暗藏玄机的脉搏血氧饱和度（SpO₂），原来我真的不太懂！

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作者:周楠楠  |  审核:刘天雨  |  编辑：长小今

引  言

作为麻醉医生，提起氧饱和度监测，你可能会嗤之以鼻：这还不简单？往手指上一套或一夹完事儿！

这可是麻醉最常用的监护之一，有时候甚至是唯一的监护，不管手术长短、大小，麻醉医生可都是听着它的“乐音”度过了一个又一个工作日，闭着眼睛都可以听出来氧饱的大概范围。

然而实际上，它的工作原理要比呼气末二氧化碳监测还要更复杂一些，使用时也会存在很多问题。爱思考的麻醉医生是最棒的，本期一起来学习一下这项我们自认为最熟悉的监测吧。

脉搏血氧饱和度 监测

脉搏血氧饱和度（SpO₂）监测是一种无创的估测动脉血氧饱和度（SaO₂）的方法，隶属于氧合监测，是临床上使用最广泛的评估氧合功能的指标，可以间接反应呼吸功能状态。

实施监测时，可在手指、脚趾、耳垂或其它可透光又有血流灌注的组织上放置监测探头，最常选择手指，故有时简称“指脉氧”。感知到搏动性血流信号后，监护仪稍后可自行显示出结果，正常值≥95%。

  SaO₂定义及算法  

SpO₂实际上是为了监测SaO₂。SaO₂为血液中氧合血红蛋白（HbO₂）占其余种类血红蛋白的比例，以百分数表示。

正常情况下，血液中共有4种血红蛋白：氧合血红蛋白（HbO₂）、还原型血红蛋白（Hb）、碳氧血红蛋白（COHb）和正铁血红蛋白（MetHb），按照定义，SaO₂=HbO₂/（HbO₂+ Hb+COHb+MetHb）。

由于后两种血红蛋白含量极微且没有携氧功能，故不纳入计算范围，默认它们的浓度为0，此时关系就变成了：SaO₂=HbO₂/（HbO₂+Hb），也叫做功能性血氧饱和度。

只要能够测量出血液HbO₂与Hb的浓度，就能得出SaO₂，血气分析中的SaO₂就是使用氧电极的电化学法直接测量物质浓度后计算的。

  SpO₂原理  

然而，动脉血气分析需要穿刺取血，虽然准确毕竟是有创的。此时，SpO₂应运而生。它的原理是光学法中的分光光度法，使用光的反射和吸收特性来测定溶质浓度。

所应用的原理是Beer-lambert定律（图1）：强度已知的光照在大小已知的空间内，如果能够测定入射光和投射光的强度，就能计算出待测溶质的浓度。

图1 Beer-lambert定律原理图

我们想要测量血液中HbO₂和Hb的浓度，一要选可有富血流的组织，二要选容易透光的组织，再结合方便的要求，手指、脚趾和耳垂就是比较好的部位，因此最早的监测尝试部位就是耳垂，后因不易固定，才以手足指（趾）为多。

让我们以手指为例，结合普通探头来讲解一下。

探头一端为发光二极管，可交替发出红光和红外光，HbO₂喜欢吸收940nm的红外光，对红光持“放行”态度。类似地，Hb喜欢吸收660nm的红光。光透过手指到达对面，势必会因为中途被吸收了一部分而发生强度上的改变。

对面一端是光电二极管（分光光度计探头），作用就是感知出射光强。此时入射光强是已知的，出射光强又是可测的，按照定律，发射红外光时可测HbO₂的浓度，发射可见红光时可测Hb的浓度。

这样，就可以获得无创条件下测定的“SaO₂”了，只不过因为是间接的，故取名为SpO₂，以区别于真正的SaO₂。

根据正常志愿者和患者的大量资料显示：SpO₂与SaO₂显著相关，相关系数为0.90-0.98。SpO₂与PaO₂之间也存在一个简化的关系表（表1），这就是为什么SpO₂能够反映氧合的原因，也是为什么SpO₂要大于95%。

表1 SpO₂与PaO₂的对应关系（PH=7.4,T=37℃）

  SpO₂测量“伪像”  

发光二极管可以高频交替发射红光和红外光，为的就是多次计算、反复对比，提高测量的精度。可即使这样，仍然存在一些误差，说得更专业一点叫“伪像”：

光电干扰    

如图2所示的测量装置是一个光学装置，使用过程中不应当有其它光的干扰，这意味着，探头包括手指前端，最好能被包起来或盖起来，让整个测量环境中只有装置发出的光。

图2  SpO₂传感器示意

所以，在手术室，当你看到护士把病人摆在托手板上的整条胳膊都用无菌单盖起来，不要觉得仅仅是为了保暖（当然也会为了保暖和卫生安全），这样盖起来也给该手上的氧饱和度监测提供了更好的环境，有效减少手术室内的其它光源干扰。

当然，每每给药都要掀起来，麻醉医生也会偶尔觉得不太爽。同样的，在光的传导径路上（从发出—透过手指—被对侧接收）也不能有遮挡物，这就好比，不能用一张黑纸放在手指和探头之间一样。

病人如果涂了墨绿色的指甲油或者黑绿色的美甲，那么大概率是不会有信号的，即使有也是很差的没有参考性的。红色指甲油倒不是很影响。又由于该光学装置的光信号最终要转化为电信号，故高频电刀放电时，也会影响监测，但通常很容易鉴别，停止干扰即可恢复正常。

活动、静脉搏动、低灌注    

目前该装置仅对搏动性的动脉血“感冒”，即只有存在正常的动脉搏动时，监测的结果才是准确的，或者说我们就默认该径路上只有动脉在搏动。

手指乱动而导致的“动脉运动”是一种干扰，叫做活动伪差，是最难消除的一种伪差，存在这种伪差时，读数要么偏低，要么不存在信号。所以我们要求，监测时手指尽量保持不动。

异常情况下，如果静脉血也发生了搏动，势必也会造成干扰，比如肾衰患者做透析的手臂上存在动静脉瘘，动脉血会向静脉大量分流，造成静脉动脉化，出现静脉搏动现象。

此时测量出来的值往往偏低，仿佛是静脉的血氧饱和度。在正常侧测量，或者做血气分析能够获得真正的SaO₂，以供对比。

可以理解，当末梢灌注差从而导致动脉搏动很差时，探头也很难获得足够强的信号，此时监护仪通常会显示“搜索脉搏中”或“学习中”，波形为无意义的不规则状，提示肢端灌注差，可能发生了缺氧、贫血、低血压甚至休克。

所以发生了这些病理状态时，别奇怪，别以为指脉氧坏了；反之，监护提醒了你灌注差，就要思考是不是真的灌注差，是否需要调整病人的内环境了。

还有一种说来有点可笑的情况，就是手指太胖了，是的，就是太紧了导致灌注差，解决也很简单，更换探头的型号和类型就可以了。

再说上面提到过的动静脉瘘，在造成静脉搏动的同时，也由于分流造成了该侧肢体末端的灌注差，故这种情况下是存在两种误差的。当血压升高时，分流更大，这种误差会进一步加大，故如有这样的病人手术，一定要注意充分镇痛，维持循环稳定[1]。

COHb和MetHb的浓度    

前面说过，测量时我们默认COHb和MetHb的浓度为0，这也是正常情况。然而，病理情况下，它们的浓度可以达到干扰测量的程度，就会造成假象。

CO中毒时，血液中COHb明显升高，由于COHb和HbO₂对660nm的光吸收情况相同，换言之，装置不能区分所测的是HbO₂还是COHb。

这可以造成灾难性的后果：明明机体已经很缺氧，SpO₂却显示很高的很满意的饱和度，不知道的还以为救治成功呢。不过我们也不用过于担心这个问题，这种病人的救治一般在急诊科，那里的医学同僚们早已深谙此道，根本就不信SpO₂。

同样地，当存在高铁血红蛋白血症时，脉氧饱和度读数总是在85%徘徊，如果读数大于85%，实际值是小的，如果读数小于85%，这么看来，一句话，就是“不准”。

在极少见的情况下，病人患有血红蛋白病，血液中存在异常的血红蛋白，它们的吸光与正常血红蛋白一定有差异，势必会干扰测量值，可能出现低值读数，实际上并不缺氧。

目前已经有4000多种血红蛋白病被鉴定出来，还有一些我们未知的类型。当我们得知病人有血红蛋白时，至少要知道，我们的SpO2可能是有问题的，遇到低值不要过度惊慌，要知道我们还可以靠做个血气分析来鉴别一下是否真的氧合不好了[2]。

那么，当血液中存在一些可吸光的染料或造影剂时，是否也会导致指脉氧测量不准呢？当然。亚甲蓝经常用在脑血管造影术中，已证实可干扰指脉氧测量，目前未见碘造影剂和放射性核素造影剂会影响指脉氧测量。也未见该类研究。

现在，Masimo公司系列的指脉氧监测仪由于改进了信号提取技术，据报道可消除活动、低灌注、静脉搏动、外界光干扰等造成的伪差，可以说已经非常先进了。该公司还开发了多波长（8种波长）的脉搏血氧仪，可连COHb和MetHb一同准确测量。

总  结

目前，氧饱和度监测的研究已经发展到了其它特定组织器官的氧饱和度监测，如脑氧饱和度、分段测量大动静脉的氧饱和度等，可以帮助反映脑供氧的平衡以及帮助诊断一些先天性心血管疾病。

更是有一些尿氧饱和度的研究已发表。在具体到特定器官组织氧饱和度监测的同时，对于工程学和技术的要求也提高了，光在其它组织内的传导路径有更多偏倚，校正起来更难。

了解我们最常用的监护措施是为了让我们成为更有内涵的麻醉医生，而如有兴趣，或许还可以在这方面找到一个idea呢。

参考文献:

[1]Hayashi K. A pitfall of pulse oximetry of the upper extremity with arteriovenous fistula for hemodialysis: A case of unreasonably low SpO2 readings despite a clear pulsatile pulse wave. J Clin Anesth. 2021 Aug;71:110198. doi: 10.1016/j.jclinane.2021.110198. Epub 2021 Feb 15. PMID: 33596515.

[2]Geng Z, Qu CX, Guo JF. Low oxygen saturation measured by pulse oximetry with a novel haemoglobin variant, Haemoglobin PKU: A case report. Eur J Anaesthesiol. 2021 Oct 1;38(10):1105-1106. doi: 10.1097/EJA.0000000000001420. PMID: 34524158. 

参考书籍： 《临床麻醉学》第4版，郭曲练，姚尚龙主编，15章：麻醉、手术期间病人的监测。P190 《现代麻醉学》第4版，邓小明等主编，第四篇，临床监测 ：34章第2节，P718：光学测量换能器；39章第5节，P838：脉搏血氧饱和度。 《摩根临床麻醉学》第6版，王天龙等译，6章：非心血管监测，P83 《米勒麻醉学》第7版，邓小明，曾因明译，第四部分：麻醉管理。38章：监护仪的基本原理P1225：运用光能的测量技术；44章：呼吸功能监测P1429