Blood Gas Measurements血液气体测量

1、 血气分析是医学上常用于判断机体是否存在酸碱平衡失调以及缺氧和缺氧程度等。血气分析在临床医学上可以分为两类 ：（1）非侵害性的： 如脉搏血氧仪（包括便携式脉搏血氧计），经皮氧分压-二氧化碳分压（PO2/PCO2）显示器、产时胎儿脉搏血氧仪、脑血氧仪、二氧化碳分析仪、舌下二氧化碳分析仪等等。（2）侵害性的： 从一个血液样本中通过血气分析仪来测量，或进入血管系统测量监控血液气体。如混合静脉血氧仪（SvO2）监测，利用肺动脉导管或颈静脉（SvO2）测量，连续光纤动脉血气测量等等。前言血气测量的基本观念 二氧化碳测定和二氧化碳描记 血气生理学 二氧化碳采样技术 血液气体电极 二氧化碳描记图 血氧定量法

2、 二氧化碳分析仪 脉搏血氧仪 经皮的血气监测 目录气体分压气体分压 当气体混合物中的某一种组分在相同的温度下占据气体混合物相同的体积时，该组分所形成的压强。气体的溶解与分压气体的溶解与分压 气体溶解于液体存在两个阶段，液体和气相。液相为氧气与和水形成的溶液，而气相为氧气和水蒸气的混合物。气液体系中，气体在液体中的溶解度与气体的平衡分压成正比，与溶剂的性质无关，即亨利定亨利定律律： Pi为气体的平衡分压，Kx被称为以摩尔分数表达的亨利常数 亨利定律表明气相中的气体分压与在液相中的气分压相平衡。血气测量的基本观念ixixkp 一般而言，血气是指血液中所含的O2和CO2。血气分析包括血液的pH、PO

3、2、PCO2的测定值，还包括经计算求得如TCO2、AB、BE、SatO2、ContO2等参数。 PO2：氧分压 PCO2：二氧化碳分压 SaO2：动脉血氧饱和度 PaO2：动脉血氧分压 PaCO2：动脉血二氧化碳分压，判断呼吸性酸碱失衡的重要指标。 PetCO2：潮气末二氧化碳分压血气测量的基本观念血气生理学氧运输氧运输 物理溶解形式：溶于血浆（占1.5%），溶解量与其气体分压大小成正比。 化学结合形式：与血红蛋白结合（占98.5%）。 Hb与O2结合的特性： 1.反应快、可逆、不需要酶催化、受PO2的影响 2.是氧合而不是氧化反应 3.一分子Hb可以结合4分子的O2 4.Hb与O2的结合或解

4、离曲线呈S型 氧解离曲线： 表明不同PO2下，Hb和O2的结合情况或者HbO2的解离情况。随着PO2的增加，氧气对血红蛋白的亲和力降低，这是由于PCO2和氢离子浓度增加，增降低了Hb自身的结构稳定性，即波尔效应波尔效应。 影响氧解离曲线位移的因素有：pH、PO2、PCO2、温度、2，3-二磷酸甘油酸及Hb自身情况。 Figure 5. 氧解离曲线血气生理学 二氧化碳运输二氧化碳运输 二氧化碳在血液中以三种形式存在：溶解，碳酸氢盐，与蛋白结合。 CO2解离曲线是表示血液中CO2含量与PCO2关系的曲线。与氧离曲线不同，血液CO2含量随PCO2上升而增加，几乎成线性关系而不是s形，而且没有饱和点。

5、 何尔登效应何尔登效应： Figure 6. 二氧化碳解离曲线O2与Hb结合将促使CO2释放，这一效应称作何尔登效应。而去氧的血红蛋白比氧化的血红蛋白可以结合更多的二氧化碳。在特定的PCO2下，Hb氧饱和度越低，CO2浓度越高。血气生理学血液气体电极血气电极的原理血气电极的原理 血液气体电极是一种可以直接测量pH值和血液气体的电化学装置，由两个电化学电池电极放置在电解质溶液中组成。常用的血液气体电极有两个电极端子，称为半电池。一个叫做工作半电池，发生实际化学变化或电化学变化的场所；另一个叫参比半电池。 电化学变化发生在工作终端与参比终端进行比较，差异的大小正比于血液样本中血气的量。 电极电极

6、组成：阴极为Pt，阳极为Ag。 2POFigure 1. 氧分压电极 电池为铂阴极提供约700mV的能量，使氧气分子运动到阴极表面与水发生反应。 连续的得失电子反应产生了从阳极到阴极的电流。该电流正比于血液样本中溶解氧的数量，也正比于样本中PO2的量。血液气体电极氧气极谱法氧气极谱法通过测定电解过程中得到电流-电压曲线来确定溶液中被测成分的浓度。其特点是电极电位改变的速率很慢。Figure 2. 氧气极谱法 当一个特定的电压加到阴极，电流与PO2有一个直接的线性关系。为了分析氧分压，需标定一个特定的电压值，而极谱图能够在恒定的PO2下，显示电压与电流的关系。电流不正比于实际的PO2浓度，但是等

7、价于溶解氧的分压及反应的情况有关。 在平缓区给阴极提供一个固定的电压，即可进行溶解氧的线性标定。血液气体电极pHpH电极电极又称PH探头，是用来测电极电位的装置。电位分析法所用的电极被称为原电池，由两个半电池组成，其中一个为测量电极，另一个为参比半电池；它使化学反应的能量转化为电能。 它用一个电压通过未知pH值的血液样本，和以已知的参考电压（在已知pH值的溶液中测得）进行比较。 测量系统由一个酸度敏感玻璃电极和两根普通电极组成。这个玻璃电极允许氢离子从任意方向渗入。Figure 3.pH计电极血液气体电极图 便携式PH计 电极电极 PCO2电极属于CO2气敏电极，主要由特殊玻璃电极、Ag/Ag

8、Cl参比电极及电极缓冲液组成。 其原理与pH电极基本相同，主要区别有两点： （1）PCO2电极血液样本接触CO2渗透膜(如聚四氟乙烯,硅橡胶),而不是酸度敏感玻璃。碳酸氢盐溶液水解过程中产生的氢离子数量正比于通过硅胶模扩散的CO2。 Figure 4. 二氧化碳分压电极（2）PCO2电极有两个相似的电极（Ag-AgCl），PH电极则是不同的两个。血液气体电极2PCO血氧定量法工作原理工作原理 分光光度法：通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸光度或发光强度，对该物质进行定性和定量分析的方法。 比色法：通过比较或测量有色物质溶液颜色深度来确定待测组分含量的方法。 光电比色法：利用光电

9、效应来进行比色分析的方法。 比尔比尔- -朗伯定律朗伯定律： 一束单色光照射于一吸收介质表面，在通过一定厚度的介质后，由于介质吸收了一部分光能，透射光的强度就要减弱。吸收介质的浓度愈大，介质的厚度愈大，则光强度的减弱愈显著。是分光光度法、比色发和光电比色发的定量基础。 透射式与反射式血氧计： 特定波长的光透过血液样本时，会被吸收或传输或反射，吸收、传输或反射的光的量取决于各种因素，包括浓度(比尔-朗伯定律)和血液样本中Hb的类型。Figure 7.透射式（上）与反射式（下）血氧计 特定波长的光透过血液样本的量与被吸收或反射的光的量成反比。 透射式与反射式血氧计，两者之间的区别仅在于光电探测器的

10、位置不同。血氧定量法脉搏血氧仪工作原理工作原理 基于动脉搏动期间光吸收量的变化。分别位于可见红光光谱（660nm）和红外光谱（940nm）的两个光源交替照射被测试区（一般为指尖或耳垂）。在这些脉动期间所吸收的光量与血液中的氧含量有关。计算R/IR比值并将结果与存在存储器里的饱和度数值表进行比较，从而得出血氧饱和度（SpO2）。 Figure 8. 脉搏血氧仪工作示意图 新技术新技术 迈心诺应用信号萃取技术设计了一款现代脉搏血氧仪(Figure 9)，它搭载了一款有五个并行算法的软件用以消除病人血流中的“噪音”。不仅如此，迈心诺还设计出了一款使用相同技术的手持脉氧仪(Figure 10). Fi

11、gure 9. 迈心诺脉搏血氧仪Figure 10. 迈心诺手持脉搏血氧仪脉搏血氧仪 Nellcor（耐普特）利用血氧传感技术生产了一系列脉搏血氧监视器(Figure 11)和带有数字记忆芯片的传感器。 同样地，耐普特用相同技术也生产了一款手持脉氧仪(Figure 12).Figure 11. Nellcor脉搏血氧仪Figure 12. Nellcor手持脉搏血氧仪脉搏血氧仪产时胎儿脉搏血氧仪产时胎儿脉搏血氧仪 持久的胎儿血氧不足可能会导致酸中毒和神经损伤，而目前用来来确定胎儿的平衡是间接的和非特异性的方法。产时胎儿脉搏血氧仪不仅监测胎儿的心率，还能监测动脉血氧饱和度和外围灌注。 操作原理和

12、位置： 由于不能直接放置一个传输传感器来测量子宫中的胎儿，而反射式传感器很好地解决了这个难题。反射式传感器被置于胎儿与子宫壁之间，通常与胎儿的脸颊部分相接触。 Figure Nellcor 产时胎儿脉搏血氧仪脉搏血氧仪临床应用：临床应用： 脉搏血氧计被广泛应用临床实践中，不仅广泛应用于重症监护单元监测病人的血氧饱和度，而且在检测和防止低血氧方面也起到了很大的作用。1.根据SPO2的变化调整氧浓度 氧气浓度的高低、流量的大小能间接或直接影响SPO2的读数。可以根据SPO2读数，及时调整氧浓度，避免因氧浓度过高引起氧中毒，或氧浓度过低引起低氧血症。2.根据SPO2数值掌握吸痰时间 应用SPO2进行

13、监测，能及时准确掌握吸痰时机和吸痰持续时间，当SOP290，及时吸痰以保持呼吸道通畅。3.早期发现并发症 应用SPO2监测，对观察术后并发症起到积极的作用。4.预防术后并发症的发生 应用SPO2监测，可有效预防术后并发症的发生。脉搏血氧仪精度和局限性：精度和局限性：影响精度的因素1.在低浓度的SaO2（动脉血氧饱和度 ）下，特别是浓度70%时，SpO2（血氧饱和度）的降低与SaO2相关。2.脉搏血氧计的响应时间，SpO2的改变及它的显示有一个时间上的延迟。3.高铁血红蛋白、碳氧血红蛋白以及诊断染料的存在也会影响测量的精确性，导致错误的诊断。4.如果被测部位出现剧烈运动，将会影响到这种规则脉动信

14、号的提取，从而使测量无法进行；此外指甲过长或是涂指甲油也会影响信号检测。局限性1.此局限性与血红蛋白氧离曲线有关,SaO2与PaO2（动脉血氧分压）并非呈线性相关，并且测得的是SaO2而不是PaO2。2.病人在低灌注状态下（低心脏输出，低体温状态时），传感器监测动脉脉动存在困难。脉搏血氧仪二氧化碳测定和二氧化碳描记 介绍： 呼气末二氧化碳分压（PetCO2)是二氧化碳呼出潮气呼吸期间（吸气开始前）最大的局部压力。二氧化碳描记是在呼吸周期将测得的二氧化碳以波形图显示出来。 测量技术： 二氧化碳测定通常使用两种方法： (a)红外线吸收光谱技术 (b)质谱分析法 大部分二氧化碳测定仪仍使用红外线吸收

15、原理，其他方法还有罗曼光谱法、光声光谱法、二氧化碳化学电极法等 。 红外线吸收光谱技术红外线吸收光谱技术 基于红外光通过气体样本时其吸收率与二氧化碳浓度相关的原理(CO2主要吸收波长为4260nm的红外光)，反应迅速，测定方便。红外光谱分析仪：有单光束红外光谱仪和双光束红外光谱仪两种。Figure 单光束红外CO2光谱仪质谱分析法质谱分析法 质谱分析法主要是通过对样品的离子的质荷比的分析而实现对样品进行定性和定量的一种方法。二氧化碳测定和二氧化碳描记二氧化碳采样技术主流与侧孔取样主流与侧孔取样 临床实践上有两种不同的CO2采样技术：（1）主流取样是将传感器连接在病人的气道内，直接与气流接触，识

16、别反应快，也不会受气道内分泌物或水蒸气对监测效果的影响。但传感器重量较大，增加额外死腔量(大约20ml)，不适用于未插气管导管的病人。（2）侧孔取样是经取样管从气道内持续吸出部分气体作测定，传感器并不直接连接在通气回路中。缺点是反应有点慢，水蒸汽或气道内分泌物而影响取样。目前大部分监测仪是采用侧孔取样法。(a) Mainstream CO2 sampling. (b) Sidestream sampling二氧化碳采样技术微流技术微流技术 是一种新型的二氧化碳抽样技术，使用低抱负率，比如NBP-75，Nellcor Puritan Bennett. 与传统的主流测流二氧化碳计相比，它能更精确的

17、测量PetCO2，以及在小潮汐容量和高呼吸频率的新生儿和婴儿中能显示更好的波形。Figure Nellcor Puritan Bennett二氧化碳采样技术二氧化碳描记图 二氧化碳描记图可以帮助诊断一些呼吸和通风的问题，特别是在患者进行了麻醉管理手术后(如支气管痉挛,食道插管,二氧化碳呼吸,甚至心脏骤停（CPR中的应用）)。 几个阶段：I段：开始呼气，为气道内死腔气，PetCO2=0。II段：肺泡气排出和死腔气混合，PetCO2迅速上升。III段：PetCO2变化很小，形成肺泡平台。0段：吸气时其他气体进入气道，PetCO2迅速下降至基线。Figure 单次呼吸二氧化碳描记图 舌下二氧化碳检测

18、仪舌下二氧化碳检测仪 组件和操作原理： （1）sls-l舌下传感器：该传感器包含一个由封端的光纤有着聚硅氧烷膜含有pH敏感的溶液的光极。当光极接触舌下的组织，CO2存在于组织自由扩散穿过硅薄膜到荧光染料溶液中，而其他常见的气体或液体是不能通过薄膜的。CO2溶解，形成碳酸，从而降低了溶液的pH值。溶液中染料的荧光强度与pH值成正比。（2）N-80监测仪的精密光学部位能发射紫色和蓝色两种不同波长的可见光谱。紫色波长所产生的荧光强度对pH值不敏感，但蓝色波长产生的荧光强度对pH值敏感。二氧化碳分析仪Figure CapnoProbe 舌下测量系统Figure CapnoProbe 舌下二氧化碳检测仪

19、Figure 舌下二氧化碳检测仪探头部分二氧化碳分析仪 化学比色气道探测器化学比色气道探测器 这是一种利用pH敏感指示剂检测呼吸呼出的CO2的装置。比色气道检测器插入在气管导管和通风设备之间。 缺点缺点：由于过度的流动阻力物质,它们不适合用在能够自发呼吸的患者身上。过度的湿气会让它们在15 - 20分钟内不起作用。设备会被粘液、水肿、或胃内容物损坏,也会受到气管内的肾上腺素的影响。Nellcor Easy Cap II Pedi-Cap 化学比色CO2探测器二氧化碳分析仪二氧化碳分析仪临床应用临床应用 估计呼出CO2的量，特别是呼气末二氧化碳（PetCO2）。 监测严重肺病，并且评估治疗的反映

20、。 诊断是气管还是食道插管发生了变故。 通过测定CO2和PetCO2之间不同的分压，评估机械通气的效率。局限性局限性 二氧化碳分析仪并不能代替测量PaCO2。因为组织代谢产生CO2,经毛细血管和静脉运输到肺,而CO2的弥散能力很强,极易快速透过肺毛细血管进入肺泡内,所以正常情况下PetCO2近似于PaCO2。 在稳定、稳态条件下，呼吸模式和潮汐的变化量可能会引入误差测量。影响因素：1.组成呼吸气体的混合物可能会影响二氧化碳分析仪。2.高浓度的一种或两种氧或氮的氧化物可能会造成影响。3.呼吸频率也是影响因素之一。二氧化碳分析仪经皮的血气监测血气参数(TCM)技术的发展，特别是新一代的MicroGas7650经皮氧和二氧化碳监测仪的问世，能同时监测经皮氧分压tcPO2和tcPCO2，即时、快速的提供机体由心肺运输氧到组织及清除二氧化碳的情况。 基本原理：基本原理： 血液中溶解的氧和二氧化碳能够通过有机体弥散。PO2和PCO2是根据毛细血管对热的反应的特性,加热与皮肤表面接触的探头,使探