動脈氧分壓與脈搏血氧飽和度相關(guān)性研究及臨床應(yīng)用

徐楚天 徐向天 張玉華 王建國

氧作為人體正常生理功能必須的元素之一，始終備受醫(yī)務(wù)人員關(guān)注，特別是重癥患者更需要監(jiān)測與氧密切相關(guān)的指標(biāo)-動脈氧分壓(partial pressure of oxygen in artery，PaO2)和脈搏血氧飽和度(pulse oxygen saturation，SpO2)。PaO2是有創(chuàng)測量，而SpO2是無創(chuàng)監(jiān)測，為了能夠及時了解重癥患者體內(nèi)的生理變化狀況，同時減少對患者的有創(chuàng)傷害，則非常有必要深入了解PaO2與SpO2的關(guān)系，實現(xiàn)以無創(chuàng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)和信息代替或部分代替有創(chuàng)檢測的數(shù)據(jù)和信息，為醫(yī)護(hù)工作者更早地甄別重點巡視對象、關(guān)注患者病情趨勢變化的可能性以及調(diào)整或制定搶救方案提供科學(xué)的方法?；诖?，本研究探討PaO2與SpO2的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在變化規(guī)律，并將研究結(jié)果應(yīng)用于重癥監(jiān)護(hù)工作中。

1 PaO2與SpO2檢測的臨床應(yīng)用

1.1 PaO2與SpO2概述

(1)PaO2。指動脈血液中物理溶解的氧分子所產(chǎn)生的壓力，通過血氣分析儀對動脈血液進(jìn)行檢測得到PaO2檢測結(jié)果，臨床上化驗單表示方法為PO2；常用單位為mmHg；指標(biāo)正常范圍為80～100 mmHg[1]。

(2)SpO2。指在血液中被氧結(jié)合成的氧合血紅蛋白(HbO2)的容量占全部可結(jié)合的血紅蛋白(Hb)容量的百分比[2]；標(biāo)準(zhǔn)表示法為SpO2；通過多功能監(jiān)護(hù)儀可實時連續(xù)監(jiān)測SpO2的變化；指標(biāo)正常范圍為94%～100%；臨床常規(guī)設(shè)定SpO2低限報警值為90%。

1.2 檢測原理

(1)PaO2測定。PaO2的測定是基于電解氧的原理而實現(xiàn)[3]。氧分壓測定設(shè)備的核心部件是氧分壓電極，是由一鉑金絲陰極和銀/氯化銀陽極構(gòu)成；檢測樣品中的氧在鉑金絲陰極表面產(chǎn)生電解反應(yīng)，其電解電流的大小與樣品中PaO2值的高低呈正比；電解電流經(jīng)由血氣分析儀測定可直接得到PaO2值[4-5]。PaO2檢測過程需要抽取患者動脈血液，屬于有創(chuàng)傷性操作，不適合連續(xù)或高密度檢測，因此檢測時機(jī)需具備合理性。

(2)SpO2監(jiān)測。SpO2的監(jiān)測是根據(jù)光學(xué)原理而實現(xiàn)。利用氧合血紅蛋白與血紅蛋白對不同波長的紅光及紅外光吸收量不同的特性，用分光光度法檢測血液對光吸收量的變化，測量動脈血液中氧合血紅蛋白占全部血紅蛋白的百分比，從而得出SpO2數(shù)值[6-8]。SpO2的監(jiān)測屬于無創(chuàng)傷性操作，可以進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。

2 PaO2與SpO2相關(guān)性研究

2.1 研究對象

(1)治療科室。急診重癥監(jiān)護(hù)室(emergency intensive care unit，EICU)。

(2)患者病癥。重癥肺部感染患者。

2.2 儀器設(shè)備

(1)采用GEM Premier 3000型全自動血氣分析儀(美國IL公司)檢測患者PaO2，設(shè)備檢測每月進(jìn)行1次室內(nèi)質(zhì)量控制，每日標(biāo)定由設(shè)備自動完成。

(2)采用MP30型多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀(美國飛利浦公司)檢測患者SpO2，設(shè)備質(zhì)量控制情況為1年/次。

2.3 研究方法

(1)病例選擇。選取3例在EICU救治期間，病情危重，PaO2檢測值變動幅度較大，且原始記錄次數(shù)≥5次的患者，作為相關(guān)關(guān)系研究病例；從中選取1例出現(xiàn)缺氧體征，監(jiān)護(hù)儀SpO2顯示值在低限報警90%以上的患者，作為SpO2相對PaO2變化的時間滯后特性研究病例。

(2)數(shù)據(jù)選擇標(biāo)準(zhǔn)。對于相關(guān)關(guān)系研究病例，根據(jù)PaO2檢測數(shù)據(jù)記錄，提取對應(yīng)時間點SpO2監(jiān)測數(shù)據(jù)；對于PaO2與SpO2變化時間滯后特性研究病例，以檢測PaO2時間點向前向后各延長50 min左右，提取SpO2監(jiān)測分鐘數(shù)據(jù)。

(3)數(shù)據(jù)研究方法。應(yīng)用Excel程序中散點圖表法繪制PaO2與SpO2相關(guān)分析曲線圖，定性分析PaO2與SpO2是否存在相關(guān)關(guān)系；應(yīng)用Excel程序中的相關(guān)系數(shù)法，運算得到相關(guān)系數(shù)γ，定量分析PaO2與SpO2的相關(guān)程度；應(yīng)用Excel應(yīng)用程序中的散點圖表法，以提取的SpO2監(jiān)測分鐘數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)繪制SpO2-時間曲線圖，并在圖中標(biāo)注PaO2檢測點及特征參考點，生成分析圖表，研究SpO2相對PaO2變化的時間滯后特性。

2.4 相關(guān)關(guān)系的定性分析

2.4.1 繪制PaO2與SpO2相關(guān)分析曲線圖

根據(jù)研究方法與步驟的標(biāo)準(zhǔn)選取3例患者病例(簡稱患者1、患者2、患者3)，繪制3例患者PaO2與SpO2相關(guān)分析曲線圖，如圖1、圖2和圖3所示。

圖1 患者1 PaO2與SpO2相關(guān)分析曲線圖

圖2 患者2 PaO2與SpO2相關(guān)分析曲線圖

圖3 患者3 PaO2與SpO2相關(guān)分析曲線圖

2.4.2 曲線特征分析

圖1～3中PaO2與SpO2曲線變化特征為：①曲線變化方向基本相同；②曲線波動規(guī)律基本相同；③趨勢線顯示為趨勢同向。

2.4.3 定性分析結(jié)論

通過散點圖表法的分析，證明PaO2與SpO2在性質(zhì)上存在相關(guān)關(guān)系[9]。

2.5 相關(guān)關(guān)系的定量分析

PaO2與SpO2相關(guān)關(guān)系的定量分析方法，采用了Excel程序中的相關(guān)系數(shù)法。

(1)相關(guān)系數(shù)γ的含義。相關(guān)系數(shù)γ(correlation coefficient)又稱Pearson積矩相關(guān)系數(shù)，是用無量綱的系數(shù)形式來度量兩個變量X和Y之間相關(guān)程度和相關(guān)方向[9]。

(2)相關(guān)系數(shù)運用EXCEL程序中的CORREL函數(shù)進(jìn)行計算。

(3)相關(guān)系數(shù)γ無單位，其值為-1≤γ≤1。γ值為正，表示變量X和Y之間正相關(guān)；γ值為負(fù)，表示負(fù)相關(guān)；γ=1表示兩變量完全正相關(guān)；γ=-1表示兩變量完全負(fù)相關(guān)；若γ=0則為不相關(guān)。γ數(shù)值靠近1，表示為高度正相關(guān)[9]。

3 PaO2與SpO2相關(guān)關(guān)系的定量分析數(shù)據(jù)及計算結(jié)果

3.1 相關(guān)系數(shù)軟件計算

對應(yīng)患者1、患者2和患者3的PaO2與SpO2相關(guān)系數(shù)γ軟件計算過程，E1顯示的數(shù)值為相關(guān)系數(shù)γ計算結(jié)果(如圖4、圖5和圖6所示)。

3.2 定量分析結(jié)果

PaO2與SpO2存在正相關(guān)關(guān)系定量分析的相關(guān)程度高，其結(jié)果見表1。

3.3 SpO2相對PaO2變化的時間滯后特性結(jié)果

在患者病例跟蹤過程中，SpO2相對PaO2的變化存在一個時間差，如果這個時間差被證明是具有內(nèi)在的規(guī)律，則可被定義為時間滯后特性。以下是根據(jù)典型病例數(shù)據(jù)對時間滯后特性的研究過程。

表1 PaO2與SpO2相關(guān)關(guān)系定量分析結(jié)果

圖7 患者3SpO2時間曲線圖

圖4 患者1相關(guān)系數(shù)軟件計算過程截圖

圖5 患者2相關(guān)系數(shù)軟件計算過程截圖

圖6 患者3相關(guān)系數(shù)軟件計算過程截圖

3.3.1 繪制SpO2時間曲線圖

選擇患者3在2月2日凌晨3：20至4：12的急救治療過程進(jìn)行重點研究。以時間在3：20和4：12的PaO2檢測記錄點為基準(zhǔn)點，向前向后各延長40～50 min左右，調(diào)取相應(yīng)時間SpO2監(jiān)護(hù)分鐘數(shù)據(jù)，繪制SpO2時間曲線圖，如圖7所示。

3.3.2 對應(yīng)的監(jiān)護(hù)治療信息

2月2日凌晨2：50左右常規(guī)巡視發(fā)現(xiàn)患者出現(xiàn)氣急現(xiàn)象，期間監(jiān)護(hù)儀SpO2顯示值為95%，檢查了患者的治療設(shè)備狀態(tài)完好后繼續(xù)觀察；3：20氣急體征仍無好轉(zhuǎn)，監(jiān)護(hù)儀SpO2監(jiān)測值為90%，設(shè)備出現(xiàn)低限報警；檢測動脈血氣，PaO2檢測值為61 mmHg，介于輕、中度低氧血癥臨界值，立即實施急救；4：12患者體征明顯好轉(zhuǎn)，再次行動脈血氣檢測，PaO2檢測值為74 mmHg，確認(rèn)了急救效果，對應(yīng)SpO2監(jiān)測值為92%。

3.3.3 SpO2(PaO2)時間曲線變化分析圖的生成

根據(jù)治療信息，對圖4劃分區(qū)域并標(biāo)注，生成SpO2(PaO2)時間曲線變化分析圖。①將PaO2檢測的時間點3：20設(shè)為a點，患者實施救治后再次檢測PaO2的時間點4：12設(shè)為b點；②將SpO2最后出現(xiàn)最低值位置設(shè)為c點，SpO2重新出現(xiàn)最高值位置設(shè)為d點；③將a點左側(cè)方框定義為A區(qū)域，方框與a點之間定義為A1區(qū)域；④將a點與b點之間定義為B區(qū)域；⑤將b點右側(cè)定義為C區(qū)域(如圖8所示)。

3.3.4 各區(qū)域內(nèi)曲線變化特征及分析

(1)A區(qū)域曲線變化特征及分析。①SpO2曲線從平穩(wěn)狀態(tài)變化為小周期內(nèi)劇烈波動狀態(tài)，在29 min(時間在2：23～2：52)內(nèi)反復(fù)向下，波動幅度＞2%，SpO2監(jiān)測值從最高97%下降到93%左右，指標(biāo)仍處于90%低限報警上方；②SpO2監(jiān)測值出現(xiàn)了低于94%正常值的狀況(時間在2：46)；③A區(qū)域無PaO2檢測點；④分析A區(qū)域中SpO2曲線在29 min內(nèi)的異常波動現(xiàn)象，表示患者病情進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，SpO2監(jiān)測值連續(xù)出現(xiàn)新低形成向下趨勢，表示患者病情已開始惡化。

圖8 SpO2(PaO2)時間曲線變化分析示圖

(2)A1區(qū)域曲線變化特征及分析。①SpO2曲線從凌晨2：55開始加速向下運行，在24 min(2：55～3：19)內(nèi)多次低至90%低限報警附近；②設(shè)備低限報警后于3：20檢測血氣，檢測點設(shè)置為a點，相應(yīng)PaO2檢測值為61 mmHg；③分析A1區(qū)域中SpO2曲線走勢反映了患者病情加速惡化的過程，病情惡化程度通過a點的PaO2檢測值確認(rèn)。

(3)B區(qū)域曲線變化特征及分析。①SpO2曲線經(jīng)過快速下降進(jìn)入B區(qū)域，最低點在血氣檢測點a點(時間在3：20)之后9min(時間在3：29)和22min(時間在3：42)出現(xiàn)，在最低點c點(時間在3：42)之后SpO2曲線出現(xiàn)逐步振蕩向上并脫離低點區(qū)域的走勢；B區(qū)域內(nèi)曲線出現(xiàn)過3次向上波動的走勢，且波動幅度＞2%；②SpO2監(jiān)測值在B區(qū)域出現(xiàn)最低值2次，數(shù)值為88%；③4：12為第二次血氣檢測點b點，PaO2檢測值為74 mmHg；④分析B區(qū)域涵蓋了整個急救過程所經(jīng)歷的時間變化、PaO2檢測值變化及SpO2監(jiān)測值變化的全部信息。經(jīng)歷了52 min時間，SpO2曲線從下降經(jīng)歷橫向波動轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙厔?，通過指標(biāo)變化的過程反映了急救效果；PaO2檢測值從61 mmHg回升至74 mmHg，體現(xiàn)了指標(biāo)變化的及時性和靈敏性，對急救效果起到了實時確認(rèn)的作用。

(4)C區(qū)域曲線變化特征及分析。①SpO2曲線在b點(時間在4：12)之后持續(xù)向上進(jìn)入C區(qū)域，出現(xiàn)了2次2%幅度的加速上升過程(時間在4：14～4：15，4：38～4：39)，d點(時間在4：39)之后SpO2指標(biāo)均處于94%～100%的正常范圍；②C區(qū)域內(nèi)SpO2監(jiān)測值出現(xiàn)了與A區(qū)域高點相同的現(xiàn)象，出現(xiàn)d點(時間在4：39)數(shù)據(jù)為97%；③分析C區(qū)域內(nèi)的SpO2曲線走勢反映了急救效果良好、病情好轉(zhuǎn)并穩(wěn)定的過程，SpO2監(jiān)測值出現(xiàn)新高的d點(時間在4：39)，比PaO2檢測點b點滯后27 min穩(wěn)定于指標(biāo)正常值區(qū)間。

3.3.5 滯后時間的分析

(1)滯后時間數(shù)據(jù)詳解。在A、A1、B及C的4個區(qū)域中SpO2變化均滯后于PaO2變化。①在A及A1區(qū)域，患者在凌晨2：50左右被發(fā)現(xiàn)缺氧體征，而SpO2監(jiān)測值達(dá)到90%低限報的時間在凌晨3：03～3：19，滯后于患者出現(xiàn)體征的時間30 min左右；②B區(qū)域凌晨3：20(a點)PaO2檢測值為61 mmHg，在采取救治措施之后，SpO2監(jiān)測值在出現(xiàn)2次最低值(88%)、持續(xù)22 min(時間在3：20～3：42)之后開始向上，響應(yīng)救治效果；③在凌晨4：12(b點)急救結(jié)束，PaO2檢測值為74 mmHg，表明救治效果良好，而此時SpO2監(jiān)測值92%未達(dá)到指標(biāo)正常區(qū)間；④在27 min(C區(qū)域d點)之后SpO2監(jiān)測值為97%，符合PaO2與SpO2臨床經(jīng)驗數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系表中數(shù)值，見表2[10]。

表2 PaO2與SpO2的臨床經(jīng)驗數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系

(2)分析結(jié)果。SpO2相對PaO2變化的滯后時間約為20～30 min。

3.3.6 SpO2相對PaO2變化的時間滯后特性本質(zhì)原因

血氣檢測是對患者動脈血液直接進(jìn)行檢測，檢測值直接反映患者病情變化情況，根據(jù)PaO2兩個檢測點數(shù)據(jù)可對患者當(dāng)前病情變化方向進(jìn)行判斷。

患者病情變化的過程，是人體原有酸堿平衡被打破與重新建立的過程。由于氧合血紅蛋白及血紅蛋白對于人體酸堿平衡調(diào)節(jié)有著緩沖系統(tǒng)的作用，參與體內(nèi)新的酸堿平衡過程的建立，只有當(dāng)新建立的酸堿平衡穩(wěn)定之后，SpO2監(jiān)測值才能反映機(jī)體新的酸堿平衡環(huán)境下組織的含氧信息；SpO2的測量部位是通過指端進(jìn)行的，指端是血液循環(huán)的最末端，是人體生理變化響應(yīng)時間最遲的部位[11]。從生理學(xué)角度可以證明SpO2相對PaO2變化具有時間滯后特性，即SpO2相對PaO2變化具有時間滯后特性本質(zhì)上的原因。

4 討論

4.1 臨床應(yīng)用目的

研究PaO2與SpO2相關(guān)性可更早地發(fā)現(xiàn)病情發(fā)生變化的現(xiàn)象，及時關(guān)注病情惡化趨勢形成的可能性，及早實施PaO2檢測以確認(rèn)病情惡化的程度，調(diào)整治療方案或?qū)嵤┘本却胧?，并根?jù)SpO2區(qū)域波動特征合理設(shè)置PaO2檢測點，建立指標(biāo)量化分析體系。

4.2 臨床應(yīng)用意義

(1)PaO2是評價人體氧合狀態(tài)的綜合指標(biāo)，也是反映人體呼吸功能的重要生理參數(shù)。由于PaO2的檢測結(jié)果準(zhǔn)確，因此是判斷、確認(rèn)機(jī)體組織缺氧及低氧血癥程度公認(rèn)的第一參考指標(biāo)[12]。

(2)SpO2是經(jīng)外周血管對動脈血液中血紅蛋白的氧飽和狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，其值反映了動脈血液中氧的含量、血紅蛋白與氧結(jié)合的能力以及機(jī)體組織含氧的狀態(tài)，也反映了血紅蛋白通過血液循環(huán)把氧運送到全身各組織的能力[13-15]。

4.3 影響PaO2與SpO2的生理因素

人體新陳代謝過程中所需要的氧，是經(jīng)過呼吸道、肺泡、動脈血、毛細(xì)血管以及組織細(xì)胞各個環(huán)節(jié)逐步被釋放。在此過程中，任何一個步驟若發(fā)生病理變化，均可使PaO2下降幅度增大，導(dǎo)致機(jī)體缺氧。PaO2是反映肺泡通氣功能最敏感的指標(biāo)，當(dāng)呼吸生理功能發(fā)生變化時，PaO2首先會受到影響[16]。

人體動脈血管隨著心臟收縮和舒張產(chǎn)生擴(kuò)張與收縮，SpO2監(jiān)測是利用了人體生理的這個特點，通過測試部位血液容量的變化，監(jiān)測氧合血紅蛋白及血紅蛋白的含量，因此測試部位的血液灌注情況對SpO2監(jiān)測值的準(zhǔn)確性會產(chǎn)生一定的影響[17]。

血液對于人體酸堿平衡調(diào)節(jié)具有緩沖系統(tǒng)的作用，氧合血紅蛋白及血紅蛋白的緩沖作用占全血中各緩沖體系的35%[18]。氧合血紅蛋白具弱酸性，還原血紅蛋白具弱堿性，由于生理或病理原因致使原有的酸堿平衡被打破，在機(jī)體新的酸堿平衡的建立過程中，氧合血紅蛋白及血紅蛋白在血液中的濃度會發(fā)生改變，因此SpO2監(jiān)測值會受到影響[19]。

本研究表明，肺部感染患者病情變化迅速，在監(jiān)護(hù)治療期間病情會經(jīng)歷多次反復(fù)，每次會出現(xiàn)20～30 min的加速惡化過程，如不能及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，則會危及患者生命。將PaO2與SpO2相關(guān)性應(yīng)用于臨床，會在患者病情惡化的早期發(fā)現(xiàn)并加以處置，可以有效抑制A1區(qū)域SpO2監(jiān)測值向下的幅度，縮短患者處于缺氧狀態(tài)的時間約為20 min左右?；颊卟∏榻?jīng)歷惡化→發(fā)現(xiàn)→救治→好轉(zhuǎn)→穩(wěn)定的階段，若每一階段都具備SpO2配合PaO2指標(biāo)量化分析方法的指導(dǎo)，對鞏固治療效果、減少病情反復(fù)的次數(shù)、縮短治療周期及患者早日康復(fù)均會帶來正向影響。

5 結(jié)語

運用患者在EICU監(jiān)護(hù)治療期間的PaO2檢測數(shù)據(jù)與SpO2監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過定性及定量的分析，證明了PaO2與SpO2存在高度正相關(guān)關(guān)系；PaO2與SpO2的正相關(guān)關(guān)系在患者監(jiān)護(hù)治療的大周期中得到充分體現(xiàn)。在患者病情惡化、急救及恢復(fù)穩(wěn)定的過程中，SpO2相對PaO2變化時間滯后約20～30 min；時間滯后特性在約2～3 h的小周期中得到充分體現(xiàn)。

通過對PaO2與SpO2相關(guān)性的研究，初步建立了PaO2與SpO2配合的指標(biāo)量化分析體系，日后還需經(jīng)過不同情況的臨床實踐，在更多的患者救治過程中應(yīng)用并逐步完善。