基础医学血气分析仪讲课(1)

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1、血气分析仪的发展状况,一、血气分析仪的发展历史 自上世纪50 年代末丹麦的POULASTRUP, 研制出第一台血气分析仪40多年来，血气分析技术一直在急性呼吸衰竭诊疗、外科手术、抢救与监护过程中发挥着至关重要的作用。随着科学技术的迅猛发展，血气分析仪的各项性能也得到极大的提高。现将其总的发展历程作一简要回顾。 根据血气分析的时代特点，大致可将其分为三个发展阶段：,（一）50年代60 年代这一时期血气分析仪发展和应用起步不久，一直处于手动时代，结构笨重（ 约100KKG），所需样品量大（ 约为45ML），可测定值较少，有PH、PCO2、PO2以丹麦RADIOMETER公司的AME-1 型为代表。

2、,（二）70 年代80 年代计算机和电子技术的应用导致血气分析仪进入全自动时代。由于采用了集成电路，仪器结构得到重要改进，重量降至30KG 左右。传感器探头小型化使得所需样品量降至几百至 几十微升，可测量和计算的参数也不断增多。各公司生产的仪器均实现了自动定标、自动进样、自动清洗、自动检测仪器故障和电极状态，并自动报警，电极的使用寿命和稳定性不断提高，仪器的预热和测量时间也逐步缩短。丹麦RADIOMETER 公司的ABL 系列、瑞士AVL公司的AVL 系列等都属于该类产品。,（三）90年代以来计算机技术进一步渗透到血气分析领域，先进的界面帮助模式、图标模式使操作更为直观，许多厂家把血气和电解质

3、等分析结合在一起，生产出了血气电解质分析仪。软件和硬件的进步使现代血气分析仪具有超级的数据处理、维护、储存和专家诊断功能。为满足日益增长的PCOT（ POINT-OF-CARE-TESTINGA 即时诊断） 需要，血气分析仪正朝着便携式、免维护、易操作的方向发展。,二、血气分析仪的新发展,当今医院在病人护理和成本管理方面，对血气分析技术提出了更高的要求。由于其检测参数的特殊性，血气分析要求样本在采出的最短时间内得到测定，以保证获得的数据有高的可信度，从而帮助临床医生进行快速准确的诊断并进而及时有效地采取治疗。,血气和酸碱稳态管理对保证心血管手术的安全有特殊意义。这就要求血气分析仪能够进行动态监

4、护血气和酸碱稳态，准确、综合地反映出机体心肺功能和组织代谢状况，因此，这些参数对手术方案的制定、实施和修正有非常重要的意义。,总之，先进的血气分析仪能够大大提高诊断和治疗的效率，成为危重病人监护室、心脏病人监护室、手术室和急诊等部门必不可少的装备，同时也成为实验诊断科室的良好工具。在繁琐的血气分析检验过程得以简化的基础上，及时、准确的参数测定结果也对血气分析设备提出了高于传统血气设备的新要求。新的需求正是血气分析仪新的发展方向。,（一） 系列化,产品的系列化可以适应不同的需求，加快更新换代的步伐。大量的通用部件，如电极，测量室，印制板，甚至软件，使得多品种小批量生产能迅速地组织起来。而对用户来

5、讲，可以根据需要随时向厂家提出更新换代的要求。所以几乎所有生产厂家都按系列化来进行设计和生产。典型的如美国NOVA 公司，它采用积木式结构，只要将所需部件组合在一起，就成为用户要求的仪器。系列化发展并不总是向越来越高级的方向进行。在某些时候，生产一些所谓简易型仪器，既价廉实用，又去掉一些次要功能的仪器，恰好是开拓与占领市场的有力措施。,（二）适度微量的样品量,早期的平衡仪需要几百毫升的样品才能进行测量，最初带微机的ABL-1 型也要400ml 的样品。近代的血气分析仪一般样品量都在100ml 以下，甚至少到27ml。但从趋势来看，不会再进一步减少。因为在目前测量方式中，不论杆状或块状电极，其测

6、量通道中的残留液是必然存在的，过少的样品量会大大地突出残留液的影响，使测量结果不正确或重复性变差。从另一角度来看，创伤性动脉血采样不易也没有必要来控制到微升数量级。此外，过少的样品易受容器和空气污染，产生血气分析特有的分析前误差。,（三） 块状电极,早期的毛细管pH 电极由于结构复杂和操作不便，逐渐被敏感玻璃膜电极取代，它与参比和PC O2、P O2电极一起以杆状电极形式安装在测量管道的侧面，这种风行一时的结构带来了测量室结构复杂的弊病。而电极的大量日常维护工作，如换膜，换内液等，给使用者带来很大烦恼，影响仪器的正常开机率。据估计，电极故障约占仪器总故障的80% 左右。,现代科技的发展使毛细管

7、pH 电极又重新登上血气分析仪舞台，新的块状pH 电极带动了其他电极也块状化，并借助现代科技使它们成为“ 免维护” 或更准确地讲是“ 少维护” 电极。换言之，在其寿命期内基本不需要进行维护。虽然全部电极完全免维护在目前还不能达到，但随着其不断完善，块状电极无疑是血气电极今后发展的主流。,（四） 功能不断提高,自动化程度提高并向智能化发展。现代的血气分析越来越发挥计算机的优点，达到了全自动的程度，即自动进行一点和两点校正，自动进样，自动测量，自动清洗，自动计算，自动显示结果，自动打印输出。许多仪器还具有自动监测电极漂移，自动故障报警（ 温度超差，电源故障，软件运行故障等） 等功能，有的还可在较长

8、时间无样品时自动转入节省模式运行。,屏幕显示技术。加大了显示信息量，可以同时显示数据、仪器状态、故障信息等，还能提示下一步操作动作并可用多层次菜单提供操作者选择。,外部计算机联网功能。配备可与外部计算机通信的标准计算机接口（ 如RS232接口），使仪器能够方便地与通用型计算机相接。这样一来，对具有多种仪器的实验室，就可以由一台计算机来统一管理和统一进行信息处理，并可将测试结果通过联网计算机迅速地传送到所需要的地方。,数据处理功能。病例资料的储存便于检查和资料整理，而质控资料的储存则便于长期监测仪器的性能，甚至可通过质控图表预知仪器性能变化趋势，进而防止可能故障的发生。,专家诊断系统。它在仪器与

9、临床之间架设起直达的桥梁。临床医生不必再化费精力去分析那些数据，可直接按图形和诊断意见的提示进行处理。这特别适用于对血气分析，技术不熟悉的临床医生。 动态图。通常按一次测量结果来作为指导临床的依据，这在很多情况下往往不够全面。通过若干次测量后作出的动态图来分析，就能连续动态地监测病情发展和观察疗效，更充分地发挥仪器的作用。,增加电解质测量 。根据血气结果来判断病人酸碱状态时，特别在代谢性酸碱紊乱中，必须结合其电解质平衡状况。自然地产生了血气与电解质合一的仪器，国外有人称之为“ 急诊室系统”。它在一次进样后，迅速提供有关血气电解质和酸碱平衡的数据，临床医生立即可依据这些数据结合临床状况采取措施。

10、 血气加电解质的多电极测量随着电极性能日臻完善而逐渐成熟。,两个令人感兴趣的新技术 （1） 点状电极。该仪器测量血气和电解质参数的电极（pH，PC O2、P O2、K，Na，和参比），是在一块印刷电路基板上的一个个金属点，每个点滴上电极液并覆以不同的电极膜就形成电极，彼此由作为测量通道的沟槽相连通，再与外部管道相接。而此印刷板插入相应插座使各电极与外部电路相连接。,（2） 溶液标定。采用密封含气的标准液来对全部电极（ pH，PC O2，P O2电极） 一次校正。这些溶液（ 两种校正液，冲洗液，质控液等） 与废液袋全部是密封金属膜软包装，与电极一起封装在一个“ 电极试剂盒” 中，大小如同录像带盒

11、。,这些新技术的应用不仅使电极完全免维护，而且摆脱了笨重的钢瓶，使仪器可以移动到所需的任何地方，如手术室或病床边，甚至可以随身携带，这近乎完美的仪器给血气分析仪今后的发展指出了方向。,采用的技术是在80年代提出的。它不是采用电化学分析而是采用光化学传感器得到血气数据值。这些传感器测量血样对光的吸收、反射和散射的程度。它们可以被放在光纤中，通过传统的动脉导管，放入病人的动脉中，与动脉相连。因为这些传感器置于连续的血流中，不需采集血样，可提供真正的实时监测的血气数据。,首先点状电极性能目前不够稳定，寿命较短（ 每个电极试剂盒只能测几十个样品）。 其次，它缺少人体主要阴离子CL-（ 氯） 的测量，在

12、临床应用中有所欠缺。 再者，作为一次性消耗品的电极试剂盒成本较高。,血气分析仪发展方向,采用传统的气液双重定标法，利用内置定标气和定标液进行有效定标，保证了测定结果的准确性。 采用专利微型平板感应技术。各种电极集成为一平板电极，具有面积小、免维护、可靠性高、无需气体钢瓶进行校正等特点。,一体化分析包设计。既将所有的电极、定标气、定标液、废液包等都设计包含在一个可抛弃型的分析包内，当分析包使用完毕后这些元件也随之抛弃，中间无须更换任何元件，因此无需维护措施，做到了真正意义上的免维护，减少了操作者的工作量和维护所带来的不便。同时这种包含了废液池在内的抛弃型分析包设计也大大降低了血液样本对操作者的生

13、物危害性。,快速的检测时间。10 秒即可得到检测结果，数据精确度高，与传统血气分析仪有良好的相关性。 具有多种全血检测项目。pH、PC O2、P O2、Na+ 、K+ 、Ca2+ 、HEC、GLU、LAC、等，并计算出HCO3-、 TC O2、 S O2等参数。如果医院想要增加电解质或代谢物的测试项目时，只要选择增加电解质或代谢物的分析包即可，无须更换机器或对原有机器进行升级。,血气分析作为一项重要的检测技术正在与先进的计算机技术密切结合，不断进行技术创新，相信在不久的将来，血气分析仪会有飞跃式的发展，它将以适宜床边诊断的形式，为监床提供更好的辅助诊断服务。,血气生理学基础,血气是指血液中所含

14、的O2和CO2气体。血气分析是评价病人呼吸、氧化及酸碱平衡状态的必要指标。它包括血液的pH、PC O2、P O2的测定值，还包括经计算求得如TC O2、AB、BE、STAT O2、CONT O2等参数。血气分析的有关数据对临床疾病的诊断和治疗发挥着重要的作用。,氧在血液中的存在形式有两种：一是物理溶解，只占总数的4% ，二是与血红蛋白（Hb） 结合成HbO2，这部分占总数的96% ，可见氧在血液中主要是以和血红蛋白结合形式存在的。我们通常用血氧饱和度来表示，正常人为：动脉0.930.98，静脉0.60.7。 血气分析中测量的氧分压（PO2） 是指血浆中物理溶解O2的张力，其参考范围在10.66

15、13.33KPA（ 即80-100mmHg）。,二氧化碳CO2在血液中的存在形式有三种：一是物理溶解，占总量的7.3%；二是与血红蛋白（Hb） 结合成氨基甲酸血红蛋白，占总量的24.4% ；三是与水结合形成H CO3- ，占总数的68.3% 。 血气分析中测量的二氧化碳分压（ P CO2） 也是物理溶解于血浆中的CO2 张力，其参考范围在4.655.98KPa（ 即3545mmHg）。,人体血液气体的生理变化过程是这样的：正常人血液中H+浓度增高（ 即pH 变低） 或CO2分压增高时，Hb与氧亲合力降低；H+ 浓度降低（ 即pH变高） 或CO2分压降低时，Hb 与氧亲合力增高。当血液流经组织时

16、，因细胞的PH比血液低，而CO2分压较血液高，有利于HbO2释放O2 ，同时又促进了H+和Hb、CO2的结合。,当血流经肺时，肺泡的O2分压高，HbO2的生成促使Hb 释放Hb 和CO2，同时CO2呼出也有利于HbO2的形成。这就是血液气体的生理变化过程。正常情况下，人体的这些气体和血液中的酸碱度（ pH） 等指标都处在一定的生理范围之内，一旦超出了正常范围，就说明人体发生了病变。,人体血气酸碱生理指标常用参数,血气分析仪基本结构,血气分析仪（BLOOD GAS ANALYZER），是用来测量血液中的酸碱度（pH）、二氧化碳分压（PCO2） 和氧分压（ PO2） 的仪器。由于该仪器分析快速、准确、可靠，从而为病因的分析和制定治疗方案提供可靠的、科学的依据，因此，目前它已是当今医院中不可缺少的高挡检验设备之一。,生产血气分析仪的厂家很多，型号也很多，自动化程度也不尽相同，但是，各种仪器的结构组成是基本一致的，一般包括电极（ pH、PC O2、P O2）、进样室、C O2空气混合器、放大器元件、数字运算显示屏和打印机