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氧合指数及其临床意义
呼吸治疗的目标，是使器官组织可以得到足够的氧气，以便进行氧合作用获得能源。但由于细胞内的氧合状况无法直接侦测，所以临床上使用许多氧合指数来反映身体的氧合状况，这些指数的意义及应用，是医护人员该有的认知。大气中的氧气从呼吸道进入肺泡，经由扩散作用至肺微血管，与血色素结合后借着以心脏为动力的动脉血流送至微血管供组织细胞使用，产生的二氧化碳及剩下的氧气再经由静脉血回流到肺微血管而完成呼吸循环。在整个过程中，代表氧合的各项指标可大别为四类：1）氧气力及相关指数 2）氧气含量及相关指数 3）氧气饱和度及相关指数 4）局部组织氧合指数。
一.氧气压力及相关指数
1.PaO2：动脉氧气压力（Arterial oxygen tension）
2.FIO2：吸入氧气分率（Inspired oxygen fraction）
3.PIO2：吸入氧气压力（Inspired oxygen tension）
= (PB - PH2O) x FIO2
4.PAO2：肺泡氧气压力（Alveolar oxygen tension）
= PIO2 - (PaCO2/R)
在早期，病患缺氧与否，往往只能从一般的生理反应（如血压、心跳、呼吸及意识变化）与皮肤颜色来判断，但若病患出现发绀现象时，通常表示动脉血已高度缺氧，且在肤色过深或重度贫血的病患不易辨别(1)。一直到1950年代Dr. Clark研发出测量氧气分压的电极棒后，才开启了氧合评估的新页(2)。利用血液气体分析仪（blood gas analyzer），从早期的电子化学技术发展到最近的荧光极棒（fluorescent optode），PaO2的测定也由体外单次演进到体内连续侦测(3)。至于气体的FIO2可以用氧气浓度分析仪（oxygen analyzer）测出。若在一大气压力下，代入大气压力（PB, barometric pressure）760毫米汞柱，水气压力（PH2O, vapor pressure）47毫米汞柱，即可求得PIO2。加上由血液气体分析仪所测得的动脉二氧化碳压力（PaCO2, arterial carbon dioxide tension）及由间接热量测量器（indirect calorimetry）得到的呼吸商数（R, respiratory quotient）或一般代以0.8，便可算出PAO2(1~3)。
5.PaO2/FIO2：氧合指数（Oxygenation index）
6.P(A-a)O2：肺泡-动脉氧气压力差（Alveolar-arterial oxygen tension gradient）
= PAO2 - PaO2
7.PaO2/PAO2：动脉-肺泡氧气分率（Arterial-alveolar oxygen fraction）
8.P(A-a)O2/PaO2：呼吸指数（Respiratory index）
PaO2/FIO2于1974年由Dr. Horovitz提出，因为计算容易，且与肺内分流（Qsp/Qt）的相关性不错，所以临床应用甚广(4)。P(A-a)O2因加入了吸入氧气分率及动脉二氧化碳压力两指数，所以可以分辨出因通气量过低导至二氧化碳累积而造成的氧合不良，但影响P(A-a)O2的因素很多，包括吸入氧气分率、通气血流灌注比不配合、肺内分流及右向左的心内分流，其中肺内分流又随着各种肺疾状况、病患年龄及不同的体位而改变，此外P(A-a)O2也受混合静脉氧气含量的相关因素影响，如组织氧气消耗量、心搏出量及血红素量，一般而言P(A-a)O2对呼吸常态空气的病患有无氧合障碍相当敏感，但由于它与肺内分流间的相关性不佳且受太多非肺因素影响，所以在重症病患并不实用(5)。PaO2/PAO2及P(A-a)O2/PaO2分别由Dr. Gilbert与Dr. Goldfarb提出。若与肺内分流作相关性分析，在PaO2/FIO2、PaO2/PAO2与P(A-a)O2/PaO2三者较近似（r=0.72~0.74），P(A-a)O2则稍差（r=0.62）(6,7)。

二.氧气含量及相关指数
1.CaO2：动脉氧气含量（Arterial oxygen content）
= (Hb x SaO2 x 1.34) + (PaO2 x 0.0031)
2.CvO2：混合静脉氧气含量（Mixed venous oxygen content）
= (Hb x SvO2 x 1.34) + (PvO2 x 0.0031)
3.CcO2：肺微血管氧气含量（Pulmonary capillary oxygen content）
= (Hb x 1.34) + (PAO2 x 0.0031)
4.Qsp/Qt：肺内分流（Intrapulmonary shunt）
=(CcO2 - CaO2)/(CcO2 - CvO2)
有了血红素值（Hb, hemoglobin）、动脉氧血红素饱和度及动脉氧气压力即可求得CaO2。混合静脉血指的是将上腔静脉、下腔静脉及冠状静脉血充份混合后的血液，可由肺动脉导管（pulmonary artery catheter）在右心室或肺动脉内取得以推算出CvO2。至于CcO2的计算是以肺微血管血红素氧气饱和度为100%的假设下，以肺泡氧气压力代替肺微血管氧气压力。利用CaO2、CvO2及CcO2便可求得Qsp/Qt，此指数包含两部份，分别是流经肺部时得到充份氧合及没有得到氧合的血流量比，代表着中央静脉及全身动脉循环间的静脉混合（venous admixture）。Qsp/Qt被视为临床评估肺部氧合功能的标准，它不会受氧气消耗量、血红素量或混合静脉氧血红素饱和度等因素所影响(1,2)。
5.DO2：氧气输出量（Oxygen delivery）
= CaO2 x C.O.
= CaO2 x C.I. x 10
6.C(a-v)O2：动脉-静脉氧气含量差（Arterial-venous oxygen content difference）
= CaO2 - CvO2
7.VO2：氧气消耗量（Oxygen consumption）
a.= C(a-v)O2 x C.I. x 10
b.= {[(1-FEO2-FECO2) x FIO2/(1-FIO2)] - FEO2} x VE
8.OUC：氧气使用分率（Oxygen utilization coefficient）
= VO2/DO2
= S(a-v)O2/SaO2
心搏出量（C.O., cardiac output）一般经肺动脉导管由温度稀释法（thermodilution method）测得，若再除以体表面积（body surface area），便是心搏出指数（C.I., cardiac index）。足够的DO2是加护医疗的重要目标，其中包含氧气指数、血红素量及心脏功能，缺一不可。C(a-v)O2表示组织摄取氧气量的多寡，若值过大常反映着心搏出量不敷所需。7a公式由Fick方程式演变而来，其中的心搏出量测定受多项因素影响，如冰水注入技巧、血红素量、动脉氧血红素饱和度、混合静脉氧血红素饱和度、动脉氧气压力、混合静脉氧气压力等，由此得到的VO2比使用间接热量测量器所得到的VO2值较低，其间差异即是肺部本身的耗氧量，若有肺部感染存在，影响可高达15%。7b公式乃使用间接热量测量器测得，FEO2、FECO2及VE分别代表吐出氧气分率（expired oxygen fraction）、吐出二氧化碳分率（expired carbon dioxide fraction）及每分钟吐出通气量（expired minute ventilation）。在开放型间接热量测量器，为使误差减少，需确定吸入氧气分率要稳定、管路系统不可漏气及吸吐气要完全分离；若使用封闭型间接热量测量器，则吸入氧气分率可以不定，但气漏、压缩容积及驱动力增加等因素仍会影响数据。正常状况下，约仅25%的输出氧量被消耗掉，若氧气消耗量增加或氧气输出量减少，则OUC值上升(2,8)。

三.氧气饱和度及相关指数
1.SaO2：动脉氧血红素饱和度（Arterial oxyhemoglobin saturation）
2.SpO2：脉动氧血红素饱和度（Oxyhemoglobin saturation by pulse oximetry）
3.FO2Hb：氧血红素饱和分率（Fractional hemoglobin oxygen saturation）
= O2Hb/(O2Hb + HHb + metHb + COHb)
在血液气体分析仪得到动脉氧气压力的同时，利用氧血红素解离曲线或内定相关公式，即可得到SaO2。SpO2是由脉动测氧器(pulse oximetry)所测得，此类仪器约在1980年代问世，因具有非侵袭性及连续监测的优点，现几乎已成重症照护的必要配备(9)。它的原理是利用波长660nm及940nm两光条通过一脉动的血管床后，因通透性的差异进而反映出血红素及氧血红素（O2Hb）间的量差，最后转成氧血红素饱和度显现。影响SpO2的因素很多，如侦测位置血流量不足、外来光线过强、不正常血红素过多、肤色差异、重度贫血、侦测部位经常移动或不正常脉动等，由于SpO2仅反应血红素及氧血红素间的关系，因此被称为功能性饱和度（functional saturation）(10)。由一氧化碳测氧器（CO-oximetry）所测得的FO2Hb因为涵盖了氧血红素、脱氧血红素（HHb）、变性血红素（metHb）及一氧化碳血红素（COHb）等多项血红素的数值，所以被称为分率性饱和度（fractional saturation），也是目前视为侦测氧血红素量的标准方法(1,11)。
4.SvO2：混合静脉氧血红素饱和度（Mixed venous oxyhemoglobin saturation）
= 1 - VO2/DO2
5.S(a-v)O2：动脉-静脉氧血红素饱和度差（Arterial-venous oxygen saturation difference）
= SaO2 - SvO2
6.VQI：通气-血流灌注指数（Ventilation-perfusion index）
= (1-SaO2)/(1-SvO2)
7.OEI：氧气萃取指数（Oxygen extraction index）
= (SpO2 - SvO2)/SpO2
单一次的SvO2测定可将经由肺动脉导管所抽得的混合静脉血打入血液气体分析仪或一氧化碳测氧器即可测得。至于具有连续监测SvO2功能的静脉测氧器（venous oximetry）也已于1980年代早期被研发使用，由光源、光感应器及微处理器等组合，置于肺动脉导管前端，将波长650nm至1000nm的光线射出，碰到红血球后反折的光量经过感应计算后，即可得到SvO2，有研究报告指出SvO2与氧气使用分率间的相关性甚佳（r=0.96），影响SvO2测定的因素包括温度、酸碱值、血流速度、血球容积计及导管末端堵塞与否(12)。同时并用脉动测氧器及静脉测氧器（或合称双重测氧器，dual oximetry）即可得到S(a-v)O2、VQI及OEI三项具连续监测功能的指数，S(a-v)O2可代表动脉-静脉氧气含量差，VQI与肺内分流间的相关性尚可（r=0.78），而OEI与氧气使用分率间的相关性r=0.60(13,14)。
四.局部组织氧合指数
1.PtcO2：经皮氧气压力（Transcutaneous PO2）
在1970年代中期被开发应用，方法是将Clark电极直接置于皮肤表面，在加热至约摄氏44度后，因表皮的特性改变使得组织间的微血管动脉化，当氧气扩散出来后被侦测到的压力即是PtcO2。影响PtcO2的因素除了动脉血的氧含量外，还有皮下血管丛的血流量，一般新生儿的PtcO2与动脉氧气压力的相关性还不错，但在成人则较差。因为有电极片需经常更换测定位置及可能造成皮肤灼伤的危险，PtcO2已渐被脉动氧血红素饱和度所取代(2,15)。
2.PtcO2/PaO2：经皮氧气压力指数（PtcO2 index）
在正常新生儿，此数值约1.0，但随着年龄增加而降低，成人约0.7~0.8。若低于正常值，则表示皮下组织氧合不良。
3.PscO2：皮下氧气压力（Subcutaneous PO2）
将一细硅管植入皮下组织，内含一Clark电极组成硅管压力测量器（silastic tonometry），可以直接测得皮下组织微血管所扩散出来的氧气分压。在实验动物的血流变化侦测时，PscO2比经皮氧气压力更敏感15,16)。
4.PcjO2：结膜氧气压力（Conjunctival PO2）
当眼睛闭上时，角膜细胞即直接从眼睑结膜得到氧气供应，将超微的Clark电极置于眼睑结膜的内侧，由于细胞层很少，所以不需加热即可测得PcjO2，代表由同侧颈动脉所供应的微血管血流氧合状况。与经皮氧气压力指数类似，成人正常的PcjO2/PaO2约0.6~0.7(2,16)。
5.pHi：胃肠黏膜内酸碱值（Gastrointestinal intramucosal pH）
临床上常用的胃压力测量器（gastric tonometry）由鼻胃管与其末端可通透二氧化碳的球囊共同组成，球囊内含2~3毫升的生理食盐水，在胃内经1~2小时的平衡期后，将囊内的水抽出并打入血液气体分析仪以得到二氧化碳分压，另外同时抽取动脉血测得碳酸量，再代入修正过的Henderson-Hasselbach公式：pH=6.1+log[HCO3/(PCO2x0.03)]便可得到酸碱值，此即pHi。当肠胃道的血流灌注异常或局部组织缺氧时，pHi即随之改变，正常的pHi约7.38±0.03。在动物实验时，肠道pHi的变化敏感度更甚于胃部(15,17)。
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