允許性高碳酸血癥對腹腔鏡手術老年患者術后認知功能的影響及研究進展

Impact and Research Progress of Permissible Hypercapnia on Postoperative Cognitive Dysfunctiol in Elderly Patients Undergoing Laparoscopic Surgery/MIN Xue， LYU Zhijian， LI Kongbing， JIA Yujie WANG Dongmei. //Medical Innovation of China， 2025， 22（10）： 183-188

基金項目：青海大學附屬醫院（臨床醫學院）科學創新基金項目（FYXC-2024-06）

通信作者：呂志堅

[Abstract]In current medical practice， with the extensive application of laparoscopic technology in elderly patients， postoperative cognitive dysfunction （POCD）has become a key problem affecting the rehabilitation and quality of life of elderly patients. Permissible hypercapnia （PHC）is an acceptable respiratory acidosis resulting from theuse of low tidalvolume protective ventilationstrategies.Clinical studieshave shownthat theapplication of PHC in laparoscopic surgery can improve postoperative cognitive function in elderly patients through various mechanisms.It is important to note that although PHChas shown potential benefits in multiple studies， several key issues regarding its use inelderly patients remainunclear：first， the mechanismof overall effect of PHC on the physiological status ofelderly patients hasnot been fully elucidated； secondly，the specificrole of PHC strategy in postoperativepain managementand itspotentialimpact onpostoperativecognitive function stillneed tobe further verified；finally，thereis stillalackofclear clinicalconsensus onkeyparameterssuchasallowablelimitsandsafe limits for CO during PHC therapy. In this paper， we reviewed the influence of PHC ventilation strategy on elderly patients undergoing laparoscopic surgery and the related mechanisms.

[Key words] Permissible hypercapnia Postoperative cognitive dysfunction Laparoscopic surgery Elderly patients

First-author's address： Surgical Anesthesia Center， Afliated Hospital of Qinghai University， Xining 810001， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2025.10.043

術后認知功能障礙（POCD）是術后常見的并發癥之一，在老年患者中尤其普遍。POCD表現為手術后記憶力、注意力和信息處理速度等認知功能的下降，嚴重影響患者的生活質量與康復進程。其發病機制復雜，涉及多種因素，包括神經環路機制、中樞膽堿能系統退化、炎癥反應等。在此背景下充許性高碳酸血癥（PHC）作為一種新興的圍手術期管理策略，近年來受到了廣泛關注。PHC是通過調控患者的動脈二氧化碳分壓（ ）至相對較高水平，改善腦氧合，減輕缺血再灌注損傷和減輕炎癥反應，進而對POCD產生積極影響。盡管PHC的具體機制尚不完全明確，且其臨床應用仍需進一步優化，但已有研究表明PHC在改善術后認知功能方面具有潛力。因此，本文將對近年來關于POCD和PHC的研究結果進行綜述，以期為臨床實踐提供更加合理的指導。

1 POCD的病因及機制

POCD的病因是一個多因素的綜合結果，包括但不限于麻醉藥物對腦神經的可能損害、腦梗死和腦出血等腦血管事件的發生、腦部受到的外力損傷，以及神經退行性疾病如阿爾茨海默病的存在。此外，患者的年齡、術前的認知水平、手術的類型及其持續時間，甚至圍手術期的各種并發癥，都可能對術后認知功能產生不良影響。這些因素相互作用，使得POCD的成因變得復雜且多樣。

1.1機制

盡管POCD的確切機制仍然是一個謎團，但現有的理論和研究已經揭示了其中的部分機制。以下是對POCD機制的一些概述和解釋。

1.1.1神經環路機制樹突棘是神經元上的棘狀凸起，其密度可以反映神經元儲存信息和傳遞信息的能力進而影響認知功能。有研究發現，術后LHb-VTA神經環路的過度興奮可能與POCD的發生有關。這一機制中，側韁核（LHb）與腹側被蓋區（VTA）之間的相互作用導致VTA腦區內N-甲基-D天門冬胺酸（NMDA）受體的激活，進而引發內質網應激、炎癥反應和細胞凋亡2。這些過程最終減少了前額葉皮層（PFC）和海馬（HIP）的樹突棘密度，從而參與POCD的發生。

1.1.2中樞膽堿能系統在學習、記憶、注意力等認知功能的調控系統中，中樞膽堿能系統發揮重要作用，神經系統中廣泛分布的一種調節性神經遞質乙酰膽堿，這種遞質的受體可參與調節認知功能。麻醉過程中經常使用的M-膽堿受體阻斷藥可能影響乙酰膽堿（Ach）的合成、釋放和攝取等功能，而給予擬膽堿能藥物則可增強注意力和記憶力，改善認知功能3。除此之外衰老也可能導致中樞膽堿能系統發生退行性改變，這些變化可能與POCD的發生存在一定的關聯性。

1.1.3炎癥反應傳統的觀點認為，在中樞神經系統中存在的血腦屏障可保護使其不受到外周炎癥反應的影響。但據目前研究結果顯示外周炎癥反應產生的大量炎癥因子可通過弱化腦脈管系統內皮細胞間的緊密連接，進而使血腦屏障的通透性增加，外周炎癥產生的白細胞進入腦部，產生中樞系統的炎癥反應，影響認知功能5。手術和麻醉可能引發炎癥反應，導致炎癥因子的釋放，如白細胞介素 -1β （ IL-1β ）、白細胞介素-6（IL-6）和腫瘤壞死因子 -α （TNF-α）等。這些炎癥因子可能通過抑制長時程增強（LTP）的誘導形成、激活小膠質細胞進一步釋放炎癥因子，以及作用于NMDA受體等方式，對認知功能造成損害。

1.1.4其他因素除了上述機制外，還有一些其他因素可能與POCD的發生有關，如突觸功能受損、蛋白功能異常、易感基因、氧化應激、晝夜節律紊亂及鐵穩態失衡等。

總的來說，POCD的機制是復雜且多方面的，可能涉及多個系統和通路的相互作用。目前的研究還在不斷深人，以期更全面地揭示POCD的發生機制，并為防治提供新的思路和方法。

2PHC概述和應用現狀

PHC是由于采用肺保護性機械通氣策略所引發的。在實際運用小潮氣量機械通氣的過程中，由于每分通氣量的減少，機體在清除二氧化碳方面的能力也會相應減弱，進一步導致了動脈血液中二氧化碳濃度的上升。這種策略雖然會導致一定程度的 留，但其主要目的是減少呼吸機相關性肺損傷的風險。

2.1急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）

國際上已經進行了多項關于充許高性碳酸血癥在ARDS患者中的安全性和有效性的臨床試驗，這些研究不僅關注PHC這一通氣策略對于急性呼吸窘迫綜合征的影響，還論證性探討了PHC在改善急性呼吸窘迫綜合征中的不良效應。旨在為臨床提供更全的對PHC的掌握。

目前有文獻指出，在ARDS中，提倡使用低潮氣量和低氣道壓力的肺保護性通氣策略，因為這些策略有很大的改善效果的潛力。這些策略可能是以高碳酸血癥和高碳酸性酸中毒為代價的。涉及PHC的雙面效應，一是起到積極作用：PHC可能通過減輕肺部炎癥和氧化應激而具有保護作用，同時，PHC也可能通過抑制肺泡傷口修復、肺泡液的重吸收和肺泡細胞增殖而具有毒性作用9

與此同時，國外研究者還關注PHC在早產兒呼吸窘迫綜合征中的應用，在成年人中，PHC可降低死亡率和通氣持續時間。然而，在早產兒中，過去關于PHC的療效和安全性的研究結果存在爭議。一項研究通過測量左右分流和通氣／灌注（VA/Q）比率來量化早產兒 升高與氧合損傷的關系，發現應用PHC這一通氣策略，早產兒可以耐受高水平的 ，以最大限度地減少肺損傷，然而高碳酸血癥可能直接損害氧合。患有呼吸窘迫綜合征或支氣管肺發育不良的早產兒，二氧化碳水平升高與氧合受損顯著相關。然而根據目前發表的一篇文章，該文章主要通過提取數據，評估偏倚風險，并評估證據質量（CoE），使用隨機效應模型對隨機對照試驗進行薈萃分析，揭示了一個非常低的CoE，即持續高碳酸血癥策略既沒有提供任何顯著的肺和神經發育益處，也沒有造成傷害2。由于這項系統綜述的樣本量不足以評估所有結果，因此有必要進行未來的研究。

2.2 預防呼吸機相關性肺損傷

PHC在預防呼吸機相關性肺損傷方面具有一定的保護作用。根據多項研究文獻報道，采用PHC策略能夠減少機械通氣時的氣道壓力和肺過度膨脹，從而降低呼吸機相關性肺損傷的風險[3]。這一策略通過減少潮氣量和氣道壓力，使肺部受到更少的機械性損傷，有助于保護肺組織。同時，高碳酸血癥本身也具有一定的抗炎作用，可以進一步減輕肺部炎癥反應，可能的機制是高碳酸血癥抑制了環氧化酶-2蛋白的產生4。對預防呼吸機相關性肺損傷具有積極意義。因此，在臨床上，對于需要機械通氣的患者，采用PHC策略可能有助于降低呼吸機相關性肺損傷的發生率。

3 PHC改善POCD的可能機制

國內外針對PHC對腹腔鏡手術老年患者術后認知功能影響的研究已逐步展開，旨在深入探討該策略改善患者術后認知功能的各類機制。

3.1 腦氧代謝

研究表明，采用PHC通氣策略的老年患者，在術中及術后的腦氧代謝水平得到明顯優化，這可能與該策略降低腦氧需求、增加腦組織氧供應有關。

一項研究聚焦于胸腔鏡食管癌根治術的老年患者，發現應用PHC可顯著提高患者的腦氧飽和度（ ）來優化腦氧供需平衡，最終減少術后神經系統并發癥的發生5。此外，這種方法還有助于減輕術中的血流動力學波動，從而為患者提供更加穩定的圍術期環境。

進一步的研究將視角轉向了非急性期脆弱腦功能的老年患者。Wong等指出在這一特定人群中，PHC的應用同樣顯示出積極的效果。通過維持較高的 水平，能夠在一定程度上提升術中局部 ，進而對術后早期的認知功能結局產生正面影響。盡管如此，羅宏等則表明雖然PHC可以有效改善腦氧合指標，但對于術后早期認知功能的改變并不顯著。這提示對于其作用機制和長期效果仍需更深入地探討。

而對于特定的老年慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者，通過采用小潮氣量聯合適當的外源性呼氣末正壓（PEEP）作為主要措施的肺保護性通氣策略，可有效減輕急性肺損傷，同時改善肺內分流和氧合情況8。PHC 發生時，機體內 的水平會上升，進而觸發腦血管擴張反應，使得腦血流量增加。這一過程不僅降低了腦組織發生潛在缺血缺氧的風險，還優化了腦部的氧代謝效率。最終，通過這一機制，PHC 顯著減少了POCD的發生率[%。因此，為了預防腦缺氧并降低POCD的發生率，應盡早采取干預措施來應對 的下降，實施腦保護措施。這樣做不僅有助于防止腦缺氧，還能減少POCD的發生，進而提升患者術后的生活質量。

3.2 炎癥反應

現代醫學研究顯示，局部器官的炎癥反應和損傷與炎癥因子密切相關。PHC通過適度提升 的水平，能有效抑制與炎癥相關的通路激活，進而減少細胞間黏附因子和白細胞介素的產生，最終達到抑制炎癥因子表達的效果[20]。在炎癥反應中，最早出現促炎因子是TNF- α 、IL-6。

鄭榮芝等發現在腹腔鏡闌尾手術中應用PHC通氣策略后可以有效降低機體炎癥反應，進而減少TNF- α 、IL-6的產生。何明楓等2則證實在肺葉切除術中應用PHC通氣策略不僅可以有效抑制患者單肺通氣后萎陷側肺的炎癥反應，并能改善肺臟的彌散功能和順應性。此外，在腹腔鏡胃癌根治術中應用PHC通氣策略，也可以有效減少外周血清中TNF- α 和IL-6的含量[23]。這些發現為進一步探討PHC在手術中的應用可以減少炎癥反應提供了有價值的依據。

研究表明，手術創傷所產生的炎癥因子IL-6和TNF- α 釋放至血液循環系統中，不僅可以直接作用于中樞神經系統，還通過間接機制觸發中樞炎癥反應，進而對中樞神經功能產生負面影響，可能導致 。進一步深入分析表明， S100β 蛋白主要由神經膠質細胞和施旺細胞分泌。在正常生理狀態下，這種蛋白發揮著多重關鍵功能，包括增強認知功能及營養神經細胞，對于維持神經系統的健康與功能至關重要[25]。然而，當 S100β 蛋白的濃度超過某一臨界值時，其性質發生轉變，表現出神經毒性作用，可能對神經系統造成損害2。因此，對S100β 蛋白的精準調控和監測在神經科學研究及臨床實踐中具有極其重要的意義。在急性顱腦損傷的情況中， S100β 蛋白及IL-6在局部和全身水平上都會顯著增加。應用PHC策略后，老年患者術后腦損傷標志物 sl00 β"蛋白的濃度變化相較于對照組顯著減小，由于 s100 β 蛋白與IL-6濃度的變化趨勢是一致的，因此這兩者之間可能存在上下游的關聯性，為進一步探索腦損傷的機制提供了新的線索[27-28]。

3.3血清學神經功能指標

目前臨床上研究表明血清學神經功能相關指標腦源性神經營養因子（BDNF）、神經元特異性烯醇化酶（NSE） β 淀粉樣蛋白（ A β）同型半胱氨酸（Hcy）是被證實與人體神經功能密切相關的指標。其中，BDNF具有神經營養功能，在神經損傷后表達量減少[2%]。神經組織中存在NSE 特異性，在神經損傷后早期大量釋放到腦脊液和外周血中[30]。Aβ 是阿爾茲海默癥的主要致病因子，通過激活小膠質和星形膠質細胞，伴隨炎癥反應，導致突觸進行性損傷，改變神經元離子平衡狀態，產生氧化應激損傷和神經元細胞死亡，逐漸引起癡呆3。目前推測，POCD患者也有一定數量的 Aβ 、Hcy可通過誘發腦血管病變而導致癡呆的發生，所以這些血清學神經功能相關指標能敏感地反映患者的神經功能[32]。陳立新等[33]則證明與對照組比較，應用PHC通氣策略組患者術后 24h 血清中BDNF含量較高，NSE、Aβ、Hcy含量較低，說明PHC能有效降低老年腹腔鏡手術患者術后認知功能損傷。

值得注意的是，盡管現有研究為允許高碳酸血癥在老年腹腔鏡手術中的應用提供了理論支持，但自前的研究仍存在樣本量小、研究設計單一等局限，未來的工作需要在更大范圍、多中心及長期隨訪的

基礎上進行驗證。

綜上所述，PHC作為一種圍手術期管理策略，在國內的研究現狀中表現出潛在的臨床價值。通過精細調節 水平，不僅可以改善老年腹腔鏡手術患者的腦氧代謝，而且有望對他們的術后認知功能產生積極作用。然而，要全面評估其臨床應用效果，還需更多高質量、深入地研究以支撐。

4發展的趨勢

在探討PHC對腹腔鏡手術老年患者術后認知功能的影響這一主題時，發展趨勢的討論成了一個不可或缺的環節。隨著醫學研究的深人和臨床技術的進步，對于這一領域的認知逐漸深化，新的觀點和技術不斷涌現。

既往研究表明，PHC策略具有多方面潛在益處。維持較高的 水平可改善腦氧代謝，可能與高碳酸血癥促使腦血管舒張、增加腦部血液供應有關[34。同時，適度高碳酸血癥還能降低術中肺損傷風險，因為它能減小機械通氣時的氣道壓力和潮氣量[5。進一步地，針對老年患者的研究顯示，PHC策略能顯著提高腹腔鏡術后認知功能評分，并降低認知功能障礙發生率。這可能與優化腦氧供需平衡、減輕炎癥反應及改善腦血流動力學等多重因素的綜合效應有關7]

綜上所述，PHC對腹腔鏡手術的老年患者有多方面的益處，但研究前景依然廣闊。未來研究將更精細地調控 水平和探索最佳通氣策略，同時考慮手術類型、患者基礎疾病及個體差異。神經生物學和生物標志物檢測技術的進步有望為術后認知功能提供更精確的診斷工具。此外，考慮到高碳酸血癥可能帶來的潛在風險，如酸中毒、電解質紊亂等，如何平衡利弊，制定個體化的治療方案，也是未來發展的關鍵所在。這要求未來的研究不僅局限于單一的生理參數調控，而是應綜合考慮患者的整體狀況，包括術前評估、術中監測和術后管理等多個環節。

5 問題與展望

臨床上PHC通氣策略已廣泛應用于改善腹腔鏡手術老年患者術后認知功能，其生理效應和保護機制也得到了深入地認識，但仍面臨以下問題：（1）PHC對老年患者生理狀態的總體影響。老年患者可能無法有效適應術中 水平的變化，這可能會引發低血壓、心律失常等并發癥，從而對術后認知功能產生負面影響。（2）術后疼痛管理。術后疼痛是影響老年患者術后認知功能的重要因素。有效的鎮痛可以減少術后應激反應，進而可能有助于改善認知功能。然而，目前尚不存在著相關研究證明PHC策略在術后疼痛管理中的作用及其對術后認知功能的潛在影響。（3）確定實施PHC通氣時 的合理范圍和安全界限尚有困難。

綜上所述，盡管PHC在理論上具有改善老年腹腔鏡手術患者術后認知功能的潛力，但在實際應用中仍面臨多重挑戰。未來的研究需要更加精細化的麻醉管理策略，更為精確的腦氧代謝監測技術，及更為嚴謹的研究設計，以全面評估PHC在老年腹腔鏡手術患者中應用的安全性和有效性。

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（收稿日期：2024-07-31）（本文編輯：馬嬌）