bloodgasmeasurements血液氣體測量

1、BLOOD GAS MEASUREMENTS血氣分析,,血氣分析是醫(yī)學上常用于判斷機體是否存在酸堿平衡失調(diào)以及缺氧和缺氧程度等。血氣分析在臨床醫(yī)學上可以分為兩類 ：（1）非侵害性的： 如脈搏血氧儀（包括便攜式脈搏血氧計），經(jīng)皮氧分壓-二氧化碳分壓（PO2/PCO2）顯示器、產(chǎn)時胎兒脈搏血氧儀、腦血氧儀、二氧化碳分析儀、舌下二氧化碳分析儀等等。（2）侵害性的： 從一個血液樣本中通過血氣分析儀來測量，或進入血管系

2、統(tǒng)測量監(jiān)控血液氣體。如混合靜脈血氧儀（SvO2）監(jiān)測，利用肺動脈導管或頸靜脈（SvO2）測量，連續(xù)光纖動脈血氣測量等等。,前言,▼血氣測量的基本觀念 ▼二氧化碳測定和二氧化碳描記 ▼血氣生理學 ▼二氧化碳采樣技術 ▼血液氣體電極 ▼二氧化碳描記圖

3、 ▼血氧定量法 ▼二氧化碳分析儀 ▼脈搏血氧儀 ▼經(jīng)皮的血氣監(jiān)測,目錄,氣體分壓 當氣體混合物中的某一種組分在相同的溫度下占據(jù)氣體混合物相同的體積時，該組分所形成的壓強。氣體的溶解與分壓 氣體溶解于液體存在兩個階段，液體和氣相。液相為氧氣與和水形成的溶液，而氣

4、相為氧氣和水蒸氣的混合物。氣液體系中，氣體在液體中的溶解度與氣體的平衡分壓成正比，與溶劑的性質(zhì)無關，即亨利定律： Pi為氣體的平衡分壓，Kx被稱為以摩爾分數(shù)表達的亨利常數(shù) 亨利定律表明氣相中的氣體分壓與在液相中的氣分壓相平衡。,血氣測量的基本觀念,一般而言，血氣是指血液中所含的O2和CO2。血氣分析包括血液的pH、PO2、PCO2的測定值，還包括經(jīng)計算求得如TCO2、AB、BE、SatO2、ContO2等參數(shù)。

5、PO2：氧分壓PCO2：二氧化碳分壓SaO2：動脈血氧飽和度PaO2：動脈血氧分壓PaCO2：動脈血二氧化碳分壓，判斷呼吸性酸堿失衡的重要指標。PetCO2：潮氣末二氧化碳分壓,血氣測量的基本觀念,血氣生理學,◎氧運輸物理溶解形式：溶于血漿（占1.5%），溶解量與其氣體分壓大小成正比。 化學結合形式：與血紅蛋白結合（占98.5%）。Hb與O2結合的特性： 1.反應快、可逆、不需要酶催化、受PO2的影響

6、 2.是氧合而不是氧化反應 3.一分子Hb可以結合4分子的O2 4.Hb與O2的結合或解離曲線呈S型,氧解離曲線： 表明不同PO2下，Hb和O2的結合情況或者HbO2的解離情況。隨著PO2的增加，氧氣對血紅蛋白的親和力降低，這是由于PCO2和氫離子濃度增加，增降低了Hb自身的結構穩(wěn)定性，即波爾效應。影響氧解離曲線位移的因素有：pH、PO2、PCO2、溫度、2，3-二磷酸甘油酸及Hb自身情況。,Figure 5.

7、 氧解離曲線,血氣生理學,◎ 二氧化碳運輸二氧化碳在血液中以三種形式存在：溶解，碳酸氫鹽，與蛋白結合。CO2解離曲線是表示血液中CO2含量與PCO2關系的曲線。與氧離曲線不同，血液CO2含量隨PCO2上升而增加，幾乎成線性關系而不是s形，而且沒有飽和點。何爾登效應：,Figure 6. 二氧化碳解離曲線,O2與Hb結合將促使CO2釋放，這一效應稱作何爾登效應。而去氧的血紅蛋白比氧化的血紅蛋白可以結合更多的二氧化碳。在特定的PCO

8、2下，Hb氧飽和度越低，CO2濃度越高。,血氣生理學,血液氣體電極,◎血氣電極的原理血液氣體電極是一種可以直接測量pH值和血液氣體的電化學裝置，由兩個電化學電池電極放置在電解質(zhì)溶液中組成。常用的血液氣體電極有兩個電極端子，稱為半電池。一個叫做工作半電池，發(fā)生實際化學變化或電化學變化的場所；另一個叫參比半電池。電化學變化發(fā)生在工作終端與參比終端進行比較，差異的大小正比于血液樣本中血氣的量。,◎ 電極組成：陰極為Pt，陽極為A

9、g。,Figure 1. 氧分壓電極,電池為鉑陰極提供約700mV的能量，使氧氣分子運動到陰極表面與水發(fā)生反應。 連續(xù)的得失電子反應產(chǎn)生了從陽極到陰極的電流。該電流正比于血液樣本中溶解氧的數(shù)量，也正比于樣本中PO2的量。,血液氣體電極,◎氧氣極譜法通過測定電解過程中得到電流-電壓曲線來確定溶液中被測成分的濃度。其特點是電極電位改變的速率很慢。,Figure 2. 氧氣極譜法,當一個特定的電壓加到陰極，電流與PO2有一個直接的線

10、性關系。為了分析氧分壓，需標定一個特定的電壓值，而極譜圖能夠在恒定的PO2下，顯示電壓與電流的關系。電流不正比于實際的PO2濃度，但是等價于溶解氧的分壓及反應的情況有關。 在平緩區(qū)給陰極提供一個固定的電壓，即可進行溶解氧的線性標定。,血液氣體電極,◎pH電極又稱PH探頭，是用來測電極電位的裝置。電位分析法所用的電極被稱為原電池，由兩個半電池組成，其中一個為測量電極，另一個為參比半電池；它使化學反應的能量轉(zhuǎn)化為電能。 它用一個電

11、壓通過未知pH值的血液樣本，和以已知的參考電壓（在已知pH值的溶液中測得）進行比較。 測量系統(tǒng)由一個酸度敏感玻璃電極和兩根普通電極組成。這個玻璃電極允許氫離子從任意方向滲入。,Figure 3.pH計電極,血液氣體電極,圖 便攜式PH計,◎ 電極PCO2電極屬于CO2氣敏電極，主要由特殊玻璃電極、Ag/AgCl參比電極及電極緩沖液組成。其原理與pH電極基本相同，主要區(qū)別有兩點： （1）PCO2電極血液樣本接觸CO2滲透

12、膜(如聚四氟乙烯,硅橡膠),而不是酸度敏感玻璃。碳酸氫鹽溶液水解過程中產(chǎn)生的氫離子數(shù)量正比于通過硅膠模擴散的CO2。,Figure 4. 二氧化碳分壓電極,（2）PCO2電極有兩個相似的電極（Ag-AgCl），PH電極則是不同的兩個。,血液氣體電極,血氧定量法,◎工作原理分光光度法：通過測定被測物質(zhì)在特定波長處或一定波長范圍內(nèi)光的吸光度或發(fā)光強度，對該物質(zhì)進行定性和定量分析的方法。比色法：通過比較或測量有色物質(zhì)溶液顏色深度來確定待測

13、組分含量的方法。光電比色法：利用光電效應來進行比色分析的方法。比爾-朗伯定律： 一束單色光照射于一吸收介質(zhì)表面，在通過一定厚度的介質(zhì)后，由于介質(zhì)吸收了一部分光能，透射光的強度就要減弱。吸收介質(zhì)的濃度愈大，介質(zhì)的厚度愈大，則光強度的減弱愈顯著。是分光光度法、比色發(fā)和光電比色發(fā)的定量基礎。,透射式與反射式血氧計： 特定波長的光透過血液樣本時，會被吸收或傳輸或反射，吸收、傳輸或反射的光的量取決于各種因素，包括濃度(比爾-

14、朗伯定律)和血液樣本中Hb的類型。,Figure 7.透射式（上）與反射式（下）血氧計,特定波長的光透過血液樣本的量與被吸收或反射的光的量成反比。 透射式與反射式血氧計，兩者之間的區(qū)別僅在于光電探測器的位置不同。,血氧定量法,脈搏血氧儀,◎工作原理 基于動脈搏動期間光吸收量的變化。分別位于可見紅光光譜（660nm）和紅外光譜（940nm）的兩個光源交替照射被測試區(qū)（一般為指尖或耳垂）。在這些脈動期間所吸收的光量與血液

15、中的氧含量有關。計算R/IR比值并將結果與存在存儲器里的飽和度數(shù)值表進行比較，從而得出血氧飽和度（SpO2）。,Figure 8. 脈搏血氧儀工作示意圖,◎新技術 邁心諾應用信號萃取技術設計了一款現(xiàn)代脈搏血氧儀(Figure 9)，它搭載了一款有五個并行算法的軟件用以消除病人血流中的“噪音”。不僅如此，邁心諾還設計出了一款使用相同技術的手持脈氧儀(Figure 10).,Figure 9. 邁心諾脈搏血氧儀,Figure 1

16、0. 邁心諾手持脈搏血氧儀,脈搏血氧儀,Nellcor（耐普特）利用血氧傳感技術生產(chǎn)了一系列脈搏血氧監(jiān)視器(Figure 11)和帶有數(shù)字記憶芯片的傳感器。 同樣地，耐普特用相同技術也生產(chǎn)了一款手持脈氧儀(Figure 12).,Figure 11. Nellcor脈搏血氧儀,Figure 12. Nellcor手持脈搏血氧儀,脈搏血氧儀,◎產(chǎn)時胎兒脈搏血氧儀 持久的胎兒血氧不足可能會導致酸中毒和神經(jīng)損傷，而

17、目前用來來確定胎兒的平衡是間接的和非特異性的方法。產(chǎn)時胎兒脈搏血氧儀不僅監(jiān)測胎兒的心率，還能監(jiān)測動脈血氧飽和度和外圍灌注。操作原理和位置： 由于不能直接放置一個傳輸傳感器來測量子宮中的胎兒，而反射式傳感器很好地解決了這個難題。反射式傳感器被置于胎兒與子宮壁之間，通常與胎兒的臉頰部分相接觸。,Figure Nellcor 產(chǎn)時胎兒脈搏血氧儀,脈搏血氧儀,◎臨床應用： 脈搏血氧計被廣泛應用臨床實踐中，不僅廣泛應用于重癥監(jiān)

18、護單元監(jiān)測病人的血氧飽和度，而且在檢測和防止低血氧方面也起到了很大的作用。1.根據(jù)SPO2的變化調(diào)整氧濃度　 氧氣濃度的高低、流量的大小能間接或直接影響SPO2的讀數(shù)?？梢愿鶕?jù)SPO2讀數(shù)，及時調(diào)整氧濃度，避免因氧濃度過高引起氧中毒，或氧濃度過低引起低氧血癥。2.根據(jù)SPO2數(shù)值掌握吸痰時間 應用SPO2進行監(jiān)測，能及時準確掌握吸痰時機和吸痰持續(xù)時間，當SOP2<90％，及時吸痰以保持呼吸道通暢。3.早期發(fā)現(xiàn)并發(fā)癥

19、 應用SPO2監(jiān)測，對觀察術后并發(fā)癥起到積極的作用。4.預防術后并發(fā)癥的發(fā)生 應用SPO2監(jiān)測，可有效預防術后并發(fā)癥的發(fā)生。,脈搏血氧儀,◎精度和局限性：影響精度的因素1.在低濃度的SaO2（動脈血氧飽和度 ）下，特別是濃度<70%時，SpO2（血氧飽和度）的降低與SaO2相關。2.脈搏血氧計的響應時間，SpO2的改變及它的顯示有一個時間上的延遲。3.高鐵血紅蛋白、碳氧血紅蛋白以及診斷染料的存在也會影響測量的精

20、確性，導致錯誤的診斷。4.如果被測部位出現(xiàn)劇烈運動，將會影響到這種規(guī)則脈動信號的提取，從而使測量無法進行；此外指甲過長或是涂指甲油也會影響信號檢測。局限性1.此局限性與血紅蛋白氧離曲線有關,SaO2與PaO2（動脈血氧分壓）并非呈線性相關，并且測得的是SaO2而不是PaO2。2.病人在低灌注狀態(tài)下（低心臟輸出，低體溫狀態(tài)時），傳感器監(jiān)測動脈脈動存在困難。,脈搏血氧儀,二氧化碳測定和二氧化碳描記,介紹： 呼氣末二氧化碳

21、分壓（PetCO2)是二氧化碳呼出潮氣呼吸期間（吸氣開始前）最大的局部壓力。二氧化碳描記是在呼吸周期將測得的二氧化碳以波形圖顯示出來。測量技術： 二氧化碳測定通常使用兩種方法： (a)紅外線吸收光譜技術 (b)質(zhì)譜分析法 大部分二氧化碳測定儀仍使用紅外線吸收原理，其他方法還有羅曼光譜法、光聲光譜法、二氧化碳化學電極法等 。,◎紅外線吸收光譜技術 基于紅外光通過氣體樣本時其吸收率

22、與二氧化碳濃度相關的原理(CO2主要吸收波長為4260nm的紅外光)，反應迅速，測定方便。紅外光譜分析儀：有單光束紅外光譜儀和雙光束紅外光譜儀兩種。,Figure 單光束紅外CO2光譜儀,◎質(zhì)譜分析法 質(zhì)譜分析法主要是通過對樣品的離子的質(zhì)荷比的分析而實現(xiàn)對樣品進行定性和定量的一種方法。,二氧化碳測定和二氧化碳描記,二氧化碳采樣技術,◎主流與側孔取樣臨床實踐上有兩種不同的CO2采樣技術：（1）主流取樣是將傳感器

23、連接在病人的氣道內(nèi)，直接與氣流接觸，識別反應快，也不會受氣道內(nèi)分泌物或水蒸氣對監(jiān)測效果的影響。但傳感器重量較大，增加額外死腔量(大約20ml)，不適用于未插氣管導管的病人。（2）側孔取樣是經(jīng)取樣管從氣道內(nèi)持續(xù)吸出部分氣體作測定，傳感器并不直接連接在通氣回路中。缺點是反應有點慢，水蒸汽或氣道內(nèi)分泌物而影響取樣。目前大部分監(jiān)測儀是采用側孔取樣法。,(a) Mainstream CO2 sampling. (b) Sides

24、tream sampling,二氧化碳采樣技術,◎微流技術是一種新型的二氧化碳抽樣技術，使用低抱負率，比如NBP-75，Nellcor Puritan Bennett.與傳統(tǒng)的主流測流二氧化碳計相比，它能更精確的測量PetCO2，以及在小潮汐容量和高呼吸頻率的新生兒和嬰兒中能顯示更好的波形。,Figure Nellcor Puritan Bennett,二氧化碳采樣技術,二氧化碳描記圖,二氧化碳描記圖可以幫助診斷一些呼吸和通風的問

25、題，特別是在患者進行了麻醉管理手術后(如支氣管痙攣,食道插管,二氧化碳呼吸,甚至心臟驟停（CPR中的應用）)。幾個階段：I段：開始呼氣，為氣道內(nèi)死腔氣，PetCO2=0。II段：肺泡氣排出和死腔氣混合，PetCO2迅速上升。III段：PetCO2變化很小，形成肺泡平臺。0段：吸氣時其他氣體進入氣道，PetCO2迅速下降至基線。,Figure 單次呼吸二氧化碳描記圖,◎ 舌下二氧化碳檢測儀組件和操作原理： （1）sls-

26、l舌下傳感器：該傳感器包含一個由封端的光纖有著聚硅氧烷膜含有pH敏感的溶液的光極。當光極接觸舌下的組織，CO2存在于組織自由擴散穿過硅薄膜到熒光染料溶液中，而其他常見的氣體或液體是不能通過薄膜的。CO2溶解，形成碳酸，從而降低了溶液的pH值。溶液中染料的熒光強度與pH值成正比。（2）N-80監(jiān)測儀的精密光學部位能發(fā)射紫色和藍色兩種不同波長的可見光譜。紫色波長所產(chǎn)生的熒光強度對pH值不敏感，但藍色波長產(chǎn)生的熒光強度對pH值敏感。,二氧化

27、碳分析儀,Figure CapnoProbe 舌下測量系統(tǒng),Figure CapnoProbe 舌下二氧化碳檢測儀,Figure 舌下二氧化碳檢測儀探頭部分,二氧化碳分析儀,◎化學比色氣道探測器 這是一種利用pH敏感指示劑檢測呼吸呼出的CO2的裝置。比色氣道檢測器插入在氣管導管和通風設備之間。 缺點：由于過度的流動阻力物質(zhì),它們不適合用在能夠自發(fā)呼吸的患者身上。過度的濕氣會讓它們在15 - 20分鐘內(nèi)不起作用。設

28、備會被粘液、水腫、或胃內(nèi)容物損壞,也會受到氣管內(nèi)的腎上腺素的影響。,Nellcor Easy Cap II Pedi-Cap 化學比色CO2探測器,二氧化碳分析儀,二氧化碳分析儀,◎臨床應用估計呼出CO2的量，特別是呼氣末二氧化碳（PetCO2）。監(jiān)測嚴重肺病，并且評估治療的反映。診斷是氣管還是食道插管發(fā)生了變故。通過測定CO2和PetCO2之間不同的分壓，評估機械通氣的效率。,◎局限性二氧化碳分析儀并不能代替測量PaCO

29、2。因為組織代謝產(chǎn)生CO2,經(jīng)毛細血管和靜脈運輸?shù)椒?而CO2的彌散能力很強,極易快速透過肺毛細血管進入肺泡內(nèi),所以正常情況下PetCO2近似于PaCO2。在穩(wěn)定、穩(wěn)態(tài)條件下，呼吸模式和潮汐的變化量可能會引入誤差測量。影響因素：1.組成呼吸氣體的混合物可能會影響二氧化碳分析儀。2.高濃度的一種或兩種氧或氮的氧化物可能會造成影響。3.呼吸頻率也是影響因素之一。,二氧化碳分析儀,經(jīng)皮的血氣監(jiān)測,血氣參數(shù)(TCM)技術的發(fā)展，特別是

30、新一代的MicroGas7650經(jīng)皮氧和二氧化碳監(jiān)測儀的問世，能同時監(jiān)測經(jīng)皮氧分壓tcPO2和tcPCO2，即時、快速的提供機體由心肺運輸氧到組織及清除二氧化碳的情況。 ◎基本原理： 血液中溶解的氧和二氧化碳能夠通過有機體彌散。PO2和PCO2是根據(jù)毛細血管對熱的反應的特性,加熱與皮膚表面接觸的探頭,使探頭所在部位的毛細血管供血增加、血管擴張和充血,皮膚毛細血管床增加,動脈血和表皮下毛細血管發(fā)生氣體交換,氧和二氧化碳進而

31、通過加熱后結構發(fā)生變化的皮膚角質(zhì)層彌散到與皮膚表面接觸的探頭，毛細血管動脈化的結果使探頭測定的tcPO2和tcPCO2與動脈血的PO2和PCO2有較好的相關性。,探頭的基本組成包括測量PO2的Clark電極以及測量PCO2的Stow-Severinghaus型電極和作為參考電極的Ag/AgCl電極。 經(jīng)皮的氧分壓的測量可以使用氧氣極譜法。CO2進入探頭表面的電解液后，發(fā)生化學反應：

32、H+產(chǎn)生一個不同于Severinghaus電極和參考電極的電勢，該電勢通過高阻抗的電壓計測定，與tcPCO2的負對數(shù)成正比。,Figure 經(jīng)皮PCO2傳感器,經(jīng)皮的血氣監(jiān)測,◎臨床應用： 臨床的經(jīng)皮監(jiān)測的重要性在于二氧化碳的連續(xù)監(jiān)測、組織氧合的趨勢顯示、以及其即使性和使用方便等。（1）新生兒學：tcPO2監(jiān)測仍然是在用氧氣治療早產(chǎn)兒方面最常用的科技。（2）胎兒監(jiān)控：特別設計的電極連接到胎兒頭皮已經(jīng)被使用。tcPO2的迅速