气体交换可通过多种方式进行测量，包括
一氧化碳弥散能力
脉搏血氧饱和度
动脉血气采样
一氧化碳弥散能力
肺一氧化碳弥散量（DLCO）是衡量气体从肺泡经肺泡上皮和毛细血管内皮转运至红细胞能力的指标。DLCO不仅受气血屏障的面积和厚度的影响，也受肺毛细血管中血流的影响。肺泡容量和通气的分布同样也会影响到DLCO值的大小。
病人先吸入小量一氧化碳（CO），屏气后再呼气，通过测量呼气末气体中的CO即得DLCO值。测得的DLCO值应根据肺泡容积（通过氦气稀释法估算）和患者的血细胞比容进行校正。DLCO以毫升/分钟/毫米汞柱报告，并以预测值的百分比表示，表达为z分数（1）。
引起DLCO下降的原因
引起DLCO上升的原因
DLCO 参考
1.Graham BL, Brusasco V, Burgos F, et al.2017 ERS/ATS standards for single-breath carbon monoxide uptake in the lung [published correction appears in Eur Respir J 2018 Nov 22;52(5):]. Eur Respir J 2017;49(1):1600016.doi:10.1183/13993003.00016-2016
脉搏血氧饱和度
经皮脉搏血氧测定法基于位于指夹或黏性条带探头中的发光二极管所发出光线的吸收情况，来估算毛细血管血的氧饱和度（SpO2）。这些估计值通常很精确，多在动脉血氧饱和度（SaO2）的5%误差范围内。结果可能不太准确，患者有
高度色素沉着的皮肤
心律失常
低血压
严重的全身血管收缩
涂指甲油的患者，脉搏血氧测定结果也不太准确。
脉搏血氧测定法只能检测氧合血红蛋白或还原血红蛋白，而不能检测其他类型的血红蛋白；然而，当血液中碳氧血红蛋白水平升高时，这种方法就不准确了，比如 一氧化碳中毒 和高铁血红蛋白血症。
动脉血气（ABG）采样
进行 ABG 采样是为了准确测量动脉血氧分压 (PaO2)、动脉二氧化碳分压 (PaCO2) 和动脉 pH 值；这些变量根据患者的体温进行调整，可以计算出碳酸氢盐水平（也可以直接从静脉血中测量）和血氧饱和度。通过动脉血气分析还可以精确测定碳氧血红蛋白和高铁血红蛋白的水平。
通常在桡动脉处采血。由于动脉穿刺在极少数情况下会导致血栓形成并损害远端组织灌注，可进行艾伦试验以评估侧支循环是否充足。 采用Allen试验，同时阻断桡动脉和尺动脉的血流直到患者的手变得苍白。在保持对桡动脉脉搏施压的同时，松开对尺动脉脉搏的压力。如果在释放尺动脉压力后7秒内，整个手部颜色恢复到基线，则提示尺动脉血流充足。
在无菌条件下，将连接有肝素处理注射器的22至25号针头，于桡动脉搏动最强点近端刺入，稍向远端推进进入动脉，直至出现搏动性回血。收缩压足以将注射器内芯推出。在收集3～5mL血液后，迅速拔针并用力按压穿刺部位止血。同时，将动脉血气标本置于冰上，以减少白细胞的耗氧量和二氧化碳产生量，并送往实验室。
低氧血症
低氧血症是指动脉血中氧分压（PO2）降低 。
缺氧是指组织中 PO2 的减少。
动脉血气分析能精确衡量低氧血症，通常定义为PaO2降低使SaO2低于90%时（如PaO2 < 60 mmHg）的情况。如氧合血红蛋白解离曲线所示（见图），血红蛋白异常（如高铁血红蛋白血症）、体温升高、pH值降低以及2,3-二磷酸甘油酸水平升高，尽管PaO2正常，也会降低血红蛋白氧饱和度（SaO2）。
氧合血红蛋白解离曲线
动脉氧合血红蛋白饱和度与O2分压PO2相关。达到50%饱和度时的PO2（P50）通常为27mmHg。 当氢离子（H+）浓度增加、红细胞内2,3-二磷酸甘油酸（2,3-DPG）增加、体温（T）升高及二氧化碳分压（PCO2）增高时，解离曲线右移。 而当H+、2,3-DPG、温度和PCO2降低时此曲线左移。 曲线右移时血红蛋白对氧的亲和力降低，曲线左移时血红蛋白对氧的亲和力增高。 |
低氧血症的病因可根据肺泡-动脉血氧分压差[(A-a)DO2]（即肺泡氧分压[PAO2]与动脉血氧分压[PaO2]之差）是否升高或正常进行分类（参见表）。
在海平面和室内空气情况下，FiO2== 0.21，则（A-a）DO2可简化为：
正常(A-a)DO2值的估算公式为<（2.5 + 0.21 × [FIO2× 年龄（岁）]），或小于吸入氧浓度（FIO2）的绝对值（例如：呼吸室内空气时<为21；吸入30%氧浓度时<为30），这些校正已考虑相关影响因素。
计算肺泡氧分压和肺泡至动脉氧梯度的公式
PAO2 计算 FiO2是吸入氧浓度（例如，室内空气为0.21），Patm是环境大气压（例如，海平面为760mmHg），PH2O是水蒸气分压（通常为47mmHg），PaCO2是测得的动脉血二氧化碳分压，R是呼吸商，假定静息且正常饮食的患者为0.8。 |
肺泡-动脉 PO2 梯度 (A-a)DO2 简化 (A-a)DO2 是肺泡-动脉 PO2 梯度。(A-a)DO2通常为<20，但会随年龄增长（因肺功能随年龄下降）和FIO2升高而增加（因为尽管血红蛋白在PaO2约150mmHg时即达100%饱和，但氧气可溶于血液，且血浆氧含量会随FIO2升高持续增加）。 |
低氧血症时伴（A-a）DO2增高
低氧血症时（A-a)DO2增高是由于
通气/血流（V/Q）比例低（V/Q比例失调）
右向左分流
弥散功能严重受损
V/Q比例降低是引起低氧血症的常见原因，它同时也是COPD和哮喘时低氧血症的原因。在正常肺中，由于肺泡低氧会引起小动脉收缩，局部血流灌注与局部通气紧密匹配。在疾病状态下，调节失常导致对通气不全的肺泡单位进行灌注（通气/血流比例失调）。因此体循环静脉血在未达到正常PaO2时即已通过肺毛细血管。即使通气正常，血流量增加也会发生通气/血流比例失调，例如在肝脏疾病中。辅助吸氧可通过提高PAO2纠正低V/Q比例所致的低氧血症，尽管（A-a)DO2升高仍持续存在。
右向左分流是低V/Q比值的极端情况。由于存在分流，脱氧的肺动脉血未流经通气肺段即到达左心。 它可能通过肺实质、异常肺动静脉循环或通过心内交通（如卵圆孔未闭）分流。 辅助氧疗无法改善右向左分流引起的低氧血症。
单纯弥散功能障碍极少单独出现，它多伴有V/Q比例降低。这是因为血液与肺泡气体接触的总时间中，仅需一部分时间氧气就能完全饱和血红蛋白，所以因弥散功能障碍而致的低氧血症仅在心输出量增加（如运动时）、气压低（如在高海拔地区）或当>50%肺实质遭到破坏时才会出现。与低V/Q比值相同，（A-a）DO2也增加，但通过提高FiO2可以增加PaO2。 辅助氧疗可改善弥散功能障碍引起的低氧血症。
低氧血症时伴（A-a）DO2正常的原因
（A-a)DO2正常的低氧血症源于
低通气
吸入气氧分压下降（PIO2）
低通气（肺泡通气量降低）使PAO2降低而PaCO2升高，因此降低PaO2。 在单纯低通气时，（A-a）DO2正常。 低通气的病因有呼吸频率变慢和深度变浅（如神经肌肉疾病、严重肥胖、药物过量，或代谢性碱中毒时代偿）或已达最大通气能力病人的通气死腔增加（如严重 COPD病人病情发作）。低通气性低氧血症可通过辅助吸氧得到改善。
PIO2降低是导致低氧血症的一个罕见病因，多数情况下仅发生于高海拔地区。尽管FiO2不随海拔高度变化而变化，但气压则呈指数降低，因此Pio2也随之降低。比方说，埃弗勒斯山顶峰处PIO2仅为43mmHg （海拔8848米）。(A-a)DO2维持正常。缺氧导致肺泡通气量增加，降低了PaCO2水平。 辅助氧疗可改善这种类型的低氧血症。
高碳酸血症和低碳酸血症
二氧化碳分压（PCO2）通常维持在35至45毫米汞柱之间。二氧化碳也存在一条与氧类似的解离曲线，但在PaCO2的生理范围内几乎呈线性。PCO2异常多与通气障碍有关（除非是代谢性异常的代偿反应）并常伴酸碱失衡。
高碳酸血症
低碳酸血症
碳氧血红蛋白血症
CO与Hb结合的亲和力是氧的210倍，阻碍了氧的输送。临床上，有毒的碳氧血红蛋白水平通常是由于接触废气或吸入烟雾造成的，尽管吸烟者的碳氧血红蛋白水平也是可检测到的。
患有一氧化碳中毒的患者可能表现为非特异性症状如全身乏力、头痛和恶心。因为CO中毒常发生在寒冷季节（由于室内使用可燃性燃料取暖器），上述症状常会与病毒感染症状如感冒相混淆。临床医生须警惕病人发生CO中毒的可能性并适时检查碳氧血红蛋白水平。 碳氧血红蛋白可从静脉血中直接测量 - 无需动脉血样本。脉搏血氧饱和度测定结果将正常或偏高（因为标准脉搏血氧饱和度无法区分氧合血红蛋白和碳氧血红蛋白），不能用于筛查一氧化碳中毒。碳氧血红蛋白可以通过共氧饱和度测定。
治疗方法是给予100%的氧气（可缩短碳氧血红蛋白的半衰期），有时需使用高压氧舱治疗。
经验与提示
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高铁血红蛋白血症
高铁血红蛋白是Hb中的亚铁（Fe2+）被氧化为三价铁（Fe3+）。高铁血红蛋白不能携氧，并使正常氧合血红蛋白解离曲线左移 (见图 )，从而限制氧释放到组织。
高铁血红蛋白血症常由某些药物（如氨苯砜、局部麻醉药、硝酸盐、伯氨喹、磺胺类药物）引起，少数情况下也可能由某些化学物质（如苯胺染料、苯衍生物）引起。
高铁血红蛋白的水平可通过联合血氧定量法直接测定（它能发出4种波长的光并能检测高铁血红蛋白、碳氧血红蛋白、血红蛋白和氧合血红蛋白）。在存在高铁血红蛋白血症的情况下，通过脉搏血氧仪测量的氧饱和度将不准确。
患有高铁血红蛋白血症的患者最常见的症状是发绀，而没有其他症状。 重症病例中，氧传输量甚至低到出现组织缺氧症状的程度，使患者产生意识混乱、心绞痛和肌痛等结果。
停用致病性药物或化学物质常可奏效。仅在极少数情况下需要使用亚甲蓝（一种还原剂；1%溶液，按1～2mg/kg缓慢静脉注射）或换血疗法。
