呼气末二氧化碳监测在肺栓塞中的临床应用

张丽利 于学忠 徐军 孙峰 付阳阳 金魁 余姗姗

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院急诊科100032

肺栓塞 (pulmonary embolism，PE)是一种临床表现复杂多样、症状隐匿且缺乏特异性的疾病，容易漏诊、误诊，以致该病的关键治疗如抗凝、溶栓等延误，错失治疗时机，甚至出现治疗方向错误。因此，对PE临床可能性的可靠评估尤为重要，针对PE各临床指标效能的评估也越来越受到重视[1]。目前PE筛查大多根据患者临床表现、动脉血气分析、相关生化指标、心电图等，以上指标均存在敏感性和特异性局限，而确诊PE需根据进一步的影像学及肺通气/灌注核素扫描等检查，但在患者病情危重状况下部分检查难以获取，且为有创、费用昂贵。基于以上原因医师在临床工作中需不断寻找更多的监测方法，以期能及时、准确地发现PE患者，并能方便、有效、实时地对其进行监测。呼气末二氧化碳 (end-tidal carbon dioxide，ETCO2)监测现广泛应用于人工气道定位、通气功能评价、心肺复苏时的循环功能评价等[2]。因其是一项无创、简便、实时、连续的监测指标，且能够根据其波形计算死腔通气比例，故越来越多的研究发现其在对PE筛查及治疗效果评价中具有一定的临床价值，可能成为筛查PE及评估溶栓效果指标的有益补充[3-5]。

1 ETCO2监测波形图介绍

目前临床上常用的ETCO2监测仪器为主流CO2监测，测量的呼出气体PCO2可采用时间-PCO2波形 (连续波形显示)或容积-PCO2波形 (单次呼吸实时显示)来表示。因容积-PCO2波形能更直观地显示呼出气体量及PCO2情况，故使得死腔计算及呼出CO2量更易获得[6]。

1.1 时间-PCO2波形 单个波形被分为4个时相。时相Ⅰ：PCO2在基线位置，表示部分吸入气体以及早期部分死腔气体排出阶段；时相Ⅱ：PCO2陡然升高，表示剩余死腔气体及部分通气肺泡气体的排出阶段；时相Ⅲ：PCO2平缓上升，表示大量通气肺泡气体的排出阶段；时相Ⅳ：PCO2突然下降，表示呼气结束进入吸气阶段 (图1 A)。

1.2 容积-PCO2波形 单次波形被分为3个时相，分别代表气道及肺泡气体排空的不同阶段，时相Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别与时间-PCO2波形图中所示阶段一致，但缺乏时相Ⅳ，因其记录至呼气结束，故未描记吸气阶段的开始 (图1 B)。

图1 正常呼气末二氧化碳监测波形图 A：时间-PCO2波形；B：容积-PCO2波形

2 ETCO2监测在PE中的应用原理

2.1 PE的病理生理变化 PE发生后，其病理生理变化主要包括气体交换功能及肺部血流动力学等方面的改变。引起ETCO2相关指标变化的主要病理生理改变为PE发生部位血流减少、肺动脉压力升高，导致肺泡死腔增大，肺内血流重新分布，通气/血流比值 (ventilation/perfusion，V/Q)失调，有效的气体交换下降。且血管收缩物质的释放和低氧血症诱发支气管痉挛，肺泡表面活性物质受损引起肺不张，使肺血管阻力加大，血流进一步减少，再次加重V/Q失调[1]。故通过监测患者生理死腔分数 (VD/VT)，可以了解患者V/Q失调情况，进而辅助筛查可疑PE、评估病情严重程度及溶栓治疗效果，PE的病理生理变化是ETCO2监测PE的应用基础。

2.2 发生PE时ETCO2监测波形图变化 当PE发生时，栓塞部位血流中断，肺泡无灌注，成为肺泡死腔，通气无效，无法为呼出气流贡献CO2，使得在整个呼吸周期，甚至是在呼气末都无法产生较高的呼气末二氧化碳分压(PETCO2)，从而使时相Ⅲ变得平坦 (图2)。PE面积越大，肺泡死腔越大，V/Q失调情况越严重，故监测ETCO2诊断PE的价值就越大。

2.3 ETCO2监测在PE诊疗中的主要应用指标

2.3.1 VD/VT根据1948年Fowler提出的解剖死腔计算原理，以及通过对单次容积-PCO2波形分析，可以估算肺泡死腔容积 (VDalv)、解剖死腔容积 (VDanat)、肺泡潮气量(VTalv)以及生理死腔容积 (VDphys)[7]。Fowler的死腔计算方法为：沿容积-PCO2波形时相Ⅲ做一条反向延长线 (A线)，并经时相Ⅱ作一条垂直线 (B线)，将时相Ⅱ曲线与该垂线形成的区域分割成面积几近相等的2个区域a和b。在Fowler该原理的划分基础上，使得对单次容积-PCO2波形的进一步分析成为可能。在此后的研究中，将整个呼气容积波形A线左边的部分划分为VDanat，A线以上、B线右边的部分划分为VDalv，A线以下、B线右边的部分为VTalv(图3)。VDphys指VDanat与VDalv的总和。生理死腔分数为VDphys/VTalv，通常用VD/VT表示。PE发生后，肺泡死腔增大，进而导致生理死腔增加，VD/VT随之而增大。

图2 肺栓塞发生时，肺通气/血流比值 (V/Q)失调，呼气末二氧化碳监测容积-PCO2波形异常

2.3.2 PaCO2与PETCO2梯度 CO2弥散能力较强，极易从肺毛细血管弥散到肺泡中，在V/Q正常情况下，PaCO2、肺泡二氧化碳分压、PETCO2三者大致相等，PETCO2仅较PaCO2略低2～5 mm Hg。而当PE发生时，有效的换气功能区域减少，肺泡死腔增大，有效的气体交换下降，V/Q失衡，气体弥散面积减少，肺泡毛细血管中的CO2难以完全弥散到肺泡中，PaCO2增大同时PETCO2变小，导致两者间梯度增加。栓塞程度越重，梯度越大[6，8-9]。故从PaCO2与PETCO2梯度，可推知V/Q失衡程度，理论上可应用于对可疑PE进行筛查、PE严重程度评估及溶栓治疗效果评价。

图3 单次容积-PCO2波形的各死腔区域划分

2.3.3 ETCO2容积波形时相Ⅲ斜率 (the slope of phaseⅢ，SⅢ) 大多数能导致V/Q失调的肺部疾病，如ARDS、肺炎等，均能引起SⅢ急剧升高，而出现典型的“鲨鱼鳍征”。PE患者ETCO2监测的时间-PCO2波形及容积-PCO2波形时相Ⅲ一般不会出现波形陡峭的情况，相反，各种原因导致的血流再分配使其波形变得平坦，经过溶栓或取栓治疗后，这种血管阻塞造成的V/Q失衡被纠正后，SⅢ逐渐升高[10](图4)。监测SⅢ的变化，可了解PE发生、发展情况。

3 ETCO2监测用于PE诊疗的临床应用现状

3.1 PE筛查 单独将PETCO2用于PE诊断，临床研究较少，近期国外有研究报道，连续监测3次PETCO2计算平均值，发现PE患者较非PE患者PETCO2低6.6 mm Hg[分别为 (29.1±7.7)mm Hg、 (35.7±5.6)mm Hg][11]。早期研究报道，连续监测PETCO2，间断测量PaCO2，计算VD/VT作为PE阳性预测指标，在肺活量正常者VD/VT＞40%时敏感度达100%，当VD/VT＜40%作为PE的排除指标时，敏感度为100%且特异度可达94%，与肺通气灌注扫描相似[12]。当VD/VT＜20%时，PE的可能性很小，且据此可以排除PE，避免进一步的诊断实验[13-14]。早期也有研究通过评估ETCO2容积-PCO2波形面积大小筛查PE，当时间-PCO2波形面积小，PaCO2与PETCO2之差显著时，PE的可能性大，相反，当时间-PCO2波形面积正常(PETCO2＞36 mm Hg)，PETCO2与PaCO2之差不大时，能较可靠地排除PE，当以时间-PCO2波形面积为25 mm Hg·s截点值时，诊断PE的ROC曲线下面积为0.896(95%CI：0.80～0.99)[15]。国外学者对骨科术后可疑PE患者进行研究，发现当PETCO2＞43 mm Hg时，患者无需进一步行肺动脉CT血管造影，其敏感度可达100%[16]。国外学者对14项临床试验进行荟萃分析报道，PETCO2对诊断PE的ROC曲线下面积为0.84，此诊断效能优于D-二聚体，但更加有应用前景的是PETCO2监测对排除低风险患者发生PE可能性的价值[17]。使用PETCO2确诊PE敏感度高，但存在较多假阳性，限制其在临床上单独用于诊断PE，能够较准确地排除PE就显得尤为有价值，故使用PETCO2对PE的排除意义大于其诊断价值。

图4 不同病因呼气末二氧化碳监测容积-PCO2波形时相Ⅲ特点

联合其他指标诊断PE，能够提高诊断的敏感度和特异度。D-二聚体是可疑PE第一程序筛查工具，但具有较高的假阳性率，其水平受到感染、药物、肿瘤、创伤以及其他因素的影响，在使用抗凝及溶栓药物后，其敏感度亦会受到影响[18]。近年来有报道指出，对PE的诊断PETCO2以32.3 mm Hg为界值时，在同样的敏感度 (100%)下，PETCO2显示出比血清D-二聚体更高的特异度，分别为68%、28%[19]。亦有研究发现常规监测PETCO2并计算VD/VT，联合D-二聚体，可以用于诊断及排除PE，避免不必要的肺动脉CT血管造影，在排除PE方面，两者联合评估敏感度高达100%[20]。Wells评分和改良Geneva评分均是可疑PE的临床评价系统，有研究证明，当以上评分系统与PETCO2相结合时，能更好地排除PE[17]。在对PE可疑患者的筛选中，单独的Wells评分＜4分的阴性预测值是93.8%，联合PETCO2后，阴性预测值上升至97.6%[21]。用于确诊PE的 “金标准”肺动脉造影检查，因检查费时耗力、搬动风险大、存在造影剂使用后并发肾损伤等可能，使其应用受限。而其他诊断指标及评分系统均存在敏感度及特异度不高的情况，联合ETCO2相关监测指标筛查PE，避免对危重患者不必要的搬动及检查，理论上应有十分重要的临床意义，有望成为各PE可能性评估体系的有价值补充。

3.2 PE病情严重度判断 由于PE的严重程度不同，对V/Q失调影响也不同，而VD/VT水平主要受V/Q的影响，因而理论上不同程度的PE可能引起不同程度的VD/VT水平变化。国内有学者报道，通过计算VD/VT，发现大范围PE患者的VD/VT(0.34±0.078)明显高于小范围PE患者 (0.18±0.027)，VD/VT能通过反映V/Q失衡的程度，间接提示肺血管阻塞情况，有助于临床医师床旁对患者PE严重程度进行评估[22]。对ETCO2进行连续监测，可用于随时掌握PE患者病情变化。

3.3 PE溶栓效果评估 通常能够引起V/Q变化的其他肺部疾病，大多都能引起ETCO2监测时间-PCO2波形与容积-PCO2波形改变，可见到异常陡直的上升支 (“鲨鱼鳍征”)。相反，在PE患者中，时相Ⅲ中观察到的是一条较为平坦的上升支，但在PE进行溶栓有效的患者中，SⅢ明显增加[10，23-24]，提示根据ETCO2容积波形的形态，可以判断PE溶栓效果，反映V/Q失调改善情况。国内研究指出，PE患者在经积极溶栓和/或抗凝治疗后，部分或全部V/Q异常得到纠正，从而使VD/VT下降，治疗前后VD/VT的变化，有助于判断治疗效果[25]。国外亦有PE溶栓病例汇报，发现PE患者经药物或手术去除血栓后，PaCO2与PETCO2梯度明显降低，VD/VT明显低于治疗前，SⅢ明显增加，经肺通气灌注核素扫描证实，患者V/Q确有改善[10，26]。ETCO2容积波形作为监测溶栓效果及病情变化的指标，具有连续、实时、床旁可得等优势。

4 ETCO2监测应用于PE诊疗评估的缺点和局限性

应用ETCO2监测对可疑PE患者筛查、病情严重度及PE治疗效果进行评估时，临床医师应了解其缺点和局限，以免造成对该指标的过度解读和依赖，现将ETCO2监测的缺点及局限性归纳如下。

4.1 多因素干扰 因ETCO2相关监测指标受基础代谢、循环、呼吸等多方面因素的影响[2]。大面积PE患者病情危重，可能导致呼吸、循环功能障碍，此时的PETCO2不仅受PE所致的V/Q失调影响，可能还会受到循环障碍、代谢性酸中毒等因素的影响，故利用其诊断及评估PE时，应结合其他干扰因素综合考虑。

4.2 敏感度较高，但特异度不佳 ETCO2监测对PE的筛查是建立在其具有评估患者生理死腔、肺泡死腔及解剖死腔基础之上，故所有能够引起V/Q失调及死腔增加的疾病或机械通气设置不当，均可导致死腔计算结果异常。在对疾病病因进行甄别，利用其评估V/Q失调情况时，需知其可能是一个排除PE的优异指标，但在PE确诊上，该指标可能会造成非大面积PE的漏诊，应结合患者病情及其他指标综合分析[27]。

4.3 单次结果不可信 在利用血气中PaCO2与PETCO2梯度及计算VD/VT来筛查、评估PE严重程度或反映治疗效果时，需知ETCO2相关监测指标为连续指标，单次结果的解读可能造成计算错误，不能真实反映患者疾病状态。单次结果可能受患者特殊情况如痰液堵塞、咳嗽、叹气样呼吸及ETCO2监护仪故障等影响。但如果单次结果不准确，假设需要采用连续监测结果，采用多长时间的连续监测，是否需要排除此期间内极端异常结果，目前并没有文献报道以供参考。

4.4 缺乏确切临床参考值 虽有多篇文献报道ETCO2在PE中的临床应用情况，但对于筛查PE的界值、判断PE严重程度以及评估溶栓或取栓等治疗效果的具体方法，目前尚无定论。使用ETCO2监测对可疑或PE确诊患者病情进行评估并非目前临床常规监护措施，使得ETCO2在该病诊疗领域的研究临床数据较少，缺乏大样本及设计合理的临床试验对其应用价值进行验证，临床医师在使用这一指标时，应根据其监测原理具体分析[28-29]。

4.5 监测使用有条件 行ETCO2监测患者，需留置经口气管插管或气管切开，保证呼出气体管道的密闭性，ETCO2监护仪才能精确地捕捉信号。近年来，随着监测技术的进展，有行无创ETCO2监测研究，但结果表明无创ETCO2监测诊断效能较低[30]。无创监测技术还需进一步改进、临床验证及发展。

5 应用前景及展望

ETCO2监测对PE诊断价值虽有限，但相对其他生化、影像及评分指标而言，它是一种简便、易行、实时且床旁可得、经济的监测指标，联合其他检查指标共同诊断及评估PE，理论上应优于单独指标诊断效力，有较高的临床价值，为临床医师诊治PE提供有益参考[31-32]。但鉴于目前ETCO2无创监测技术尚未成熟，无人工气道患者该监测技术使用受限，使得该指标在诊治PE重症患者中有一定的临床价值，但尚不能广泛用于PE患者筛选。本文就ETCO2监测在PE中的应用原理、临床应用现状及局限性进行综述，旨在加强临床医师对其认识，鼓励临床广泛推广使用，为今后临床监测提供有价值数据，以推动该监测技术在PE诊治领域的应用发展及监护仪器的不断改进。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突