脉氧仪是惊艳的，但并不完美
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脉氧仪是惊艳的，但并不完美
重症行者翻译组 刘岗译
令人惊讶的是，除了温度计，在第二次世界大战期间为航空研发、并在20世纪80年代中期用于麻醉监护的脉氧仪现在可能是地球上最常见的医疗器械。20世纪40年代，Glenn Allen Millikan开发了一种耳血氧仪来估计血红蛋白饱和度，以确定在第二次世界大战期间高原驾驶战斗机和轰炸机的飞行员何时需要辅助供氧。由于Millikan血氧仪需要繁琐的校准，因此在随后的30年里仍只是一个研究设备。1974年Takou Aoyagi独创性的观察到，假如动脉血是组织中唯一博动的、可吸收发射光的物质，就可以在获得动脉信号后无需校准。Aoyagi的脉氧仪包含一个相对简单的发光二极管和光电二极管探测器，使用脉动吸收信号来估计动脉血红蛋白饱和度。一旦这种测量方法在实验室受控的缺氧条件下确立了人类受试者的经验校准，则无需进一步校准脉氧仪。在很大程度上，今天的脉氧仪与20世纪80年代最初的脉氧仪相同。
在脉氧仪之前，临床医生依靠观察发绀来发现低氧血症。加州大学旧金山分校的Julius Comroe在20世纪40年代使用Millikan脉氧仪进行志愿者研究，以评估医生在临床上觉察发绀能力的准确性。他证明，这些观察结果提示医生观察并不可靠，直到氧饱和度<80%才能发现发绀，受试者和观察者间还存在高度变异。本研究是在光线充足时在白人受试者中进行的，认识到皮肤越黑发现缺氧体征就越困难，因此，快速采用脉搏血氧测量应作为监测标准。
在本期《麻醉学》中，Burnett等在不同程度肤色的麻醉患者的大型回顾性队列中，分析了脉氧仪的准确性。以往志愿受试者和重症监护室患者的研究中注意到，肤色较深的患者氧饱和度较低时，脉氧仪读数会正偏倚。本手术室研究分析了11年46000例麻醉患者的数据。其研究中的各肤色人群包含白种人、黑种人、西班牙人、亚洲人和其他种族。通过血气数据计算饱和度来估计动脉血氧饱和度（Sao2）。过去评估两种变量（例如，通过脉氧仪测量的氧饱和度[Spo2]与Sao2）测量准确性的方法是通过偏倚分析——即，两种测量值之间的均数差和这些均数差的SD。均数差的偏倚是系统误差，均数差的SD（或有时称为精确度）是随机误差。
除了确定皮肤中的黑色素导致了偏倚和精确度，他们还选择了一种临床辨认未识别低氧血症发生率（定义为Spo2读数>92~96 %时Sao2<88 %）的方法来确定偏倚和精确度。在本研究中，他们发现隐匿性低氧血症的发生率因肤色而不同（例如：白种人1.1 %、西班牙裔1.8 %、黑种人2.1 % ）。好消息是，这种未识别的低氧血症发生率低，更好的消息是，当Spo2>96 %时，这种未识别的低氧血症发生率极低，且种族/民族间没有差异。所以，临床的底线是保持Spo2>96 %。如果不能通过增加吸氧浓度或改变呼气末正压来达到这一目的，则可考虑有创血液样本测量Sao2。
有若干与Burnett等人的研究结论相关的、适当的注解和问题。脉氧仪误差和偏倚可由运动（颤抖）、干扰物质（羧基血红蛋白、高铁血红蛋白 ）、不适当时机的抽血和读取血氧计读数、光干扰、探头错位和低灌注引起。低灌注时，减少的脉氧信号还被皮肤中的黑色素对光的吸收而恶化。在Burnett等人的研究中，这些因素均未得到控制。此外，黑人患者平均年龄较大（62 vs.52岁），相对于白人患者，肾衰竭和糖尿病的发生率较高。这些差异是否加重了低灌注，放大了校准误差，还需进一步研究。
在脉氧仪发明的早期，其人体研究可能包含了几乎所有的白人患者。直到2005年，才确定这种方法有局限性。需要注意的是，较深的肤色会引起正偏倚——即脉氧读数高于血样上测量的实际饱和度。Spo2<80%时误差较大，但数值较高时也存在某些偏倚。最近的一项对2017年至2020年销售的多种类型的优质血氧仪对照实验室研究发现，在接近90%临界缺氧阈值的深肤色患者中，血氧仪读数仍正偏倚1-2%。
非搏动性皮肤色素如何影响脉氧仪的准确性，尤其正偏倚是否会漏诊低氧血症?脉氧仪测量的是可透过组织的红光和红外光在透过脉搏时附加吸光度的比值。然后用志愿者数据对比值（R）进行经验校准，产生一个‘R校准曲线’（R=3.4 , Spo2=100%; R=1.0, Spo2=85%）。如果肤色对透射光频率起可变光滤波器的作用，峰值频率可能稍微改变，产生略改变的R值和Spo2值。脉氧仪中的红光发射二极管发射的不是单一波长的红光，这些红光波长呈钟形曲线分布，波长越短，被皮肤中的黑色素吸收的就越多。实际上，深肤色患者的R曲线与白人患者不同。
另一个悬而未决的重要临床问题是低Spo2的患者。目前的研究确认了Spo2>96%的准确性，但紫绀型心脏病儿童的Spo2的准确性如何？这些患者的Spo2易误差。在全身麻醉时，很少有Spo2持续性<90%或80%的患者，但部分紫绀型心脏病患者手术患者会，该人群有待进一步研究。
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