呼出气二氧化碳和体表氧饱和度监测在慢性阻

呼出气二氧化碳和体表氧饱和度监测在慢性阻塞性肺疾病呼吸衰竭患者中的应用

摘要：目的在慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者中探索应用呼出气二氧化碳分压（PCO2）监测推算动脉血二氧化碳分压（PaCO2）的方法和在特定范围内应用SpO2推算PaO2和计算氧合指数（OI）的准确性和误差范围，为临床动态监测、无创评估和在没医院中对呼吸衰竭病人的评价提供方法学依据。

血气分析检查作为反映肺气体交换的主要检测指标，对慢性阻塞性肺疾病（COPD）伴呼吸衰竭患者尤为重要。由于其操作的有创性，不但增加了病人的痛苦和医护人员的工作量，而且不利于床旁动态监测。体表血氧饱和度（SpO2）监测和呼出气CO2（PCO2）监测是无创的监测方法。目前，无创的血氧饱和度（SpO2）监测技术已广泛应用于临床，由于氧离曲线在特定的陡直段动脉血二氧化碳分压（PaO2）与SpO2良好的相关性，极大地方便了临床医疗的工作。然而，对于COPD患者（特别是COPD伴Ⅱ型呼衰患者），呼气末CO2分压（PETCO2）往往显著低于PaCO2水平，这极大限制了其在临床监测中的应用。有研究发现：在正常人，呼出气PCO2与呼气时间的关系曲线的后段呈现平台，但在COPD患者，特别是有CO2潴留的患者，其呼出气PCO2随着呼气时间的延长而逐渐增加，早期呼出气PCO2低于PaCO2，而延长呼气后期呼出气PCO2有可能超过PaCO2。探索如何合理应用SpO2和PETCO2检测技术，在一定范围内准确估算PaO2和PaCO2，为临床监测血气的变化提供动态监测的方法，也可以为没有血医院提供评估呼吸衰竭的简易方法。本研究旨在COPD患者中探索应用呼出气PCO2监测推算PaCO2的方法和在特定范围内应用SpO2推算PaO2和计算氧合指数（OI）的准确性和误差范围，为临床动态监测、无创评估和在没医院中对呼吸衰竭病人的评价提供方法学依据

1对象和方法

1.1研究对象

选择呼吸内科收治的COPD急性加重期伴Ⅱ型呼吸衰竭患者30例，均为男性，年龄52~80岁，COPD患病年数（14.16±5.71）年，BMI（18.02±54.02）kg/m2，吸烟指数（.00±.25）支/年，平均动脉压（93.92±6.82）mmHg，心律（.26±8.68）次/min。入院后通过常规检查血常规、血气分析、血生化、X线胸片及肺功能明确诊断，符合年中华医学会呼吸病学分会制定的COPD诊治指南。入选全部患者均达到Ⅱ型呼吸衰竭诊断标准。

1.2治疗方法

全部患者给予常规药物治疗，如支气管解痉剂、祛痰剂、糖皮质激素及抗生素等，持续低流量吸氧维持脉搏血氧饱和度在90%左右，部分患者在给予常规药物治疗基础上联合应用BiPAP呼吸机鼻（面）罩双水平正压辅助通气，治疗疗程5~7d。

1.3实验步骤及检测指标

COPD患者治疗前后均采用平静呼气法和延长呼气法。实验前，嘱患者充分休息10min，持续低流量吸氧维持脉搏血氧饱和度在90%左右。受试者取坐位或半坐卧位，口含咬嘴，夹鼻自然呼吸，咬嘴另一端接NICO心肺功能监护仪型（Respironic公司，美国）监测系统。平静呼吸状态下连续监测3min，采集PCO2信号和SpO2信号，然后嘱患者作深呼气，延长呼气时间大于5s，记录呼气全过程的PCO2数据和SpO2数据，其中平静呼吸呼气末二氧化碳分压记录为PETCO2(Q)，延长呼气第5秒末二氧化碳分压记录为PETCO2(P)。间歇休息5min后再重复测定2次。每次测定前进行CO2定标，同时抽挠动脉血2ml进行血气分析。治疗5~7d重复上述实验流程。所有入选病人均可完成和耐受此检测方法。

1.4数据采集与分析

数据采集通过Powerlab数据采集系统和Chart5.4.2配套软件进行。用Origin7.0数据处理软件及SPSS12.0软件包辅助完成数据的处理和分析，所测数据符合正态分布用均数±标准差表示，PETCO2（Q）、PETCO2（P）、与PaCO±的差异比较,采用单因素方差分析(F检验)，两两比较用LSD法。判断两种方法检测的结果在治疗前后变化的一致性，用直线相关分析，P0.05作为统计学显著性的判断界限值。

2结果

2.1COPD患者平静呼吸和延长呼吸PCO2比较（表1）

治疗前，PETCO2(Q)显著低于PaCO2（P0.01），而PETCO2(P)与PaCO2无显著性差异（P0.05）。治疗后结果与治疗前相似。通过直线相关分析，治疗前后的

PETCO2(P)和PaCO2均呈高度相关（r前=0.96和r后=0.97，P0.01)。

2.2PETCO2（Q）和PETCO2（P）变异系数比较结果（表2）表明，在同一患者，平静呼吸法与延长呼吸法检测PETCO2具有较好的重复性。

2.3PaO2与SpO2推算的PaO2[PaO2（Y）]的比较通过SpO2测定，调节吸入氧流量（浓度）使SpO2在氧解离曲线的相对陡直段（SpO2在88%~92%范围之间），从氧解离曲线图查得到相应的PaO2（Y）值。结果，PaO2为（59.07±2.22）mmHg，PaO2（Y）为（59.96±1.42）mmHg，两组结果相当接近，差异无统计学意义（P0.05）。同时，通过PaO2（Y）计算得到OI（Y）为.15±24.63，用PaO2计算的OI为.70±22.77，两者无统计学显著性意义（P0.05）。运用直线相关分析，PaO2与PaO2（Y）具有较好的相关性（r=0.81，P0.01)曰OI与OI（Y）亦具有较好的相关性（r=0.95，P0.01）。

3讨论

对于COPD患者（特别是伴Ⅱ型呼衰患者），PETCO2低估PaCO2水平的呼吸生理机制是什么钥如何能够让PETCO2也能够准确反映COPD伴呼吸衰竭患者PaCO2钥SpO2究竟在哪段范围能较好地反映PaO2钥这些都是本研究深入探讨的问题。

以往有研究表明院在正常健康人和无呼吸衰竭的COPD患者中，测定PETCO2基本可代替PaCO2。但在合并有呼吸衰竭的COPD病人中，由于肺泡通气与肺血流（VA/Q）失调及分流（Qs/Qt）的变化，PETCO2往往显著低于PaCO2，PETCO2就不能代表PaCO2，这极大限制了其临床上的应用。周新等研究表明正常人肺泡气与肺毛细血管的血液的PCO2达到充分平衡，所以PETCO2与PaCO2非常接近，PETCO2≈PACO2≈PaCO2，为（5.1±0.2）kPa，但在病理状态下，由于肺泡通气与肺血流(V/Q)及VD/VT、分流(Qs/Qt)的变化，PETCO2就不能代表PaCO2，而PETCO2与PaCO2之差P(a-ET)QCO2就反映了肺泡通气的好坏。目前，关于SpO2的无创评估血气指标的研究尚不多。

本实验结果证实院PETCO2显著低于PaCO2的情况在COPD伴Ⅱ型呼吸衰竭的患者中普遍存在。由于COPD的病理生理学特点是反复慢性气道炎症引起气道壁损伤和修复过程反复循环发生，导致气道壁结构重构，胶原含量增加及瘢痕组织形成，这些病理改变造成气腔狭窄，引起固定性气道阻塞和随之发生的气道阻力增加，最终导致呼气流速受限，这种呼气流速受限具有不完全可逆性。但随着COPD的进展，外周气道阻塞、肺实质破坏及肺血管的异常等减少了肺气体交换容量，产生低氧血症，以后可出现高呼吸型酸血症。近年来，Fletcher等通过对呼出气二氧化碳-时间图芋期曲线平台走势进行分析，结果表明院在正常人，芋相平台与PaCO2非常接近或基本相重合，但在COPD，特别是COPD伴Ⅱ型呼衰的患者，Ⅲ相曲线上升趋势明显斜率较大，平台不明显，如进行延长呼吸，PCO2会超过PaCO2，其形成的原因可能用以下机制解释院（1）由于COPD患者存在广泛的小气道和肺泡病变。由于肺泡和小气道病变分布不均匀，使肺内存在部分低弹性回缩力的肺泡，其通气量低，气体排出缓慢，肺泡气二氧化碳分压（PACO2）较高。完全无通气的肺泡PACO2接近混合静脉血PCO2。在呼气早期排出的气体，主要来源于通气较好的肺泡（阻力小、肺弹性回缩力较好），而随着呼气时间的延长，通气较好的肺泡基本排空，呼出气较大部分来源于通气较差的肺泡，这样，导致形成呼出气CO2曲线Ⅲ相的走势。（2）由于COPD患者长期慢性缺氧可导致肺血管广泛收缩和肺动脉高压，常伴有血管内膜增生，部分血管发生纤维化和闭塞，造成肺循环的结构重组，最终导致肺VA/Q比例失调，死腔样通气增加。尤其在重度COPD患者，如COPD伴Ⅱ型呼衰患者便存在中至重度肺VA/Q比例失调，死腔样通气明显增加。由于COPD患者无灌注和低灌注的死腔部分与正常灌注部分存在非同步排空。由于正常灌注部分PACO2先行排出，而随着呼气时间延长，低灌注的部分肺泡气CO2随后逐步排出，造成Ⅲ相曲线坡度仍较高，但斜率逐步减小。因此，随着呼气时间的延长，呼出气PCO2更多反映低通气的肺泡PCO2，其数值有可能比PaCO2高，接近混合静脉血PCO2。故COPD患者，特别是伴Ⅱ型呼衰的患者，延长呼气法测定的PETCO2（P）可较准确地预测COPD患者的PaCO2及利于动态监测PaCO2的变化趋势，PETCO2（Q）则不能准确地反映PaCO2及其变化趋势。

本实验结果显示，伴Ⅱ型呼衰的COPD患者的呼出气PCO2的曲线趋势变化规律遵循上述规律。实验组治疗前后PETCO2(Q)显著低于PETCO2(P)及PaCO2（P0.01），而PETCO2(P)与PaCO2基本接近（P0.05）。此外，对同一患者重复测定PETCO2（P）和PETCO2（Q）的变异系数结果显示院在同一个体，重复测定延长呼气法和平静呼气法所测得PETCO2（P）和PETCO2（Q）数值具有较好的重复性。因此，对于COPD伴Ⅱ型呼衰患者而言，延长呼气法测定PETCO2（P）可较准确地预测PaCO2，适合于PCO2的动态监测，并能减少COPD呼吸衰竭病人的抽动脉血气分析次数，从而减轻病人的痛苦，而且能减少医务工作者的工作量，节约医疗资源。

其次，PaO2作为血气分析中的另一重要指标，亦具有重要临床监测意义。近年来，PaO2的变化趋势可通过无创的经皮SpO2监测来反映。经典的呼吸生理学表明院S形氧解离曲线具有重要的生理学意义院（1）氧解离曲线上段，相当于PaO2（60~mmHg），可以认为是Hb与O2结合的部分。这段曲线平坦，表明PaO2的变化对Hb氧饱和度影响不大。例如，PaO2为mmHg时，Hb氧饱和度为97.4%，PaO2降为70mmHg时，Hb氧饱和度为94%，即使在高原、高空或有呼吸系统基础病时，PaO2降为60mmHg左右时，Hb氧饱和度仍能维持在90%左右，血液仍可携带足够的O2，而不至于发生明显的低氧血症。（2）氧解离曲线中段，该段曲线较陡，相当于PaO2（40~60mmHg），是HbO2释放O2的部分。（3）氧解离曲线下段院相当于PaO2（15~40mmHg），也是HbO2与O2解离的部分，是曲线坡度最陡的一段，即PaO2稍有下降，HbO2就可大大降低。Hb与O2结合的S形氧解离曲线亦受多种因素影响，例如pH、PCO2、温度和有机磷化合物等。由于氧离曲线在特定的陡直段的PaO2与SpO2良好相关性。本实验通过SpO2（在88%~92%范围之间）的值查氧解离曲线图得到一组PaO2（Y）值。本研究结果显示院治疗前，PaO2和PaO2（Y）两组结果相当接近（P0.05），OI与OI（Y）两组间结果亦相当接近（P0.05）。治疗前PaO2与PaO2（Y）具有较好的相关性（r=0.81，P0.01），OI与OI（Y）亦具有较好的相关性（r=0.95，P0.01）。目前，无创的体表血氧饱和度（SpO2）监测技术已广泛应用于临床，由于氧离曲线在特定陡直段区间PaO2与SpO2良好的相关性，极大地方便了临床医疗工作。

目前，医院医院，由于资金和设备的匮乏，血气分析检查受到极大的限制。近年来，简易的手持式SpO2及呼出气二氧化碳监测仪发展迅猛，由于其具有方便、快捷、经济等特点，所以具有较大的临床推广潜力，但其对于COPD伴Ⅱ型呼吸衰竭患者的检测准确性尚有待提高，而这一类恰恰是需要监测的主要对象。因此，如能将本研究结果开发成为软件并与硬件相结合，进一步开发成为商品化的检测仪器，医院医院开展准确地PETCO2和无创的SpO2临床监测开拓广阔前景。由于本研究的研究对象是COPD伴Ⅱ型呼吸衰竭患者，而在其他疾病导致的呼吸衰竭中监测和评估的价值有待进一步论证。

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