氧储备指数：氧疗监测的新方法

邹芸苏 综述 周晓光 审校

（南京医科大学附属儿童医院新生儿医疗中心，江苏南京 210008）

氧气是细胞代谢不可缺少的必需物质，是生命的基础。氧疗是指提供适当浓度的氧以提高血氧 分 压（oxygen tension，PO2）和血氧饱和度（pulse oxygen saturation，SpO2）来保证组织供氧，是重症监护病房（intensive care unit，ICU）常见且重要的治疗方法［1］。氧合状态根据动脉血氧分压（arterial oxygen tension，PaO2）水平可分为低氧（0~80 mmHg）、常氧（81~100 mmHg）和高氧（>100 mmHg）［2］。低氧是有害的，机体缺氧时发生呼吸性和代谢性酸中毒，若不及时干预会造成各脏器功能损伤，进而发展为呼吸衰竭、循环衰竭、休克乃至死亡。ICU中大多数患者需要高浓度氧来维持足够的PaO2。当氧气用于治疗时，就必须被视为一种“药物”，过多的氧气会引起高氧血症。当吸入高浓度氧或人工辅助通气时吸气压力或潮气量过大，氧大量透过肺泡壁进入静脉血，使PO2明显提高，出现高氧血症，引发氧化应激反应和炎症反应，产生大量氧自由基，引起一系列组织细胞的损伤，甚至变性坏死，导致功能障碍甚至功能衰竭，最终死亡［3］。研究表明，在常规氧疗过程中，15%~50%重症患者因过度氧疗出现高氧血症。高氧血症会给重症患者带来危害［4］。荷兰一项对50个ICU的36 000多例重症患者的研究发现，PaO2与疾病病死率呈U型关系，PaO2在113~150 mmHg之间平均病死率最低［5］。因此，氧疗需要界定安全范围，并进行实时临床监测。

因此，氧气并不是绝对有益而无害的，必须精确控制氧气浓度，并监测PaO2以避免低氧血症和高氧血症的发生。临床上最常用的是脉搏血氧仪，可以无创、实时、连续监测动脉血氧饱和度（arterial oxygen saturation，SaO2），其工作原理是根据传感器放置部位的搏动性血管中血红蛋白光吸收值计算SaO2，搏动性血管包括动脉、毛细血管和小静脉［6］。氧解离曲线为S型，反映了PaO2和SaO2的关系，当PaO2达到80 mmHg或以上时SaO2为100%，若PaO2持续上升，SaO2仍为100%。因此，脉搏血氧仪的限制性在于当SaO2≥97%时不能准确评估PO2，不能发现高氧血症，在临床上仅反映低氧和常氧状态［7］。

目前评估机体氧合状态的金标准是血气分析（blood gas analysis，BGA）中的PaO2，其数值是没有范围限制的，可反映低氧、常氧和高氧状态。BGA是一项有创、间断监测（目前已有连续监测的BGA，未普及）、结果有延迟、费用相对高的技术［8］。每次BGA反映的是即时机体氧合状态，一般不能连续监测。在临床上若多次动脉穿刺不仅增加患者痛苦，加重经济负担，还可能引起局部感染加重病情。本文就目前一项新型反映PaO2的指标——氧储备指数（oxygen reserve index，ORI）作一综述，阐述ORI的原理、在氧疗中的应用、不足之处及应用展望，旨在提高临床医务人员对该项技术的认识及合理应用ORI以评估患者的氧合状态。

1 ORI

ORI是一种新型的可实时、无创、连续监测氧合状态的无量纲参数，数值为0~1，反映的PaO2范围是100~200 mmHg。该技术最早于2014年美国麻醉医师协会年会报道，由美国Masimo公司研发［9］。通过多波长脉搏血氧仪分析SaO2达到100%后混合静脉氧饱和度（venous oxygen saturation，SvO2）的信号变化得到ORI数值。PaO2在100 mmHg左右时ORI数值为0，随着氧气的持续吸入，SaO2上升至100%，PaO2逐渐增高，SvO2也会随之增高直至平稳（80%），此时的PaO2达到200 mmHg左右而ORI数值为1。因此ORI数值可以敏感地反映PaO2在100~200 mmHg的变化［9-11］。氧合血红蛋白解离图和ORI敏感范围见图1，具体ORI的测量原理和计算方程见参考文献［9］的附录部分。ORI与临床常用的脉搏血氧仪和血气分析的特点比较见表1。

图1 氧合血红蛋白解离图和ORI敏感范围［11］

表1 脉搏血氧仪、血气分析和ORI特点比较

ORI作为一项新型参数，目前相关研究使用的都是美国Masimo公司的多波长脉搏血氧仪。理论上来说ORI在PaO2200 mmHg左右时达到1的平台期［9］，但有研究指出，当吸入气氧浓度（fraction of inspiration oxygen，FiO2）为1时，每个个体的ORI峰值不同，多在0.60左右达到稳定水平［11］。Applegate等［12］分析了手术过程中ORI和PaO2的关系发现，如果PaO2≤240 mmHg，ORI和PaO2呈正相关（r2=0.536）；如果PaO2>240 mmHg，则无相关性（r2=0.002）。此外，当ORI>0.24时，100%的样本PaO2>100 mmHg；当ORI>0.55时，96.6%的样本PaO2≥150 mmHg。Vos等［13］使用2个独立ORI感应器的多波长脉搏血氧仪（分别置于左手的第二和第四手指），研究20名健康志愿者的吸氧过程，发现在ORI敏感范围内，PaO2和ORI具有很强的正相关性（第二手指：r=0.78，P<0.001；第四手指：r=0.83，P<0.001），PaO2和ORI趋势的一致率是94%。Yoshida等［14］研 究 表 明 在 麻 醉 期 间 当PaO2<240 mmHg（n=69）时，线性回归分析显示PaO2与ORI存在较强的正相关性（r2=0.706）。

2 ORI在氧疗中应用

2.1 低氧血症的早期预警

氧疗是临床上常见且重要的治疗，用以防止或治疗低氧血症，减少缺氧引起的损伤。目前临床上大多数使用脉搏血氧仪监测SpO2以发现低氧血症，但其诊断依赖BGA。在氧解离曲线中，PaO2和SaO2之间的关系不是线性的。当PaO2>80 mmHg时，SaO2会大 于95%。一旦PaO2下 降70 mmHg以下，SaO2将迅速下降，这种生理现象被称为“滑坡”。“滑坡”的突然发生对于毫无准备的临床医生来说无疑是一个巨大的挑战［2，15］。

美国得克萨斯大学西南分校和儿童医学中心的研究人员在对气管插管后接受全身麻醉儿童（n=25）的初步研究中发现，相比于脉搏血氧仪，ORI可提前31.5（19.0，34.3）s识别即将出现的SpO2明显下降［9］。日本福岛医科大学的一项研究，在16名气管插管前接受快速全身麻醉诱导的成人，ORI可以在SpO2下降前约30 s预测到缺氧状态［16］。Vos等［13］对健康志愿者进行研究，在202组数据中，当PaO2<100 mmHg时，99%的ORI值为0，而5%的SpO2为93%；ORI预测PaO2<100 mmHg的受试者工作特征曲线的曲线下面积是0.91（95%CI：0.89~0.92），灵敏度为99%，特异度为82%，表明ORI的下降早在SpO2的变化之前就已发生，提示ORI可以用于预测低氧血症的发生。2018年日本另一项研究发现，从单肺通气开始计时，ORI出现下降的时间明显早于SpO2下降的时间［17］。2019年西班牙麻醉医生的研究同样认为，ORI可以预测单肺通气期间低氧血症的发生［18］。一些病例报道也支持ORI对临床中SpO2下降的早期警报作用［19-20］，其中印度报道了1例医生意外通过ORI发现氧气供应停止的病例［20］。总的来说，这些研究包括全身麻醉和清醒状态、双肺和单肺通气、成人和儿童。因此，与传统的脉搏血氧仪相比，ORI可提前30 s左右监测到“滑坡”现象，临床医生可及早采取措施，以避免发生低氧血症。在SpO2正常的情况下，ORI急剧下降应该引起医生的重视和警惕。

2.2 高氧血症的预防

氧疗是ICU普遍用于挽救危重患者生命的治疗措施，常使用高浓度氧来维持足够的PaO2［10］。麻醉师或普通病房医生常担心患者出现低氧血症，也会使用高浓度氧气，可能会对一些不需要氧气的患者进行氧疗，或给低氧患者不适当的高浓度氧气［2，21］。目前越来越多研究显示了高氧血症的危害，如循环系统中，高氧血症会使全身血管收缩，心输出量和冠状动脉血流量减少，可能导致心肌梗死；神经系统中则可能出现脑血流量减少，呼吸系统中可能出现肺不张和肺内分流发生率增加等［22-24］。有研究表明重症患者的病死率增加与高氧血症显著相关［25-26］。由于不同人群的氧合标准不一，目前暂无高氧血症的明确定义，但大部分学者将高氧血症分为：轻度高氧血症（PaO2：101~200 mmHg）和重度高氧血症（PaO2>200 mmHg）［2，15］。然而，高氧并不总是有害的，研究表明，轻度高氧血症是相对安全的，PaO2在110~160 mmHg内的患者院内病死率最低［27］。

因此，临床医生需要更精确的氧疗以避免低氧血症和高氧血症引起的危害。脉搏血氧仪监测的SpO2范围为0%~100%但不能准确反映PaO2数值，而ORI监测的PaO2范围为100~200 mmHg，这2种方法都是无创、连续和实时的。如果将两者结合使用，可以更准确地监测患者实时氧合状态。ICU、手术室或普通病房的临床医生就可以更准确地评估患者的氧合状态，适时调整FiO2以控制PaO2范围，而无需反复行BGA检验。印度报道的1例气管食管瘘的新生儿，手术过程中将FiO2调整在0.4~0.5以保持ORI在0~0.3，且SpO2≥97%，既避免过多氧气吸入也保证了边缘氧气储备，成功证明ORI的临床价值［28］。Yoshida等［14］研究也验证了在全身麻醉过程中通过ORI可避免重度高氧血症的发生。

2.3 预充氧的评估

预充氧是麻醉医生在全身麻醉诱导和气管插管前的通用程序，增加患者的氧气储备以延长呼吸暂停时安全氧合状态的持续时间［29］。在预充氧过程中，仅使用脉搏血氧仪作为监测工具，麻醉医生不能保证患者的PaO2>100 mmHg或肺内氧气会像预期地持续增加。特别是在肥胖或危重患者中，常用方法如潮式呼吸3 min、30 s内深呼吸4次或60 s内深呼吸8次可能无法实现高质量预氧合［30］。ORI可帮助我们识别不成功的预氧合。如前所述，ORI>0.24表明PaO2≥100 mmHg，ORI>0.55多表明PaO2≥150 mmHg。预氧合过程中，如果ORI没有呈现上升趋势或保持对应的数值，即使SaO2已达到100%，也需要进一步的干预，如正压通气、持续气道正压通气、呼气末正压通气等［31］。因此理论上来说，麻醉医生通过使用ORI可以接近个体化的呼吸管理，但遗憾的是目前还没有相关临床研究。

2.4 ORI在新生儿中的应用

氧疗作为呼吸支持的一部分，是新生儿病房最普遍的治疗手段。氧疗的目标是使组织得到充足的氧气而又不会产生氧毒性和氧化应激反应。新生儿作为一类特殊群体，不论足月儿还是早产儿，高氧血症都会引起脑血流波动，从而导致脑白质损伤和生发基质出血。对于早产儿来说，胎龄越小，视网膜血管发育越不成熟，高浓度氧气吸入或氧浓度波动过大时，易刺激新生血管形成，发展为早产儿视网膜病的概率越高，而早产儿视网膜病是世界范围内儿童致盲的重要原因。此外，高浓度氧在体内产生大量高活性氧代谢产物，这是支气管发育不良（bronchopulmonary dysplasia，BPD）发展过程中的关键性炎症介质。因此胎龄越小、氧疗时间越长，BPD发生率越高，而BPD是婴幼儿慢性呼吸系统疾病的主要病因。

与成人和儿童不同，新生儿在接受呼吸治疗时的PaO2目标值通常处于轻度低氧血症状态，如足月儿为50~80 mmHg，早产儿50~70 mmHg，氧疗时相对更容易出现高氧血症。目前国内外临床上用于监测新生儿氧合状态的是脉搏血氧仪，因此越来越多研究者提出目标SpO2范围（SpO2target range）的设定。Askie等［32］对5项随机临床研究的受试者数据进行Meta分析，将极早早产儿（胎龄<28周）按照目标SpO2范围分为低值组（85%~89%）和高值组（91%~95%），结果发现低值组早产儿视网膜病的发生率降低，但病死率和新生儿坏死性小肠结肠炎发生率增高。因此强调采用低氧饱和度策略作为新生儿预防早产儿视网膜病时，随之而来的病死率和低氧血症并发症也需要关注。目前，指南大多数对于近足月儿的SpO2报警上限设置较高，故临床上出现高氧血症的风险较高，仅依靠脉搏血氧仪的SpO2不能精准发现高氧血症［33］。

作为金标准的BGA可反映机体即时的氧合状态，但对新生儿来说，血管穿刺时啼哭会引起过度通气，影响PaO2的准确性，而血管穿刺引起的疼痛刺激和频繁多次穿刺导致的失血更是弊大于利［7-8］。Bachman等［34］在新生儿重症监护病房基于新生儿不同胎龄和氧合状态来分析脉搏血氧仪的警报和目标SpO2范围的观察性研究中，设定PaO2≥100 mmHg为严重高氧血症，当目标SpO2范围上限为98%时，纠正胎龄<33周、33~36周和>36周新生儿的PaO2出现严重高氧血症的风险分别为25%、34%和42%；当目标SpO2范围上限为95%时，纠正胎龄<33周、33~36周和>36周新生儿的PaO2出现严重高氧血症的风险分别为7%、10%和14%，也证明了不能仅依靠设定目标SpO2范围来避免高氧血症。

另外，新生儿重症监护病房中经常遇到新生儿频繁发绀、呼吸暂停、周期样呼吸等，会采取给氧、调高FiO2甚至气管插管等措施。在抢救过程中一般都是依靠脉搏血氧仪的SpO2数值和观察新生儿肤色、末梢循环等体征来判断措施是否有效，不能实时、准确地判断PaO2，可能存在低氧血症和高氧血症的交替。Travers等［33］研究表明，新生儿无创或有创呼吸支持治疗时、气管插管时、早产儿呼吸暂停、周期样呼吸等均会引起PaO2波动，从而引起局部血流波动造成组织损伤。

ORI敏感范围是PaO2为100~200 mmHg，而新生儿低氧血症是PaO2<50 mmHg，故ORI不能准确反映新生儿低氧血症。但相对传统的脉搏血氧仪，ORI可提前30 s左右检测到“滑坡”现象，在SpO2正常情况下，ORI下降警示可能发生低氧血症，临床医务人员可尽快采取干预措施。如果将ORI和脉搏血氧仪联合应用，当SpO2正常范围时，ORI出现数值的上升或下降，可以提醒医生及时下调或上调FiO2，避免过度氧疗并最大程度减少SpO2波动，在维持新生儿目标血气值同时，避免发生高氧血症或低氧血症。当然这需要新生儿专科医生开展相关临床研究来验证。

3 ORI的不足之处

ORI是一种多波长传感器，通过无创、连续测量血红蛋白而计算出ORI值［2，6，9，11］。这种传感器易受到光线影响，因此使用时必须阻挡任何外部光线，特别是新生儿病房在蓝光治疗时应注意，监测时可暂时关闭蓝光治疗。另外如果患者身体扭动或血流灌注率非常低时不易显示［15］。此外，如果患者使用色素药物，如可靛胭脂、吲哚菁绿等有可能对ORI值产生影响［35-36］。ORI反映PaO2的范围相对较窄，临床用于监测氧合状态时应结合脉搏血氧仪，才能更加合理、准确地监测氧疗。

4 ORI的应用展望

ORI作为氧疗时的一项新型监测参数，已被美国、日本、欧洲等麻醉医生应用于患者手术期、围手术期氧合状态的评估。对于ICU和普通病房的氧疗患者亦同样适用，特别是需要调整FiO2、调整吸氧方式、吸痰时均可监测氧合状态，减少低氧血症和高氧血症发生。2019年底以来新型冠状病毒肺炎已成为全球流行病，使用ORI可代替大部分BGA，不仅减少医务人员与患者血液接触以预防感染，同时降低医疗费用，减轻患者和社会经济负担。因此ORI作为一项无创、实时监测参数，适用于各种临床情况，更多相关专业医务人员应掌握这项参数，合理应用以监测患者的氧合状态。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突关系。