bloodgasmeasurements血液气体测量课件

BLOODGASMEASUREMENTS

血气分析

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▼二氧化碳分析仪

▼脉搏血氧仪▼经皮的血气监测

目录一般而言，血气是指血液中所含的O2和CO2。血气分析包括血液的pH、PO2、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O24.Hb与O2的结合或解离曲线呈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。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。

Figure5.氧解离曲线血气生理学血液气体电极

◎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。

◎电极组成：阴极为Pt，阳极为Ag。

Figure1.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。Figure2.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

◎电极PCO2电极属于CO2气敏电极，主要由特殊玻璃电极、Ag/AgCl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。

Figure4.二氧化碳分压电极（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

血氧定量法◎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：利用光电效应来进行比色分析的方法。比尔-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。Figure7.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位置不同。血氧定量法◎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(Figure9)，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(Figure10).

Figure9.迈心诺脉搏血氧仪Figure10.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(Figure11)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(Figure12).Figure11.Nellcor脉搏血氧仪Figure12.Nellcor手持脉搏血氧仪脉搏血氧仪◎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。

FigureNellcor产时胎儿脉搏血氧仪脉搏血氧仪◎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

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(a)MainstreamCO2sampling.(b)Sidestreamsampling二氧化碳采样技术◎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，NellcorPuritanBennett.与传统的主流测流二氧化碳计相比，它能更精确的测量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。FigureNellcorPuritanBennett二氧化碳采样技术FigureCapnoProbe舌下测量系统FigureCapnoProbe舌下二氧化碳检测仪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

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：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。NellcorEasyCapIIPedi-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。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：

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,使探头所在部位的毛细血管供血增加、血管扩张和充血,皮肤毛细血管床增加,动脉血和表皮下毛细血管发生气体交换,氧和二氧化碳进而通过加热后结构发生变化的皮肤角质层弥散到与皮肤表面接触的探头，毛细血管动脉化的结果使探头测定的tcPO2和tcPCO2与动脉血的PO2和PCO2有较好的相关性。

探头的基本组成包括测量PO2的Clark电极以及测量PCO2的Stow-Severinghaus型电极和作为参考电极的Ag/AgCl电极。

经皮的氧分压的测量可以使用氧气极谱法。CO2进入探头表面的电解液后，发生化学反应：

H+产生一个不同于Severinghaus电极和参考电极的电势，该电势通过高阻抗的电压计测定，与tcPCO2的负对数成正比。Figure经皮PCO2传感器经皮的血气监测◎临床应用：临床的经皮监测的重要性在于二氧化碳的连续监测、组织氧合的趋势显示、以及其即使性和使用方便等。（1）新生儿学：tcPO2