呼气末二氧化碳监测的基本原理及应用

呼气末二氧化碳(end tidal carbon dioxide，ETCO2)--第六个生命体征，与血氧饱和度监测一样，是一种比较新又无创的临床监测技术，具有高度灵敏性，不仅可以监测通气情况，也能够反应机体循环和肺血流情况。

该技术具有简便、实时、无创、经济、连续的特点，随着监测设备的小型化、采样方法的多样化、监测结果的精准化，越来越广泛地被应用于临床，并逐渐受到临床医生的重视。

一、呼气末二氧化碳的定义

呼气末二氧化碳(end tidal carbon dioxide，ETCO2)监测是指使用二氧化碳(CO2)监测仪器对患者呼出气体中CO2浓度或压力进行监测，除实时显示CO2浓度或压力外，还能将CO2浓度或压力描记成图，结合浓度指标及波形特点进行计算，衍生出一系列ETCO2相关参数，以此获取患者通/换气功能、心排血量、通气/灌注(V/Q)情况及代谢方面的信息。

二、基本原理和测定方法

呼气末二氧化碳的测定有红外线吸收法、质谱分析法、拉曼光谱法、气相色谱法、二氧化碳化学电极法等。

临床最常用的方法是红外线吸收法，其基本原理是利用CO2分子对红外线的吸收特性来测定其浓度。当气体通过红外线传感器时，红外线光源的光束会穿过气体样本，并由红外线检测器测量光束量。由于CO2能够吸收特定波长的红外线(4.3μm)，因此光束量的衰减程度与CO2浓度成正比。

仪器可根据气体采样的方式分为：主流型和旁流型。常用的为主流型(main stream)。

1、主流型

特点：气流直接经过测量室，检测管路为人工气道的一部分。

优点：检测结果受气道内水汽和分泌物影响较小。

缺点：持续监测仅可用于密闭气道，部分厂家产品明显增加气道管路负重和呼吸死腔[1-2]。

2、旁流型

特点：气流被动进入测量室。呼出的气体经由抽气泵抽取部分至测量室进行测量，抽气流速度为20~300 mL/min。

优点：可用于非密闭气道，采样部位多样。

缺点：采样口易受气道内水汽和分泌物影响，对于低流速通气或小儿，抽吸采样产生的气流丢失可能影响潮气量测定和呼吸机触发。

三、显示参数分类

根据仪器波形显示参数的不同，可分时间-二氧化碳分压 波形和容积-二氧化碳分压 波形。由于容积-二氧化碳分压波形仪监测二氧化碳分压的同时需要监测气道内的气流流速，所以均使用主流型采样方式。

时间-二氧化碳分压波形：

纵坐标为二氧化碳分压；横坐标为时间。

波形连续，可分为四个时相：

时相Ⅰ波形在基线，为吸气和死腔通气时间；

时相Ⅱ为上升支，是死腔通气和肺泡内气体混合呼出时间；

时相Ⅲ波形呈高位水平线，为呼出肺泡气时间；

时相Ⅳ为时相Ⅲ末至基线，代表下一次吸气开始 。

容积-二氧化碳分压波形：

纵坐标为二氧化碳分压；横坐标为呼出气容积。

波形不连续，可分为三个时相：

时相Ⅰ为基线，是死腔通气阶段；

时相Ⅱ为上升支，是死腔通气至肺泡通气阶段；

时相Ⅲ为高位水平线，是肺泡气呼出阶段。由于不监测吸气相，没有时相Ⅳ。

四、呼气末二氧化碳正常范围

正常值：35-45mmHg(4.67-6.0kPa)。

正常人PETCO2≈PACO2≈PaCO2。

PETCO2和PaCO2非常接近，通常PETCO2比PaCO2低3-5mmHg。

五、临床应用

由于ETCO2受基础代谢、循环、呼吸三方面因素影响，在一定的范围内，结合其他相关指标，综合分析ETCO2数值的结果，可以准确指导临床治疗。

1.监测呼吸功能

呼气末二氧化碳监测可以不间断地监测患者的呼吸情况，通过测量二氧化碳浓度，可以评估患者的肺泡通气功能。若患者出现呼吸急促、浅快或呼吸暂停等异常情况，检测呼吸末二氧化碳的变化可以及时发现问题，为医生提供重要参考。

2. 判断人工通气效果

在进行人工通气时，呼吸机将氧气和空气输送到患者体内，而呼气末二氧化碳监测可以用于判断人工通气的效果。通过监测呼出二氧化碳浓度的变化，可以判断是否达到理想的二氧化碳排出量，帮助医生确定呼吸机氧气浓度和呼气正压的具体值，保证患者呼吸充分。

3. 判断心肺复苏效果

呼气末二氧化碳监测可以通过测量肺泡气体与动脉血二氧化碳含量的关系，来推算患者的肺泡动脉差。肺泡动脉差越小，患者身体的全身血流量越大。二氧化碳是血流的指标之一，当二氧化碳排出较多时，血流量较大，当呼气末二氧化碳浓度低时，则说明全身血流量较低。

4.辅助诊断

理想通换气状态下，肺泡中的通气与血流成一定比例，允许血流中的CO2完全弥散到肺泡中，同时保证氧气(O2)的摄取，无气体及灌注血流的浪费，这种情况称为“理想”V/Q，将其比值看作为“1”(图A)。以上这种“理想肺”的情况极其少见，V/Q失衡主要有以下三种表现：①比值增大，此处肺泡通气量大于血流灌注，或因局部血流灌注减少，或因血流正常但肺泡过度通气，与灌注血流相匹配的气体得到交换，而剩余气体则成为无效腔气体中的一部分(图B2)。另一种极端的情况是，肺泡通气量正常，而完全无灌注血流，此时比值趋于无穷大，该部分肺泡通气量与解剖无效腔中的气体无异，常见于肺栓塞(PE)，这部分栓塞的肺通气可看作是绝对的无效腔通气(图B1)。②比值减小，此处肺泡通气量小于血流灌注，可因肺泡通气不足引起，与肺泡通气量匹配的血流完成交换，剩余血液则成为了无用灌注。③比值为零，此处肺泡只有血流但没有通气时，灌注血流未经氧合，CO2也无法排出，这是一种肺内的右向左分流(图C)。在实际肺通换气中，以上三种情况并不是孤立存在，真实的肺V/Q失调情况更复杂一些，就算是在单个肺泡中都可能存在无数个不同V/Q值，而我们所能评估的是一个综合情况，取决于哪种V/Q情况占优势，所以对于肺泡无效腔的分析是一种总体估计。 

综上所述，肺部疾病无论是气道、肺实质还是肺循环受影响，都会打破V/Q平衡使得VD-ALV增大。通过评估无效腔大小，可以间接了解肺部疾病严重程度以及治疗手段是否有效。

六、注意事项

1、吸入气体对数值的影响

对于常用的吸光光度法ETCO2监测仪，由于二氧化碳与氧气和一氧化氮的吸光谱相近，对于吸入高浓度该类气体的患者，会影响其监测结果，需要对结果进行校正。

2、管路滤器的影响

若呼吸管路中在患者与监测装置之间安装了滤器，可能影响气体的监测，人为导致ETCO2数值偏低。

3、气道分泌物的影响

气道分泌物或过度湿化，可粘附在主流型装置的监测腔内壁或者堵塞旁流型装置的采样管，导致测量不准确。长时间连续监测的患者，需要注意观察监测装置的清洁通畅情况。

4、感染因素

不论主流型还是旁流型二氧化碳监测仪，均会接触患者气道分泌物而被污染。对于可重复使用的装置和附件，应根据供应商的要求进行高级别的清洁消毒。对于监测仪表面，也应当按需清洁，避免交叉感染。

5、呼吸因素对数值的影响

使用旁流型ETCO2监测时，若患者呼吸频率过快，则使得气体成分变化超过了监测仪的反应速度，影响测量结果的准确性。高气道阻力和吸呼比极度异常，也会使旁流型ETCO2监测仪的准确性较主流型ETCO2监测仪略逊一筹。

参考文献：

[1]张丽利,于学忠,徐军等.呼气末二氧化碳监测技术在无效腔分析中的应用:从基础到临床[J].中国呼吸与危重监护杂志,2021,20(08):602-608.

[2]急诊呼气末二氧化碳监测专家共识组.急诊呼气末二氧化碳监测专家共识.中华急诊医学杂志.2017,26(5):507-511.