呼气末二氧化碳分压监测对重症患者监护中的应用研究进展

彭雪钰，农继飞，王 飞，黄正壮

(1.南宁市第一人民医院，南宁 530016； 2.柳州市人民医院，广西 柳州 545000)

各种原因导致的呼吸、循环功能衰竭及心搏骤停是急诊科常见的急危重症，及早给予CPR并进行高级生命支持治疗是抢救成功的关键。受限于复杂环境及简单设备条件下，危重抢救面临各种挑战。最新心肺复苏指南[1]进一步强调了PetCO2的重要性。监测呼气末呼出气中含有的二氧化碳分压(PetCO2)，最早对PetCO2的认识是提供无创性监测肺部通气/血流比值、生理或病理代谢率等重要信息。临床实践中，PetCO2数值及波形图能确切证实气管插管的位置，持续监测气管导管的位置和心肺复苏术(CPR)的质量，并早期识别自主循环恢复、呼吸监测和评估机械通气的质量及指导调节呼吸机参数,循环监测并间接反应心输出量(cardiac output，CO)。在大数据循证医学支持下，将可进一步用于判断心肺复苏患者预后、难治性心脏骤停体外循环支持技术应用、终止心肺复苏的合理时间点提供科学依据。鉴于PetCO2在临床病情评估及判断抢救预后等有广泛的应用，本研究对PetCO2的原理和急诊工作中已经成熟的应用情况及前景进行论述。

1 PetCO2的形成及测定方法

呼气末二氧化碳分压(PetCO2)是指呼气末期呼出肺泡气含有的二氧化碳分压。检测技术有主流式(需建立人工气道)和旁流式(以取样管取呼出气)两种，临床上常使用红外线吸收光谱技术监测呼出气，将CO2浓度和呼气相时间轴描图，即二氧化碳曲线波形。标准曲线包含上升支、肺泡平台、下降支、基线四部分(图1)，通过探头的微芯片处理可得出PetCO2，常采用mmHg及CO2波形图表示(图2)。正常生理情况下，肺泡的CO2压力(PACO2)决定于CO2产量、肺泡通气量和肺血流灌注量，CO2弥散能力好，迅速从肺毛细血管进入肺泡形成 PACO2，故 PaCO2和 PACO2即刻达到平衡，最后呼出的气体应为肺泡气，PetCO2为有效通气和血液灌注肺泡的 PaCO2。正常生理状态通气/血流比例下PetCO2≈PACO2≈PaCO2，ADCO2<5 mmHg，在无慢性肺部疾病的人群中，PACO2/PaCO2呈恒定近乎于1的关系比[2]，因此测定PetCO2即可代表 PaCO2[3]。

Ⅰ：吸气基线；Ⅱ：曲线上升支；Ⅲ：平均肺泡气浓度；0：吸气相显示快速减少的CO2浓度图1 二氧化碳曲线波形图Fig.1 Carbon dioxide curve aveform

带有主流式PaCO2的监护仪，显波形(实心箭头)和压力值(虚线箭头)图2 mmHg及CO2波形图Fig.2 Waveform of mmHg and CO2

2 PetCO2在急诊工作中对重症患者监护中的作用

2.1 PetCO2在确定气管插管定位中的作用

气管插管是急诊科常用的操作方法，以此来纠正低氧血症和二氧化碳潴留、稳定呼吸循环功能、维持内环境，为积极抢救患者争取时间。气管插管的速度决定了整个心肺复苏环节的质量。急诊快速处置需建立有效人工气道(气管插管) 并给予呼吸机支持。急诊气管插管具有情况紧急、环境嘈杂、个体差异大、病情多样且复杂、视野暴露差、患者很少充分镇静肌松的特点，紧急状况下有 1%～24% 的气管插管失败[4]。受限于病情危急程度、操作者技术熟练度及困难气道等情况，导管误置入食道率高，通过听诊肺部呼吸音、观察导管气雾、血氧饱和度等方法判断气管插管位置，存在反应时间缓慢、受患者自主呼吸情况、胸腔疾病、判断人员水平、环境干扰等不同因素影响，经纤支镜检判断气管导管位置的“金标准”方法需要较长时间准备和实施。经分析调整后，最终气管插管成功率没有统计学差异，但从气管插管操作到患者的错误插管反应时间、以及第一次有效机械通气时间上的差异存在统计学意义[4]。在心肺复苏术中，当肺循环相当低时，二氧化碳描记术是正确确定气管导管位置的最可靠的方法，如果在心肺复苏期间没有得到二氧化碳波形，气管导管很可能不在气管内[5]。正常 PetCO2值近等于动脉血 CO2分压值，平均为 38 mmHg左右，不同病理状态下的PetCO2值各异。根据PetCO2高于大气的现象，监测其数值可以快速定位气管导管是否在气管内，经口气管插管后，立即在通气装置气管插管之间接入采样器，连接PetCO2监测仪和呼吸气囊，挤压球囊，观察和呼吸周期相匹配的PetCO2值(PetCO2≥ 10 cmH2O)和二氧化碳波形，导管在气道内的特有表现是形成连续稳定的CO2波形，判定呼出气体来自于肺部，最终确定气管导管的位置，避免环境和患者的个体因素对听诊器法的干扰，而且在判定导管位置期间，心肺复苏患者的心脏按压不可间断[6]。减少插管判断时间、避免导管误插食道通气导致胃肠胀气呕吐，及早进行有效通气。使用PetCO2进行人工气道定位是一项有着充分证据的操作[7]。

2.2 PetCO2在监测机械通气质量中的作用

为保证气管插管患者的机械通气质量、避免人机对抗，都不同程度的需要镇静、肌松，患者的气道分泌物增多、晨间唤醒时的躁动，护理工作中定时翻身以改变体位、必要的外出检查及带呼吸机转运等过程均可能发生呼吸管路堵塞、扭曲、打折甚至脱落等机械通气不良事件，导致通气不足甚至加重呼吸衰竭。对危重患者的机械通气监测常规通过定期复查血气分析、心电监护仪观察氧分压、血氧饱和度等。心电监护仪监测SaO2存在受外周循环、体温的干扰[8]，动脉穿刺血气结果准确，但存在重复有创操作、增加费用及反应滞后的情况。对合并血管条件异常、凝血功能障碍的患者，反复的动脉穿刺存在血肿、出血的风险。在重度贫血患者中，SaO2和PaO2显示正常，但血液携氧量明显下降[8]。接受机械通气高浓度氧疗的患者氧储备尚好，发生机械通气不良事件2 min内SaO2下降不明显，不能及时反应监护仪监测的血氧饱和度，无法快速反应管路脱落、打折等。而使用PetCO2进行监测，当ETCO2波形突然消失，气道压力骤然下降时，则会高度提示呼吸机回路漏气、气管导管从气管内脱出，可立即检查呼吸机回路并重新连接，避免发生严重不良事件。ETCO2波形突然降低，但不到零，多见于呼吸回路漏气，气道压力降低；或呼吸管路阻塞时，峰相变小以至于无平顶出现，此时气道压力升高。在监测PetCO2的条件下，发生机械通气不良事件到医务人员响应时间比常规监测条件下发现病情变化时的响应时间明显提前，可以明显减少严重不良事件的发生[4]。患者在转运途中，无法观察心电波形受颠簸对监测设备造成的干扰，无法及时发现患者突发心跳呼吸骤停，监测的SaO2仍在90%以上，而同时期的PetCO2可在10 s内迅速下降，监测ETCO2波形突然消失，可以较为迅速地发现患者的病情变化，及时采取干预措施。PaO2和患者的年龄相关，PaCO2与患者的年龄无关，而与病情如低氧血症、代谢性酸中毒等密切相关[8]。持续、动态监测PetCO2能够更好地补充单纯SaO2监测的不足，能及时、准切地监测到患者呼吸、循环等生命体征的变化，更好地保障患者转运的安全[9]。在麻醉期间，患者的PetCO2与 PaCO2存在显著相关性，通过监测PetCO2可及时发现患者呼吸道异常现象[10]。监测PetCO2可及早发现机械通气不良状况，有助于改善患者的预后[11]。

2.3 PetCO2在评估心肺复苏质量中的作用

严重创伤和出血、呼吸窘迫、意识改变、血流动力学改变等病理、生理改变与急诊死亡患者有显著相关性[12]。这些病理生理改变过程复杂，易导致心脏骤停。提高抢救成功率的有效手段是早期高质量的CPR，即早期识别、尽早心肺复苏、尽早除颤，以及进行高级生命支持治疗。心肺复苏中强调的不间断胸外心脏按压，形成的“胸泵”机制维持重要脏器有效灌注压，在CPR时，持续监测PetCO2是反应心肺复苏质量、判断预后的重要手段。正常生理情况下，PetCO2为35～40 mmHg，CPR初始阶段往往低于这个数值，体循环和肺循环都维持在一定灌注压，带动体循环血流，将组织产生的二氧化碳输送到肺，改善已存在的通气/血流比值(V/Q)的失调，将血液中大量的CO2输送到肺，完成气体交换，PetCO2数值升高。若PetCO2持续升高不明显，提示心输出量低，应调整按压的频率、深度，并使胸廓充分回弹，持续检测按压期间的数值，并尽一切努力使PetCO2值至少达到20 mmHg，以产生更佳的心输出量[13]。美国心脏协会(AHA)强烈建议在心肺复苏术中检测PetCO2，AHA还指出二氧化碳波形高度/CO2值是胸腔按压产生肺循环的间接测量[5]。2009年法国一份针对体外循环适应症的指南建议使用PetCO2值为≥10 mmHg来指导院外心脏骤停后开始体外循环[14]。心肺复苏期间监测PetCO2的另一个原因是二氧化碳浓度突然升高，提示建立自主循环(ROSC)(图3)。当PetCO2突然持续升高并稳定到正常值(35～40 mmHg)，标志其在建立自主循环(ROSC)[15]。在一项前瞻性的院外成人心肺复苏研究中，发现监测PetCO2组抢救成功率高于对照组[16]。尽管ROSC患者的PetCO2值高于非ROSC患者，但实际的PetCO2值取决于心脏骤停的原因。在一项临床回顾性研究中统计，有自主循环ROSC组和无ROSC组的PetCO2值分别为：心源性25.5和18 mmHg，肺实质疾病33.7和17 mmHg，肺栓塞16.0和6.7 mmHg，不明原因20.5和9.7 mmHg[17]。ROSC组与非ROSC组在可监测的CPR(0 min)的PetCO2差异不大，但随着复苏的进展，前者的PetCO2值不断提高，而非ROSC组在5 min后略有下降，但差异不大，之后继续降低，两组的PetCO2值在监测10 min时出现显著差异[13]。整个复苏过程，ROSC组的PetCO2平均值高于非ROSC组[18]，提示心肺复苏时监测PetCO2是评估CPR效果和判断成功的有效指标之一[15, 18]。

图3 心肺复苏ROSC的建立Fig.3 Establishment of CPR ROSC

2.4 PetCO2在呼吸机控制通气患者中参数调节的指导

呼吸机控制通气患者出现通气不足、通气过度可导致严重的酸中毒、肺气压伤等医疗不良事件，不同原发疾病导致需要呼吸机控制通气的患者需要的通气参数不同，常规呼吸机的调节需等待血气分析的结果，而动脉血气分析是有创的、且间歇性的，与之相比，PetCO2及其波形的监测却是无创的，且更方便、连续、动态，对于凝血功能障碍、动脉穿刺有风险的患者尤其重要。控制急性呼吸窘迫综合征患者的通气，强调最佳PEEP、低平台压、小潮气量，不可避免的限制其通气。持续的降低pH值可抑制心肌收缩、导致肺血管收缩，加重右心室负荷，需要密切监测、控制平台压(Pplat)，维持Pplat<30 cm H2O， pH≥7.20，动脉二氧化碳分压(PaCO2)≤ 60 mmHg[19]，因此，持续监测PetCO2间接反应PaCO2，在急性呼吸窘迫综合征患者机械通气的肺保护策略中起重要作用。过度换气经常应用于自发性脑出血患者，以暂时降低升高的颅内压，防止即将发生的脑疝[20]。对重型颅脑损伤颅内高压患者，常合并呼吸中枢抑制、神经源性肺水肿，出现高碳酸血症和低氧血症，导致脑血流速加快、增加脑血管通透性，最终加重脑水肿，需要控制气道，采用适当过度通气治疗，有效逆转上述脑血管病理生理改变，起到降低颅脑内压的作用，从而改善患者的病情及预后[19]。在欧洲，超过一半的重型颅脑损伤患者仍然使用早期预防性过度通气，在伤后24 h内PaCO2≤35 mmHg[21]，但不应长期维持PaCO2≤25 mmHg[22]。在治疗颅内压升高时，过度通气应作为一种临时措施，但脑血管过度收缩又可能加重损伤周围缺血半暗带区域脑组织连续缺氧的状态，增加了神经元的兴奋性和癫痫发作的持续时间。过度通气既有提高通气的效果，也伴随其更大风险的发生[23]。因此，监测PetCO2并调节呼吸机每分钟的通气量，针对不同原发病控制PaCO2，达到提高通气效果和治疗的目的，并减少使用呼吸机造成相关并发症的发生。

2.5 PetCO2与控制性液体复苏

血流动力学监测是急危重症患者检测循环功能的重要手段，临床上常用的血流动力学如中心静脉导管、肺动脉漂浮导管监测有创、费时，心脏超声仪器无创监测存在费用高、对操作者的经验及技术要求高，并不适合急诊的应用。PetCO2数值与心输出量有关，监测PetCO2除了评估通气外，还可以提供有关肺部通气-血流比、CO和代谢率等重要的生理数据信息[24]。目前，经动物试验和临床研究发现，在失血性休克、感染性休克、心源性休克等不同休克模式下，PetCO2与CO之间存在良好的相关性[25-26]。液体复苏是治疗各型循环灌注不足休克的重要手段，可有效增加循环容量、提高组织灌注及纠正细胞内环境，稳定生命体征，为进一步治疗创造条件。但根据Hernández等[27]的一项临床随机对照实验显示，液体负荷过重可能会继发肺水肿，导致心力衰竭，延长住院时间，增加死亡风险。高环征[28]等对50例感染性休克病例采用前瞻性研究发现，利用容量负荷试验引起的PetCO2变化反应出的心输出量变化，可有效评估患者的容量反应性，加强对感染性休克患者的液体管理，精确指导液体治疗，对提高治疗效果和改善预后均有十分重要的意义。 赵华等[29]对43例感染性休克需完全机械通气控制的患者进行分析，容量负荷试验引起PetCO2的变化能有效评估容量反应性。对于容量负荷试验无反应者，输注更多液体也不会出现容量反应，液体输注反倒很可能引起无效扩容，导致容量负荷过重。在临床上对失血量<30%的休克患者术中的PaCO2和PetCO2间有非常好的相关性[30]，完成容量负荷试验后， 感染性休克患者的PetCO2与CI呈显著正相关[31]。当失血量较大、感染性休克导致CO减少导致休克时， 肺循环灌注减少，周围组织产生的二氧化碳无法有效转运， 肺泡CO2含量升高，最终导致PetCO2升高。对于容量负荷试验有反应者，初始可以指导快速补液，但容量负荷过重可能会导致心力衰竭、稀释凝血因子、延长机械通气时间。控制性液体复苏目标是维持稳定的平均动脉压外，还要求维持循环血容量与心功能相匹配。Cherpanath[32]等对纳入1 013例临床病例患者进行分析，发现利用PetCO2监测，被动抬腿容量负荷试验具有很好的评估效果，敏感性高达86%，特异性高达92%。总之，通过监测休克患者容量负荷试验前后PetCO2的变化，可在一定程度上评估患者的容量反应性，避免潜在风险的条件下指导液体复苏，方法简捷、经济，具有良好的临床应用前景[33]。

3 结语

PetCO2的临床应用具有无创、快捷、简便、可连续性的特点，已经成熟运用于确认插管位置、监测心肺复苏效果、术中麻醉中监测，目前也在肺栓塞、机械通气、休克等患者中有新的进展。但是，受V/Q比例失调及CO2弥散障碍等因素的影响，PetCO2和PaCO2的差值会增大，限制了临床的判断及应用。随着对PetCO2与PaCO2的相关性、PetCO2的影响因素的进一步深入研究和更加客观地了解和深入地掌握，PetCO2将在辅助疾病诊断、监测进展、预测预后等多方面发挥重要的作用，在急诊抢救中发挥更广泛的作用。