王亚林，张 广，吴太虎

0 引言

由于呼气末二氧化碳（end-tidal carbon dioxide，ETCO2）监测具有无创监测的优势，近年来，其应用越来越广泛，并引起了越来越多的关注。ETCO2监测灵敏度高，非常适合于手术麻醉的监护使用，已成为目前临床麻醉监测必备的常规监测手段[1]。它可以监测通气、确定气管的位置、及时发现呼吸机的机械故障、调节呼吸机的参数和指导呼吸机的撤除，也能反映循环功能和肺血流情况[2]。二氧化碳监护现在已经成为监护生理参数保障患者安全的一个全球性标准。美国麻醉师协会（ASA）、美国呼吸医护协会（AARC）及美国医院协会（AHA）均将二氧化碳监护作为一种常规的指导准则和规则[3]，甚至有些国家出台相应的法律规定要求必须使用二氧化碳监护。

目前，二氧化碳监护的相关设备主要由国外的厂家生产，且费用昂贵，导致其在国内的使用率不高，该类设备的国产化程度很低[4]。上述原因导致这项技术在国内使用受限。所以，为了普及呼气末二氧化碳监测技术，降低使用成本，需要研发具有自主知识产权的ETCO2监测仪。本文综述了ETCO2监测技术的最新进展，分析了不同监测方式的优劣，介绍了国内外的相关产品，最后指出了今后的发展方向和研究重点。

1 ETCO2监测的临床意义

呼吸功能是人体主要的生命功能之一。临床上，为了全面了解肺功能的状况，常常采用动脉血二氧化碳分压（PaCO2）和呼气末二氧化碳分压（PetCO2），并且PetCO2已经被认为是除呼吸、体温、脉搏、动脉血氧饱和度、血压以外的第六大生命体征[5]。近年来，计算机技术和传感器技术发展迅速，各学科知识相互渗透融合，从而使临床上连续无创地测定PetCO2成为现实。吴书铭、蒋红兵等对PaCO2与PetCO2二者的检测结果进行比对分析，认为PetCO2的监测值与PaCO2之间的统计结果保持了很好的相关性，证实了ETCO2监测设备在临床应用中的有效性[6]。

1.1 ETCO2监测气管插管

文献显示，在紧急状态下有1%～24%的气管插管插进了食道[7]。如果患者气道狭窄，患有呼吸性疾病或者导管内的血液及分泌物过多都会导致插管困难，若医生不能及时发现这种错误，将会导致患者死亡或者永久性脑损伤。而传统的辨识气管插管位置的方法都存在一些潜在的问题，表1列出了传统方法及其使用的局限性。

即使上述方法能判断气管插管正确的位置，但是由于患者运动或者转运导致的插管移位是容易被忽视的。因此，最可靠和简单的方法就是ETCO2的监测。当导管越接近声门口时，波形会越明显，以此来指导将导管插入声门；如果导管插入食道，则不能观察到PetCO2波形，所以，PetCO2对导管误入食管有较高的辅助诊断价值。

表1 传统监测方法及其局限性

1.2 CPR的质量评估

从Kalenda和Smallhout的研究开始，PetCO2作为常用的生理监测指标越来越多地被应用于心脏复苏的监测中。动物实验和临床数据均已表明，PetCO2在心肺复苏过程中与冠状动脉灌注压（CPP）和脑灌注压（CePP）呈正相关。Sanders的研究表明，成功复苏的患者具有比未能成功复苏的患者更高的PetCO2值（（15±4）mmHg（1 mmHg＝133.322 Pa）vs（7±5）mmHg），而那些PetCO2值小于10 mmHg的患者基本上不能实现自主循环。因此，PetCO2是心肺复苏过程及复苏后监测的一个理想指标[8]。

PetCO2作为一种评估手段应用于心肺复苏过程中对胸外按压效果进行评估，可以在心肺复苏中检测到肉眼无法察觉的抢救人员按压或者其他失误[9]。最新版2010AHA指南推荐使用PetCO2来检测心肺复苏的效果:当PetCO2＜10 mmHg时，医生就应考虑正在进行的心肺复苏是否有效，应该对正在进行的心肺复苏进行加强，如增加按压频率与按压深度。若以上努力还不能使PetCO2达到10 mmHg以上，就应考虑进一步的干预措施，如开胸按压，甚至是电击治疗。当所有手段都无法使患者恢复正常的心电节律，就应考虑放弃心肺复苏。

对于休克、心跳骤停及肺梗塞、肺血流减少或停止等患者，二氧化碳的体积分数迅速为零，二氧化碳波形消失，PetCO2消失和PetCO2迅速下降持续30s以上，表示心跳骤停，PetCO2水平与心输出量为相应变化[10]。PetCO2作为复苏急救时心前区挤压是否有效的重要的无创监测指标，具有非常大的预后预测判断价值。

1.3 麻醉患者的监护

随着医学的发展与进步，越来越多的手术在手术室及手术室外开展，而麻醉是基本的要求。ASA及麻醉患者安全协会（APSF）强烈建议将ETCO2监测作为确保麻醉患者安全的评判标准。对于全麻患者，其自主意识的恢复若全凭麻醉师的经验而没有一个评价指标来判断的话，对患者的安全是一个很大的威胁[11]。由于很难预测个体对镇静剂的耐受程度，ASA甚至建议通过PetCO2持续地监测麻醉患者的呼吸。在PetCO2应用之前，对患者血氧饱和度及胸廓运动的观察是麻醉患者常规的监测手段。研究表明，常规监测手段加上PetCO2监测能有效监测到麻醉患者通气不足的状况，其监测出患者通气不足的概率是常规手段的18倍。另外，对于严重缺氧患者（氧饱和度低于85%），PetCO2的监测效果更加明显[12]。

1.4 持续二氧化碳监测

对于危重症患者来说，持续的二氧化碳监测具有十分重要的意义，特别是对插管和依赖呼吸机的患者。当一些危险状况发生的时候，如呼吸机的接头脱落，呼吸回路漏气，气管导管扭曲、活瓣失灵、气管阻塞或者其他的机械故障等，二氧化碳监护图形会发生变化，并第一时间示警。一些头面部手术的操作非常容易造成接头脱落，由于手术部位的遮挡，医生也很难发现，这就非常危险。如果有PetCO2监测，就可以第一时间发现二氧化碳波形的消失，从而尽早排除故障[13]。吴卫平等甚至认为，气管插管全麻术中持续的PetCO2监测效果比SpO2、呼出潮气量等监测方法还要好[14]，它能及时准确地发现气管导管的一些物理故障，从而维持患者的呼吸道通畅，保障患者供氧。

监测有自主呼吸的患者时，通过鼻导管采样来测定PetCO2，即使是在并不封闭的条件下，PetCO2也能准确评价PaCO2，从而达到无创连续监测肺通气和换气的目的，同时也能反映循环和代谢功能的改变。

2 PetCO2监测技术的现状

PetCO2监测有主流与侧孔取样2种常用的取样方法，它们主要是依据传感器在气流中的不同位置来区分的。主流取样就是将传感器直接连接在患者的气道中，而侧孔取样传感器不直接连接在通气回路中，而是经过取样管从气道中取出部分气体来测定，2种取样方式的比较见表2。目前，大部分监测仪的取样方式是侧孔取样[15]。

红外线吸收光谱技术是目前最常用的ETCO2测定技术，其工作原理为:由于CO2分子能被波长为4.26 μm的红外光吸收，所以，红外光通过监测气室的时候会吸收掉一部分CO2分子，吸收率与二氧化碳的浓度成比例。这种方法测定速度快并且方便，应用广泛。同时，还有光声光谱法、罗曼光谱法、质谱分析法、二氧化碳化学电极法等其他方法。图1是红外线吸收光谱技术的示意图。

表2 2种取样方式的比较

图1 红外线吸收腔室原理图

3 ETCO2监测设备

3.1 设备发展历程

自从1962年第一台二氧化碳分析仪（godart capnograph medical CO2analyzer）在荷兰的乌特勒支军队医院应用以来，ETCO2监测已走过了50多年的历程。

目前，中高档监护仪基本都带有ETCO2监测功能。在手术室、重症监护室、术后恢复室和急诊科等部门，ETCO2监测随处可见[16]。随着ETCO2监测国产化脚步的加速，像北京纳雄及深圳迈瑞都已推出带有ETCO2监测功能的监护仪，明显降低了技术成本，促进了此项技术的普及和应用。

3.2 主流产品介绍

依据取样方式的区别，目前，ETCO2监测模块也分为2大类——主流模块和旁流模块。主流模块直接串联进气道管路，模块采集通过其内腔的被测气体的相应数据并传输数据到监护仪主机（如图2所示）。旁流模块通过采样泵和特定管路抽取少量的气体到检测模块进行测量，测量数据通过串口传输至主机进行显示。根据安装位置的不同，旁流模块又分内置式和外挂式2种，前者安装在监护仪内部，后者有单独外壳，通过电缆连接在主机上（如图3所示）。根据采样流量的不同，旁流模块又分100和50 mL/min 2种，不过目前也有50～250 mL/min可以调节的。

图2 伟康主流CO2模块

图3 伟康旁流CO2模块

目前，市场上的主要产品有:PHASEIN公司推出的EMMA监测仪（如图4所示），它是一款即时独立的呼吸气体分析仪，采用的是IRMA红外技术，可以测定呼吸频率和ETCO2的浓度，也能进行相应的报警，比较轻便，但是价格较贵，目前在国内的应用不多；泰科公司推出的N-85监测仪（如图5所示），它可以监测ETCO2和SpO2，能提供精确的脉搏读数，但其采用黑白屏显示，画面效果不太理想；SunLife公司推出的ePAQ监护仪（如图6所示），这是一款手持式ETCO2/SpO2监护设备，屏幕采用3.5 in（1 in=25.4 mm）彩色触摸屏，波形数字比较清晰，可以存储7200 h的患者信息，可以防水。

图4 EMMA监测仪

图5 N-85监测仪

图6 ePAQ监护仪

4 总结与展望

4.1 总结

PetCO2监测临床涉及面广，作为报警系统其应用价值很高[17]。它能准确及时地监测很多意外情况，对患者某些比较严重的并发症也能提早发现并示警，可防止患者出现严重缺氧或更大损害。对于气管插管的位置判定、CPR的质量评估、麻醉患者的安全监护及全程持续二氧化碳监测的作用明显，提高了患者的安全保障，对医疗安全意义重大[18]。但目前相关设备的国产化程度不高，技术在国内使用受限，国内在临床上还未将其作为常规监测设备进行广泛应用。所以，为了降低技术使用成本，普及ETCO2监测技术，迫切需要研发具有自主知识产权的ETCO2监测仪。

4.2 展望

PetCO2监测简便、连续、无创，临床应用前景广阔。随着PetCO2监测技术与各学科的交叉融合，其在临床中的应用价值将会更加凸显。由于临床上对PetCO2监测的认识不足，加上国内设备的研发人员的相关研究未跟上国际步伐，此技术研究潜力巨大，还有很多工作值得我们进行深入探讨和研究。

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