脉搏血氧饱和度(血氧探头)监测的进展
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脉搏血氧饱和度(血氧探头)监测的进展
(2011-03-18 13:11:03)
1发展简史和应用现状
1.1 发展简史 Takuo Aoyagj利用光吸收曲线法测定心输出量的过程中,产生了研制脉搏血氧饱和度仪的想法,采用Wood法,先在耳垂加压使其缺血,并测其传导光线,然后去除耳垂加压以恢复其血流,再测其传导光线。此时,第一个耳垂值是入射光强度,第二个值是透过光强度,计算两者的比值就是血液的光密度。研制中利用动脉搏动振幅又可测得氧饱和度,并据此得出两个观点:①通过搏动可显示动脉血颜色,从而不致受静脉血的影响,探测头可以放在任何部位;②无需对组织加压使局部缺血,而是通过简单地转换探头位置达到测定的目的。所选用的波长是受干扰最小的630nm和900nm。 1974年世界上第一台脉搏血氧饱和度(血氧探头)(SpO2)仪OLV5100问世。1982年,Nellcor研制出一种性能更好的脉搏血氧饱和度仪N-100,并形成了一种标准模式,系利用发光两极管作为光源、硅管作为光传感器、微型计算机进行信息处理,从而使脉搏血氧饱和度仪进入了新时代1.2 应用现状脉搏血氧饱和度仪在麻醉、手术以及PACU和ICU大量临床应用资料表明,及时评价血氧饱和度和/或亚饱和度状态,了解机体氧合功能,尽早发现低氧血症,足以提高麻醉和重危病人的安全性;尽早探知SpO2(血氧探头)下降可有效预防或减少围术期和急症期的意外死亡。由此促使SpO2仪在临床上得到广泛应用。据统计,单独应用 SpO2仪可减少40%的麻醉意外,如果与CO2监测仪并用则可减少91%的麻醉意外。此外,可发现某些临床化验和治疗也难以预料的危险。因此,SpO2作为一种无创、反应快速、可靠的连续监测指标,已得到公认,目前已推广到小儿病人的呼吸循环功能监测,特别对新生儿、早产儿的高氧血或低氧血症的辨认尤其敏感。新生儿抗氧化能力弱,常可出现慢性肺疾病,早产儿更易致视网膜病;在自主呼吸受到抑制时,容易导致呼吸停止。因此,连续监测SpO2不仅可及时发现低氧血症,正确评价新生儿的气道处理与复苏效果,更可以设置SpO2高限报警以提供高氧血症预报,从而可为NICU新生儿的监护和治疗提供重要信息[16]。鉴于小儿的解剖和生理与成人有别,特点是血容量、潮气量和其他生理参数的安全范围都相对窄小,在NICU中利用SpO2就可以正确评价小儿病人的氧合情况,可指导呼吸机的使用与撤离,提供可靠的依据。在其他领域中,SpO2监测也能发挥重要作用,例如评估桡动脉与尺动脉、或足背动脉与颈后动脉的侧支循环血流,可减少手或足血循环障碍并发症,也可评价断肢再植的血供状况。将SpO2安置在犬直肠表面以测定直肠表面氧合状况,可判断肠吻合后的肠功能状况。在康复病房中应用SpO2仪可观察患者运动后的氧合状态。SpO2用于急诊室监测患者呼吸暂停、紫绀和缺氧的严重程度,可决定进一步的抢救措施。Baker等利用SpO2仪和放射性同位素法同时测定先心病患者的左向右分流状况,结果证实在心室分流水平上两者的相关性好(r=0.8 6),而心房水平上两者的分流相关性较差(r=0.64)。
2 监测原理及其应用局限性
2.1 基本原理
2.1.1 SpO2是根据血红蛋白(Hb)具有光吸收的特性设计而成。SpO 2仪包括光电感应器、微处理机和显示部分三个主要部件。其基本原理是:①HbO2与Hb 对两个波长的光吸收特性不一样;②两个波长的光吸收作用都必须有脉搏波部分参与。根据 Beer定律,溶质浓度与通过溶质的光传导强度有关,如果将一个已知的溶质程序设计,置入已知容积透明容器的纯溶液里,通过测定已知波长的入射光强度和透过光强度,就可计算出溶质浓度:A = log(lin/lout) = ECD。[注:lin=入射光强度;lout=透过光强度;光密度A是消光系数
E、浓度C和传导路程D的产物]。当传导路程(△D)和lout(△l)发生变化时,光密度的变化如下:△A =log[lout/(lout-△l)]= EC△D[10]。由于存在散射,E值可能出现变化。在散射物质中,光线在传导过程中可能有较多的丢失,这取决于光学结构中的很多因素,由此使公式A变得很复杂。相反,公式△A的入射光强度和透过光强度由于同时消散,由此可给SpO2读数提供高精确度的条件,这也是SpO2读数高精确性的原理[21]。
2.1.2 HbO2与Hb的分子可吸收不同波长的光线:HbO2吸收可见光,波长为660nm,而Hb 吸收红外线,波长为940nm。根据分光光度计比色原理,一定量的光线传到分光光度计探头,光源和探头之间随着动脉搏动性组织而吸收不同的光量(无搏动的皮肤和骨骼则无吸收光量的作用)。搏动性组织吸收的光量转变为电信号,传入血氧饱和度仪,通过模拟计算机以及数字微处理机,将光强度数据转换为搏动性的SpO2百分比值。
2.1.3 SpO2仪在光传导的途径上,除动脉血血红蛋白可吸收光外,其它组织(如皮肤、软组织、静脉血和毛细血管血液)也可吸收光。当入射光经过手指或耳垂时,光可被搏动性血液及其它组织同时吸收,但是两者的光强度是不同的:搏动性动脉血吸收的光强度(AC)随着动脉压力波的变化而改变,而其它组织吸收的光强度(DC)不随搏动和时间而改变,且保持相对稳定。动脉床搏动性膨胀,使光传导路程增大,因而光吸收作用增强,形成AC。利用光电感应器可测知穿过手指或耳廓的透过光强度,在搏动时测得的光强度较小,与每两次搏动之间测得的光强度比较,其减少的数值就是搏动性动脉血所吸收的光强度。据此,就可计算出在两个波长中的光吸收比率(R)。R=(AC 660/DC 660)/(AC 940/DC 940)。R与SpO2呈负相关,在标准曲线上可得出相应的SpO2值。当R为1时,SpO2值大约为85%。标准曲线是根据正常志愿者的数据建立,并储存于微处理机内。各种计算步骤通过微机处
理后,显示在屏幕上。
2.2 SpO2仪在使用上的局限性鉴于工程技术上和生理学方面尚存在某些不足,因此SpO2
仪在实际使用上尚存在某些局限性。
2.2.1 血红蛋白异常该仪器只适用于测定HbO2和Hb。如果血液中出现某些病理情况,例如MetHb和COHb浓度异常增高时,SpO2的读数就会出现错误。HbO 2只在波长660nm时被吸收,在波长940nm时不被吸收,但可以吸收增高的COHb。这样R值就增大,从而可出现SpO2降低的假象。动物实验表明,COHb与SpO2的关系是:SpO2=(HbO 2+0.9 COHb)/总Hb×100%。又如在波长660nm时,吸收MetHb与吸收Hb几乎相等,但在波长940nm时同样可吸收MetHb。随着MetHb浓度增高,而SpO2无改变时,由于MetHb在两个波长中都被吸收,因此R值趋于固定为1,即使MetHb处于高水平,患者的SpO2仍应>85%,如果SpO2
<85%应视为错误的假象。
2.2.2 静脉内染料在搏动性血液中的任何物质(例如亚甲蓝几靛胭脂静脉注射)都可被660nm和940nm光吸收,因此可影响SpO2的正确性。例如动物静脉注射亚甲蓝实验显示,SpO2呈快速显著下降,而实际的SaO2并没有减少。又如静脉注射吲哚花青绿可使SpO2出现假性下降,但幅度较小;静脉注射靛蓝二磺钠则对SpO2似乎毫无影响。
2.2.3 外周脉搏减弱危重病人的血流动力学波动较大,在低灌注和末梢血管阻力大时,SpO2信号将消失或精确度降低。由于脉搏幅度减小,SpO2仪对外光源(如室内荧光灯)呈
敏感状态,由此可影响SpO2值。
2.2.4 活动性伪差病人活动时对信号的吸收会发生很大的波动,是最难以消除的伪差因
素,尤其在恢复室或ICU使用时,几乎可使SpO2失去应有的价值。
2.2.5 静脉搏动 SpO2监测仪是以动脉血流搏动的光吸收率为依据,但静脉血流的光吸收
也有搏动成分,由此可影响SpO2值,在静脉充血时SpO2读数往往偏低。
2.2.6 半影效应如果传感器没有正确放在手指或耳垂上,传感器的光束通过组织就会擦边而过,由此可产生"半影效应",信号减少,噪音比加大,Sp O2值低于正常。因此当SpO2