血氣分析與呼吸生理

血氣分析與呼吸生理

2021/10/101

良好的呼吸管理，即維持呼吸功能的穩(wěn)定和充分的組織氧供。而對呼吸狀態(tài)的全面判斷，有賴于血氣分析。

2021/10/102一、相關(guān)基礎(chǔ)知識㈠氧消耗與二氧化碳的產(chǎn)生2021/10/103人類沒有氧氣就不能生存，構(gòu)成機體的每個細胞的生存都需要能量。這些能量是在細胞中利用氧(O2)進行物質(zhì)代謝產(chǎn)生出來的，如同紙、木材等燃燒產(chǎn)生光和熱的能量那樣，這一過程消耗氧氣產(chǎn)生二氧化碳(CO2)。2021/10/104人類為了生存需要多少氧和產(chǎn)生多少二氧化碳？成人安靜時一分鐘需要氧約250ml(氧消耗量)，產(chǎn)生二氧化碳約200ml(二氧化碳產(chǎn)生量)。。2021/10/105成人比兒童、男性比女性、運動時比安靜時需要的氧和產(chǎn)生的二氧化碳要多，運動中兩者增加幾倍有時到10倍。寒戰(zhàn)、發(fā)熱、甲亢等也可使氧消耗和二氧化碳的產(chǎn)生增加，而甲狀腺機能減退使氧消耗和二氧化碳的產(chǎn)生減少2021/10/106有趣的是二氧化碳的產(chǎn)生量與氧消耗量的比率總是一定的。這種比率稱之為呼吸商(R)，準確地說應是氣體交換比率。如果1分鐘產(chǎn)生二氧化碳200mI，消耗氧250ml，呼吸商為0.8。2021/10/107實際上呼吸商取決于作為能量來源的三大營養(yǎng)素，即碳水化合物，蛋白質(zhì)和脂肪的比例，呼吸商依人不同為0.75～0.9，通常就以0.8計算。要想知道每個人的準確呼吸商，要分別采集呼出氣與吸入氣，測定實際二氧化碳產(chǎn)生量和氧消耗量2021/10/108㈡氣體交換2021/10/109

人不斷地從空氣中攝入氧，排出二氧化碳，這一過程稱為氣體交換，肺是氣體交換的器官。為了持續(xù)地進行氣體交換，氣體要不斷地進出肺泡，通過胸廓變大變小的運動，肺就隨胸廓的運動無休止地膨脹和收縮使空氣出入，即通氣。2021/10/1010一次呼吸量(潮氣量)成人約為500ml，一分鐘(靜息通氣量)約7L；如果肺像僵硬的氣球，運動將很困難，而肺有很好的柔軟性(順應性)，胸廓只要用很小的力就可以讓肺膨脹，正常肺僅用lcmH20的壓力就可膨脹150ml。2021/10/1011

良好的氣體交換必須具備三個條件：2021/10/1012一是要有充分的通氣(有充分的氣體進出肺泡)。2021/10/1013此外，肺泡周圍毛細血管具有與肺泡通氣量相匹配的血流量，即適當?shù)耐庋鞅仁菤怏w交換的第二個條件。2021/10/1014有肺泡通氣，肺泡周圍毛細血管也有血流，但氧從肺泡通向血流有阻礙也不能進行氣體交換。氧從肺泡通向血流，是從肺泡氣氧濃度高的一側(cè)向濃度低的血流一側(cè)擴散，稱為彌散。容易進行彌散(彌散能力)這是氣體交換的第三個條件。2021/10/1015

與氧不同，二氧化碳是從血流排向肺泡及大氣。二氧化碳從血流通向肺泡比氧容易的多，通氣血流比，彌散能力不太成問題，只要肺泡空氣充分交換，也就是肺泡通氣量充分就可以。2021/10/1016環(huán)境因素、肺泡通氣及肺泡水平的氣體交換，是影響氣體交換的三大要因。2021/10/1017所謂環(huán)境因素，包括大氣壓與氧濃度。肺泡通氣與潮氣量、呼吸頻率及死腔量有關(guān)，任何影響它們的因素都將影響肺泡通氣，進而影響氣體交換。肺泡水平的氣體交換與通氣/血流比、彌散能力及靜脈性分流有關(guān)。2021/10/1018㈢動脈血氣的測定2021/10/1019

肺的氣體交換功能是否正常，通過測定動脈血攝取氧是否充分以及是否有二氧化碳潴留就可大概了解。2021/10/1020如前所述，氣體交換以肺泡通氣量，通氣血流比，彌散能力等達到一定條件才能進行。從測定動脈血的氧和二氧化碳的量可以診斷氣體交換欠缺的那些條件，也可以判斷氣體交換障礙的部位。2021/10/1021另外，血氣不僅測定氧與二氧化碳，同時也可以測定pH值，碳酸氫根，了解酸鹼平衡情況。動脈血的氧、二氧化碳的量、酸、鹼平衡的狀態(tài)是與生命相關(guān)的指標，從這種意義說血氣“是維持生命的指南針”2021/10/1022血氣分析儀直接測定的是氧分壓(Pa02)、二氧化碳分壓(PaCO2)和pH值。測定此三項值后經(jīng)計算可得其他內(nèi)容，如血氧飽和度(SaO2)、碳酸氫根的量(HCO3-)、堿剩余(BaseExcess,BE)等。2021/10/1023進而還可推斷其他臨床資料，如與呼吸、循環(huán)相關(guān)的肺泡氣動脈血氧分壓差(AaDO2)，分流量、血氧含量(CaO2)、氧合指數(shù)(Pa02/FiO2)等。2021/10/1024㈣氣體分壓2021/10/1025

眾所周知，空氣主要由氧和氮組成，其比例是21:79，是指空氣中氧與氮的分子數(shù)的比率。大氣壓(PB)為760mmHg。2021/10/1026象空氣一樣，一定種類的氣體混合在一起稱其為混合氣體。把空氣混合氣看做1，各氣體所占的比例稱為某部分濃度，以大寫F表示。大氣中氧濃度(FB02)為0.21，氮濃度(FBN2)為0.79。2021/10/1027

所謂分壓是混合氣體所含各種組成氣體各自的壓力，與各組成氣體的分子數(shù)成比例。換句話說，分壓在混合氣體總壓力中取決于它在整體中所占的濃度。一個大氣壓760mmHg的空氣中，含氧21％，氧分壓為760×0.21＝159mmHg。同樣，含氮79％，氮分壓為601mmHg。2021/10/1028氣體與液體接觸時氣體分子可以自由進入液體，同時也有氣體分子外溢。進入與外溢的分子數(shù)處于相等的狀態(tài)時稱作平衡狀態(tài)。氣體與液體處于平衡狀態(tài)時，氣相與液相兩側(cè)的氣體分壓相等。人體內(nèi)血液中氣體分壓的和與大氣壓處于平衡狀態(tài)，血液中各氣體分壓的總和也是760mmHg。2021/10/1029㈤血氣正常值:PaO2: 80～100*mmHg SaO2 : 95%以上

PaCO2:35～45mmHgPH : 7.35～7.45 [HCO3-]:22～26mmol/LBE: -3～＋3mmol/L*氧分壓隨年齡增加而減低2021/10/1030如前所述，通過血氣測定，可以了解氣體交換狀態(tài)和酸堿平衡情況。2021/10/1031氣體交換指標：氧分壓(Pa02)，氧飽和度(SaO2)和二氧化碳分壓(PaCO2)等。2021/10/1032

酸堿平衡指標：pH值、碳酸氫(HCO3-)、堿剩余(BE)和二氧化碳分壓。2021/10/1033

二氧化碳分壓，即是氣體交換的指標，也是酸堿平衡的指標。2021/10/1034

二、PaCO2與肺泡通氣量2021/10/1035㈠有效的通氣——肺泡通氣氣體進入及排出肺的過程即為通氣。氣體的吸人排出是靠胸廓肌肉，也就是靠膈肌和肋間肌的運動，肺被動地收縮和膨脹2021/10/1036生理學之所謂通氣，指二氧化碳自肺內(nèi)排出。每一次呼吸所能吸入或排出的氣體量即潮氣量(VT)，其正常值約為每公斤體重7毫升，成人潮氣量一般平均為500ml左右。2021/10/1037但并非全部送至肺泡進行氣體交換參與CO2的排出。從口鼻經(jīng)氣管、支氣管到肺泡的通道(氣道)，對氣體交換來說是無用的空間，稱為死腔。成人的呼吸器死腔約為150ml，2.2ml/kg。死腔量與潮氣量之比約為0.3。2021/10/1038吸入氣道中的空氣(稱為吸入氣)與體外的空氣稍有不同，不同點在于氣道中的空氣有飽和的水蒸汽存在，飽和水蒸汽分壓為47mmHg。2021/10/1039因為吸入氣總體壓力與大氣相同，為760mmHg，吸人氣道的吸入氣氧分壓(以PIO2表示)為大氣壓(PB)減去飽和水蒸汽壓47mmHg的差乘以大氣氧濃度21％。大氣壓為760mmHg的話，方程式一般寫成PIO2=(760－47)×0.21=150mmHg，2021/10/1040到達肺泡，起有效氣體交換作用的通氣量——肺泡通氣量(VA)為潮氣量與不進行氣體交換的死腔量(VD)的差。分鐘肺泡通氣量(VA)為單位時間(1分鐘)通氣量與死腔通氣量的差。即：2021/10/1041肺泡通氣量=分鐘通氣量-死腔通氣量=(潮氣量一死腔量)×呼吸頻率2021/10/1042如前所述，環(huán)境、肺泡通氣量、肺的狀態(tài)(肺泡水平的氣體交換)是影響氣體交換的三大要因。影響肺泡通氣的各個環(huán)節(jié)都將影響PaCO2，即CO2的產(chǎn)生，潮氣量、死腔量及呼吸頻率。2021/10/1043PaCO2的計算公式：CO2產(chǎn)生量（VCO2）ml/min肺泡通氣量（VA）L/minPaCO2＝×0.862021/10/1044健康人大約數(shù)值：二氧化碳產(chǎn)生量Vco2=200ml／分，肺泡通氣量VA=4.5L／分，0.86是解決標準狀態(tài)與體溫、壓力、飽和水蒸氣的數(shù)學常數(shù)，由此式可得PaCO2=38mmHg。2021/10/1045

從上面公式可以看出，如果二氧化碳產(chǎn)生量(Vco2)一定，PaCO2與肺泡通氣量(VA)成反比例。如果肺泡通氣量增加一倍，PaCO2則降低1／2；肺泡通氣量降低1／2，PaCO2則增加一倍。2021/10/1046另外，機體活動劇烈時，如果二氧化碳產(chǎn)生量增加，肺泡通氣量也增加，使PaC02保持一定(40mmHg)。2021/10/1047㈢肺泡通氣量的調(diào)節(jié)2021/10/1048人即使在睡眠時也必須呼吸。一旦肺泡通氣量減少，PaCO2上升、PaO2降低，刺激頸動脈體、主動脈體化學感受器，延髓呼吸中樞發(fā)出通氣指令，自動調(diào)節(jié)通氣量使PaCO2保持在40mmHg左右。延髓呼吸中樞發(fā)出通氣命令，受PaCO2、PaO2、pH值等的調(diào)節(jié)，也受意識的控制。2021/10/1049㈣PaCO2降低（肺泡通氣過度，PaCO2＜35mmHg）2021/10/1050PaCO2降低是由于各種原因引起如呼吸中樞活動亢進．肺泡通氣量排出的二氧化碳量比相應產(chǎn)生的二氧化碳的量增加。2021/10/1051⒈中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾患⒉精神因素⒊肺疾患方面:多見于肺栓塞、肺淤血、肺水腫、間質(zhì)性肺炎、ARDS等，這些病癥幾乎都伴有低氧血癥，由低氧狀態(tài)刺激通氣?；旧鲜谴碳し蝺?nèi)感受器引起的。2021/10/1052⒋PaCO2也是酸堿平衡因素之一，各種原因引起的代謝性酸中毒，可使通氣增加，PaCO2降低。2021/10/1053⒌其他：妊娠、發(fā)熱、甲亢、藥物、呼吸機調(diào)節(jié)不當。2021/10/1054㈤PaC02升高（肺泡通氣不足，PaC02>45mmHg）2021/10/1055PaC02上升見于得不到與二氧化碳產(chǎn)生量相應的肺泡通氣量，也就是說是由于肺泡通氣不足引起的。持續(xù)的肺泡通氣不足，大致分為三種情況：2021/10/1056

第一、由呼吸中樞發(fā)出的通氣命令不充分，可見于延髓呼吸中樞本身障礙，鎮(zhèn)靜劑起到抑制作用，代謝性堿中毒也可引起肺泡通氣不足。2021/10/1057

第二、雖然可以從呼吸中樞發(fā)出通氣命令，但有傳導神經(jīng)障礙，不能將沖動傳給膈肌、胸廓的呼吸肌，或者是由于呼吸肌本身有障礙造成的。2021/10/1058第三、見于呼吸器官疾患，肺變僵硬擴張困難(肺順應性降低)，支氣管狹窄，空氣通過困難(氣道阻力增大)，為了維持通氣要增加必要的能量(呼吸做功增加)進而發(fā)展成呼吸肌疲勞。2021/10/1059三、PaO2與低氧血癥2021/10/1060PaCO2僅取決于肺泡通氣量一種因素，而PaO2要復雜得多，PaO2不僅受肺泡通氣量的影響，而且受環(huán)境、肺泡水平氣體交換重要因素的強烈影響。2021/10/1061在環(huán)境要因中有大氣壓和氧濃度兩個因素，在肺泡水平氣體交換要因中有通氣血流比、彌散能力、靜脈性分流等因素。以上六種因素均對PaO2值有影響。下面將逐一進行討論2021/10/1062㈠氧從大氣到細胞——氧分壓（PO2）的變化2021/10/1063

大氣氧分壓(PB02)為760mmHg×0.21=159mmHg?？諝馕霘獾?吸入氣)由水蒸汽所飽和，氧分壓降至150mmHg。2021/10/1064在肺泡中(肺泡氣)，由于從機體排出的CO2，氧分壓繼續(xù)降低。毛細血管的血液從肺泡中攝取氧向動脈集中的過程中,由于通氣／血流比例失調(diào)、分流等原因，氧分壓又下降到一定水平。2021/10/1065進而在細胞外液、細胞內(nèi)液氧分壓繼續(xù)下降，最終到利用氧的細胞內(nèi)線粒體時氧分壓僅為數(shù)個mmHg的程度。氧從大氣到達產(chǎn)生能量的細胞線粒體過程中，氧分壓呈階梯狀進行下降，如同幾層連續(xù)瀑布下落一樣，有人稱之為O2瀑布(02cascade)。2021/10/1066⒈吸入氣氧分壓（PIO2）PIO2＝(PB-47)×FI022021/10/1067人常說高山氧氣“稀薄”，實際上氧濃度并不稀薄，只是氣壓低，從公式中PB變小時，氧濃度與海平面一樣為0.21，但PIO2將降低。相反高壓氧倉等治療時PB增大，吸入氧分壓PIO2將增高。2021/10/1068⒉肺泡氣氧分壓(PAO2)肺泡內(nèi)氣體的氧分壓(PAO2)與吸入氣的氧分壓(PIO2)又不同，因為CO2不斷地從血液中排到肺泡，這部分自然使PAO2變小。2021/10/1069肺泡氣氧分壓(PAO2)＝吸入氣氧分壓(PIO2)－二氧化碳等肺泡中的影響氣體交換成分2021/10/1070⒊動脈血氧分壓（PaO2）2021/10/1071肺泡氣氧分壓(PAO2)吸室內(nèi)空氣時為100mmHg。但實際測得動脈血氧分壓(PaO2)為85～95mmHg。即動脈血氧分壓低于肺泡氧分壓，這種差(PAO2-PaO2)稱為肺泡-動脈血氧分壓差(AaDO2)。2021/10/1072O2要從肺泡進入毛細血管，受到通氣與血流比、彌散能力和分流的影響。即使在正常健康人也總是存在AaDO2，這是由于從支氣管、胸膜和心肌回流的支氣管靜脈、胸膜靜脈和心小靜脈直接匯入了肺靜脈或左心房，這一固定的生理性的解剖分流造成了AaDO2的永久存在。2021/10/1073AaDO2的值反映肺泡水平氣體交換的影響程度，AaDO2是反映肺換氣功能的指標。2021/10/1074AaDO2正常值吸人室內(nèi)空氣時在10～15mmHg，并隨著年齡增加而增大.肺炎、阻塞性肺疾患間質(zhì)性肺炎、肺纖維化等患者通氣血流比值失調(diào)，或同時存在彌散障礙，AaDO2值增大。分流增大見于ARDS、廣泛肺不張(早期)，AaDO2顯著增大。2021/10/1075在吸入不同的氧濃度時，AaDO2的值變化較大，不好對呼吸功能作準確的判斷。這時可計算呼吸指數(shù)、氧合指數(shù)，對病人呼吸功能的判斷更有幫助。2021/10/1076呼吸指數(shù)＝AaDO2/Pa02

氧合指數(shù)＝Pa02/FiO22021/10/1077用這兩個指數(shù)作為肺氧合能力的指標，即使FiO2不同，仍有參考價值。呼吸指數(shù)越大，說明肺氧合功能越差。氧合指數(shù)越小，說明肺氧合功能越差。氧合指數(shù)小于300mmHg，常常是急性肺損傷的表現(xiàn)；氧合指數(shù)小于200mmHg，是診斷ARDS的依據(jù)之一。2021/10/1078㈡氧的運輸2021/10/1079

以上討論了關(guān)于動脈血液中氧分壓指標的問題。經(jīng)過肺換氣進入血液中的O2必須經(jīng)血液運送至各組織器官，其中除大約1.5%以物理溶解方式運輸外,最重要的(約98.5%)是與紅細胞中的血紅蛋白(Hb)結(jié)合向組織運送。2021/10/1080

紅細胞的血紅蛋白1g／dl可運送1.34mlO2。與此相反，每1mmHg的Pa02下，每100ml血2021/10/1081漿僅可溶解氧0.0031ml。就像人們過河一樣，乘船過河要比游泳過河效率高，氧乘血紅蛋白渡船有相當高的運送效率。2021/10/1082而血紅蛋白的載氧能力即血氧飽和度(有百分之多少的血紅蛋白與氧結(jié)合稱為血氧飽和度，Sa02)取決于氧分壓。Hb氧飽和度(縱坐標)與PaO2(橫坐標)的關(guān)系呈“S”形的曲線，稱氧解離曲線。2021/10/10832021/10/1084從曲線看出，PaO2只要在60mmHg以上，對SaO2和動脈血的攜氧量影響不大。Pa02在60mmHg以下解離曲線陡直，PaO2稍有降低，血紅蛋白與氧結(jié)合力急劇減低。這有利于動脈血在組織中釋放出大量的氧。2021/10/1085關(guān)于氧解離曲線，臨床要注意3個要點：2021/10/1086①解離曲線的“3．6．9．法則”，即：Pa0230mmHg時Sa0260％60mmHg時Sa0290％2021/10/1087②氧分壓在60mmHg以下，飽和度劇減。如果Pa02在60mmHg以上，飽和度可維持在90％以上。Pa02在60mmHg以下，氧離曲線陡直下降，這就是把PaO2為60mmHg以下時作為給氧指征的理由。2021/10/1088③即使把PaO2提高到100mmHg以上并非有益。如果吸入氣的氧濃度很高的話，Pa02也能上升到幾百mmHg，但Pa02在100mmHg時，已有98％的血紅蛋白與氧結(jié)合，因此將Pa02提升至100mmHg以上并非有益。2021/10/1089

有許多因素可以影響Hb和O2的結(jié)合與解離，使在相同氧分壓下Hb的氧飽和度發(fā)生變化導致整個曲線向左或向右移位。通常用P50作為對氧離曲線移位程度進行定量評估的指標。2021/10/1090通常用P50作為對氧離曲線移位程度進行定量評估的指標。P50是指Hb