氧合指數 @ 偷偷的

*本文刊載于中華民國呼吸照護簡訊1998;9(1):46-50*

氧合指數及其臨床意義
(Oxygenation Indices and Their Clinical Implication)

李俊德

呼吸治療的目標，是使器官組織可以得到足夠的氧氣，以便進行氧合作用獲得能源。但由於細胞內的氧合狀況無法直接偵測，所以臨床上使用許多氧合指數來反映身體的氧合狀況，這些指數的意義及應用，是醫護人員該有的認知。大氣中的氧氣從呼吸道進入肺泡，經由擴散作用至肺微血管，與血色素結合後藉著以心臟為動力的動脈血流送至微血管供組織細胞使用，產生的二氧化碳及剩下的氧氣再經由靜脈血回流到肺微血管而完成呼吸循環。在整個過程中，代表氧合的各項指標可大別為四類：1）氧氣壓力及相關指數 2）氧氣含量及相關指數 3）氧氣飽和度及相關指數 4）局部組織氧合指數。

一.氧氣壓力及相關指數

1.PaO2：動脈氧氣壓力（Arterial oxygen tension）
2.FIO2：吸入氧氣分率（Inspired oxygen fraction）
3.PIO2：吸入氧氣壓力（Inspired oxygen tension）
= (PB - PH2O) x FIO2
4.PAO2：肺泡氧氣壓力（Alveolar oxygen tension）
= PIO2 - (PaCO2/R)
在早期，病患缺氧與否，往往只能從一般的生理反應（如血壓、心跳、呼吸及意識變化）與皮膚顏色來判斷，但若病患出現發紺現象時，通常表示動脈血已高度缺氧，且在膚色過深或重度貧血的病患不易辨別(1)。一直到1950年代Dr. Clark研發出測量氧氣分壓的電極棒後，才開啟了氧合評估的新頁(2)。利用血液氣體分析儀（blood gas analyzer），從早期的電子化學技術發展到最近的螢光極棒（fluorescent optode），PaO2的測定也由體外單次演進到體內連續偵測(3)。至於氣體的FIO2可以用氧氣濃度分析儀（oxygen analyzer）測出。若在一大氣壓力下，代入大氣壓力（PB, barometric pressure）760毫米汞柱，水氣壓力（PH2O, vapor pressure）47毫米汞柱，即可求得PIO2。加上由血液氣體分析儀所測得的動脈二氧化碳壓力（PaCO2, arterial carbon dioxide tension）及由間接熱量測量器（indirect calorimetry）得到的呼吸商數（R, respiratory quotient）或一般代以0.8，便可算出PAO2(1~3)。

5.PaO2/FIO2：氧合指數（Oxygenation index）
6.P(A-a)O2：肺泡-動脈氧氣壓力差（Alveolar-arterial oxygen tension gradient）
= PAO2 - PaO2
7.PaO2/PAO2：動脈-肺泡氧氣分率（Arterial-alveolar oxygen fraction）
8.P(A-a)O2/PaO2：呼吸指數（Respiratory index）
PaO2/FIO2於1974年由Dr. Horovitz提出，因為計算容易，且與肺內分流（Qsp/Qt）的相關性不錯，所以臨床應用甚廣(4)。P(A-a)O2因加入了吸入氧氣分率及動脈二氧化碳壓力兩指數，所以可以分辨出因通氣量過低導至二氧化碳累積而造成的氧合不良，但影響P(A-a)O2的因素很多，包括吸入氧氣分率、通氣血流灌注比不配合、肺內分流及右向左的心內分流，其中肺內分流又隨著各種肺疾狀況、病患年齡及不同的體位而改變，此外P(A-a)O2也受混合靜脈氧氣含量的相關因素影響，如組織氧氣消耗量、心搏出量及血紅素量，一般而言P(A-a)O2對呼吸常態空氣的病患有無氧合障礙相當敏感，但由於它與肺內分流間的相關性不佳且受太多非肺因素影響，所以在重症病患並不實用(5)。PaO2/PAO2及P(A-a)O2/PaO2分別由Dr. Gilbert與Dr. Goldfarb提出。若與肺內分流作相關性分析，在PaO2/FIO2、PaO2/PAO2與P(A-a)O2/PaO2三者較近似（r=0.72~0.74），P(A-a)O2則稍差（r=0.62）(6,7)。

二.氧氣含量及相關指數

1.CaO2：動脈氧氣含量（Arterial oxygen content）
= (Hb x SaO2 x 1.34) + (PaO2 x 0.0031)
2.CvO2：混合靜脈氧氣含量（Mixed venous oxygen content）
= (Hb x SvO2 x 1.34) + (PvO2 x 0.0031)
3.CcO2：肺微血管氧氣含量（Pulmonary capillary oxygen content）
= (Hb x 1.34) + (PAO2 x 0.0031)
4.Qsp/Qt：肺內分流（Intrapulmonary shunt）
=(CcO2 - CaO2)/(CcO2 - CvO2)
有了血紅素值（Hb, hemoglobin）、動脈氧血紅素飽和度及動脈氧氣壓力即可求得CaO2。混合靜脈血指的是將上腔靜脈、下腔靜脈及冠狀靜脈血充份混合後的血液，可由肺動脈導管（pulmonary artery catheter）在右心室或肺動脈內取得以推算出CvO2。至於CcO2的計算是以肺微血管血紅素氧氣飽和度為100%的假設下，以肺泡氧氣壓力代替肺微血管氧氣壓力。利用CaO2、CvO2及CcO2便可求得Qsp/Qt，此指數包含兩部份，分別是流經肺部時得到充份氧合及沒有得到氧合的血流量比，代表著中央靜脈及全身動脈循環間的靜脈混合（venous admixture）。Qsp/Qt被視為臨床評估肺部氧合功能的標準，它不會受氧氣消耗量、血紅素量或混合靜脈氧血紅素飽和度等因素所影響(1,2)。
5.DO2：氧氣輸出量（Oxygen delivery）
= CaO2 x C.O.
= CaO2 x C.I. x 10
6.C(a-v)O2：動脈-靜脈氧氣含量差（Arterial-venous oxygen content difference）
= CaO2 - CvO2
7.VO2：氧氣消耗量（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：氧氣使用分率（Oxygen utilization coefficient）
= VO2/DO2
= S(a-v)O2/SaO2
心搏出量（C.O., cardiac output）一般經肺動脈導管由溫度稀釋法（thermodilution method）測得，若再除以體表面積（body surface area），便是心搏出指數（C.I., cardiac index）。足夠的DO2是加護醫療的重要目標，其中包含氧氣指數、血紅素量及心臟功能，缺一不可。C(a-v)O2表示組織攝取氧氣量的多寡，若值過大常反映著心搏出量不敷所需。7a公式由Fick方程式演變而來，其中的心搏出量測定受多項因素影響，如冰水注入技巧、血紅素量、動脈氧血紅素飽和度、混合靜脈氧血紅素飽和度、動脈氧氣壓力、混合靜脈氧氣壓力等，由此得到的VO2比使用間接熱量測量器所得到的VO2值較低，其間差異即是肺部本身的耗氧量，若有肺部感染存在，影響可高達15%。7b公式乃使用間接熱量測量器測得，FEO2、FECO2及VE分別代表吐出氧氣分率（expired oxygen fraction）、吐出二氧化碳分率（expired carbon dioxide fraction）及每分鐘吐出通氣量（expired minute ventilation）。在開放型間接熱量測量器，為使誤差減少，需確定吸入氧氣分率要穩定、管路系統不可漏氣及吸吐氣要完全分離；若使用封閉型間接熱量測量器，則吸入氧氣分率可以不定，但氣漏、壓縮容積及驅動力增加等因素仍會影響數據。正常狀況下，約僅25%的輸出氧量被消耗掉，若氧氣消耗量增加或氧氣輸出量減少，則OUC值上升(2,8)。

三.氧氣飽和度及相關指數

1.SaO2：動脈氧血紅素飽和度（Arterial oxyhemoglobin saturation）
2.SpO2：脈動氧血紅素飽和度（Oxyhemoglobin saturation by pulse oximetry）
3.FO2Hb：氧血紅素飽和分率（Fractional hemoglobin oxygen saturation）
= O2Hb/(O2Hb + HHb + metHb + COHb)
在血液氣體分析儀得到動脈氧氣壓力的同時，利用氧血紅素解離曲線或內定相關公式，即可得到SaO2。SpO2是由脈動測氧器(pulse oximetry)所測得，此類儀器約在1980年代問世，因具有非侵襲性及連續監測的優點，現幾乎已成重症照護的必要配備(9)。它的原理是利用波長660nm及940nm兩光條通過一脈動的血管床後，因通透性的差異進而反映出血紅素及氧血紅素（O2Hb）間的量差，最後轉成氧血紅素飽和度顯現。影響SpO2的因素很多，如偵測位置血流量不足、外來光線過強、不正常血紅素過多、膚色差異、重度貧血、偵測部位經常移動或不正常脈動等，由於SpO2僅反應血紅素及氧血紅素間的關係，因此被稱為功能性飽和度（functional saturation）(10)。由一氧化碳測氧器（CO-oximetry）所測得的FO2Hb因為涵蓋了氧血紅素、去氧血紅素（HHb）、變性血紅素（metHb）及一氧化碳血紅素（COHb）等多項血紅素的數值，所以被稱為分率性飽和度（fractional saturation），也是目前視為偵測氧血紅素量的標準方法(1,11)。
4.SvO2：混合靜脈氧血紅素飽和度（Mixed venous oxyhemoglobin saturation）
= 1 - VO2/DO2
5.S(a-v)O2：動脈-靜脈氧血紅素飽和度差（Arterial-venous oxygen saturation difference）
= SaO2 - SvO2
6.VQI：通氣-血流灌注指數（Ventilation-perfusion index）
= (1-SaO2)/(1-SvO2)
7.OEI：氧氣萃取指數（Oxygen extraction index）
= (SpO2 - SvO2)/SpO2
單一次的SvO2測定可將經由肺動脈導管所抽得的混合靜脈血打入血液氣體分析儀或一氧化碳測氧器即可測得。至於具有連續監測SvO2功能的靜脈測氧器（venous oximetry）也已於1980年代早期被研發使用，由光源、光感應器及微處理器等組合，置於肺動脈導管前端，將波長650nm至1000nm的光線射出，碰到紅血球後反折的光量經過感應計算後，即可得到SvO2，有研究報告指出SvO2與氧氣使用分率間的相關性甚佳（r=0.96），影響SvO2測定的因素包括溫度、酸鹼值、血流速度、血球容積計及導管末端堵塞與否(12)。同時併用脈動測氧器及靜脈測氧器（或合稱雙重測氧器，dual oximetry）即可得到S(a-v)O2、VQI及OEI三項具連續監測功能的指數，S(a-v)O2可代表動脈-靜脈氧氣含量差，VQI與肺內分流間的相關性尚可（r=0.78），而OEI與氧氣使用分率間的相關性r=0.60(13,14)。

四.局部組織氧合指數

1.PtcO2：經皮氧氣壓力（Transcutaneous PO2）
在1970年代中期被開發應用，方法是將Clark電極直接置於皮膚表面，在加熱至約攝氏44度後，因表皮的特性改變使得組織間的微血管動脈化，當氧氣擴散出來後被偵測到的壓力即是PtcO2。影響PtcO2的因素除了動脈血的氧含量外，還有皮下血管叢的血流量，一般新生兒的PtcO2與動脈氧氣壓力的相關性還不錯，但在成人則較差。因為有電極片需經常更換測定位置及可能造成皮膚灼傷的危險，PtcO2已漸被脈動氧血紅素飽和度所取代(2,15)。
2.PtcO2/PaO2：經皮氧氣壓力指數（PtcO2 index）
在正常新生兒，此數值約1.0，但隨著年齡增加而降低，成人約0.7~0.8。若低於正常值，則表示皮下組織氧合不良。
3.PscO2：皮下氧氣壓力（Subcutaneous PO2）
將一細矽管植入皮下組織，內含一Clark電極組成矽管壓力測量器（silastic tonometry），可以直接測得皮下組織微血管所擴散出來的氧氣分壓。在實驗動物的血流變化偵測時，PscO2比經皮氧氣壓力更敏感(15,16)。
4.PcjO2：結膜氧氣壓力（Conjunctival PO2）
當眼睛閉上時，角膜細胞即直接從眼瞼結膜得到氧氣供應，將超微的Clark電極置於眼瞼結膜的內側，由於細胞層很少，所以不需加熱即可測得PcjO2，代表由同側頸動脈所供應的微血管血流氧合狀況。與經皮氧氣壓力指數類似，成人正常的PcjO2/PaO2約0.6~0.7(2,16)。
5.pHi：胃腸黏膜內酸鹼值（Gastrointestinal intramucosal pH）
臨床上常用的胃壓力測量器（gastric tonometry）由鼻胃管與其末端可通透二氧化碳的球囊共同組成，球囊內含2~3毫升的生理食鹽水，在胃內經1~2小時的平衡期後，將囊內的水抽出並打入血液氣體分析儀以得到二氧化碳分壓，另外同時抽取動脈血測得碳酸量，再代入修正過的Henderson-Hasselbach公式：pH=6.1+log[HCO3/(PCO2x0.03)]便可得到酸鹼值，此即pHi。當腸胃道的血流灌注異常或局部組織缺氧時，pHi即隨之改變，正常的pHi約7.38±0.03。在動物實驗時，腸道pHi的變化敏感度更甚於胃部(15,17)。

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