呼末二氧化碳分压与动脉血二氧化碳分压相关性研究分析

刘立汉 刘昂驹 刘振兴

摘要：现代临床手术过程中，越来越多地需要实时监测机械通气患者的供氧水平与通气状态，而呼末二氧化碳分压（PetCO2）监测作为目前广泛使用的测量方法，其测量准确性与适用性问题一直困扰着临床医护人员。本文主要围绕不同场景下的PetCO2与动脉血二氧化碳分压（PaCO2）的相关性研究进展进行综述，旨在澄清并解释针对不同条件下PetCO2测量结果的准确性及适用性问题，以此增加临床医护人员对PetCO2测量的理解，便于指导对患者的及时护理与合理用药。

关键词：手术;机械通气;呼末二氧化碳分压;动脉血二氧化碳分压;准确性及适用性

【中图分类号】R322.3 【文献标识码】A 【文章编号】1673-9026（2021）03-036-03

一、引言

动脉血气分析被认为是临床监测通气和供氧是否充足反映病人呼吸状态的金标准，但它是侵入性的，昂贵的，而且需要重复采样动脉血，临床中往往很难获得动脉血，尤其是新生儿，动脉采血会导致新生儿失血、疼痛或动脉痉挛等问题。同时，血气分析是间歇性的测量，只能反映采样时患者体内平衡状态，但实际上危重患者体内状态在短时间内也可能会发生较大变化，而呼末二氧化碳分压（PetCO2）可以连续无创测量并间接反映动脉血二氧化碳分压（PaCO2），减少了重复侵入性动脉血采样，能安全、舒适地持续监测，是一种替代PaCO2的无创测量方法，通过监测PetCO2的突变还可以预警并促使医生测量PaCO2，在患者病情恶化之前确保治疗的早期干预。

为了评估确认PetCO2和PaCO2的相关性，国内外学者进行了大量的研究和分析，以期得到通过PetCO2准确反映PaCO2的模型与标准，应用于临床实践。Murant Pekdemir等人[1]使用主流CO2和旁流CO2测量方法对114例患者的PetCO2及PaCO2进行一致性评估，其中PaCO2均值35.16mmHg，主流PetCO2均值22.11mmHg，旁流PetCO2均值25.48mmHg，结果表明通过主流和旁流CO2测得的PetCO2均明显低于PaCO2，且具有一致性;Grace TS Law等人[2]探讨了PetCO2和PaCO2的相关性关系，200例患者测试结果：PetCO2均值33.2 mmHg，PaCO2均值40 mmHg，P（a-et）CO2梯度均值7.2 mmHg;Serge J.H.Heines等人[3]比较了三种监护仪在40名心外科手术后患者机械通气过程中PetCO2的差异性，并与其PaCO2进行了对比，结果表明：三种监测仪的PetCO2测量结果相关性良好，但所有监测仪PetCO2均值均低于PaCO2，差值约为4mmHg，存在P（a-et） CO2的正相关梯度。

以上研究表明：PetCO2和PaCO2具有很好的相关性，且绝大数情况下PetCO2应该低于PaCO2，但在实际临床中PetCO2和PaCO2的测量受到很多因素的影响或者存在不适用的场景，本文后续章节会进行更深入的分析。

二、PetCO2和PaCO2相关性

1.重度戒酒综合征患者

国外学者在分析PetCO2与PaCO2的相关性时加入了患者状态影响因子，以酸碱代谢紊乱患者（重度戒酒综合征患者）为研究对象，Tariq Yousuf等人[4]对比了36例重度戒酒综合征患者治疗过程中PetCO2和PaCO2测量值，用于评估PetCO2在患者接受药物治疗后监测呼吸抑制方面的意义，研究发现患者的P（a-et） CO2梯度呈正相关性关系，差值约为9.5mmHg，在整个住院过程中保持一致;Elham Pishbin等人[5]评估了64例重度戒酒综合征患者治疗过程中的PetCO2和PaCO2测量值也存在着较强的线性关系，且PetCO2普遍小于PaCO2，因此其判断针对该类患者，可用PetCO2作为紧急情况下评估PaCO2的重要指标。

2.重症新生儿患者

Chia-Hua Wu等人[6]针对新生儿重症监护病房（NICU）的61名患者（其中41名早产儿）测量了主流PetCO2，用于评估其作为间接评估PaCO2的可靠性和准确性，两组实验结果均表明：PetCO2明显低于PaCO2，但同时也表明两者之间存在很好的相关性。足月组 ：PetCO2 （40.8±10.7mmHg） VS PaCO2 （44.2±14.3mmHg）;早产儿组：PetCO2 （43.1±10.4mm Hg） VS PaCO2 （46.5±11.2mmHg）。

Soraisham Amuchou Singh等人[7]研究了31例早产儿第一周PetCO2与PaCO2的相关性及一致性情况，通过数据分析：PetCO2明显低于PaCO2，PetCO2（37.3 ± 7.8 mmHg） VS PaCO2（43.5 ± 9.6 mmHg），当PetCO2处于30～50mmHg的范围时，通过监测PetCO2有助于研究早产儿第一周PaCO2变化趋势及筛查异常。

3.颅脑损伤患者

Sung-Woo Lee等人[8]研究了66例急诊重症颅脑损伤患者的PaCO2与PetCO2的相关性情况，并对不一致患者数据进行了分析，结果表明：PetCO2和PaCO2相关性良好（r=0.666，p<0.0001），P（a-et）CO2（25%-75%）均值为3.6mmHg，PetCO2和PaCO2在重度颅脑损伤中的一致性为77.3%;对于28例无严重外伤、无低血压、无代谢性酸中毒患者的一致性为89.3%，通常PaCO2的值大于或等于PetCO2，但有12例測量结果相反，可能原因：在潮气量大且呼吸率低情况下，肺泡末端气体长期缓慢排出，在呼气末增加了额外的累积CO2传感器污染导致吸气基线上升，引起PetCO2测量结果增大。

J Husaini等人[9]研究了35例开颅手术患者PetCO2和PaCO2的关系，试图确定PetCO2是否可以用于开颅时PaCO2的评估，测量了三个节点（麻醉诱导后10分钟，开颅后硬膜切开时，开始闭合硬膜时）的PaCO2和PetCO2测量值，三个节点情况下两者平均差分别为：3.84 mmHg，4.85 mmHg，3.91mmHg，整个开颅手术过程中，PetCO2一直小于PaCO2，具有很好地相关性和一致性。

三、PetCO2和PaCO2影响因素分析

PaCO2和PetCO2具有很好的相关性和一致性，但其也受到很多因素的影响。

患者体位的影响分析，Bruno Grenier等人[10]评估了104例患者在持续3小时不同体位神经外科手术中PetCO2及PaCO2的测量值，在麻醉诱导后、定位后、每一小时及手术结束后分别测量PaCO2与PetCO2及P（a-et）CO2，624组测试均值统计结果：PaCO2 （33±5mmHg）及PetCO2 （27±4mmHg），P（a-et）CO2 （6±4mmHg），其中侧卧P（a-et）CO2为（7±3mmHg），比仰卧、俯卧及坐姿差异大，侧卧时PetCO2 （26±4mmHg）偏低。Monu Yadav等人[11]研究发现40例颈椎手术患者从仰卧位向俯卧位转变时，PetCO2从31.8mmHg降至30.6mmHg，PaCO2从34.65mmHg降至33.3mmHg，但P（a-et）CO2梯度无明显变化，研究中仰卧位P（a-et）CO2为3.14±1.7mmHg，俯卧位P（a-et）CO2为3.09±1.9mmHg。

机械通气的影响分析，D.Pang等人[12]通过分析控制机械通气过程中通氧呼吸与否，来评估PetCO2反映PaCO2的准确性。其中，不通氧组：PetCO2比PaCO2小2.20mmHg;通氧组：PetCO2比PaCO2小2.46mmHg。Daniel S.J.Pang等人[13]则通过调节每分钟通气率，发现当通气率VR<5，平均PetCO2比PaCO2低4.01mmHg;VR>5，平均PetCO2則比PaCO2低2.24mmHg。Guiqi Geng等人[14]进一步研究了不同通气方式下90例妇科腹腔镜手术病人P（a-et） CO2随时间的变化情况。P（a-et） CO2为正时，其差异随着手术时间的延长而增大，但总体而言通气对P（a-et）CO2的梯度影响比较小，但在通气过程中还需要同时考虑不同气管导管方式等影响因素[15]。

死腔的影响分析，Mathilde Lermuzeaux等人[16]评估不同二氧化碳监测方法的准确性，主要是通过比较25例未插管重症监护病房（ICU）急性呼吸衰竭患者的PetCO2与PaCO2测量值，PaCO2 均值（44.2±12.7mmHg），PetCO2 均值（30.3±9.1mmHg），PaCO2与PetCO2相差13.9±1.96mmHg，分析可得出PaCO2和PetCO2之间的差异与生理死腔体积成正比，为解剖和肺泡死腔的总和。

血压的影响分析，Teemu Luostarinen等人[17]评估了72例患者不同动脉血压变化对动脉PaCO2和P（a-et）CO2的影响。平均动脉血压MAP的百分比变化与P（a-et）CO2正相关。曾昭燕等[18]通过42例胸科手术指出，行右肺叶手术肺功能基本正常的患者，术中左单肺通气期间，血流动力学稳定时PetCO2与PaCO2相关性好（r=0.87）;低血压期间，PetCO2与PaCO2差值增大，PetCO2仅反映PaCO2的变化趋势（r=0.75），准确性不如正常血压时。

年龄的影响分析，Kenichi Satoh等人[19]评估了596例患者全身麻醉时PetCO2和PaCO2受年龄差异的影响以探讨PaCO2和PetCO2的准确性，研究发现P（a-et）CO2梯度随患者年龄增加而增大，P（a-et）CO2详细分布：16～25岁：（2.4±3.1）mmHg，26～35岁：（3.1±2.2）mmHg，36～45岁：（3.0±2.2）mmHg，46～55岁：（3.4±2.0）mmHg，56～64岁：（3.2±2.0）mmHg，65～74岁：（4.3±3.2）mmHg，75～84岁：（3.7±2.8）mmHg。

人工气胸的影响分析，薛沙等人[20]对43例行腔镜食管癌手术患者进行单肺通气联合二氧化碳人工气胸后，P（a-et）CO2显著增加，PetCO2和PaCO2的相关性受到显著影响，而一旦停止单肺通气联合人工气胸后，各指标均可恢复至术前水平。由于影响P（a-et）CO2大小的直接因素是肺内分流多少与死腔通气大小，因此灌注不足时所导致的V/Q失调以及死腔通气增加将直接影响P（a-et）CO2。王洁等人[21]通过对30例的单腔气管插管全身麻醉下胸腔镜食管癌根治术患者进行人工气胸数据跟踪，发现气胸后的PaCO2，PetCO2以及P（a-et）CO2均明显增加，两者的相关性也随之改变，因此人工气胸期间慎用PetCO2预估PaCO2。

心脏病患儿的分流方式影响分析，刘桠名等人[22]通过对60例的择期行先天性心脏病体外循环手术的患儿进行分组分析：右向左分流的先天性心脏病患儿在手术结束前PetCO2与PaCO2无显著相关性（r为0.21～0.38），PetCO2不能替代PaCO2;左向右分流的先天性心脏病患儿在体外循环围手术期，PetCO2与PaCO2的相关性较好（r为0.55～0.87），PetCO2能准确地反映PaCO2的变化。

以上研究分析表明：PetCO2与PaCO2的相关性会受到很多因素的影响，临床医护人员需根据实际情况进行判断与分析。

四、PetCO2和PaCO2相关性较差的场景

一些特定场景下，研究发现PetCO2与PaCO2的一致性在临床上的表现较差，因此无法直接使用PetCO2代替PaCO2作为临床评价，Mutlu Kartal等人[23]开展了118例慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者的旁流PetCO2测量，研究分析了PetCO2和PaCO2之间的差异，PaCO2均值：42.2±13.5mmHg，PetCO2均值：33.7±10.45mmHg，数据表明：PetCO2与PaCO2测量一致性较差，不能代替PaCO2用于COPD患者的临床评价;王群英等人[24]指出PetCO2与PaCO2在健康患者呈现良好的相关性，但在不同病理生理情况下，二者的相关性可能会比较差，研究中专门针对创伤患者进行了分析，发现该类患者PetCO2与PaCO2的相关性很差，尤其是受伤程度越严重的患者，其相关性越差;刘亚凤等人[25]针对100例ICU入院患者使用碳酸波形图监测其初始PetCO2，监测中也同步迅速抽血做血气分析PaCO2，统计结果表明：100例患者PetCO2平均值为31.32±7.81mmHg，PaCO2平均值为35.44±8.57mmHg，可以看到PetCO2和PaCO2呈中度相关（r=0.67），Bland-Altman绘图显示PaCO2与PetCO2差值的均值为4.12mmHg，一致性范围为（-9，+17），进而验证了在该类场景PetCO2不足以准确反映成年患者在急危重状态下PaCO2的变化趋势。

五、總结

本文综述了PetCO2和PaCO2两种测量方法差异性、相关性及其影响因素，重点分析了使用PetCO2替代预测PaCO2的适用场景和不适用场景。适用场景：PetCO2和PaCO2的相关性和一致性都很好，针对同一患者实时对比监测的PetCO2小于PaCO2，但详细差值的范围与患者的具体病症有一定的关系;不适用场景：重点研究提出了慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者、创伤患者、ICU极危重患者等场景下不建议用PetCO2作为替代评估PaCO2的变化趋势，为后续医护人员准确地使用和理解PetCO2和PaCO2提供了很好地参考，便于指导对患者的及时护理与合理用药。

参考文献

[1]Murat Pekdemir，Orhan Cinar，Serkan Y?lmaz，Elif Yaka，and Melih Yuksel.Disparity Between Mainstream and Sidestream End-Tidal Carbon Dioxide Values and Arterial Carbon Dioxide Levels.Respir Care 2013; 58（7）：1152–1156.

[2]Grace TS Law，CY Wong，CW Kwan，KY Wong，FP Wong，HN Tse.Concordance between side-stream end-tidal carbon dioxide and arterial carbon dioxide partial pressure in respiratory service setting.Hong Kong Med J 2009; 15：440-6.

[3]Serge J.H.Heines，Ulrich Strauch，Paul M.H.J.Roekaerts，Bjorn Winkens，and Dennis C.J.J.Bergmans.Accuracy of end-tidal CO2 capnometers in post-cardiac surgery patients during controlled mechanical ventilation.The Journal of Emergency Medicine 2013，45：130-135.

[4]Tariq Yousuf，Taylor Brinton，Jason Kramer，Basharath Khan，Jeffrey Ziffra，Dana Villines，Poorvi Shah，Tabassum Hanif.Correlation Between Partial Pressure of Arterial Carbon Dioxide and End Tidal Carbon Dioxide in Patients with Severe Alcohol Withdrawal.The Ochsner J 2015; 15：418-422.

[5]Elham Pishbin，Ghazaleh Doostkhah Ahmadi，Mohammad Davood Sharifi，Morteza Talebi Deloei1，Alireza Sepehri Shamloo，Hamidreza Reihani.The correlation between end-tidal carbon dioxide and arterial blood gas parameters in patients evaluated for metabolic acid-base disorders.Electronic Physician 2015; 7：1095-1101.

[6]Chia-Hua Wu，Hung-Chieh Chou，Wu-Shiun Hsieh，Wai-Kong Chen，Pei-Yu Huang，and Po-Nien Tsao.Good Estimation of Arterial Carbon Dioxide by End-Tidal Carbon Dioxide Monitoring in the Neonatal Intensive Care Unit.Pediatric Pulmonology 2003; 35：292–295.

[7] Soraisham Amuchou Singh and Nalini Singhal.Does End-tidal Carbon Dioxide Measurement Correlate with Arterial Carbon Dioxide in Extremely Low Birth Weight Infants in the First Week of Life？.Indian Pediatrics 2006; 43：20-5.

[8]Sung-Woo Lee，Yun-Sik Hong，Chul Han，Su-Jin Kim，Sung-Woo Moon，Jung-Ho Shin，and Kwang-Je Baek.Concordance of End-Tidal Carbon Dioxide and Arterial Carbon Dioxide in Severe Traumatic Brain injury.J Trauma 2009; 67：526-530.

[9]J Husaini，Y C Choy.End-Tidal to Arterial Carbon Dioxide Partial Pressure Difference During Craniotomy in Anaesthetised Patients.Med J Malaysia 2008; 63：384-387.

[10]Bruno Grenier，Eric Verche`re，Abdelghani Mesli，Marc Dubreuil，Daniel Siao，Monique Vandendriessche，Jacques Cale`s，and Pierre Maurette.Capnography Monitoring During Neurosurgery：Reliability in Relation to Various Intraoperative Positions.Anesth Analg 1999;8：43–48.

[11] Monu Yadav，Elmati Praveen Reddy，Ashima Sharma，Dilip Kumar Kulkarni，and Ramachandran Gopinath.The Effect of Position on PaCO2 and PETCO2 in Patients Undergoing Cervical Spine Surgery in Supine and Prone Position.J Neurosurg Anesthesiol 2017; 29：298–303.

[12] D.Pang，J.Hethey，N.A.Caulkett and T.Duke.Partial pressure of end-tidal CO2 sampled via an intranasal catheter as a substitute for partial pressure of arterial CO2 in dogs.Journal of Veterinary Emergency and Critical Care 2007; 17：143–148.

[13] Daniel S.J.Pang，Yves Rondenay，Eric Troncy，Lena N.Measures，Stéphane Lair.Use of end-tidal partial pressure of carbon dioxide to predict arterial partial pressure of carbon dioxide in harp seals during isoflurane-induced anesthesia.Am J Vet Res 2006; 67：1131–1137.

[14] Guiqi Geng，Jingyi Hu，Shaoqiang Huang.Effects of different inhaled oxygen concentration and end-expiratory positive pressure on Pa-etCO2 in patients undergoing gynecological laparoscopic surgery.Int J Clin Exp Med 2013;6（10）：956-959.

[15] 俎雪玲;高慶轮;胡静; 不同气管导管单肺通气时间与炎症因子、PaCO2、PetCO2的相关性分析[J];检验医学与临床;2020年19期

[16] Mathilde Lermuzeaux，Henri Meric，Bertrand Sauneuf，Salomé Girard，Hervé Normand，Frédéric Lofaso，Nicolas Terzi.Superiority of transcutaneous CO2 over end-tidal CO2 measurement for monitoring respiratory failure in nonintubated patients：A pilot study.Journal of Critical Care 2016; 31：150-156.

[17] Teemu Luostarinen，O¨ zlem Korkmaz Dilmen，Tomohisa Niiya，and Tomi Niemi.Effect of Arterial Blood Pressure on the Arterial to End-tidal Carbon Dioxide Difference During Anesthesia Induction in Patients Scheduled for Craniotomy.J Neurosurg Anesthesiol 2010;22：303–308.

[18]曾昭燕; 血压对单肺通气患者动脉二氧化碳分压与呼气末二氧化碳分压差的影响[D];南方医科大学;2014年

[19]Kenichi Satoh，Ayako Ohashi，Miho Kumagai，Masahito Sato，Akiyoshi Kuji，and Shigeharu Joh.Evaluation of Differences between PaCO2 and ETCO2 by Age as Measured during General Anesthesia with Patients in a Supine Position.Journal of Anesthesiology 2015; 2015：1-5.

[20]薛沙;单肺通气联合人工气胸对动脉血—呼气末二氧化碳分压差的影响[D];青岛大学;2016年

[21]王洁;朱学芳;肖计文;陈金红;姚盛来; 单腔气管插管全身麻醉下胸腔镜食管癌根治术CO2人工气胸对患者PaCO2和PetCO2的影响及相关性研究[J];吉林医学;2019年5期

[22]刘桠名; 先心病患儿体外循环围手术期PetCO2与PaCO2的相关性研究[D];昆明医科大学;2018年

[23]Mutlu Kartal，Erkan Goksu，Oktay Eray，Soner Isik，Ali Vefa Sayrac，Ozlem Erken Yigit and Stephan Rinnert.The value of ETCO2 measurement for COPD patients in the emergency department.European Journal of Emergency Medicine 2011; 18：9–12.

[24]王群英;刘新伟;PetCO2与PaCO2的相关性及在危重患者中的研究进展[J];重庆医学;2015年34期

[25]刘亚凤;李文强;陈阵;胡念丹;魏捷; 危重患者呼气末二氧化碳与动脉血二氧化碳的相关性研究[J];内科急危重症杂志;2012年02期

作者简介：刘立汉，男，1984年出生，湖北天门人，工学硕士，中级工程师，研究方向为生物医学工程与仪器，目前已在国内外期刊或杂志发表学术论文12篇，中国及美国发明专利5个（2个已授权，3个已公开）。

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