呼氣末二氧化碳分壓監測對重癥患者監護中的應用研究進展

彭雪鈺，農繼飛，王 飛，黃正壯

(1.南寧市第一人民醫院，南寧 530016； 2.柳州市人民醫院，廣西 柳州 545000)

各種原因導致的呼吸、循環功能衰竭及心搏驟停是急診科常見的急危重癥，及早給予CPR并進行高級生命支持治療是搶救成功的關鍵。受限于復雜環境及簡單設備條件下，危重搶救面臨各種挑戰。最新心肺復蘇指南[1]進一步強調了PetCO2的重要性。監測呼氣末呼出氣中含有的二氧化碳分壓(PetCO2)，最早對PetCO2的認識是提供無創性監測肺部通氣/血流比值、生理或病理代謝率等重要信息。臨床實踐中，PetCO2數值及波形圖能確切證實氣管插管的位置，持續監測氣管導管的位置和心肺復蘇術(CPR)的質量，并早期識別自主循環恢復、呼吸監測和評估機械通氣的質量及指導調節呼吸機參數,循環監測并間接反應心輸出量(cardiac output，CO)。在大數據循證醫學支持下，將可進一步用于判斷心肺復蘇患者預后、難治性心臟驟停體外循環支持技術應用、終止心肺復蘇的合理時間點提供科學依據。鑒于PetCO2在臨床病情評估及判斷搶救預后等有廣泛的應用，本研究對PetCO2的原理和急診工作中已經成熟的應用情況及前景進行論述。

1 PetCO2的形成及測定方法

呼氣末二氧化碳分壓(PetCO2)是指呼氣末期呼出肺泡氣含有的二氧化碳分壓。檢測技術有主流式(需建立人工氣道)和旁流式(以取樣管取呼出氣)兩種，臨床上常使用紅外線吸收光譜技術監測呼出氣，將CO2濃度和呼氣相時間軸描圖，即二氧化碳曲線波形。標準曲線包含上升支、肺泡平臺、下降支、基線四部分(圖1)，通過探頭的微芯片處理可得出PetCO2，常采用mmHg及CO2波形圖表示(圖2)。正常生理情況下，肺泡的CO2壓力(PACO2)決定于CO2產量、肺泡通氣量和肺血流灌注量，CO2彌散能力好，迅速從肺毛細血管進入肺泡形成 PACO2，故 PaCO2和 PACO2即刻達到平衡，最后呼出的氣體應為肺泡氣，PetCO2為有效通氣和血液灌注肺泡的 PaCO2。正常生理狀態通氣/血流比例下PetCO2≈PACO2≈PaCO2，ADCO2<5 mmHg，在無慢性肺部疾病的人群中，PACO2/PaCO2呈恒定近乎于1的關系比[2]，因此測定PetCO2即可代表 PaCO2[3]。

Ⅰ：吸氣基線；Ⅱ：曲線上升支；Ⅲ：平均肺泡氣濃度；0：吸氣相顯示快速減少的CO2濃度圖1 二氧化碳曲線波形圖Fig.1 Carbon dioxide curve aveform

帶有主流式PaCO2的監護儀，顯波形(實心箭頭)和壓力值(虛線箭頭)圖2 mmHg及CO2波形圖Fig.2 Waveform of mmHg and CO2

2 PetCO2在急診工作中對重癥患者監護中的作用

2.1 PetCO2在確定氣管插管定位中的作用

氣管插管是急診科常用的操作方法，以此來糾正低氧血癥和二氧化碳潴留、穩定呼吸循環功能、維持內環境，為積極搶救患者爭取時間。氣管插管的速度決定了整個心肺復蘇環節的質量。急診快速處置需建立有效人工氣道(氣管插管) 并給予呼吸機支持。急診氣管插管具有情況緊急、環境嘈雜、個體差異大、病情多樣且復雜、視野暴露差、患者很少充分鎮靜肌松的特點，緊急狀況下有 1%～24% 的氣管插管失敗[4]。受限于病情危急程度、操作者技術熟練度及困難氣道等情況，導管誤置入食道率高，通過聽診肺部呼吸音、觀察導管氣霧、血氧飽和度等方法判斷氣管插管位置，存在反應時間緩慢、受患者自主呼吸情況、胸腔疾病、判斷人員水平、環境干擾等不同因素影響，經纖支鏡檢判斷氣管導管位置的“金標準”方法需要較長時間準備和實施。經分析調整后，最終氣管插管成功率沒有統計學差異，但從氣管插管操作到患者的錯誤插管反應時間、以及第一次有效機械通氣時間上的差異存在統計學意義[4]。在心肺復蘇術中，當肺循環相當低時，二氧化碳描記術是正確確定氣管導管位置的最可靠的方法，如果在心肺復蘇期間沒有得到二氧化碳波形，氣管導管很可能不在氣管內[5]。正常 PetCO2值近等于動脈血 CO2分壓值，平均為 38 mmHg左右，不同病理狀態下的PetCO2值各異。根據PetCO2高于大氣的現象，監測其數值可以快速定位氣管導管是否在氣管內，經口氣管插管后，立即在通氣裝置氣管插管之間接入采樣器，連接PetCO2監測儀和呼吸氣囊，擠壓球囊，觀察和呼吸周期相匹配的PetCO2值(PetCO2≥ 10 cmH2O)和二氧化碳波形，導管在氣道內的特有表現是形成連續穩定的CO2波形，判定呼出氣體來自于肺部，最終確定氣管導管的位置，避免環境和患者的個體因素對聽診器法的干擾，而且在判定導管位置期間，心肺復蘇患者的心臟按壓不可間斷[6]。減少插管判斷時間、避免導管誤插食道通氣導致胃腸脹氣嘔吐，及早進行有效通氣。使用PetCO2進行人工氣道定位是一項有著充分證據的操作[7]。

2.2 PetCO2在監測機械通氣質量中的作用

為保證氣管插管患者的機械通氣質量、避免人機對抗，都不同程度的需要鎮靜、肌松，患者的氣道分泌物增多、晨間喚醒時的躁動，護理工作中定時翻身以改變體位、必要的外出檢查及帶呼吸機轉運等過程均可能發生呼吸管路堵塞、扭曲、打折甚至脫落等機械通氣不良事件，導致通氣不足甚至加重呼吸衰竭。對危重患者的機械通氣監測常規通過定期復查血氣分析、心電監護儀觀察氧分壓、血氧飽和度等。心電監護儀監測SaO2存在受外周循環、體溫的干擾[8]，動脈穿刺血氣結果準確，但存在重復有創操作、增加費用及反應滯后的情況。對合并血管條件異常、凝血功能障礙的患者，反復的動脈穿刺存在血腫、出血的風險。在重度貧血患者中，SaO2和PaO2顯示正常，但血液攜氧量明顯下降[8]。接受機械通氣高濃度氧療的患者氧儲備尚好，發生機械通氣不良事件2 min內SaO2下降不明顯，不能及時反應監護儀監測的血氧飽和度，無法快速反應管路脫落、打折等。而使用PetCO2進行監測，當ETCO2波形突然消失，氣道壓力驟然下降時，則會高度提示呼吸機回路漏氣、氣管導管從氣管內脫出，可立即檢查呼吸機回路并重新連接，避免發生嚴重不良事件。ETCO2波形突然降低，但不到零，多見于呼吸回路漏氣，氣道壓力降低；或呼吸管路阻塞時，峰相變小以至于無平頂出現，此時氣道壓力升高。在監測PetCO2的條件下，發生機械通氣不良事件到醫務人員響應時間比常規監測條件下發現病情變化時的響應時間明顯提前，可以明顯減少嚴重不良事件的發生[4]。患者在轉運途中，無法觀察心電波形受顛簸對監測設備造成的干擾，無法及時發現患者突發心跳呼吸驟停，監測的SaO2仍在90%以上，而同時期的PetCO2可在10 s內迅速下降，監測ETCO2波形突然消失，可以較為迅速地發現患者的病情變化，及時采取干預措施。PaO2和患者的年齡相關，PaCO2與患者的年齡無關，而與病情如低氧血癥、代謝性酸中毒等密切相關[8]。持續、動態監測PetCO2能夠更好地補充單純SaO2監測的不足，能及時、準切地監測到患者呼吸、循環等生命體征的變化，更好地保障患者轉運的安全[9]。在麻醉期間，患者的PetCO2與 PaCO2存在顯著相關性，通過監測PetCO2可及時發現患者呼吸道異常現象[10]。監測PetCO2可及早發現機械通氣不良狀況，有助于改善患者的預后[11]。

2.3 PetCO2在評估心肺復蘇質量中的作用

嚴重創傷和出血、呼吸窘迫、意識改變、血流動力學改變等病理、生理改變與急診死亡患者有顯著相關性[12]。這些病理生理改變過程復雜，易導致心臟驟停。提高搶救成功率的有效手段是早期高質量的CPR，即早期識別、盡早心肺復蘇、盡早除顫，以及進行高級生命支持治療。心肺復蘇中強調的不間斷胸外心臟按壓，形成的“胸泵”機制維持重要臟器有效灌注壓，在CPR時，持續監測PetCO2是反應心肺復蘇質量、判斷預后的重要手段。正常生理情況下，PetCO2為35～40 mmHg，CPR初始階段往往低于這個數值，體循環和肺循環都維持在一定灌注壓，帶動體循環血流，將組織產生的二氧化碳輸送到肺，改善已存在的通氣/血流比值(V/Q)的失調，將血液中大量的CO2輸送到肺，完成氣體交換，PetCO2數值升高。若PetCO2持續升高不明顯，提示心輸出量低，應調整按壓的頻率、深度，并使胸廓充分回彈，持續檢測按壓期間的數值，并盡一切努力使PetCO2值至少達到20 mmHg，以產生更佳的心輸出量[13]。美國心臟協會(AHA)強烈建議在心肺復蘇術中檢測PetCO2，AHA還指出二氧化碳波形高度/CO2值是胸腔按壓產生肺循環的間接測量[5]。2009年法國一份針對體外循環適應癥的指南建議使用PetCO2值為≥10 mmHg來指導院外心臟驟停后開始體外循環[14]。心肺復蘇期間監測PetCO2的另一個原因是二氧化碳濃度突然升高，提示建立自主循環(ROSC)(圖3)。當PetCO2突然持續升高并穩定到正常值(35～40 mmHg)，標志其在建立自主循環(ROSC)[15]。在一項前瞻性的院外成人心肺復蘇研究中，發現監測PetCO2組搶救成功率高于對照組[16]。盡管ROSC患者的PetCO2值高于非ROSC患者，但實際的PetCO2值取決于心臟驟停的原因。在一項臨床回顧性研究中統計，有自主循環ROSC組和無ROSC組的PetCO2值分別為：心源性25.5和18 mmHg，肺實質疾病33.7和17 mmHg，肺栓塞16.0和6.7 mmHg，不明原因20.5和9.7 mmHg[17]。ROSC組與非ROSC組在可監測的CPR(0 min)的PetCO2差異不大，但隨著復蘇的進展，前者的PetCO2值不斷提高，而非ROSC組在5 min后略有下降，但差異不大，之后繼續降低，兩組的PetCO2值在監測10 min時出現顯著差異[13]。整個復蘇過程，ROSC組的PetCO2平均值高于非ROSC組[18]，提示心肺復蘇時監測PetCO2是評估CPR效果和判斷成功的有效指標之一[15, 18]。

圖3 心肺復蘇ROSC的建立Fig.3 Establishment of CPR ROSC

2.4 PetCO2在呼吸機控制通氣患者中參數調節的指導

呼吸機控制通氣患者出現通氣不足、通氣過度可導致嚴重的酸中毒、肺氣壓傷等醫療不良事件，不同原發疾病導致需要呼吸機控制通氣的患者需要的通氣參數不同，常規呼吸機的調節需等待血氣分析的結果，而動脈血氣分析是有創的、且間歇性的，與之相比，PetCO2及其波形的監測卻是無創的，且更方便、連續、動態，對于凝血功能障礙、動脈穿刺有風險的患者尤其重要。控制急性呼吸窘迫綜合征患者的通氣，強調最佳PEEP、低平臺壓、小潮氣量，不可避免的限制其通氣。持續的降低pH值可抑制心肌收縮、導致肺血管收縮，加重右心室負荷，需要密切監測、控制平臺壓(Pplat)，維持Pplat<30 cm H2O， pH≥7.20，動脈二氧化碳分壓(PaCO2)≤ 60 mmHg[19]，因此，持續監測PetCO2間接反應PaCO2，在急性呼吸窘迫綜合征患者機械通氣的肺保護策略中起重要作用。過度換氣經常應用于自發性腦出血患者，以暫時降低升高的顱內壓，防止即將發生的腦疝[20]。對重型顱腦損傷顱內高壓患者，常合并呼吸中樞抑制、神經源性肺水腫，出現高碳酸血癥和低氧血癥，導致腦血流速加快、增加腦血管通透性，最終加重腦水腫，需要控制氣道，采用適當過度通氣治療，有效逆轉上述腦血管病理生理改變，起到降低顱腦內壓的作用，從而改善患者的病情及預后[19]。在歐洲，超過一半的重型顱腦損傷患者仍然使用早期預防性過度通氣，在傷后24 h內PaCO2≤35 mmHg[21]，但不應長期維持PaCO2≤25 mmHg[22]。在治療顱內壓升高時，過度通氣應作為一種臨時措施，但腦血管過度收縮又可能加重損傷周圍缺血半暗帶區域腦組織連續缺氧的狀態，增加了神經元的興奮性和癲癇發作的持續時間。過度通氣既有提高通氣的效果，也伴隨其更大風險的發生[23]。因此，監測PetCO2并調節呼吸機每分鐘的通氣量，針對不同原發病控制PaCO2，達到提高通氣效果和治療的目的，并減少使用呼吸機造成相關并發癥的發生。

2.5 PetCO2與控制性液體復蘇

血流動力學監測是急危重癥患者檢測循環功能的重要手段，臨床上常用的血流動力學如中心靜脈導管、肺動脈漂浮導管監測有創、費時，心臟超聲儀器無創監測存在費用高、對操作者的經驗及技術要求高，并不適合急診的應用。PetCO2數值與心輸出量有關，監測PetCO2除了評估通氣外，還可以提供有關肺部通氣-血流比、CO和代謝率等重要的生理數據信息[24]。目前，經動物試驗和臨床研究發現，在失血性休克、感染性休克、心源性休克等不同休克模式下，PetCO2與CO之間存在良好的相關性[25-26]。液體復蘇是治療各型循環灌注不足休克的重要手段，可有效增加循環容量、提高組織灌注及糾正細胞內環境，穩定生命體征，為進一步治療創造條件。但根據Hernández等[27]的一項臨床隨機對照實驗顯示，液體負荷過重可能會繼發肺水腫，導致心力衰竭，延長住院時間，增加死亡風險。高環征[28]等對50例感染性休克病例采用前瞻性研究發現，利用容量負荷試驗引起的PetCO2變化反應出的心輸出量變化，可有效評估患者的容量反應性，加強對感染性休克患者的液體管理，精確指導液體治療，對提高治療效果和改善預后均有十分重要的意義。 趙華等[29]對43例感染性休克需完全機械通氣控制的患者進行分析，容量負荷試驗引起PetCO2的變化能有效評估容量反應性。對于容量負荷試驗無反應者，輸注更多液體也不會出現容量反應，液體輸注反倒很可能引起無效擴容，導致容量負荷過重。在臨床上對失血量<30%的休克患者術中的PaCO2和PetCO2間有非常好的相關性[30]，完成容量負荷試驗后， 感染性休克患者的PetCO2與CI呈顯著正相關[31]。當失血量較大、感染性休克導致CO減少導致休克時， 肺循環灌注減少，周圍組織產生的二氧化碳無法有效轉運， 肺泡CO2含量升高，最終導致PetCO2升高。對于容量負荷試驗有反應者，初始可以指導快速補液，但容量負荷過重可能會導致心力衰竭、稀釋凝血因子、延長機械通氣時間。控制性液體復蘇目標是維持穩定的平均動脈壓外，還要求維持循環血容量與心功能相匹配。Cherpanath[32]等對納入1 013例臨床病例患者進行分析，發現利用PetCO2監測，被動抬腿容量負荷試驗具有很好的評估效果，敏感性高達86%，特異性高達92%。總之，通過監測休克患者容量負荷試驗前后PetCO2的變化，可在一定程度上評估患者的容量反應性，避免潛在風險的條件下指導液體復蘇，方法簡捷、經濟，具有良好的臨床應用前景[33]。

3 結語

PetCO2的臨床應用具有無創、快捷、簡便、可連續性的特點，已經成熟運用于確認插管位置、監測心肺復蘇效果、術中麻醉中監測，目前也在肺栓塞、機械通氣、休克等患者中有新的進展。但是，受V/Q比例失調及CO2彌散障礙等因素的影響，PetCO2和PaCO2的差值會增大，限制了臨床的判斷及應用。隨著對PetCO2與PaCO2的相關性、PetCO2的影響因素的進一步深入研究和更加客觀地了解和深入地掌握，PetCO2將在輔助疾病診斷、監測進展、預測預后等多方面發揮重要的作用，在急診搶救中發揮更廣泛的作用。