧可能导致肝功能损伤。

肝细胞高度依赖血液灌注和氧气供应，以维持庞大的代谢功能，因此对低灌注和缺氧高度敏感。腹腔镜胆囊切除术中，由于气腹在短时间内迅速升高和降低，出现了一定程度的缺血再灌注损伤，肝脏在短时间内产生了较多的自由基。术中取肝组织，测定丙二醛(MDA) 、超氧化物歧化酶(SOD)、还原型谷胱甘肽(GSH)及过氧化氢酶(CAT)的含量。与低气腹组(LP)、中气腹组(MP)相比，高气腹组(HP)中丙二醛(MDA)含量显著升高，但超氧化物歧化酶(SOD)、还原性谷胱甘肽(GSH)和过氧化氢酶活性降低，且气腹压越高，肝脏产生自由基的可能性越大，肝功能损害越大；因此，腹腔镜胆囊切除术后肝功能的异常可能和上述机制有关，而对于长期居住在缺氧的高海拔地区的患者来讲，上述机制对术后肝功能的影响更加显著[24]；Omari等[25]研究发现，腹腔镜胆囊切除术后24小时，除碱性磷酸酶外，所有肝功能指标均有统计学变化，这可能与气腹有关。气腹对肝功能的影响只是暂时的，术后72小时可以恢复到术前水平；而这个研究的结果显示[24]高气腹(HP) 组术后第5天，谷草转氨酶(AST)、谷丙转氨酶(ALT)、总胆红素(TBIL)、直接胆红素(DBIL)这可能与高原肝细胞对缺氧损伤的高敏感性有关，但其具体机制有待进一步研究。

有研究报道，就8～12mmHg与13～15mmHg气腹压力对腹腔镜胆囊切除术患者肝肾及循环状态的影响程度进行比较，结果显示，8～12mmHg气腹压力患者的(血氧饱和度)SpO2高于13～15mmHg者，其他肝肾功能指标及循环状态相关指标均低于13～15mmHg者，说明 8～12mmHg 的气腹压力水平对本类手术患者的机体其他组织器官损害相对更小[26-28]，此过程中，高气腹压力值对腹主动脉的压力很大，使回心血量相对更少，同时外周血管阻力发生较大波动[29-32]，循环系统发生的血液循环灌注的异常对于手术减少损害、术后的康复都有害处[33-35]，这项研究发现，在接受腹腔镜胆囊切除术的病人中，8到12毫米汞柱的气腹压更有效和安全。

4 CO2 对免疫系统的影响

胡明辉等对62例HIV感染胆囊炎或胆囊结石胆囊切除术患者，通过检测术前、术后 CD8计数、 CD4计数，观察腹腔镜胆囊切除术LC对免疫力不同程度胆囊切除术感染者(HIV)细胞免疫功能的影响，研究发现腹腔镜胆囊切除术(LC)和全麻胆囊切除术造成的创伤和应激与免疫抑制和恢复过程类似，本研究还提示手术后的免疫抑制和恢复程度呈连续渐变的线性关系，未见“分界线”，这表明：所有HIV感染者的免疫功能都应给予重视, 即使CD4≥500 cell/μL也并非绝对安全[36]；有学者的研究，增进了我们医师对艾滋病毒感染对细胞免疫的影响的认知；研究发现，腹腔镜胆囊切除术的气腹中CO2，还可使腹膜受损，有研究发现CO2对腹膜间皮细胞的机械高压、化学损伤(酸中毒)致基底膜暴露，底层结蹄组织剥脱、表面负电荷变性等使瘤细胞易于粘附生长与种植转移[37]，有学者研究发现，通过细胞及动物实验显示，CO2气腹对肿瘤细胞的基质粘附有促进作用从而认为增强了癌细胞侵袭力[38]；一项研究将60例急性胆囊炎患者随机分为低压气腹组(8-10mmhg)和高压气腹组(12-14mmhg) ，测定血清C-反应蛋白(CRP)、白细胞介素 -6(IL-6)和肿瘤坏死因子 -α(TNF-α)水平，探讨二氧化碳气腹对腹腔感染炎症反应的影响。结果显示，高压气腹组血清C-反应蛋白(CRP)、白细胞介素-6(IL-6)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平显著高于低压气腹组；低气压气腹较高气压气腹对腹腔内感染影响较轻，这项研究中CRP从术后3h开始升高，低气压组水平低于高气压组并有统计学意义，提示高气压组表达强度强，而低气压组炎症反应轻[39]；杨成林[40]等分别测定开腹手术和腹腔镜胆囊切除术患者治疗前后血清炎症因子水平，并与开腹手术和腹腔镜胆囊切除术患者进行比较，探讨腹腔镜胆囊切除术治疗对胆囊结石患者炎症因子的影响，发现开腹手术组血清 c-反应蛋白(CRP)和白细胞介素6(IL-6)水平明显低于开腹手术组(P＜0.05）；腹腔镜组呼吸道感染及腹腔感染发生率明显低于开腹组(P＜0.01)，腹腔镜气腹组不良反应发生率明显低于开腹手术组(P＜0.05)。两组伤口感染发生率差异无统计学意义。本研究提示腹腔镜胆囊切除术治疗胆囊结石能明显提高手术疗效，降低术后炎症反应程度和不良反应发生率，值得临床推广应用。

5 展望

腹腔镜手术相对于传统手术创伤较小，腹腔镜手术所应用的气腹对腹腔内肝脏、血流动力学、肺通气、肺换气、机体免疫系统等组织器官的功能、代谢的影响值得重视，腹腔镜胆囊切除术的进行要根据患者的病情、机体状态来决定是否患者具有适应症，尤其对某些高危患者群体的作用显得举足轻重。大部分文献未能详细提及随机分组的科学依据，采用的统计学分析方法多存在错用、乱用，数据的真实性、分析的准确性、科学性较差，以回顾性研究为主，高质量的前瞻性的临床研究极少，仅仅有少部分实验动物模型进行的CO2气腹研究，论据较差，微创手术的理念是非常高尚的，如果进行气腹下的不同病变对应的腹腔镜手术，在组织、器官上进行的各种剥离、组织离断、血管结扎、组织的重建过程再加上CO2气腹压力对组织器官的机械压迫、CO2气体吸收入血产生的化学作用，这三方面的如何在腹腔镜手术中进一步减轻对人体的损伤，有许多微观机制未探究清楚，有待微创外科进行新课题的高质量的前瞻性研究来得出有益于减小微创技术带来的损伤。