呼氣末二氧化碳監測在肺栓塞中的臨床應用

張麗利 于學忠 徐軍 孫峰 付陽陽 金魁 余姍姍

中國醫學科學院 北京協和醫學院 北京協和醫院急診科100032

肺栓塞 (pulmonary embolism，PE)是一種臨床表現復雜多樣、癥狀隱匿且缺乏特異性的疾病，容易漏診、誤診，以致該病的關鍵治療如抗凝、溶栓等延誤，錯失治療時機，甚至出現治療方向錯誤。因此，對PE臨床可能性的可靠評估尤為重要，針對PE各臨床指標效能的評估也越來越受到重視[1]。目前PE篩查大多根據患者臨床表現、動脈血氣分析、相關生化指標、心電圖等，以上指標均存在敏感性和特異性局限，而確診PE需根據進一步的影像學及肺通氣/灌注核素掃描等檢查，但在患者病情危重狀況下部分檢查難以獲取，且為有創、費用昂貴。基于以上原因醫師在臨床工作中需不斷尋找更多的監測方法，以期能及時、準確地發現PE患者，并能方便、有效、實時地對其進行監測。呼氣末二氧化碳 (end-tidal carbon dioxide，ETCO2)監測現廣泛應用于人工氣道定位、通氣功能評價、心肺復蘇時的循環功能評價等[2]。因其是一項無創、簡便、實時、連續的監測指標，且能夠根據其波形計算死腔通氣比例，故越來越多的研究發現其在對PE篩查及治療效果評價中具有一定的臨床價值，可能成為篩查PE及評估溶栓效果指標的有益補充[3-5]。

1 ETCO2監測波形圖介紹

目前臨床上常用的ETCO2監測儀器為主流CO2監測，測量的呼出氣體PCO2可采用時間-PCO2波形 (連續波形顯示)或容積-PCO2波形 (單次呼吸實時顯示)來表示。因容積-PCO2波形能更直觀地顯示呼出氣體量及PCO2情況，故使得死腔計算及呼出CO2量更易獲得[6]。

1.1 時間-PCO2波形 單個波形被分為4個時相。時相Ⅰ：PCO2在基線位置，表示部分吸入氣體以及早期部分死腔氣體排出階段；時相Ⅱ：PCO2陡然升高，表示剩余死腔氣體及部分通氣肺泡氣體的排出階段；時相Ⅲ：PCO2平緩上升，表示大量通氣肺泡氣體的排出階段；時相Ⅳ：PCO2突然下降，表示呼氣結束進入吸氣階段 (圖1 A)。

1.2 容積-PCO2波形 單次波形被分為3個時相，分別代表氣道及肺泡氣體排空的不同階段，時相Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別與時間-PCO2波形圖中所示階段一致，但缺乏時相Ⅳ，因其記錄至呼氣結束，故未描記吸氣階段的開始 (圖1 B)。

圖1 正常呼氣末二氧化碳監測波形圖 A：時間-PCO2波形；B：容積-PCO2波形

2 ETCO2監測在PE中的應用原理

2.1 PE的病理生理變化 PE發生后，其病理生理變化主要包括氣體交換功能及肺部血流動力學等方面的改變。引起ETCO2相關指標變化的主要病理生理改變為PE發生部位血流減少、肺動脈壓力升高，導致肺泡死腔增大，肺內血流重新分布，通氣/血流比值 (ventilation/perfusion，V/Q)失調，有效的氣體交換下降。且血管收縮物質的釋放和低氧血癥誘發支氣管痙攣，肺泡表面活性物質受損引起肺不張，使肺血管阻力加大，血流進一步減少，再次加重V/Q失調[1]。故通過監測患者生理死腔分數 (VD/VT)，可以了解患者V/Q失調情況，進而輔助篩查可疑PE、評估病情嚴重程度及溶栓治療效果，PE的病理生理變化是ETCO2監測PE的應用基礎。

2.2 發生PE時ETCO2監測波形圖變化 當PE發生時，栓塞部位血流中斷，肺泡無灌注，成為肺泡死腔，通氣無效，無法為呼出氣流貢獻CO2，使得在整個呼吸周期，甚至是在呼氣末都無法產生較高的呼氣末二氧化碳分壓(PETCO2)，從而使時相Ⅲ變得平坦 (圖2)。PE面積越大，肺泡死腔越大，V/Q失調情況越嚴重，故監測ETCO2診斷PE的價值就越大。

2.3 ETCO2監測在PE診療中的主要應用指標

2.3.1 VD/VT根據1948年Fowler提出的解剖死腔計算原理，以及通過對單次容積-PCO2波形分析，可以估算肺泡死腔容積 (VDalv)、解剖死腔容積 (VDanat)、肺泡潮氣量(VTalv)以及生理死腔容積 (VDphys)[7]。Fowler的死腔計算方法為：沿容積-PCO2波形時相Ⅲ做一條反向延長線 (A線)，并經時相Ⅱ作一條垂直線 (B線)，將時相Ⅱ曲線與該垂線形成的區域分割成面積幾近相等的2個區域a和b。在Fowler該原理的劃分基礎上，使得對單次容積-PCO2波形的進一步分析成為可能。在此后的研究中，將整個呼氣容積波形A線左邊的部分劃分為VDanat，A線以上、B線右邊的部分劃分為VDalv，A線以下、B線右邊的部分為VTalv(圖3)。VDphys指VDanat與VDalv的總和。生理死腔分數為VDphys/VTalv，通常用VD/VT表示。PE發生后，肺泡死腔增大，進而導致生理死腔增加，VD/VT隨之而增大。

圖2 肺栓塞發生時，肺通氣/血流比值 (V/Q)失調，呼氣末二氧化碳監測容積-PCO2波形異常

2.3.2 PaCO2與PETCO2梯度 CO2彌散能力較強，極易從肺毛細血管彌散到肺泡中，在V/Q正常情況下，PaCO2、肺泡二氧化碳分壓、PETCO2三者大致相等，PETCO2僅較PaCO2略低2～5 mm Hg。而當PE發生時，有效的換氣功能區域減少，肺泡死腔增大，有效的氣體交換下降，V/Q失衡，氣體彌散面積減少，肺泡毛細血管中的CO2難以完全彌散到肺泡中，PaCO2增大同時PETCO2變小，導致兩者間梯度增加。栓塞程度越重，梯度越大[6，8-9]。故從PaCO2與PETCO2梯度，可推知V/Q失衡程度，理論上可應用于對可疑PE進行篩查、PE嚴重程度評估及溶栓治療效果評價。

圖3 單次容積-PCO2波形的各死腔區域劃分

2.3.3 ETCO2容積波形時相Ⅲ斜率 (the slope of phaseⅢ，SⅢ) 大多數能導致V/Q失調的肺部疾病，如ARDS、肺炎等，均能引起SⅢ急劇升高，而出現典型的“鯊魚鰭征”。PE患者ETCO2監測的時間-PCO2波形及容積-PCO2波形時相Ⅲ一般不會出現波形陡峭的情況，相反，各種原因導致的血流再分配使其波形變得平坦，經過溶栓或取栓治療后，這種血管阻塞造成的V/Q失衡被糾正后，SⅢ逐漸升高[10](圖4)。監測SⅢ的變化，可了解PE發生、發展情況。

3 ETCO2監測用于PE診療的臨床應用現狀

3.1 PE篩查 單獨將PETCO2用于PE診斷，臨床研究較少，近期國外有研究報道，連續監測3次PETCO2計算平均值，發現PE患者較非PE患者PETCO2低6.6 mm Hg[分別為 (29.1±7.7)mm Hg、 (35.7±5.6)mm Hg][11]。早期研究報道，連續監測PETCO2，間斷測量PaCO2，計算VD/VT作為PE陽性預測指標，在肺活量正常者VD/VT＞40%時敏感度達100%，當VD/VT＜40%作為PE的排除指標時，敏感度為100%且特異度可達94%，與肺通氣灌注掃描相似[12]。當VD/VT＜20%時，PE的可能性很小，且據此可以排除PE，避免進一步的診斷實驗[13-14]。早期也有研究通過評估ETCO2容積-PCO2波形面積大小篩查PE，當時間-PCO2波形面積小，PaCO2與PETCO2之差顯著時，PE的可能性大，相反，當時間-PCO2波形面積正常(PETCO2＞36 mm Hg)，PETCO2與PaCO2之差不大時，能較可靠地排除PE，當以時間-PCO2波形面積為25 mm Hg·s截點值時，診斷PE的ROC曲線下面積為0.896(95%CI：0.80～0.99)[15]。國外學者對骨科術后可疑PE患者進行研究，發現當PETCO2＞43 mm Hg時，患者無需進一步行肺動脈CT血管造影，其敏感度可達100%[16]。國外學者對14項臨床試驗進行薈萃分析報道，PETCO2對診斷PE的ROC曲線下面積為0.84，此診斷效能優于D-二聚體，但更加有應用前景的是PETCO2監測對排除低風險患者發生PE可能性的價值[17]。使用PETCO2確診PE敏感度高，但存在較多假陽性，限制其在臨床上單獨用于診斷PE，能夠較準確地排除PE就顯得尤為有價值，故使用PETCO2對PE的排除意義大于其診斷價值。

圖4 不同病因呼氣末二氧化碳監測容積-PCO2波形時相Ⅲ特點

聯合其他指標診斷PE，能夠提高診斷的敏感度和特異度。D-二聚體是可疑PE第一程序篩查工具，但具有較高的假陽性率，其水平受到感染、藥物、腫瘤、創傷以及其他因素的影響，在使用抗凝及溶栓藥物后，其敏感度亦會受到影響[18]。近年來有報道指出，對PE的診斷PETCO2以32.3 mm Hg為界值時，在同樣的敏感度 (100%)下，PETCO2顯示出比血清D-二聚體更高的特異度，分別為68%、28%[19]。亦有研究發現常規監測PETCO2并計算VD/VT，聯合D-二聚體，可以用于診斷及排除PE，避免不必要的肺動脈CT血管造影，在排除PE方面，兩者聯合評估敏感度高達100%[20]。Wells評分和改良Geneva評分均是可疑PE的臨床評價系統，有研究證明，當以上評分系統與PETCO2相結合時，能更好地排除PE[17]。在對PE可疑患者的篩選中，單獨的Wells評分＜4分的陰性預測值是93.8%，聯合PETCO2后，陰性預測值上升至97.6%[21]。用于確診PE的 “金標準”肺動脈造影檢查，因檢查費時耗力、搬動風險大、存在造影劑使用后并發腎損傷等可能，使其應用受限。而其他診斷指標及評分系統均存在敏感度及特異度不高的情況，聯合ETCO2相關監測指標篩查PE，避免對危重患者不必要的搬動及檢查，理論上應有十分重要的臨床意義，有望成為各PE可能性評估體系的有價值補充。

3.2 PE病情嚴重度判斷 由于PE的嚴重程度不同，對V/Q失調影響也不同，而VD/VT水平主要受V/Q的影響，因而理論上不同程度的PE可能引起不同程度的VD/VT水平變化。國內有學者報道，通過計算VD/VT，發現大范圍PE患者的VD/VT(0.34±0.078)明顯高于小范圍PE患者 (0.18±0.027)，VD/VT能通過反映V/Q失衡的程度，間接提示肺血管阻塞情況，有助于臨床醫師床旁對患者PE嚴重程度進行評估[22]。對ETCO2進行連續監測，可用于隨時掌握PE患者病情變化。

3.3 PE溶栓效果評估 通常能夠引起V/Q變化的其他肺部疾病，大多都能引起ETCO2監測時間-PCO2波形與容積-PCO2波形改變，可見到異常陡直的上升支 (“鯊魚鰭征”)。相反，在PE患者中，時相Ⅲ中觀察到的是一條較為平坦的上升支，但在PE進行溶栓有效的患者中，SⅢ明顯增加[10，23-24]，提示根據ETCO2容積波形的形態，可以判斷PE溶栓效果，反映V/Q失調改善情況。國內研究指出，PE患者在經積極溶栓和/或抗凝治療后，部分或全部V/Q異常得到糾正，從而使VD/VT下降，治療前后VD/VT的變化，有助于判斷治療效果[25]。國外亦有PE溶栓病例匯報，發現PE患者經藥物或手術去除血栓后，PaCO2與PETCO2梯度明顯降低，VD/VT明顯低于治療前，SⅢ明顯增加，經肺通氣灌注核素掃描證實，患者V/Q確有改善[10，26]。ETCO2容積波形作為監測溶栓效果及病情變化的指標，具有連續、實時、床旁可得等優勢。

4 ETCO2監測應用于PE診療評估的缺點和局限性

應用ETCO2監測對可疑PE患者篩查、病情嚴重度及PE治療效果進行評估時，臨床醫師應了解其缺點和局限，以免造成對該指標的過度解讀和依賴，現將ETCO2監測的缺點及局限性歸納如下。

4.1 多因素干擾 因ETCO2相關監測指標受基礎代謝、循環、呼吸等多方面因素的影響[2]。大面積PE患者病情危重，可能導致呼吸、循環功能障礙，此時的PETCO2不僅受PE所致的V/Q失調影響，可能還會受到循環障礙、代謝性酸中毒等因素的影響，故利用其診斷及評估PE時，應結合其他干擾因素綜合考慮。

4.2 敏感度較高，但特異度不佳 ETCO2監測對PE的篩查是建立在其具有評估患者生理死腔、肺泡死腔及解剖死腔基礎之上，故所有能夠引起V/Q失調及死腔增加的疾病或機械通氣設置不當，均可導致死腔計算結果異常。在對疾病病因進行甄別，利用其評估V/Q失調情況時，需知其可能是一個排除PE的優異指標，但在PE確診上，該指標可能會造成非大面積PE的漏診，應結合患者病情及其他指標綜合分析[27]。

4.3 單次結果不可信 在利用血氣中PaCO2與PETCO2梯度及計算VD/VT來篩查、評估PE嚴重程度或反映治療效果時，需知ETCO2相關監測指標為連續指標，單次結果的解讀可能造成計算錯誤，不能真實反映患者疾病狀態。單次結果可能受患者特殊情況如痰液堵塞、咳嗽、嘆氣樣呼吸及ETCO2監護儀故障等影響。但如果單次結果不準確，假設需要采用連續監測結果，采用多長時間的連續監測，是否需要排除此期間內極端異常結果，目前并沒有文獻報道以供參考。

4.4 缺乏確切臨床參考值 雖有多篇文獻報道ETCO2在PE中的臨床應用情況，但對于篩查PE的界值、判斷PE嚴重程度以及評估溶栓或取栓等治療效果的具體方法，目前尚無定論。使用ETCO2監測對可疑或PE確診患者病情進行評估并非目前臨床常規監護措施，使得ETCO2在該病診療領域的研究臨床數據較少，缺乏大樣本及設計合理的臨床試驗對其應用價值進行驗證，臨床醫師在使用這一指標時，應根據其監測原理具體分析[28-29]。

4.5 監測使用有條件 行ETCO2監測患者，需留置經口氣管插管或氣管切開，保證呼出氣體管道的密閉性，ETCO2監護儀才能精確地捕捉信號。近年來，隨著監測技術的進展，有行無創ETCO2監測研究，但結果表明無創ETCO2監測診斷效能較低[30]。無創監測技術還需進一步改進、臨床驗證及發展。

5 應用前景及展望

ETCO2監測對PE診斷價值雖有限，但相對其他生化、影像及評分指標而言，它是一種簡便、易行、實時且床旁可得、經濟的監測指標，聯合其他檢查指標共同診斷及評估PE，理論上應優于單獨指標診斷效力，有較高的臨床價值，為臨床醫師診治PE提供有益參考[31-32]。但鑒于目前ETCO2無創監測技術尚未成熟，無人工氣道患者該監測技術使用受限，使得該指標在診治PE重癥患者中有一定的臨床價值，但尚不能廣泛用于PE患者篩選。本文就ETCO2監測在PE中的應用原理、臨床應用現狀及局限性進行綜述，旨在加強臨床醫師對其認識，鼓勵臨床廣泛推廣使用，為今后臨床監測提供有價值數據，以推動該監測技術在PE診治領域的應用發展及監護儀器的不斷改進。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突