血气分析的原理与方法

血气分析主要是利用血气分析仪测定血液p H、PO2和PCO2三个主要项目,再参考血液血红蛋白、电解质及体温等数据计算出其他酸碱平衡相关的诊断指标,从而为患者体内酸碱平衡、气体交换及氧合作用全面的判断和认识,血气分析在临床具有十分重要的意义。

(一)血气分析的测定原理

血气分析是一组参数。现代血气分析仪的核心是用三电极测定血液酸碱及气体,即p H、PCO2和PO2,再由此计算出其他十多项酸碱平衡指标。

各种型号的血气分析仪基本包括两大部分:一是电极系统及其管道系统,是仪器的核心部分,能将样本中p H、PCO 2和PO2等物理、化学信号转变成电压或电流信号;二是由放大器、微型计算机和数字显示器等部件构成的控制系统,这一系统的不断改进和优化使血气分析仪具有微量、快速、全自动显示,并打印数据等优点。仪器结构组成见图8-2。

图8-2　血气分析仪结构

1.p H电极 由p H参比电极和测定电极即玻璃电极及两种电极间的液体介质构成。

(1)p H参比电极:饱和甘汞电极是常用的参比电极,由装在玻璃管中的铂丝伸进Hg、HgCl2糊及浓度恒定的KCl溶液组成。在溶液中Cl-离子浓度恒定时,参比电极保持恒定电位。

(2)p H玻璃电极:采用离子选择技术(ISE),与外部参比电极构成完整的电化学电池,由浸在H+浓度恒定缓冲液中的Ag/AgCl极芯和H+敏感膜构成。H+敏感膜将缓冲溶液与样品隔开,当样品与H+敏感膜接触时,由于溶液间H+交换产生一个半电池电位,并与参比电极电位比较,两电极之间的电位差反映了样品溶液中H+的浓度,并由此计算出样品溶液的p H。

2.PCO2电极 是一种气敏电极,由p H玻璃电极、饱和甘汞电极(或Ag/AgCl电极)和装有电极液的电机套组成的复合电极。电极浸在氯化物-碳酸氢钠溶液中,CO 2扩散膜将溶液与样品隔开,此膜由聚四氟乙烯或硅橡胶制成,只允许电中性CO2选择性透过,带电荷的H+和HCO-3均不能通过。当样品与CO2扩散膜接触时,样品中CO2扩散进入氯化物-碳酸氢钠溶液引起溶液中H+浓度变化,内部p H电极由此产生一个电位。该电位与内部参比电极的固定电位比较,电位差反映了氯化物-碳酸氢钠溶液中p H的变化,与PCO2分压的对数成比例。

3.PO2电极 是由铂(Pt)阴极、Ag/AgCl参比阳极和一盛有PO2电极缓冲液(含KCl的缓冲液)的有机玻璃套组成。阴极和阳极之间有磷酸盐缓冲液使两极沟通。缓冲液外包裹一层聚丙烯膜,将样品池与磷酸盐缓冲液隔开。此膜能阻止血液中各种离子透入,只允许O 2自由透过。当样品中的O2透过聚丙烯膜到铂阴极表面时,O2不断被还原,产生如下化学变化

O 2的还原反应与Ag的氧化反应导致阴、阳极之间产生电流,其强度与O2的扩散量或PO2成正比,由此可测出样品中的PO2。

(二)血气分析的方法

目前使用的血气分析仪都是由微机控制的全自动仪器,生产厂家繁多,型号各异,但性能和操作大同小异,一般按说明书严格进行操作。

1.启动 按仪器要求分别接通主机和空气压缩机电源,使空气压缩机压力达到额定要求,然后再开启二氧化碳气瓶,使CO2气流量达到要求,分别检查清洁液、参比液、标准缓冲液1和2等液体是否按要求装备。

2.定标(校准) 目的是保证测定结果的准确性。定标有两点定标(p H、PCO2)和一点定标(PO2)两种方式。一般使用两种p H缓冲液(定标液)进行定标,一种是低p H缓冲液(37℃, p H 7.383)。两点定标是先用上述两种缓冲液对p H电极进行定标,再用混合后的两种不同含量的气体对PCO2进行定标。两点定标是让仪器建立合适的工作曲线,一点定标是对PO2电极在极化电压作用下过原点的电流-PO2曲线进行校准。血气分析仪的定标一般由仪器自动完成。在微处理器控制下,定标气体或缓冲液在一定循环时间内被自动送入,持续监测校正物的p H、PO2、PCO2。一般循环定标时间为每30分钟进行一次一点定标和每8小时进行一次两点定标。

3.测量 从开机到两点定标完成后,仪器屏幕上显示“READY”,即已准备好,可进样测定。打开进样器,自动或手动进样,进样前将样本再次混匀,挤去针筒内血液少许。进样时,用注射器将动脉血缓慢注入,当血液到达电极组合通道上方的液敏传感器时,仪器停止接收标本并开始进行测定,约60s后打印出多项参数。随后仪器自动冲洗管道,重新进“READY”状态,即可进行下一个标本的分析。

(三)标本的采集与质量控制

1.血液标本的采集和保存 用于血气分析血液标本的正确采集具有特殊的重要性。正确留取和处置标本在减少偶然误差、保证血气分析结果的可靠性方面起着不可忽视的作用。标本采集或处理不当引起的误差远远大于仪器分析产生的误差,因此应引起足够的重视。

血气分析的血液样本主要采自动脉血或动脉化的毛细血管血,一般不使用静脉血。因为动脉血能敏感地反映体内的代谢状况,而静脉血各样本间个体差异很大,可比性不高,且其中的O2因在组织释放不适合PO2测定。

(1)取血前准备:穿刺时让患者处于安静舒适状态,以减轻疼痛感和紧张感,必要时可在穿刺部位实施局部麻醉。尽量使患者呼吸稳定,因为短暂屏气或呼吸急促都会造成结果异常。对正在吸氧的患者,需注明氧气流量,以备计算患者每分钟氧的吸入量。体外循环者,须在血液混匀后再进行采血。

(2)动脉血:可以在桡动脉、肱动脉、股动脉和足背动脉采血,但最理想的是桡动脉,表浅易触及,有良好的尺动脉做手掌的侧支循环,且周围无大的静脉伴行,以避免误取静脉血。在穿刺过程中不触及骨膜,一般疼痛不明显。肱动脉为次选穿刺部位。上述部位不能采血可用股动脉或足背动脉,最好由经验丰富的医师操作,此部位有静脉血管伴行,侧支循环不良,不是理想的采血部位。

动脉采血时最好使用无死腔、密封性好的2ml或5ml玻璃注射器,用1000U/ml肝素钠抗凝。采血前,用干燥空针抽吸肝素,然后将注射器内芯来回抽动,充分湿润针筒内腔,推出多余肝素,空针无效腔残留的肝素(约0.1ml)足以抗凝2ml全血,对血液的稀释可忽略不计。穿刺针进入动脉后,注射器内芯随动脉血进入注射器自动上升,取1~2ml全血即可。拔针后,注射器不能回吸,只能稍外推,使血液充满针尖空隙,并排出第一滴血弃之,使空气排尽,防止气泡滞留于血液中。离体的针头立即刺入一橡皮塞,使血液与空气隔绝。将注射器针筒在两手间来回搓滚20s,使血液与肝素充分混合,防止凝固,并立即送检。

(3)动脉化毛细血管血:所谓动脉化毛细血管血即在采血部位用45℃水热敷,促使循环加速,血管扩张,局部毛细血管血液中PO 2和PCO 2与毛细血管动脉端血液数值相近,此过程称毛细血管动脉化。采血部位以手指、耳垂或婴儿的手足跟及趾为宜。用45℃水热敷采血部位5~15min或直至皮肤发红,常规消毒后刺入皮肤约3mm,使血液快速自动流出,弃去第一滴血后迅速用肝素化的毛细玻璃管(用1mg/ml的肝素溶液充满后在60~70℃烘干而成)一端接触血液,让血自动流入直至充满全管,切忌气泡进入。待血装满后,立即从玻璃管的一端放入一小钢针,并尽快用橡皮泥封住玻璃管两端,然后手持磁铁沿玻璃管纵轴来回滑动,以带动管内小铁针来回运动,使血液与肝素混合,放低温环境待测。未充分动脉化的毛细血管血的PO2值偏低,对p H、PCO2和HCO-3的测定结果影响不大。

(4)静脉血:一般不用静脉血做血气分析,只有在动脉采血较困难或特殊需要时才使用。静脉血因O 2在组织被释放,与动脉血相比,PO 2、p H分别低60~70mm Hg、0.02~0.05,而PCO2高2~8mm Hg。静脉血一般采前臂静脉,采血前可将手及前臂浸入45℃水中20min,使静脉血动脉化,然后穿刺采血。采静脉血时禁用止血带,只能缓缓抽吸,以免产生气泡。静脉血只适合于代谢性酸碱平衡失调的判断,不适于PO2测定,故PO 2及有关推算数据仅供参考。

(5)标本的储存:采集全血中的活性细胞,尤其是白细胞和网织红细胞,其代谢仍在进行, O2不断被消耗,CO2不断产生,采血后尽快在短时间内测定,不宜存放。血样本在体外37℃保存,每10分钟PCO2约增加1mm Hg,p H约降低0.01。在4℃保存,1h内p H、PCO2值没有明显变化,PO2值稍有改变。因此,采集的血样本应在30min内检测完毕,否则将血样本置于冰水(0~4℃)中保存,最多不超过2h。在30min至2h测定血PO2值仅供参考。

2.血气分析的质量控制 血气分析是许多危重患者抢救时的判断依据,如果结果出现偏差或错误,可能对诊断带来不可估量的损失。因此,进行血气分析的质量控制,保证测定结果准确可靠至关重要。

(1)质控物:目前使用的血气分析质控物主要有人造血氟碳化合物乳剂、水溶性缓冲液、经张力平衡的全血等。

人造血氟碳化合物乳剂的性质与人血相似,较稳定又便于储存,其氧容量、有机物的p K值(7.30)、黏度、p H温度系数(-0.09p H/℃)等均与人造血液十分相似。振摇后开启时,表面会形成一层泡沫与空气隔绝,至少3min内不致造成质控液内气体的改变,其气体含量受室温影响较小。依其浓度的不同分为3种:①酸血症+高PCO2+低PO 2;②酸血症+低PCO2+高PO 2;③全部正常,并标有允许误差范围。

水溶性缓冲液质控物是用Na2 HPO4、KH 2 PO4及Na HCO3配成不同p H的缓冲液,再与不同浓度的CO2和O2平衡,加入防腐剂储存。此质控物有高、正常、低3种规格,用不同颜色表示:酸血症、低氧血症为红色标记;碱血症、高氧血症为蓝色标记;正常酸碱水平为黄色标记。此缓冲液与血液有较大的差异,且受温度影响较大,其水相中的PCO 2随温度上升而下降,p H则增加。故在使用前应置于室温30min以上,并充分振摇使液相与气相平衡方可使用。

(2)采集合格的血液标本:采集标本一定要按要求严格操作,采血量不低于2ml,要特别注意避免标本与空气接触,及时排出采集时混入血样中的小气泡,密封好标本容器。另外在检测时要注意将标本充分混匀。

(3)控制好测定时温度:准确恒定的温度[(37±0.1)℃]是准确测定血气及p H的基本条件,温度的变化可造成测定结果读数的漂移,影响测定结果。因此,如果测量时温度偏离37℃,则要在温度校正后才能发出报告。

(4)对精密度和准确度要求:①p H测定误差不应超过0.01单位,实际数据计算不超过± 0.005单位;②PO2测定误差不超过5mm Hg(0.665k Pa),精密度不超过1mm Hg(0.133k Pa);③PCO2测定误差不超过3mm Hg(0.399k Pa),精密度不超过0.8mm Hg(0.106k Pa)。

(5)严格执行统一的操作规程:操作人员要熟悉仪器的测定原理,对测试过程的各个环节要严格把关,以保证测定结果准确可靠。严格按照仪器操作说明书要求对仪器进行定期保养和维护,特别是对电极定期保养极为重要,否则会影响测定结果。