基于光纖精準(zhǔn)分析呼吸氣體的臨床應(yīng)用

袁僑英 喻金龍 周 琪 石 霞 陳麗君 熊 瑋

每個(gè)人呼氣成分的構(gòu)成獨(dú)一無(wú)二并且穩(wěn)定，其具有重要的生理意義。但迄今為止，對(duì)于人體不同病理生理狀態(tài)下實(shí)時(shí)檢測(cè)呼吸氣體成分、濃度等呼吸代謝指標(biāo)的個(gè)體化精確測(cè)定評(píng)估仍不能實(shí)現(xiàn)，對(duì)于更多的呼吸氣體成份分析也沒(méi)有更好的獲取[1-3]。對(duì)于不同性別患者的呼吸代謝測(cè)定和差別研究更少。本實(shí)驗(yàn)研究利用氣體傳感器的高靈敏度、高鑒別性和快的響應(yīng)速度特性，將其用于使用呼吸機(jī)患者的呼吸氣體檢測(cè)分析中，旨在幫助不同性別重癥患者針對(duì)性的制定診治方案、設(shè)定最優(yōu)的呼吸機(jī)參數(shù)，并進(jìn)一步探討無(wú)創(chuàng)測(cè)定呼吸氣體的新技術(shù)[4-5]。

對(duì)象與方法

一、研究對(duì)象

回顧性分析2016年12月至2018年12月，入住第陸軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院(西南醫(yī)院)ICU病房、進(jìn)行傳感器測(cè)定呼吸氣體的患者資料。將符合納入標(biāo)準(zhǔn)的患者按性別分為2組：A組為男性患者82例，平均年齡為(64.88±14.99)歲，B組為女性患者38例，平均年齡為(62.58±17.74)歲。男女患者比較體重有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但是呼吸頻率和體重指數(shù)(BMI)無(wú)差異。入選標(biāo)準(zhǔn): ①血流動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定，生命體征平穩(wěn)；②使用呼吸機(jī)支持呼吸的患者，吸氧濃度<60%；排除標(biāo)準(zhǔn)：①血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定，需調(diào)整血管活性藥物用量；②呼吸機(jī)參數(shù)不穩(wěn)定，需調(diào)整呼吸機(jī)參數(shù)，或吸氧濃度>60%。

二、研究方法

1. 代謝車(chē)直接測(cè)定能量消耗(間接測(cè)熱法)： 采用意大利公司生產(chǎn)的COSMED代謝車(chē)的氣體分析器測(cè)定呼吸代謝參數(shù)，氣體分析基于渦輪傳感器及氧傳感器，采樣量少、分析速度快、重復(fù)性好，穩(wěn)定、精確度高，不受溫度、濕度、氣壓等環(huán)境因素的影響。

2. 測(cè)定方法： 機(jī)械通氣患者需與呼吸機(jī)管道直接連通測(cè)定呼吸參數(shù)；氣管切開(kāi)患者采用面罩模式，直接連接氣管導(dǎo)管，同時(shí)將球囊充氣，保證氣體交換全部通過(guò)氣管導(dǎo)管進(jìn)行。測(cè)試在監(jiān)護(hù)室的層流病房?jī)?nèi)進(jìn)行，室溫25 ℃?；颊呷∑脚P位，測(cè)試前2 h避免各種疼痛刺激和有創(chuàng)性操作，測(cè)定時(shí)間為上午08:00至12:00。測(cè)試前對(duì)代謝車(chē)進(jìn)行空氣定標(biāo)和流量傳感器校準(zhǔn)，測(cè)定15～20 min，取平均值。

3. 檢測(cè)指標(biāo)： 分析通氣量(ventilation, VE)、平均氧氣濃度FeO2、攝氧量(oxygen uptake, VO2)、潮氣量V、分鐘通氣量VE、CO2產(chǎn)量VCO2、平均CO2分壓CO2exp，平均氧分壓O2exp，氧通氣當(dāng)量VE/VO2，CO2通氣當(dāng)量VE/VCO2每公斤攝氧量，VO2/kg、呼吸商R、平均呼出CO2量：FeCO2，平均呼出O2量FeO2等指標(biāo)。其中VO2指測(cè)試過(guò)程中吸入氣體中O2的含量，呼出二氧化碳(VCO2)指機(jī)體基礎(chǔ)代謝后呼出氣體經(jīng)過(guò)感應(yīng)探頭的CO2含量，可以反映體內(nèi)的代謝狀況。R呼吸商是生物體在同一時(shí)間內(nèi)，釋放二氧化碳與吸收氧氣的體積之比或摩爾數(shù)之比，即指呼吸作用所釋放的CO2和吸收的O2的分子比，作為判斷呼吸底物類(lèi)型和供氧情況。氧通氣當(dāng)量(VE/VO2)涉及VE和VO2兩個(gè)參數(shù)。平均呼出氧氣量：靜息狀態(tài)下，平均每分鐘呼出氣體中氧氣含量。平均呼出二氧化碳量：靜息狀態(tài)下，平均每分鐘呼出氣體中二氧化碳含量。平均吸入氧氣量：靜息狀態(tài)下，平均每分鐘吸入氣體中氧氣含量。平均吸入二氧化碳量：靜息狀態(tài)下，平均每分鐘吸入氣體中二氧化碳含量。

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

結(jié) 果

一、兩組患者VO2、O2exp、VCO2、CO2exp比較

A組和B組患者VO2分別為(161±38)vs.(142±29)；O2exp分別為(118±53)vs.(86±39)，男性患者明顯高于女性患者(P<0.05)。A組和B組患者CO2產(chǎn)量VCO2分別為(192±52)vs.(181±49)，CO2exp分別為(13.08±4.65)vs.(11.60±3.77)，比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)，見(jiàn)圖1。

圖1 2組患者攝氧量及平均O2分壓比較，*P<0.05

二、兩組患者VE/VO2、VE/VCO2比較

A組和B組患者氧通氣當(dāng)量(VE/VO2)分別為 (47.56±17.45)vs.(28.98±12.12)；二氧化碳通氣當(dāng)量VE/VCO2分別為(41.01±23.47)vs.(35.4±6.36)，見(jiàn)圖2；呼吸商R分別為 (1.24±0.29)vs.(1.28±0.24)；每公斤攝氧量VO2/kg分別為 (2.64±0.56)vs.(2.69±0.62)。

圖2 2組間氧通氣當(dāng)量、二氧化碳通氣當(dāng)量比較，*P<0.05

三、兩組FeO2、VT、分鐘通氣量VE

A組和B組患者平均呼出O2量FeO2分別為(33.98±10.71)vs.(29.26±11.12)，見(jiàn)圖3；平均呼出CO2量FeCO2分別為(3.78±0.79)vs.(3.92±0.61)；潮氣量VT分別為(0.34±0.09)vs.(0.30±0.09)。分鐘通氣量VE (6.32±2.12)vs.(7.01±2.30)兩組間比較無(wú)差別(P>0.05)。

圖3 2組間平均呼出O2量比較，*P<0.05

討 論

呼吸貫穿人體生命的始終，深入研究呼吸氣體代謝的特點(diǎn)和內(nèi)在機(jī)制，有助于診斷預(yù)測(cè)疾病的發(fā)生發(fā)展。但是目前對(duì)呼吸過(guò)程中不同濃度、不同成分的氣體尚不能進(jìn)行實(shí)時(shí)定量識(shí)別，對(duì)于人體不同病理生理狀態(tài)下實(shí)時(shí)檢測(cè)呼吸氣體成分、濃度等呼吸代謝指標(biāo)的個(gè)體化精確測(cè)定及評(píng)估仍不能實(shí)現(xiàn)，更不能分析呼吸氣體中的各種成分[6-10]。光纖氣體傳感器具有靈敏度高、精度高、分辨率高、動(dòng)態(tài)范圍大等特點(diǎn)，適合作為呼吸氣體檢測(cè)應(yīng)用。筆者基于前期研究基礎(chǔ)，將光纖、光學(xué)、檢測(cè)、計(jì)算機(jī)、智能分析等多種技術(shù)用于臨床醫(yī)學(xué)，對(duì)呼吸氣體代謝進(jìn)行無(wú)創(chuàng)分析。利用呼吸代謝評(píng)估技術(shù)，對(duì)于早期診斷、精準(zhǔn)分析呼吸氣體代謝異常的相關(guān)疾病具有重要意義，尤其是對(duì)人體代謝大數(shù)據(jù)的獲取、建立、疾病預(yù)防均具有重要意義[10-14]。

重癥患者使用呼吸機(jī)后后基礎(chǔ)代謝增高，能量消耗明顯增加；蛋白質(zhì)分解大于合成,氮排出量明顯增多,出現(xiàn)負(fù)氮平衡和蛋白質(zhì)能量營(yíng)養(yǎng)不良,同時(shí)感染、應(yīng)激等刺激使神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)發(fā)生變化,呼吸代謝過(guò)程也收到影響，研究不同性別患者的呼吸代謝特點(diǎn)、變化規(guī)律是合理設(shè)定呼吸機(jī)參數(shù)的重要依據(jù)，因此，筆者采用COSMED代謝車(chē)的氣體分析器測(cè)定呼吸代謝參數(shù)，分別研究不同性別患者的呼吸代謝特點(diǎn)[15-18]。

本文分析發(fā)現(xiàn)平均呼出O2量2組間比較有差別，提示靜息狀態(tài)下，平均每分鐘呼出氣體中氧氣含量男性大于女性患者；潮氣量、攝氧量、平均O2分壓兩組間比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，男性患者高于女性患者；氧通氣當(dāng)量VE/VO2兩組間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，氧通氣當(dāng)量包含VE、VO2兩個(gè)參數(shù),是每分通氣量和每分?jǐn)z氧量的比值，作為評(píng)價(jià)機(jī)體呼吸效率的重要指標(biāo)，反映著機(jī)體的氧攝取能力，氧通氣當(dāng)量小說(shuō)明女性患者的氧攝取效率高，提示女性重癥患者雖然潮氣量小，攝氧量、平均O2分壓低于男性患者，但是氧氣攝取效率高于男性，低的氧通氣當(dāng)量對(duì)于人體適應(yīng)低氧環(huán)境有積極意義[19-23]。男性患者則通過(guò)高于女性患者的潮氣量、攝氧量，彌補(bǔ)氧攝取效率低的生理狀況，因此，對(duì)男性重癥患者在設(shè)置呼吸機(jī)參數(shù)方面要更加關(guān)注。

本文顯示分鐘通氣量、平均CO2分壓、CO2產(chǎn)量?jī)山M間無(wú)差別，提示彌散功能和通氣功能無(wú)明顯男女差異。二氧化碳通氣當(dāng)量VE/VCO2除與呼吸中樞敏感性和反應(yīng)性有關(guān)外，還受呼吸器官機(jī)械障礙的影響，不同性別的患者VE/VCO2比較無(wú)差異[24-26]。呼吸商、每公斤攝氧量、平均呼出CO2量2組間比較均無(wú)差別，說(shuō)明二氧化碳的彌散與排出在重癥患者中無(wú)性別差異。另一方面男女患者比較提示體重有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但是呼吸頻率和體重指數(shù)(BMI)無(wú)差異，說(shuō)明設(shè)置呼吸機(jī)參數(shù)的時(shí)候不能單獨(dú)以體重作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，以BMI更有指導(dǎo)價(jià)值。

R呼吸商是在同一時(shí)間內(nèi)，人體呼吸作用釋放的CO2和吸收O2的分子比，無(wú)氧呼吸時(shí)只有二氧化碳，R明顯增大其可作為判斷呼吸底物類(lèi)型和供氧情況的一項(xiàng)指標(biāo)，兩組間無(wú)差異。VO2吸入氧量指測(cè)試過(guò)程中吸入氣體中O2的含量、VCO2呼出二氧化碳是機(jī)體基礎(chǔ)代謝后呼出氣體經(jīng)過(guò)感應(yīng)探頭的CO2含量，反映體內(nèi)的代謝狀況，兩組間比較無(wú)差別[27-30]。2組患者氧通氣當(dāng)量、二氧化碳通氣當(dāng)量與體重、BMI指數(shù)之間無(wú)明顯相關(guān)性，提示呼吸機(jī)參數(shù)設(shè)定體重僅能作為部分參考，更多的應(yīng)該根據(jù)呼吸代謝測(cè)定值實(shí)時(shí)調(diào)整。

本文只分析了性別間的差異，還需要進(jìn)一步增加患者的數(shù)量，動(dòng)態(tài)地評(píng)估能量代謝水平變化，從而探索重癥呼吸機(jī)使用患者在不同病程階段、不同應(yīng)激狀態(tài)下的呼吸代謝水平，為精準(zhǔn)的呼吸支持、呼吸機(jī)參數(shù)設(shè)定提供依據(jù)。