氧合指数和临床意义

1、氧合指数及其临床意义呼吸治疗的目标，是使器官组织可以得到足够的氧气， 以便进行氧合作用获得能源。但由于细胞内的氧合状况无法 直接侦测，所以临床上使用许多氧合指数来反映身体的氧合 状况，这些指数的意义及应用，是医护人员该有的认知。大 气中的氧气从呼吸道进入肺泡，经由扩散作用至肺微血管， 与血色素结合后借着以心脏为动力的动脉血流送至微血管 供组织细胞使用，产生的二氧化碳及剩下的氧气再经由静脉 血回流到肺微血管而完成呼吸循环。在整个过程中，代表氧 合的各项指标可大别为四类： 1)氧气力及相关指数 2 )氧 气含量及相关指数 3 )氧气饱和度及相关指数 4 )局部组织 氧合指数。一. 氧气压力及相关指

2、数1. PaO2:动脉氧气压力(Arterial oxygen tension )2. FIO2 ：吸入氧气分率( Inspired oxygen fraction )3. PIO2 :吸入氧气压力( Inspired oxygen tension )= (PB - PH2O) x FIO24. PAO2:肺泡氧气压力(Alveolar oxygen tension )= PIO2 - (PaCO2/R)在早期，病患缺氧与否， 往往只能从一般的生理反应 (如 血压、心跳、呼吸及意识变化)与皮肤颜色来判断，但若病 患出现发绀现象时，通常表示动脉血已高度缺氧，且在肤色过深或重度贫血的病患不易辨别

3、(1) 。一直到 1950 年代 Dr. Clark 研发出测量氧气分压的电极棒后，才开启了氧合评估 的新页 (2) 。利用血液气体分析仪( blood gas analyzer )， 从早期的电子化学技术发展到最近的荧光极棒 ( fluorescent optode)，PaO2 的测定也由体外单次演进到体内连续侦测 (3) 。至于气体的 FIO2 可以用氧气浓度分析仪 ( oxygen analyzer )测出。若在一大气压力下，代入大气 压力( PB, barometric pressure ) 760 毫米汞柱，水气压力 ( PH2O, vapor pressure )47 毫米汞柱，即

4、可求得PIO2。加上由血液气体分析仪所测得的动脉二氧化碳压力( PaCO2, arterial carbon dioxide tension )及由间接热量测量器 ( indirectcalorimetry )得到的呼吸商数 ( R, respiratoryquotient )或一般代以 0.8 ，便可算出 PAO2(13)。5. PaO2/FIO2 ：氧合指数( Oxygenation index )6. P(A-a)O2 ：肺泡 - 动脉氧气压力差( Alveolar-arterial oxygen tension gradient )= PAO2 - PaO27. PaO2/PAO2:动

5、脉-肺泡氧气分率(Arterial-alveolar oxygen fraction )8. P(A-a)O2/PaO2 :呼吸指数( Respiratory index )PaO2/FIO2 于 1974 年由 Dr. Horovitz 提出，因为计算 容易，且与肺内分流( Qsp/Qt )的相关性不错，所以临床应用甚广 (4) 。 P(A-a)O2 因加入了吸入氧气分率及动脉二氧化 碳压力两指数，所以可以分辨出因通气量过低导至二氧化碳 累积而造成的氧合不良，但影响 P(A-a)O2 的因素很多，包 括吸入氧气分率、通气血流灌注比不配合、肺内分流及右向 左的心内分流，其中肺内分流又随着各种肺

6、疾状况、病患年 龄及不同的体位而改变，此外 P(A-a)O2 也受混合静脉氧气 含量的相关因素影响，如组织氧气消耗量、心搏出量及血红 素量，一般而言 P(A-a)O2 对呼吸常态空气的病患有无氧合 障碍相当敏感，但由于它与肺内分流间的相关性不佳且受太 多非肺因素影响，所以在重症病患并不实用(5)。PaO2/PAO2及 P(A-a)O2/PaO2 分别由 Dr. Gilbert 与 Dr. Goldfarb 提 出。若与肺内分流作相关性分析，在PaO2/FIO2、PaO2/PAO2与 P(A-a)O2/PaO2 三者较近似 (r=0.720.74 )， P(A-a)O2 则 稍差( r=0.62

7、 ) (6,7) 。二. 氧气含量及相关指数1. CaO2 :动脉氧气含量(Arterial oxygen content )= (Hb x SaO2 x 1.34) + (PaO2 x 0.0031)2. CvO2:混合静脉氧气含量(Mixed venous oxygen content )= (Hb x SvO2 x 1.34) + (PvO2 x 0.0031)3. CcO2 :肺微血管氧气含量(Pulmonary capillary oxygen content)= (Hb x 1.34) + (PAO2 x 0.0031)4. Qsp/Qt ：肺内分流( Intrapulmonary

8、 shunt ) =(CcO2 - CaO2)/(CcO2 - CvO2) 有了血红素值( Hb, hemoglobin )、动脉氧血红素饱和 度及动脉氧气压力即可求得CaO2混合静脉血指的是将上腔静脉、下腔静脉及冠状静脉血充份混合后的血液，可由肺动 脉导管( pulmonary artery catheter )在右心室或肺动脉 内取得以推算出 CvO2至于CcO2的计算是以肺微血管血红 素氧气饱和度为 100%的假设下， 以肺泡氧气压力代替肺微血 管氧气压力。利用 CaO2 CvO2及CcO2便可求得Qsp/Qt，此 指数包含两部份，分别是流经肺部时得到充份氧合及没有得 到氧合的血流量比，

9、代表着中央静脉及全身动脉循环间的静 脉混合( venous admixture )。 Qsp/Qt 被视为临床评估肺部 氧合功能的标准，它不会受氧气消耗量、血红素量或混合静 脉氧血红素饱和度等因素所影响 (1,2) 。5. DO2:氧气输出量(Oxygen delivery )= CaO2 x C.O.= CaO2 x C.I. x 106. C(a-v)O2 : 动 脉 - 静 脉 氧 气 含 量 差 ( Arterial-venous oxygen content difference )= CaO2 - CvO27. VO2 :氧气消耗量(Oxygen consumption )a.=

10、C(a-v)O2 x C.I. x 10b.= (1-FEO2-FECO2)FIO2/(1-FIO2) - FEO2 x VE8.0UC:氧气使用分率(Oxygen utilization coefficient)= VO2/DO2= S(a-v)O2/SaO2心搏出量( C.O., cardiac output )一般经肺动脉导管 由温度稀释法( thermodilution method )测得，若再除以 体表面积( body surface area )，便是心搏出指数( C.I., cardiac index )。足够的DO2是加护医疗的重要目标，其中 包含氧气指数、血红素量及心脏功能

11、，缺一不可。 C(a-v)O2 表示组织摄取氧气量的多寡，若值过大常反映着心搏出量不 敷所需。 7a 公式由 Fick 方程式演变而来，其中的心搏出量 测定受多项因素影响，如冰水注入技巧、血红素量、动脉氧 血红素饱和度、混合静脉氧血红素饱和度、动脉氧气压力、 混合静脉氧气压力等，由此得到的VO2比使用间接热量测量器所得到的VO2值较低，其间差异即是肺部本身的耗氧量， 若有肺部感染存在，影响可高达15%。 7b 公式乃使用间接热量测量器测得，FEO2 FECO2及VE分别代表吐出氧气分率( expired oxygen fraction )、吐出二氧化碳分率( expired carbon di

12、oxide fraction )及每分钟吐出通气量( expired minute ventilation )。在开放型间接热量测量器，为使误差减少，需确定吸入氧气分率要稳定、管路系统不可漏气及 吸吐气要完全分离；若使用封闭型间接热量测量器，则吸入 氧气分率可以不定，但气漏、压缩容积及驱动力增加等因素 仍会影响数据。 正常状况下， 约仅 25%的输出氧量被消耗掉， 若氧气消耗量增加或氧气输出量减少，则OUC直上升(2,8)。三 . 氧气饱和度及相关指数1.SaO2 :动脉氧血红素饱和度(Arterial oxyhemoglobinsaturation )2.SpO2 :脉动氧血红素饱和度(Ox

13、yhemoglobin saturation by pulse oximetry )3. FO2Hb: 氧 血 红 素 饱 和 分 率 ( Fractional hemoglobin oxygen saturation )= O2Hb/(O2Hb + HHb + metHb+ COHb)在血液气体分析仪得到动脉氧气压力的同时，利用氧血 红素解离曲线或内定相关公式，即可得到SaO2。 SpO2 是由脉动测氧器 (pulse oximetry) 所测得，此类仪器约在 1980 年代问世，因具有非侵袭性及连续监测的优点，现几乎已成 重症照护的必要配备 (9) 。它的原理是利用波长 660nm 及 9

14、40nm 两光条通过一脉动的血管床后，因通透性的差异进而 反映出血红素及氧血红素(O2Hb间的量差，最后转成氧血红素饱和度显现。影响 SpO2 的因素很多，如侦测位置血流 量不足、外来光线过强、不正常血红素过多、肤色差异、重 度贫血、侦测部位经常移动或不正常脉动等，由于SpO2 仅反应血红素及氧血红素间的关系，因此被称为功能性饱和度 ( functional saturation ) (10) 。 由 一 氧 化 碳 测 氧 器 ( CO-oximetry )所测得的 FO2Hb 因为涵盖了氧血红素、脱 氧血红素(HHt)、变性血红素(metHb)及一氧化碳血红素 (COHb等多项血红素的数值

15、，所以被称为分率性饱和度 ( fractional saturation )，也是目前视为侦测氧血红素量 的标准方法 (1,11) 。4.SvO2 ： 混 合 静 脉 氧 血 红 素 饱 和 度 ( Mixed venous oxyhemoglobin saturation )= 1 - VO2/DO25.S(a-v)O2 ： 动 脉 - 静 脉 氧 血 红 素 饱 和 度 差 ( Arterial-venous oxygen saturation difference)= SaO2 - SvO26.VQI ：通气 - 血流灌注指数 ( Ventilation-perfusion index

16、) = (1-SaO2)/(1-SvO2)7.OEI ：氧气萃取指数( Oxygen extraction index )= (SpO2 - SvO2)/SpO2单一次的 SvO2 测定可将经由肺动脉导管所抽得的混合静脉血打入血液气体分析仪或一氧化碳测氧器即可测得。至于具有连续监测SvO2功能的静脉测氧器(venous oximetry ) 也已于 1980 年代早期被研发使用，由光源、光感应器及微 处理器等组合，置于肺动脉导管前端，将波长650nm至1000nm 的光线射出，碰到红血球后反折的光量经过感应计算后，即 可得到SvO2有研究报告指出 SvO2与氧气使用分率间的相 关性甚佳(r=0

17、.96)，影响SvO2测定的因素包括温度、酸碱 值、血流速度、血球容积计及导管末端堵塞与否 (12) 。同时 并用脉动测氧器及静脉测氧器(或合称双重测氧器，dualoximetry )即可得到S(a-v)02、VQI及OEI三项具连续监测 功能的指数， S(a-v)O2 可代表动脉 -静脉氧气含量差， VQI 与肺内分流间的相关性尚可( r=0.78 )，而 OEI 与氧气使用 分率间的相关性 r=0.60(13,14)。四 . 局部组织氧合指数1. PtcO2 ：经皮氧气压力( Transcutaneous PO2 )在 1970 年代中期被开发应用，方法是将 Clark 电极直 接置于皮肤

18、表面，在加热至约摄氏 44 度后，因表皮的特性 改变使得组织间的微血管动脉化，当氧气扩散出来后被侦测 到的压力即是 PtcO2。影响PtcO2的因素除了动脉血的氧含 量外，还有皮下血管丛的血流量，一般新生儿的 PtcO2 与动 脉氧气压力的相关性还不错，但在成人则较差。因为有电极 片需经常更换测定位置及可能造成皮肤灼伤的危险， PtcO2 已渐被脉动氧血红素饱和度所取代 (2,15) 。2. PtcO2/PaO2 ：经皮氧气压力指数( PtcO2 index ) 在正常新生儿，此数值约 1.0 ，但随着年龄增加而降低，成 人约 0.70.8 。若低于正常值，则表示皮下组织氧合不良。3. PscO2 ：皮下氧气压力( Subcutaneous PO2 ) 将一细硅管植入皮下组织，内含一 Clark 电极组成硅管 压力测量器( silastic ton