呼氣末CO2 測量結果偏低的影響因素分析

劉立漢，蔡林意，劉昂駒，劉振興

1 深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司生命信息與支持用戶服務部 （廣東深圳 518057）；2 懷化市第一人民醫(yī)院醫(yī)學裝備部 （湖南懷化 418000）

呼氣末CO2（end-tidal carbon dioxide，ETCO2）的監(jiān)測可反映患者的肺通氣及肺血流狀況，因其測量過程無創(chuàng)且測量結果精準而被廣泛推薦，將患者呼吸過程中實時測得的ETCO2與相應時間一一對應描圖，即可得到ETCO2時間變化的CO2描記圖[1-2]。自19世紀90年代末以來，對于手術室麻醉護理工作而言，CO2已成為一個必不可少的監(jiān)測指標。它提供了一種快速、可靠的方法來檢測可能威脅患者生命的不良狀況，如誤插管、通氣故障、循環(huán)衰竭和呼吸回路缺陷等[3]。美國麻醉醫(yī)師協(xié)會的一份封閉分析研究報告認為，聯(lián)合監(jiān)測CO2和動脈血氧飽和度（oxygen saturation in arterial blood，SpO2）有助于預防93%的可避免麻醉意外的發(fā)生。因此，監(jiān)測CO2有利于在患者受到不可逆損傷之前發(fā)現(xiàn)并及時排除危險，能夠有效提高麻醉過程的安全性。

CO2被推薦應用于涉及插管、通氣和鎮(zhèn)靜的臨床科室中使用。近年來，多個權威協(xié)會相繼修訂了相關指南中CO2監(jiān)測在急診科、重癥監(jiān)護病房及麻醉復蘇室中應用的相關內(nèi)容，美國心臟病協(xié)會于2010年修訂了心肺復蘇和心血管急救指南中高級生命支持章節(jié)相關內(nèi)容，指南中推薦醫(yī)院使用連續(xù)CO2監(jiān)測，其不僅可用于準確監(jiān)測患者氣管內(nèi)插管（Ⅰ類，LOE A）的位置，還可用于監(jiān)測心肺復蘇中胸外按壓的有效性[4]。美國麻醉醫(yī)師協(xié)會及大不列顛和愛爾蘭麻醉師協(xié)會也于2011年修訂了相關指南，推薦在應用鎮(zhèn)靜的臨床科室中采取連續(xù)CO2監(jiān)測，以保證患者的安全。有研究指出，重癥監(jiān)護病房中較少使用CO2描記圖與發(fā)病率和病死率具有一定的相關性，CO2參數(shù)監(jiān)測在未來將有可能成為重癥監(jiān)護病房中呼吸機的標準配置[5-6]。

1 ETCO2 的常見測量方法

臨床上通過呼吸機或監(jiān)護儀等設備來測量患者的ETCO2，根據(jù)傳感器位置不同，測量方法可分為主流式、旁流式和微流式3種，其中，主流式測量法通過將CO2傳感器直接連接于患者呼吸系統(tǒng)的氣道接頭上來測量CO2含量，旁流式和微流式測量法則需以恒定的采樣流量采集患者呼吸氣道中的氣體，并通過內(nèi)置在CO2模塊內(nèi)的傳感器測量CO2含量。

表1 ETCO2的常見測量方法

2 邁瑞公司旁流式ETCO2 測量方法的技術原理

不同光源的光波長各不相同，近紅外與中紅外區(qū)紅外光的波長范圍為2～15 μm（見圖1）。CO2的紅外吸收光譜圖（見圖2），最大吸收波長為4.26 μm。在某一特定波長下，CO2濃度與吸收光強度之間的關系服從朗伯-比爾定律（見圖3），即I=Ioe-alc，式中，I0為入射光強度，I為被吸收后的光強，a為被測氣體的吸收系數(shù)，l為有效吸收光程，c為被測氣體的濃度。

圖1 不同光源波長分布圖

圖2 CO2紅外吸收光譜圖

圖3 朗伯-比爾定律示意圖

邁瑞公司旁流式CO2模塊采用的是非色散紅外光譜分析技術，當紅外光源發(fā)出的光穿過患者呼吸氣路中的氣體樣本時，氣路中的CO2會吸收一定量的光，在出光口使用光電探測器測量剩余紅外光線的能量，CO2模塊設計中，I0、a 和l均固定不變，I與CO2濃度c 成正比，只需測量I，即可獲得相應的CO2濃度，并轉換成電信號，該電信號與紅外光源的能量進行比較并調(diào)整后，即可準確地反映氣體樣本中CO2的濃度，也可稱作CO2分壓（PetCO2）。

3 ETCO2 測量結果偏低的原因分析及糾正措施

3.1 氣體測量系統(tǒng)相關因素

3.1.1 氣路泄漏

氣路泄漏會使外界空氣進入氣路系統(tǒng)，導致樣本氣體被稀釋，從而造成測量結果偏低。氣路泄漏的原因包括附件接頭未擰緊、接頭開裂、采樣管斷裂、水槽密封圈失效、水槽內(nèi)部密封失效等，該故障可通過CO2模塊漏氣檢測進行排查，即堵塞CO2采樣管進氣端，觀察CO2模塊流量是否能夠降低到10 ml/min 以下，若不能，則說明有泄漏，需根據(jù)上述可能的泄漏部位進行排查并修復故障。

3.1.2 使用了非原裝或不達標附件

使用非原裝或不達標附件會增大氣體管路死腔，使樣本氣體在傳輸過程中發(fā)生氣體混淆，從而導致測量結果偏低，原因可能為使用了延長采樣管、采樣管的管徑過大或過小、連接接頭過多等，可通過更換邁瑞公司原裝附件解決該問題。

3.1.3 干擾氣體補償設置不合理

監(jiān)護設備（呼吸機或麻醉機）未設置合適的干擾氣體補償會降低CO2模塊的測量精度，原因可能為干擾氣體在CO2檢測波長處亦存在微弱吸收，當測量氣體中存在干擾氣體如N2O、O2或麻醉劑（氟烷、恩氟醚、異氟醚、七氟醚、地氟醚）等時會影響CO2氣體的測量精度，因此，醫(yī)護人員或工程師應根據(jù)實際呼吸氣體中的氣體組成在設備上設置合理的氣體補償，同時應將濕度補償設置為關閉狀態(tài)。

3.1.4 環(huán)境中CO2氣體濃度過高

科室密閉環(huán)境中CO2氣體濃度過高會導致CO2校零點偏移，從而導致最終計算得到的CO2測量結果偏低，通常會在病房醫(yī)護人員或參觀學習人員過多時發(fā)生，若病房或手術室內(nèi)通氣效果不佳，應改善環(huán)境通風。

3.1.5 CO2模塊故障

若在未發(fā)生任何報錯的情況下出現(xiàn)CO2測量結果偏低，且已排除上述3.1.1～3.1.4的故障原因，則需使用標準氣體對CO2模塊進行濃度測量，確認其測量CO2濃度確實存在偏差后，再使用標準氣體對CO2模塊進行校準即可。需注意的是，在使用過程中，CO2模塊的電子器件及機械部件會發(fā)生老化或積累異物，使用年限過長亦會使測量結果發(fā)生漂移，故維護人員需參照設備手冊上CO2模塊的維護保養(yǎng)建議每年定期進行校準，若模塊存在報警錯誤，則可依據(jù)報錯信息做相應處理或返廠檢修。

3.2 患者生理狀況相關因素

患者生理狀態(tài)及其使用的ETCO2監(jiān)測設備通氣模式設置的差異均會導致不同患者的肺通氣和肺交換情況存在較大差別，因此，臨床上有少數(shù)生理狀態(tài)波動較大的患者，其PetCO2與 正 常 人[PetCO2為38～40 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）]存在較大差異，且與該患者的動脈血CO2分壓（partial pressure of carbon dioxide in artery，PaCO2）亦存在較大差異，而臨床醫(yī)護人員往往習慣使用PaCO2來直接衡量PetCO2測量的準確性，這便會導致誤判PetCO2測量不準確情況的出現(xiàn)。以下將通過通氣血流比（以V/Q 表示，V 為肺部通氣量，Q 為血流灌注量，正常情況下其值應為0.8）這個參數(shù)來分析同一患者PaCO2與PetCO2存在較大差異的原因。

PetCO2與PaCO2均是反映人體內(nèi)CO2濃度的重要參數(shù)，且兩者之間具有良好的相關性，大多數(shù)情況下，臨床可通過PetCO2反映PaCO2水平，進而避免頻繁的動脈血氣測量對患者造成創(chuàng)傷。但從人體CO2代謝圖（見圖4）可以看出，PaCO2與PetCO2的測量位置不同，故兩者的測量值之間會存在一定的差異，且測量結果會受到很多因素的影響[7]。

圖4 人體CO2 代謝圖

健康人群的肺彌散功能正常，V/Q 正常，其PetCO2和PaCO2的值最接近（見圖5），兩者之間的差值P（a-et） CO2處于0～5 mmHg 范圍內(nèi)[8]。部分患者（血流灌注異常或通氣異常）的肺彌散功能較弱，這會導致V/Q 出現(xiàn)異常，此時，患者的PetCO2水平偏低，PaCO2水平偏高（見圖6～7），因此，會出現(xiàn)P（a-et）CO2值較大的情況，若仍采用PaCO2來反映PetCO2的測量結果，則會誤判為PetCO2測量結果不準確，在此種情況下，我們建議通過定期監(jiān)測P（a-et）CO2值的變化來了解患者V/Q 的改善情況和治療效果。此外，很多國內(nèi)外專家學者也對PetCO2與PaCO2的相關性進行了大量的學術研究，其研究結果表明，PetCO2與PaCO2在大部分情況下均存在一定的差異，但其差異大小與患者接受的手術類型、患者生理狀況、所患病癥等因素密切相關，故臨床中需結合以上情況進行綜合分析及判斷，從而來更好地指導患者治療[9-11]。

圖5 健康人群（V/Q 正常）的CO2 代謝圖

圖6 血流灌注異常人群

圖7 通氣異常人群

4 糾正措施的應用效果

經(jīng)過為期3個月的現(xiàn)場調(diào)研及隨訪，臨床反饋糾正措施有效，為使用邁瑞公司ETCO2測量技術的手術室醫(yī)護人員排查ETCO2測量結果偏低相關問題提供了重要參考，對患者進行有效的ETCO2參數(shù)監(jiān)測及醫(yī)師參考該結果進行相關病癥的準確診斷具有重要的意義，后續(xù)會繼續(xù)針對特殊病癥患者PetCO2與PaCO2測量差異大的問題進一步進行專題調(diào)研。