动脉血气分析复习(基础篇+进阶篇+完结篇)
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动脉血气分析复习基础篇
在危重症及呼吸危重症领域,最常见的器官衰竭就是呼吸衰竭。呼吸衰竭的诊断标准和分类定义中离不开动脉血气分析。临床定义,在海平面呼吸空气的情况下,如果动脉血氧分压(PaO2)小于60mmHg, 动脉血二氧化碳分压(PaCO2)高于50mmHg,即可诊断为呼吸衰竭。
I 型呼吸衰竭:仅仅表现为PaO2小于60mmHg,PaCO2正常。
II 型呼吸衰竭: PaO2小于60mmHg,同时PaCO2高于50mmHg。
临床上为了确诊呼吸衰竭及对治疗效果进行评价,往往需要相当频繁地进行动脉血气检测。对于那些不便于取得动脉血的婴幼儿,则可以取动脉化的末梢血(如耳垂、手指甚至足跟)。取得血样后要迅速密闭,如果血样有空气混入,会严重影响血气检测的准确性。另外,因为血样内的血细胞仍然在进行着代谢,随着时间的延长,血样内O2被消耗而减少,CO2和乳酸都会升高。为了尽可能降低血细胞持续代谢对检测结果造成的影响,血气标本必须尽快进行检测(通常要求15min之内)。因此床旁血气分析仪也已经成为呼吸科、危重症科等临床科室的必备品。
多数呼吸衰竭病人由于机体缺氧、无氧代谢增加,体内乳酸等代谢产物增多,而对于缺氧相当敏感的器官如脑、肾、心脏等器官功能受到影响;往往导致病人体内酸碱失衡以及电解质(K+、Na+、Cl-、Ca2+ 等)失衡,而这些代谢失衡又会进一步加重病人的病情或使得病情复杂化。及时了解并纠正这些状况对临床来说也是至关重要的。而血气分析仪就是临床人员的重要帮手。
血气分析仪的常用测量参数包括:
一、pH
血液酸碱度, 即血液内氢离子浓度的负对数值,一般以pH值来表示,正常人血液的酸碱度变动范围在7.35~7.45之间。当血液pH低于6.9或高于7.7时,就会发生生命危险。正常人血液酸碱度变化很小,主要依赖于血液中的缓冲系统和肺的呼吸功能及肾的排泄功能。如果这些器官功能不良或受到疾病的影响,则会出现酸碱平衡紊乱,临床上表现为酸中毒或碱中毒。血液酸碱度可有三种情况:无酸碱失衡、代偿性酸碱失衡或失代偿性酸碱失衡。前两者pH值可以正常,但代偿性酸碱失衡的代偿一般不会使pH值超过中线7.40;如酸中毒代偿之后,pH值不会高于7.40;而碱中毒代偿后的pH值不会低于7.40。
1. 碱中毒:
血液pH值高于7.45提示失代偿性碱中毒。分为:
(1)呼吸性碱中毒:由于换气过多所致,如呼吸中枢兴奋性增高的中枢神经疾病、精神性疾病、呼吸机通气过度等。
(2)代谢性碱中毒:常因应用碱性药物过多或丢酸过多所致,如长期大量呕吐或输入过多的碳酸盐液体,也常见于慢性阻塞性肺疾病患者的PaCO2下降较快。
2. 酸中毒:
血液pH值低于7.35提示失代偿性酸中毒。分为:
(1) 呼吸性酸中毒: 主要由于肺排出二氧化碳功能障碍,如呼吸肌麻痹、肺部疾病如肺水肿、阻塞性肺病、哮喘持续状态等。
(2) 代谢性酸中毒①体内产酸过多,如糖尿病酮症酸中毒,饥饿性酸中毒;②肾脏排泄障碍,如尿毒症;③碱丢失过多,如慢性腹泻。
3. 复合型酸碱失衡:
酸碱失衡表型包括:
(1)呼吸性酸中毒+代谢性酸中毒+医源性碱中毒;
(2)呼吸性酸中毒+代谢性酸中毒+医源性酸中毒。
常见的医源性酸碱中毒包括酸性药物用量过多、碱性药物应用过多、高碳酸血症病人上呼吸机后CO2排出过快等等。
二、PaO2
动脉血氧分压(PaO2)是指动脉血中物理溶解的氧分子所产生的张力,是反映机体是否缺氧的敏感指标。主要用于缺氧或氧中毒性疾病的诊断。在海平面呼吸空气的情况下,正常成人动脉血氧分压80-100mmHg;新生儿60-90mmHg。PaO2随年龄的增加而降低.其年龄预计方程式如下:
PaO2(mmHg)=103–年龄(岁)×0.42±3.5(mmHg)
氧分压降低表示缺氧,PaO2<80 mmHg 即为低氧血症;PaO2<60 mmHg,表示机体已处于失代偿边缘,也是诊断呼吸衰竭的标准;PaO2<50 mmHg 为重度缺氧;PaO2<20 mmHg时,有氧代谢不能正常进行,生命难以维持。
三、PaCO2
指动脉血中物理溶解的二氧化碳所产生的张力,是衡量肺泡通气情况,反映酸碱平衡中呼吸因素的重要指标。正常成人在海平面呼吸空气的情况下, PaCO2一般在参考值 35~45mmHg。>45 mmHg,提示通气不足;在呼吸性酸中毒时PaCO2>50mmHg。呼吸性碱中毒或代偿性代谢性酸中毒时<35 mmHg。
四、HCO3-
正常情况下,测得的成人碳酸氢根为22-27mmol/L,儿童为21-25mmol/L。包括实际碳酸氢盐(Actual Base, AB)和标准碳酸氢盐(Standard Base, SB)。AB是指在实际条件下,在分离的动脉血样上测得的血浆中碳酸氢盐的实际含量。正常范围为22-27mmol/L,平均值为24mmol/L,SB为动脉血在37。C、二氧化碳分压40mmHg、氧饱和度100%时测得的碳酸氢盐含量,正常人AB与SB无差异。
1. 如果SB和AB都正常,一般认为机体酸碱平衡处于正常状态。
2. 如果AB>SB,一般认为有呼吸性酸中毒的问题。
3. 如果AB<SB,这种情况一般说明有呼吸性碱中毒。
4. 如果AB=SB,且均低于正常值,这种情况可认为是代谢性酸中毒失代偿。
5. 如果AB=SB,且均高于正常值,一般认为存在代谢性碱中毒失代偿。
碳酸氢盐的增减对判断机体是否存在酸碱平衡紊乱有辅助价值,也可根据碳酸氢盐的变化判断治疗效果,指导下一步治疗。
综上所述,判断一个病人是否出现呼吸衰竭、呼吸衰竭的类型及其严重程度,PaCO2、PaO2是必需的基本参数;判断病人的酸碱状态及其严重程度,则pH值、HCO3-也是最基本的参考参数。而对于复杂性酸碱失衡的判断、往往还需要考虑影响阴离子间隙的参数通过计算进行判断。
动脉血气分析复习进阶篇
之前我复习了动脉血气分析的基础部分,接下来就聊一聊复杂性酸碱失衡。要想搞清楚复杂酸碱失衡,需要先复习一下酸碱失衡涉及的血电解质。
一、 血清Na+
正常范围为137-147mmol/L。机体对于[Na+]的调节以“多入多排,不入不排”为特点,因此正常情况下血清钠的水平相对稳定。但是在病理情况下,及时了解[Na+]仍然具有重要的临床意义,尤其有助于低钠血症、高钠血症、脱水等状况的治疗和疗效判断。血清钠作为体内主要阳离子,也是计算阴离子间隙的重要参数;对于复杂酸碱平衡的判断具有决定性意义。
1. 低钠血症
(3)皮肤失钠:大面积烧伤、创伤或出汗。
2. 高钠血症
(4)钠潴留性水肿,常见于慢性心力衰竭、慢性肝硬化伴腹水、急慢性肾小球肾炎、肾病等。
二、 血清K+
正常为3.5-5.3mmol/L。人体内的钾主要来源于食物。钾离子大部分(98%)存在于细胞内,少量存在于细胞外液,且浓度恒定。组织细胞中平均含[K+]150mmol/L,红细胞内含[K+]约105mmol/L,均远远高于血清[K+]。体内的钾离子持续地在细胞内与体液之间相互交换,以保持动态平衡。钾是维持细胞生理活动的主要阳离子,在保持机体的正常渗透压及酸碱平衡、参与糖及蛋白代谢、保证神经肌肉的正常功能等方面具有重要作用。
1. 低钾血症
(5)大量发汗。
2. 高钾血症
(4)肾上腺皮质类固醇激素活性降低或抑制,排钾类药物(螺内酯)等的大量应用。
三、 血清Cl-
正常值为99-110mmol/L。血氯检测的适应症包括:①酸碱平衡紊乱;②水钠平衡紊乱;③重症监护患者。
1. 高氯血症
(2)碳酸氢盐丧失,常有相对的Cl-增高,导致“高氯性酸中毒”,如II型肾小管性酸中毒; 或输入含Cl-量高的药物(如盐酸精氨酸的输入、大量服用氯化铵)时,可引起血清氯增高。
2. 低氯血症
(4)心功能不全,肝硬化腹水,不适当地限盐和应用袢性利尿剂。如速尿等可使Cl-丢失,而引起血清Cl-降低。
四、 血钙(Serum Calcium)
主要指血浆钙。在机体多种因素的调节和控制下,血钙浓度比较稳定,正常值为2.25~2.75mmol/L。血钙以离子钙和结合钙两种形式存在,各占约50%。其中结合钙绝大部分是与血浆白蛋白结合,小部分与柠檬酸、重碳酸盐等结合。因为血浆蛋白质结合钙不能透过毛细血管壁,故称为不扩散钙。柠檬酸钙等钙化合物以及离子钙可以透过毛细血管壁,则称为可扩散钙 。只有离子钙才直接起生理作用。血浆中的不扩散钙,虽没有直接的生理效应,但它与离子钙之间处于一种动态平衡,并受血液pH的影响。当血中pH降低时,促进结合钙解离,Ca2+增加;反之,当pH增高时,结合钙增多,Ca2+减少。因此,当碱中毒时,血浆离子钙浓度降低,可发生手足搐搦。血清钙大于2.75mmol/L或血清钙离子大于1.25mmol/L,即高钙血症,可使神经、肌肉兴奋性降低,表现为乏力、表情淡漠、腱反射减弱,严重者可出现精神障碍、木僵和昏迷。另外高钙血症时,心肌兴奋性、传导性降低,高钙血症还会对肾脏产生损害。血清钙大于4.5mmol/L可发生高钙血症危象,患者易死于心脏骤停、坏死性胰腺炎和肾衰等。
五、阴离子间隙(Anion Gap, AG)阴离子隙。
也称阴离子间隙(AG),指血浆中未测定的阴离子(UA)与未测定的阳离子(UC)浓度间的差值。由于细胞外液中阴阳离子总当量数相等,故有:已测定阳离子(Na++K++Ca2+)+(UC)=(Cl-+HCO3-)+(UA)。阴离子间隙可根据血浆中常规测定的阳离子(Na+、K+、Ca2+)与常规测定的阴离子(Cl-和HCO3-)的差值算出,即AG={[Na+]+[K+]+[Ca2+]}-{[Cl-]+[HCO3-]}。但由于[Ca2+]数值较小,可以忽略不计,上述公式可以简化为:AG={[Na+]+[K+]}-{[Cl-]+[HCO3-]}。AG的正常值为8-16mmol/l,平均值为12mmol/l。多以AG>16mmol/l作为判断是否有AG增高型代谢性酸中毒的界限。据此,可以将代谢性酸中毒分为:AG增高型代谢性酸中毒与AG正常型代谢性酸中毒。前者可见于代谢性酸中毒的全过程。严重低氧血症、休克;组织缺氧等引起乳酸堆积;饥饿、糖尿病患者脂肪动员、分解加强,酮体堆积糖尿病酮症酸中毒;尿毒症等都是造成AG升高的原因。后者可见于高血氯性代谢性酸中毒;HCO3-大量丢失造成的代谢性酸中毒,往往伴随CI-代偿性升高,形成高氯性代谢性酸中毒。根据AG水平高低,可判断代谢性酸中毒的病因,并可作为治疗的参考。
另外,绝大多数的血气分析仪还提供如下参数:
1. 碱剩余(Base Excess,BE)
剩余碱是在38℃、二氧化碳分压40mmHg (5.33kPa)、血氧饱和度100%条件下,将1L血液标本滴定至pH7.40时,所需要酸或碱的量,反映全血或血浆中碱储备的增加或减少。剩余碱的正常是参考值-3到+3mmol/L。正常人BE为0,当BE<-3mmol/L时,常常为代谢性酸中毒;当BE>3mmol/L时,提示为代谢性碱中毒或呼酸代偿。也曾经有人将前述标准状况下滴定出的碱剩余称为标准碱剩余;而对血样直接滴定所得出的数值称为实际碱剩余。其临床意义与SB、AB相同。
2. 血氧饱和度(Oxygen Saturation,SaO2)
是指氧合血红蛋白与血红蛋白总量的比值。成人正常值为98%。血气分析仪给出的SaO2值一般是根据PaO2计算而来。随着脉氧监测的普遍开展,血气中的SaO2地位有所下降。但还是有个好处,即可以对比脉氧监测得到的数值,以判断其准确性。一般SaO2>94%是可以接受的。
3. 红细胞压积:
有些型号的机器还可以直接测量HCT(红细胞压积)。男性约为0.40~0.50,女性为0.35~0.45。增高往往提示血液粘稠;降低提示贫血或血液稀释。对于确定危重症病人的补液或脱水方案有所裨益。
4. 乳酸(Lactate Acid, Lac.)正常参考范围 < 2.0 mmol/L。血乳酸测定可反映组织氧供、代谢状态以及灌注量情况。乳酸升高最常见于乳酸酸中毒,但也可与呼吸性碱中毒关联。如果乳酸>4.0 mmol/L则需要救治;如果乳酸>9.0 mmol/L,提示病情危重,死亡率高。
5. 碳氧血红蛋白(HbCO):
正常人血液中碳氧血红蛋白含量可达5%~10%,其中有少量来自内源性一氧化碳;轻度一氧化碳中毒者血中碳氧血红蛋白可高于10%,中度中毒者可高于30%,严重中毒时可高于50%。但血中碳氧血红蛋白测定必须及时,脱离一氧化碳接触8小时后碳氧血红蛋白即可降至正常且与临床症状无平行关系。
6. 血糖:
某些型号的血气分析仪还提供即时血糖值,对于判断病人的血糖代谢情况具有某些益处。
对于本次复习的基础篇和进阶篇做个总结。血气分析仪对于呼吸衰竭和酸碱失衡的诊治是不可或缺的。必需的参数包括:PaO2, PaCO2, pH, HCO3-(最好包括AB、SB),Na+, K+, Cl-,以及Lac。碳氧血红蛋白作为特殊用途的参数,对于早期诊断CO中毒具有独到的作用。
动脉血气分析复习之完结篇-酸碱失衡的判断
体内的酸碱平衡是由三大调节系统来维护的。首先起作用的是缓冲系统,其次是肺和肾脏的调节。下面分别加以叙述。
HCO3−/CO2缓冲对:体内CO2和HCO3−的比值决定了体液的酸碱度。在碳酸酐酶的作用下,体液内持续进行着以下的化学反应,调节并维持体液酸碱度的稳定。因此,HCO3−/CO2,就是细胞外液的首要缓冲对。
H+浓度的增高可以使上述反应向右,即产生CO2的方向进行;可以缓冲H+的增加。其次过多的CO2则通过肺泡通气量的增加而排出体外,使上述方程继续朝向产生CO2的方向进行。从而使继续增加的H+浓度维持在正常水平。另一方面,肾脏的排泄作用也能够对H+和HCO3−的浓度进行很好的调节,可以看出,该缓冲对是体液内最重要和最有效的缓冲系统;其次就是肺脏和肾脏的调节。
已知pH值是[H+]浓度的负对数,上述方程可以推演得到的Kassirer-Bleich公式:
由此可以更直观地看出,H+浓度即pH值的高低取决于PCO2与HCO3-的比值。测定任意两个指标,即可计算出第三个指标。一般情况下,血气分析仪不需要同时测定以上三个参数。
除上述细胞外液的PCO2与HCO3-缓冲对之外,细胞内的有机和无机磷酸盐及蛋白质也是缓冲系统的重要组分,如红细胞中的血红蛋白。被酸负荷消耗后,骨组织也可以成为一个重要的缓冲系统。骨骼最初释放碳酸氢钠 (NaHCO3)和碳酸氢钾(KHCO3)以交换H+。 随着酸负荷的持续,骨骼还可以释放出碳酸钙(CaCO3)和磷酸钙(CaPO4)。 因此,长期存在的酸血症会导致骨骼脱矿质和骨质酥松。
机体通过改变潮气量和呼吸频率(分钟通气量)可以精细地调节血液二氧化碳的浓度。
如前所述,化学缓冲作用很快就能完成;但肺的调节需要至少几分钟至几小时。且其有效性仅约为50~75%,故肺调节不能使pH完全恢复正常。
肾脏通过调节HCO3− 的排泄与重吸收来调控体液pH。 肾脏的调节作用较慢,常常发生于酸碱平衡紊乱几小时甚至几天后。另外,这种调节作用还会受到其他因素的影响。如:有效循环血量的减少(如使用利尿剂治疗时)会增加HCO3−的重吸收;酸负荷过多所继发的甲状旁腺激素分泌过多会使HCO3−的重吸收下降;PCO2 的升高也会导致 HCO3−的重吸收的增加;Cl−的下降(通常由容量下降引起)会导致近端小管对Na+的重吸收增加以及HCO3− 的生成增加。排泄至近端小管和远端小管的酸性物质与尿液中的缓冲系如HPO42−、肌酐、尿酸及氨等等结合后被转运至体外。动脉血的pH值决定了尿液中酸的分泌与排泄的量,但它也受到K+、Cl−和醛固酮水平的影响。K+浓度的下降可以引起肾脏分泌的H+增多,从而导致代谢性碱中毒。
酸碱紊乱是由二氧化碳分压(PCO2),以及血清碳酸氢盐[HCO3−]的病理性改变所导致的动脉血pH异常。
当血清pH<7.35时为酸血症。而酸中毒则是指引起酸累积过多或碱丢失过多的病理过程。当血清pH>7.45时则为碱血症;碱中毒是指引起碱累积过多或酸丢失过多的病理过程。pH的实际改变取决于生理代偿的程度以及是否存在多种代谢紊乱。因此,pH值异常可以肯定存在酸血症或碱血症;但pH值正常,并不足以排除酸中毒或碱中毒。
代谢性酸中毒时血清HCO3−<24mEq/L (< 24 mmol/L)。常见原因包括:(1)酸性物质产生或摄入过多;(2)肾脏对酸性物质的排泄减少;(3)胃肠道或肾脏中HCO3−丢失。从缓冲体系和肺、肾的代偿来讲,代谢性酸中毒时由于氢离子浓度增高,H+与PCO2缓冲对向生成CO2的方向移动,同时刺激呼吸中枢,使机体分钟通气量增加,PCO2趋向于降低。但其降低值是有一定范围的,如果不能达到代偿的最低限,则可能同时存在呼吸性酸中毒,如果代偿超极限,则提示同时存在呼吸性碱中毒。代谢性酸中毒时PCO2的预计代偿公式如下:
一般在10-12小时内,代偿即达到高峰。PaCO2降低一般不会超过10mmol/L。假如PaCO2降低小于预计值的底限,则很可能同时存在呼吸性酸中毒;反之,假如PaCO2降低大于预计值的高限,则很可能同时存在呼吸性碱中毒。
代谢性碱中毒是指血清HCO3−>28mEq/L (> 28 mmol/L)。原因包括:(1)酸性物质丢失过多;(2)HCO3−潴留。当发生代谢性碱中毒时,肺代偿性减少分钟通气量,使PaCO2升高,其预计代偿公式为:
PaCO2极限代偿值为55mmHg。如果PaCO2未能达到最低代偿值,则可能同时存在呼吸性碱中毒;如果PaCO2高于最大代偿值,则提示可能存在呼吸性酸中毒。
呼吸性酸中毒是指PCO2>40mmHg(高碳酸血症)。最常见病因就是分钟通气量减少(通气不足);如COPD、哮喘、以及呼吸停止。当发生呼吸性酸中毒时,肺的调节往往已经不起作用了。只能依靠肾脏多保留HCO3−进行调节了。但肾脏调节速度很慢,往往需要72小时以上。当发生急性呼吸性酸中毒时,其HCO3−增加的预计公式如下:
代偿极限为30mmol/L。
而对于慢性呼吸性酸中毒来说,其HCO3−增加的预计公式如下:
代偿极限为45mmol/L。
我们分别可以根据其代偿值来判读病人是否同时存在其他酸碱失衡。如果HCO3−不增反减或增加值未能达到最低代偿值,提示同时存在代谢性酸中毒;如果超过代偿极限值,则提示同时存在代谢性碱中毒。
呼吸性碱中毒是指PCO2<38mmHg(低碳酸血症)。直接原因是分钟通气量增加(通气过度)。临床上可见于情绪过度激动、癔病等情况;发生呼吸性碱中毒时,会因为碱中毒引起的电解质改变而发生抽搐。呼吸性碱中毒发生后肾脏会减少HCO3−的重吸收,使血清HCO3−浓度降低。其代偿预计公式为:
HCO3−代偿性降低的极限不超过12-15mmol/L。
由单纯病因造成的单一酸碱失衡称为单纯型酸碱失衡,两种以上病因导致的酸碱失衡往往表现为复合型酸碱失衡。无论何种酸碱失调,一旦发生,机体就会进行代偿,以期纠正pH值。但这种代偿作用不能使pH完全恢复正常,更不会过度代偿。一旦出现测定值似乎完全不代偿或代偿超极限,可以肯定存在混合型酸碱失衡;代偿不达标,也提示可能存在混合型酸碱失衡;甚至存在三重酸碱失衡的可能。
酸碱失衡的诊断有赖于详细了解原发病病史、动脉血气(ABG)、血电解质、阴离子间隙等。对于复合病因的患者,应该通过计算来评价代偿幅度,从而明确是否存在复合型酸碱失衡。在代谢性酸中毒的情况下,应计算delta间隙以判断是否伴有代谢性碱中毒。
附:delta间隙: 患者的阴离子间隙和正常阴离子间隙之间的差值称为δ间隙。这一数值可以看做是 HCO3−的等价物,因为阴离子间隙每升高一个单位, HCO3−应下降一个单位(通过缓冲)。所以,实际测得的 HCO3−和delta间隙之和应在 HCO3−的正常范围内;如果高于正常范围则表明存在代谢性碱中毒。
来源于冒泡的老郭