气管插管和喉罩等无创手段是建立气道的首选方法^[1]，但临床上偶尔会遇到“不能插管/不能通气”的紧急情况，此时通常经过多次插管尝试，急需利用外科手段建立紧急气道。环甲膜穿刺(或切开)术由于其技术简单实施快速，是最具有时效性的外科气道方法，但是近年来在院内应用越来越少^[2]，主要原因包括：①气管插管等无创气道方法和多种新式经皮扩张气管造口术的广泛应用；②担心环甲膜处较小的造口能否获得足够的通气；③由于担心环甲膜处长期插管造成环状软骨损伤，导致声门下狭窄，因此对长期通气的患者仍推荐在情况稳定后转换行气管切开术，增加了手术的相关风险和费用，并可能延长插管和住院时间^[2]。故此，笔者发明了环甲膜穿刺反向引导气管切开术(cricoid membrane puncture guided tracheostomy，CMPGT)及相关器械套装，以达到快速安全的建立稳定的紧急气道，避免二次手术的目的。本文比较了CMPGT、外科气管切开术(surgical tracheostomy,ST)、环甲膜切开术(surgical cricothyroidotomy,SC)和Griggs经皮导丝扩张钳气管造口术(guide wire dilating forceps,GWDF)四种常见的外科气道方法的手术时间、效果和并发症，以评估应用CMPGT建立紧急气道的可行性。

本实验经过解放军总医院道德和伦理委员会批准在本院动物实验中心进行。从中国农业大学购进20只小型猪[体质量(15.6±1.8)kg,年龄(180±12) d，均为同一种属、雄性，随机(随机数字法)分为4组。

基本型的CMPGT器械套装(国家发明专利号：200510116861.7；200520130338.5，专利名称“环甲膜穿刺反向引导管和与其配套使用的撑开钳”)包括两种型号的环甲膜穿刺管、撑开钳、气囊、10 mL注射器及相应的气管插管或气管切开套管，此套器械由张海钟教授设计，清华大学精密仪器研究所生产。

20 mg/kg戊巴比妥钠静脉注射麻醉小型猪后插管，将插管拔至甲状软骨上水平，并停止供氧。当SpO₂降至80%时(T1)手术开始，手术方法详见文献[3, 4, 5]。通气时间定义为从T1至SpO₂开始上升时(T2)。手术时间定义为T1至完成气管造口处插管时(T3)，ST、SC和GWDF组的通气时间约等于手术时间，因为需完成气管造口插管后才能开始通气。检测并记录四组小型猪的心电图、心率、血压和SpO₂等指标(Philips,IntelliVue Mp₃0,Germany)，在手术开始前、T1和SpO₂达到95%时(T4)，分别从左股动脉取血样进行动脉血气分析(Siemens RAPIDLab 1200,Germany)。根据下表记录术中和术后并发症(表 1)，利用纤维支气管镜(Olympus,BF-P60,Japan)评估术中的假性通道、软骨和气管后壁损伤。

数据利用SPSS 19.0软件分析，采用平均值和标准差的形式表达。利用ANOVA比较四组间的差异，利用Student-Newman-Keuls (SNK) 比较四组中每两组间的差异，以P<0.05为差异具有统计学意义。

所有小型猪(20/20)均成功建立气道并通气。四组小型猪术后的心电监控和动脉血气指标并没有显著的组间差异，但是每组可见显著的术前和术后差异(P＜0.05)，表明四种方法均可以有效的恢复通气和供氧(图 1A)。ECG显示停止供氧后T波降低、QT间期缩短，可能与心率变化、交感神经过度活跃和心肌缺氧有关。SC、GWDF、CMPGT和ST的手术时间分别为(86±12)s,(165±63)s,(174±34)s和(519±128)s，但是CMPGT恢复通气的时间最短，为(23±4)s (P＜0.01) (图 1)。这是因为一旦穿刺管通过环甲膜进入气管，既可以通过气囊打气供氧，而非像其他3种方法必须要插管后才能恢复通气。四组的SpO₂从T2开始快速上升，并分别于(176±28)s(CMPGT),(189±17)s(SC),(240±43)s(GWDF)和(628±117)s(ST)时达到95%(图 1B)。CMPGT、SC、GWDF和ST组SpO₂曲线的上升部分斜率分别为0.11、0.17、0.29和0.3，说明GWDF和ST组在建立气道插管后的通气能力要强于SC和CMPGT。但是需要注意的是CMPGT包括两个阶段的两种不同的通气方式，第一阶段通过穿刺管上的气孔通气(T2至T3)，此时SpO₂曲线的斜率为0.07；第二阶段通过气管造口处插管(T3至T4)，SpO₂曲线的斜率为2.75。由于穿刺管的直径较细(内径4 mm)，通过穿刺管上气孔的通气能力不如气管造口后插管，但仍可以提供足够的通气，以便尽快的解除缺氧。CMPGT组的SpO₂曲线和95% SpO₂线间的面积最小(与GWDF和ST组相比P＜0.01；与SC组相比P＜0.05)，说明CMPGT是四种方法里最具有时效性的手段(图 2)。小型猪的皮肤至气管的距离约为3～4 cm，人类一般为2 cm左右，同时小型猪皮肤质地更为坚韧，因此可以合理的推测将CMPGT用于患者时可能操作时间更短。

图 1 四组小型猪在同一时刻的心电监控和动脉血气指标 Fig 1 Ecg monitoring and arterial blood gas index at the same time

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图 2 四组的SpO2变化曲线 Fig 2 Change of SpO2 in the four groups

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每组均有2只小型猪出现了术中的轻度出血。ST组另有3只发生了术中中度出血，3只由于较长时间缺氧出现了低血压，1只有术后的轻度出血，并可能由此导致了创口感染。SC组1只有术中中度出血，1只有轻度喉部软骨损伤，并导致拔管困难，但根据术后2个月的气管镜检查，并未见明显的气管狭窄，推测拔管困难的原因是环甲膜创口周围的肉芽增生。通过纤维支气管镜可见CMPGT组的穿刺造口过程中视野清晰，无明显出血，出血主要发生利用扩张钳扩大气管造口的过程中，但出血量较少(图 3)。GWDF组中1只小型猪出现了中度的气管后壁损伤，可能与造口过程中的器械插入过深有关。四组均未发生其他严重的并发症，CMPGT、GWDF、SC和ST的并发症评分分别为3、5、9、19(表 2)。

A：CMPGT组的环甲膜穿刺过程中未见出血及气管后壁损伤，尽管穿刺管的尖端非常锐利，由于特殊设计的弧度，进入气管后尖端朝上而非朝向气管后壁(黑色箭头)。此外，通过观察穿刺管上的刻度控制刺入深度，避免插入过深，保证穿刺管和气管后壁间有足够的安全距离(黑色直线)；B：CMPGT组在扩张气管造口过程中有少量出血，扩张钳钳喙圆钝(绿色箭头)，钳柄处同样刻有刻度，可控制其进入深度，避免气管后壁划伤；C：GWDF组有一只小型猪可见气管后壁中度损伤 图 3 中纤维支气管镜下图 Fig 3 Image by fiberoptic bronchoscopy

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人工气道是指将导管置入气管，在生理气道与空气或其他气源之间建立的有效气体通道，主要用以维持气道通畅、有效引流或机械通气^[6]。人工气道技术可分为确定性和非确定性人工气道。确定性气道指能有效通气并适宜长时间使用的技术，如气管插管和气管切开术等。非确定性气道技术主要包括环甲膜穿刺和切开术，它们往往操作简便，手术时间短，易于掌握，但不适合长期插管。外科紧急气道的选择主要由患者情况、临床条件、实施地点、可用设备和医师的经验共同决定。例如患者若缺氧严重，情况紧急，则应首选环甲膜穿刺或切开术，术后如需长期插管则等待病情稳定后再行气管切开术，以避免环甲膜处长期带管损伤环状软骨，引发声门下狭窄等并发症。否则可以利用ST和经皮扩张气管造口术等^[7]。笔者总结临床经验和国内外同行的报道后发现，SC与ST的成功率差异无统计学意义，但其并发症发生率远高于ST，可能与ST主要由耳鼻喉头颈外科医师执行，医师对其较为熟悉有关。自从Ciaglia等于1985年首次介绍经皮扩张气管造口术(percutaneous dilatational tracheostomy,PDT)以来，涌现了各式各样的新技术和方法，其中以Griggs等在1990年发明的导丝扩张钳法(GWDF)较为成熟，GWDF利用中间可以穿过导丝的特制扩张钳扩张造口，相比ST极大的缩短了手术时间和并发症^[8]。虽然早期的文献认为紧急气道是经皮技术的绝对禁忌证，但近年来一些国内外学者相继报道了利用Ciaglia Blue Rhino和Griggs’ GWDF等成功完成紧急气管造口的案例^[9]，他们的成功经验提示发明一种结合环甲膜穿刺术和经皮扩张技术优点的新技术，以期达到既能快速恢复通气，又能一次性建立长期有效气道的目的。

CMPGT并非单纯的将已有方法结合在一起，它还具有许多优点。首先，大多数气管切开或造口术均需要患者头部后仰，以牵拉气管接近体表。但是有潜在颈椎损伤的患者无法头部后仰^[10]，这一类患者在急诊创伤中并不罕见^[11]。笔者根据人体颈部和气管的解剖参数设计的穿刺管，其弧度不需要头部后仰，保持正常位置暴露环甲膜既可。同时我们针对儿童和成人的颈部和气管的解剖差异制作了两套不同型号的穿刺管，以避免造口位置偏移，损伤甲状腺及周围血管^[12]。其次，CMPGT与SC一样通过环甲膜进入气道，因为环甲膜有较为显著的解剖标志，即上方的甲状软骨和下方的环状软骨，相比ST或GWDF等，即使在颈部短粗、肿瘤或有水肿血肿等患者中也较易辨别。第三，穿刺管的内径4 mm，外径5 mm，可以在保证足够通气的同时最大限度的限制了外径，因为环甲膜的垂直宽度为9 mm(6～12 mm)，避免损伤环状软骨。尽管穿刺管的尖端非常锐利，但是通过其由内而外的造口方式，同时观察穿刺管上的刻度控制进入深度等可以避免气管后壁的损伤。扩张钳的钳喙圆钝，且钳上的刻度也可以避免器械插入过深。笔者还将钳柄处设计了类似于切口扩张器和开口器的卡槽来控制扩张钳的开口大小(从9.5～12.5 mm，间隔0.5 mm)，以对应常用的气管切开套管的型号，避免造口过小导致气管插管困难和拔管困难，造口过大导致周围组织在扩张过程中的多余损伤和皮下气肿等。最后，CMPGT在简单训练后可以由一个人单独完成，特别适合如灾难、事故、战争等院前急救中人手短缺的情况。CMPGT的缺点是在环甲膜处产生了多余的创口，虽然此创口较小，本实验中无需特别处理只需无菌敷料覆盖既可自行愈合，并未发生相关的并发症，但是作为连通体内外的通道仍然可能增加感染和气管狭窄的风险。此外由于气管造口的位置处于颈部暴露区域，在临床中发现患者比较在意气管切开术后的瘢痕情况。根据本实验中术后2个月的观察，CMPGT产生的环甲膜处瘢痕较小且不明显。小型猪和人类的解剖具有较高的相似性，因此笔者选择小型猪作为实验动物，但是本实验样本量较小，这也可能是并发症评分差异较大的原因。

部分经皮扩张气管造口术推荐在气管镜下进行，以避免气管后壁损伤。笔者将纤维支气管镜作为并发症的评估手段而非手术指导，术中术者盲于纤支镜屏幕操作。