呼吸衰竭监测新参数：SpO2/FiO2

张祎中日友好医院发布于2024-08-16 浏览 7902 收藏

作者：张祎

单位：中日医院呼吸中心国家呼吸医学中心呼吸与危重症医学科

当我们谈及呼吸衰竭，其实更关注的是呼吸衰竭的病理生理机制以及基于此机制最终产生的结果。无论是通气功能障碍，还是换气功能障碍，都会导致氧气无法正常在体内运输，进而出现缺氧状态。通过氧输送（DO2）公式【DO2=CaO2×CO×10，CaO2=Hb×1.34×SaO2+PaO2×0.0076】可知，在氧气输送过程中，肺的通气和换气功能以及心脏的心输出量都参与了低氧血症的发生。单位体积内携带的氧通过两种形式输送，一种是溶解氧形式，另一种是与血红蛋白结合的形式。传统的血气分析是分别测定血液中这两部分的氧含量，即动脉血氧分压（PaO₂）和动脉血氧饱和度（SaO2）。PaO2是指以物理状态溶解在血浆内的氧分子所产生的张力，与吸入氧浓度密切相关，正常值为95～100 mmHg。但实际上溶解氧在血液中的含量非常少，机体很难直接利用这部分溶解氧形成足够的氧合。在血液中，更多的氧是以与血红蛋白结合的形式（氧合血红蛋白）进行输送，也就是血气分析中测得的SaO2，它是血中氧合血红蛋白的容量占全部可结合的血红蛋白容量的百分比，可对肺的氧合和血红蛋白携氧能力进行估计。

氧合血红蛋白并不能直接被机体所利用，需要氧分子从血红蛋白上解离出来，才能够进入机体的组织细胞。我们在临床上也利用了血红蛋白的物理化学特性。氧离曲线从起始段到快速升支直至平台段这一过程是由血红蛋白的物理特性决定的，曲线上每一个血红蛋白的SaO2也都与PaO2一一对应。因此可以通过SaO2或经皮血氧饱和度（SpO2）反映PaO2。相对而言SaO2更准确，它是采血后经血气分析仪器测定，相对受外界影响较小，但这也意味着SaO2的测量是有创操作。SpO2是经无创脉搏血氧仪测定，一般在身体的末梢进行测量，比如手指、耳垂等，会受到环境因素的影响，例如手的温度、末梢毛细血管的完整度、透光度等，在一些情况下也会产生较大的误差，如严重低氧血症、灌注不足、剧烈血管收缩等。

在SpO2的监测部位，搏动性组织（变化着的小动脉血流量）和非搏动性组织（皮肤、肌肉、未随心跳改变的部分动脉血流量、静脉血及其他组织）都吸收光波，前者吸收的光量为搏动性信号，后者吸收的光量为非搏动性信号。监测仪器可以根据搏动性信号计算SpO2。测量时应尽量选择其他吸光组织较少而动脉血运丰富的部位，如手指、耳垂。

SpO2与血气分析的SaO2的线性关系很好（R>0.99），在准确测量前提下，SpO2与SaO2、PaO2匹配良好。但由于SpO2是一种无创的透光的测量方式，因此其准确性会受到一些因素的影响，例如：甲油颜色、肢端循环不良、周围光线过强、血液中存在一些可吸光的染料或造影剂（例如，亚甲蓝）、异常血红蛋白血症【碳氧血红蛋白使SpO2测定结果偏高；高铁血红蛋白使SpO2测量值总是接近85%】、测定部位表皮增厚、皮素色素较深等。

随着SpO2应用的普及，其监测仪器的精准度也越来越高，但临床上可能更多将其作为一个粗略的指标。近年来，应用经鼻高流量氧疗（HFNO）治疗重度低氧性急性呼吸衰竭的患者明显增多，但这些患者并不符合柏林定义。多项观察性研究和临床试验已经证实脉博血氧仪测定的SpO2与FiO2的比值（S/F）可以作为ARDS的诊断标准，使用PaO2/FiO2（P/F）≤300 mmHg或S/F≤315且SpO2≤97%来识别低氧血症，被纳入ARDS全球新定义。我们有必要重新评估胸部影像中双侧或单侧阴影的要求，以及超声作为胸部影像附加方法的使用。由于诊断（胸片，动脉血气分析）和治疗（正压通气）模式往往不可用，柏林定义在资源可变的环境中的适用性有限。因此，我们也呼吁尽快将一些无创性指标用于临床。

实际上，针对SpO2/FiO2（S/F）的研究由来已久。2007年Chest 杂志发表的一项大规模临床描述性研究已经证实S/F与P/F有良好的对应关系，选择以S/F替代P/F，联合胸片或肺部超声评估双肺阴影的方式诊断ARDS，氧合的诊断标准是S/F≤315且SpO2＜97%。2015年卢旺达首都基加利（Kigali）的基加利医学与健康学院的Riviello ED等针对不发达地区缺乏血气分析、胸部影像、呼吸机等现状，选择以S/F替代P/F。2020—2023年在COVID-19疫情背景下, 医疗资源紧缺, 血气分析等资源缺乏, 需使用S/F替代P/F, 更需要采用易于获得的指标评估呼吸支持治疗时机。2023年, S/F被纳入ARDS全球新定义。相信未来针对S/F一定能获得更多与ARDS诊断、预测、预后评价的循证证据。

2007年的研究队列来源于ARDS Network系列临床研究，通过队列研究证实了S/F与P/F的线性对应关系，即S/F=64+0.84×（P/F）。该研究将两个RCT形成的队列，一个作为训练集，一个作为验证集。研究选择了SaO2＞97%的数据，当PaO2达到非常高的指标之后，SpO2就会达到天花板效应，因此也无法观察到其相关性。研究选取了氧减曲线比较陡直的部分，二者具有线性关系。由于研究纳入的两个队列是从潮气量和PEEP研究衍生而来，研究者分别进行了验证，在不同FiO2条件下，S/F与P/F仍符合线性关系，但二者的线性关系受到PEEP水平的影响，但在低PEEP水平时相关性较好。在P/F≤300 mmHg或≤200 mmHg时，S/F的灵敏度和特异性均较高。所以研究者也提出，是否可以尝试采用这种无创的指标来代替既往的有创监测方法。该研究最终也在训练集上再次进行了验证，S/F与P/F具有对应关系，S/F为235和315，对应的P/F为200和300 mmHg，与急性肺损伤和ARDS的诊断和随访相关。2009年发表在Crit Care Med 杂志的一项研究证实SOFA评分和PEEP水平都会影响S/F与P/F的对应关系，但仍能维持较好的线性关系（取log后）。当P/F为300 mmHg时，S/F为370；P/F为200 mmHg时，S/F为240；诊断效能仍然比较理想，只是介值与既往研究略有不同。

2016年发表在Am J Respir Crit Care Med 杂志发表的研究（Kigali校正）选取的氧合诊断标准是S/F≤315且SpO2＜97%，在1046例住院患者的中，42例（4%）符合Kigali版本ARDS定义，39%的ARDS患者入住ICU，死亡率为50%，而按照传统柏林定义则无人能被诊断为ARDS。由此可见，在经济不发达地区或血气不可获得的情况下，S/F可以替代P/F作为ARDS的诊断指标。

在COVID-19流行期间，医疗资源紧缺，动脉血气分析的可及性差。当时我国发布的对重型新冠肺炎的诊断标准中均纳入了SpO2（＜93%），该指标在当时条件下较易获得，且敏感性较好。同时也有呼吸危重症医生考虑，如果无法获得血气分析，S/F能否对临床预后或治疗决策有所帮助。近年也有研究分析采用S/F判断哪些患者需要更高级别的医疗照护，研究采用了心率、血压、呼吸频率、神志反应等易于获得的指标，最终证实，初始S/F（＜300）对预测转入ICU接受治疗和住院病死率有较好的效能。一项多中心回顾性研究通过ROX指数和S/F预测低氧血症COVID-19患者HFNC的失败率，结果发现：开始使用HFNC后，S/F是预测HFNC失败的一个可接受的指标。S/F可能是预测接受HFNC的COVID-9患者插管情况的良好预后指标。一项多中心回顾性研究还表明在COVID-19患者中S/F和ROX指数可以用于预测无创呼吸支持方式失败和气管插管。采用S/F联合其他指标（D-二聚体>1.1 µg/ml，血小板<150/µl）还可预测COVID-19患者病死率。

所以，S/F进入ARDS全球新定义是经过临床实践检验的结果。在经济欠发达地区，可以用S/F代替传统的P/F进行诊断。但S/F与P/F之间并非呈绝对的线性相关。在深度学习时代，采用S/F替代P/F过程中，可能会涌现多种新算法，更好地阐明S/F与P/F之间的关系，使无创指标更好地用于ARDS的诊断。

参考文献

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