呼气末CO2 测量结果偏低的影响因素分析

刘立汉，蔡林意，刘昂驹，刘振兴

1 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司生命信息与支持用户服务部 （广东深圳 518057）；2 怀化市第一人民医院医学装备部 （湖南怀化 418000）

呼气末CO2（end-tidal carbon dioxide，ETCO2）的监测可反映患者的肺通气及肺血流状况，因其测量过程无创且测量结果精准而被广泛推荐，将患者呼吸过程中实时测得的ETCO2与相应时间一一对应描图，即可得到ETCO2时间变化的CO2描记图[1-2]。自19世纪90年代末以来，对于手术室麻醉护理工作而言，CO2已成为一个必不可少的监测指标。它提供了一种快速、可靠的方法来检测可能威胁患者生命的不良状况，如误插管、通气故障、循环衰竭和呼吸回路缺陷等[3]。美国麻醉医师协会的一份封闭分析研究报告认为，联合监测CO2和动脉血氧饱和度（oxygen saturation in arterial blood，SpO2）有助于预防93%的可避免麻醉意外的发生。因此，监测CO2有利于在患者受到不可逆损伤之前发现并及时排除危险，能够有效提高麻醉过程的安全性。

CO2被推荐应用于涉及插管、通气和镇静的临床科室中使用。近年来，多个权威协会相继修订了相关指南中CO2监测在急诊科、重症监护病房及麻醉复苏室中应用的相关内容，美国心脏病协会于2010年修订了心肺复苏和心血管急救指南中高级生命支持章节相关内容，指南中推荐医院使用连续CO2监测，其不仅可用于准确监测患者气管内插管（Ⅰ类，LOE A）的位置，还可用于监测心肺复苏中胸外按压的有效性[4]。美国麻醉医师协会及大不列颠和爱尔兰麻醉师协会也于2011年修订了相关指南，推荐在应用镇静的临床科室中采取连续CO2监测，以保证患者的安全。有研究指出，重症监护病房中较少使用CO2描记图与发病率和病死率具有一定的相关性，CO2参数监测在未来将有可能成为重症监护病房中呼吸机的标准配置[5-6]。

1 ETCO2 的常见测量方法

临床上通过呼吸机或监护仪等设备来测量患者的ETCO2，根据传感器位置不同，测量方法可分为主流式、旁流式和微流式3种，其中，主流式测量法通过将CO2传感器直接连接于患者呼吸系统的气道接头上来测量CO2含量，旁流式和微流式测量法则需以恒定的采样流量采集患者呼吸气道中的气体，并通过内置在CO2模块内的传感器测量CO2含量。

表1 ETCO2的常见测量方法

2 迈瑞公司旁流式ETCO2 测量方法的技术原理

不同光源的光波长各不相同，近红外与中红外区红外光的波长范围为2～15 μm（见图1）。CO2的红外吸收光谱图（见图2），最大吸收波长为4.26 μm。在某一特定波长下，CO2浓度与吸收光强度之间的关系服从朗伯-比尔定律（见图3），即I=Ioe-alc，式中，I0为入射光强度，I为被吸收后的光强，a为被测气体的吸收系数，l为有效吸收光程，c为被测气体的浓度。

图1 不同光源波长分布图

图2 CO2红外吸收光谱图

图3 朗伯-比尔定律示意图

迈瑞公司旁流式CO2模块采用的是非色散红外光谱分析技术，当红外光源发出的光穿过患者呼吸气路中的气体样本时，气路中的CO2会吸收一定量的光，在出光口使用光电探测器测量剩余红外光线的能量，CO2模块设计中，I0、a 和l均固定不变，I与CO2浓度c 成正比，只需测量I，即可获得相应的CO2浓度，并转换成电信号，该电信号与红外光源的能量进行比较并调整后，即可准确地反映气体样本中CO2的浓度，也可称作CO2分压（PetCO2）。

3 ETCO2 测量结果偏低的原因分析及纠正措施

3.1 气体测量系统相关因素

3.1.1 气路泄漏

气路泄漏会使外界空气进入气路系统，导致样本气体被稀释，从而造成测量结果偏低。气路泄漏的原因包括附件接头未拧紧、接头开裂、采样管断裂、水槽密封圈失效、水槽内部密封失效等，该故障可通过CO2模块漏气检测进行排查，即堵塞CO2采样管进气端，观察CO2模块流量是否能够降低到10 ml/min 以下，若不能，则说明有泄漏，需根据上述可能的泄漏部位进行排查并修复故障。

3.1.2 使用了非原装或不达标附件

使用非原装或不达标附件会增大气体管路死腔，使样本气体在传输过程中发生气体混淆，从而导致测量结果偏低，原因可能为使用了延长采样管、采样管的管径过大或过小、连接接头过多等，可通过更换迈瑞公司原装附件解决该问题。

3.1.3 干扰气体补偿设置不合理

监护设备（呼吸机或麻醉机）未设置合适的干扰气体补偿会降低CO2模块的测量精度，原因可能为干扰气体在CO2检测波长处亦存在微弱吸收，当测量气体中存在干扰气体如N2O、O2或麻醉剂（氟烷、恩氟醚、异氟醚、七氟醚、地氟醚）等时会影响CO2气体的测量精度，因此，医护人员或工程师应根据实际呼吸气体中的气体组成在设备上设置合理的气体补偿，同时应将湿度补偿设置为关闭状态。

3.1.4 环境中CO2气体浓度过高

科室密闭环境中CO2气体浓度过高会导致CO2校零点偏移，从而导致最终计算得到的CO2测量结果偏低，通常会在病房医护人员或参观学习人员过多时发生，若病房或手术室内通气效果不佳，应改善环境通风。

3.1.5 CO2模块故障

若在未发生任何报错的情况下出现CO2测量结果偏低，且已排除上述3.1.1～3.1.4的故障原因，则需使用标准气体对CO2模块进行浓度测量，确认其测量CO2浓度确实存在偏差后，再使用标准气体对CO2模块进行校准即可。需注意的是，在使用过程中，CO2模块的电子器件及机械部件会发生老化或积累异物，使用年限过长亦会使测量结果发生漂移，故维护人员需参照设备手册上CO2模块的维护保养建议每年定期进行校准，若模块存在报警错误，则可依据报错信息做相应处理或返厂检修。

3.2 患者生理状况相关因素

患者生理状态及其使用的ETCO2监测设备通气模式设置的差异均会导致不同患者的肺通气和肺交换情况存在较大差别，因此，临床上有少数生理状态波动较大的患者，其PetCO2与 正 常 人[PetCO2为38～40 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）]存在较大差异，且与该患者的动脉血CO2分压（partial pressure of carbon dioxide in artery，PaCO2）亦存在较大差异，而临床医护人员往往习惯使用PaCO2来直接衡量PetCO2测量的准确性，这便会导致误判PetCO2测量不准确情况的出现。以下将通过通气血流比（以V/Q 表示，V 为肺部通气量，Q 为血流灌注量，正常情况下其值应为0.8）这个参数来分析同一患者PaCO2与PetCO2存在较大差异的原因。

PetCO2与PaCO2均是反映人体内CO2浓度的重要参数，且两者之间具有良好的相关性，大多数情况下，临床可通过PetCO2反映PaCO2水平，进而避免频繁的动脉血气测量对患者造成创伤。但从人体CO2代谢图（见图4）可以看出，PaCO2与PetCO2的测量位置不同，故两者的测量值之间会存在一定的差异，且测量结果会受到很多因素的影响[7]。

图4 人体CO2 代谢图

健康人群的肺弥散功能正常，V/Q 正常，其PetCO2和PaCO2的值最接近（见图5），两者之间的差值P（a-et） CO2处于0～5 mmHg 范围内[8]。部分患者（血流灌注异常或通气异常）的肺弥散功能较弱，这会导致V/Q 出现异常，此时，患者的PetCO2水平偏低，PaCO2水平偏高（见图6～7），因此，会出现P（a-et）CO2值较大的情况，若仍采用PaCO2来反映PetCO2的测量结果，则会误判为PetCO2测量结果不准确，在此种情况下，我们建议通过定期监测P（a-et）CO2值的变化来了解患者V/Q 的改善情况和治疗效果。此外，很多国内外专家学者也对PetCO2与PaCO2的相关性进行了大量的学术研究，其研究结果表明，PetCO2与PaCO2在大部分情况下均存在一定的差异，但其差异大小与患者接受的手术类型、患者生理状况、所患病症等因素密切相关，故临床中需结合以上情况进行综合分析及判断，从而来更好地指导患者治疗[9-11]。

图5 健康人群（V/Q 正常）的CO2 代谢图

图6 血流灌注异常人群

图7 通气异常人群

4 纠正措施的应用效果

经过为期3个月的现场调研及随访，临床反馈纠正措施有效，为使用迈瑞公司ETCO2测量技术的手术室医护人员排查ETCO2测量结果偏低相关问题提供了重要参考，对患者进行有效的ETCO2参数监测及医师参考该结果进行相关病症的准确诊断具有重要的意义，后续会继续针对特殊病症患者PetCO2与PaCO2测量差异大的问题进一步进行专题调研。