摘要: 血气分析仪是一款非常重要的诊断仪器，血气分析是唯一可靠的诊断低氧血症和判断其程度的指标，也是唯一可靠的判断和衡量人体酸碱平衡状况的指标。高效可靠的血气分析仪能够在很大程度上提高临床诊断以及治疗的效率，使之成为医院多个部门必不可少的设备，如重症监护室、手术室、呼吸科和急诊室等。本文介绍了血气分析仪的发展历程、在此次新冠疫情中的重要作用以及诊断情况，并且还展望了血气分析仪的未来发展。
关键词：血气分析仪；新冠；发展
The important role and future development of blood gas analyzer under Covid-19 epidemic
Abstract: Blood gas is a critical diagnostic device. Blood gas analysis is the only reliable index to diagnose and judge the degree of hypoxemia, and also the only reliable index to judge and measure the acid-base balance of human body. Reliable blood gas analyzer can greatly improve the efficiency of diagnosis and treatment, making it an indispensable equipment in ICU, operating room respiratory department and emergency department. This paper introduces the development of blood gas analyzer, its important role in the covid-19 epidemic and its diagnosis, and also looks forward to the future development of blood gas analyzer.
Keywords: blood gas analyzer; covid-19; development
血气分析是指通过对血液中两种重要气体分压（氧气和二氧化碳）进行测量计算血氧饱和度，并且通过测定血液pH值，计算给出碳酸氢盐、阴离子间隙等参数，从而临床医生能够通过对这些参数进行分析判定，能够帮助医生了解患者肺部的通气与换气功能是否正常，如非正常存在呼吸衰竭可判断衰竭的类型与严重程度，医生也可以判断患者身体是否存在各种类型的酸碱失衡情况[1]。
主要检测参数[2]有pO2（PaO2）pCO2（PaO2）、pH，也可计算SO2（SaO2）等
PaCO2指数可以反映肺通气和换气功能，是用来判断患者有无缺氧及缺氧的程度及有无呼吸衰竭的指标。
PaO2指数可以衡量肺泡通气情况，是反映酸碱平衡中呼吸因素的重要指标。
SaO2是指血液中血氧的浓度，可以反映肺的氧合和血红蛋白携氧能力，它是呼吸循环的重要生理参数，正常范围为95℅～98℅。
pH：反映体内酸碱水平。
血气分析的发展历史
在1953年，Leland Clark发明了铂氧电极，作为现代血气电极的原型，商业上可应用的pH和pCO2电极随后很快发展起来。[1-2]
今天每一所医院急诊科在每天的24小时都能进行快速自动的血气检验。血气分析的发展历经了三个时代阶段：
第一阶段是上世纪50年代末期到60年代，因为刚刚发展起来，应用也才起步不久，这一时候血气分析仪的操作是手动时操作，仪器的结构也是十分笨重，除了机器本身很重，还需要另外配备两个钢瓶装气体；而且检测室所需样品量大，但同时可检测的项目又很少，只有PH、PCO2、PO2这三个项母。这时候最有名的血气分析仪以Radiometer公司（丹麦）的AME-1型仪器。
第二阶段时上世纪70年代到80年代，这时候由于计算机和电子这两项技术在血气分析仪的应用，使得血气分析仪进入全自动时代，重量减至30kg。小型化传感器探头的应用使样品量降至几百甚至几十微升，操作简单易懂，项目参数日益增多。仪器很多步骤实现自动操作，如定标、进样、清洗、检测仪器故障和电极状态和报警等过程，电极性能不断提高，使用寿命和稳定性都得到不断提高，而预热和测量时间则是逐步被缩短。
第三阶段时上世纪90年代至今，这一阶段以来由于计算机技术进一步发展，血气分析领域也受益，用户使用体验得到了很大提升，如有先进的帮助界面，并且采用图标模式使操作者更为直观，血气与其他项目结合在一起形成血气衍生产品，比如把血气和电解质分析等结合生产出血气电解质分析仪，与生化项目、免疫项目等都有结合，通过检测结果医生可以对患者进行心肺功能、肝肾功能、酸碱平衡、氧合状态、代谢功能等综合诊断。软件和硬件的进步使血气分析仪具有超级数据处理、维护、储存以及专家诊断功能。。[2-3]
血气分析在新冠肺炎中重要意义
新冠肺炎重症患者多在一周后出现呼吸困难，血气分析有助于进行临床分型，为患者的病情监测和治疗方案的调整提供参考；通过血气分析监测患者的呼吸和通气情况，为危重患者的救治和治疗方案的调整提供参考。
因此，血气分析对于新冠肺炎患者在治疗监测、危重程度的分级和方案调整方面有重要意义。治疗中，必要时根据病情进行动脉血气分析，是重型患者临床分型指标之一，是重要的检验项目。
血气分析在新冠中的诊断[3]
血气分析指标在新型冠状肺炎患者诊断包括两个方面内容：
?（1）看氧合状态，判断患者有无呼吸衰竭，呼吸与通气状况
新冠肺炎重症患者多在一周后出现呼吸困难，临床上需要根据患者的氧饱和度变化，进行动脉血气分析，由此判断患者是否存在缺氧和缺氧的程度，有利于及时知晓患者的呼吸状态，并给予有效氧疗措施。
指出当患者符合氧饱和度≤93%或动脉血氧分压（PaO2）/吸氧浓度(FiO2)≤300mmHg任一条均为重型。
通过对危重患者进行动脉血气分析，可以监测患者的呼吸和通气情况，降低呼吸机相关肺损伤的风险，为危重患者的救治和治疗方案的调整提供参考。
（2）判断酸碱失衡状态，诊断呼衰类型
在酸中毒（pH<7.35）情况下，如果?PaCO2?升高，表示为呼吸性酸中毒；如果碳酸氢根降低，表示为代谢性酸中毒。
如果同时存在?PaCO2?升高和碳酸氢根降低的酸中毒，则需要根据临床情况判断原发失衡。
如果存在呼吸道梗阻、肺部感染、慢阻肺、呼吸衰竭等因素，则考虑呼吸为原发因素；
新冠重症患者在肺炎基础上，临床病变进展迅速，还会快速发展为呼吸衰竭、脓毒症休克、急性呼吸窘迫综合症或多器官功能衰竭，难以纠正的代谢性酸中毒和出凝血功能障碍。
通过动脉血气分析，可以诊断患者呼吸衰竭的类型、监测患者酸碱平衡状态，为重症患者的病情监测和治疗方案的调整提供参考。
1.判断呼吸功能
当PaO2?低于?60 mmHg?定义为呼吸衰竭，低于40mmHg则为重度呼吸衰竭；
当PaCO2升高表明肺泡通气不足，PaCO2降低表明肺泡通气过度，在呼吸性酸中毒时PaCO2>50mmHg。
PaO2＜60 mmHg，PaCO2正常或略降低：Ⅰ型呼吸衰竭
PaO2＜60 mmHg，PaCO2＞50 mmHg：Ⅱ型呼吸衰竭
（1）当患者有通气功能障碍时， PaCO2升高，而相反PaO2则降低，且两者上升与下降幅度基本持平。
（2）当患者有换气功能障碍时，这是参数PaO2会降低，而PaC02正常或降低。
（3）当患者通气与换气功能障碍并存时，两个参数都下降，但是PaO2降低显著，PaCO2降低没有那么明显。
2.判断酸碱失衡
（1）代谢性酸中毒：血气分析：pH＜7.40；HCO3-＜22mmol/L；PaC02代偿性降低，＜40mmHg，不低于代偿极限lOmmHg。
（2）代谢性碱中毒：血气分析：pH＞7.40；HCO3-＞27mmol/L；PaC02代偿性增高＞40mmHg，不高于代偿极限55mmHg，超过者考虑合并呼酸。
（3）呼吸性酸中毒：血气分析：pH＜7.40；PaC02＞45mmHg；HCO3-代偿性增高，＞24mmol/L，急性呼酸增加量少，慢性呼酸增加量多，不超过代偿极限45mmol/L，超过者考虑合并代碱。
（4）呼吸性碱中毒：血气分析：pH＞7.40；PaC02＜35mmHg；HCO3-代偿性降低，＜24mmol/L，慢性呼碱时降低明显，不低于代偿极限12mmol/L，低于者考虑合并代酸。
血气分析仪类型
血气分析仪大致可以分为3类：测试片型（干式），试剂包型，以及传统型大电极（台式）[4-5]
测试片型：优势是方便、快捷，劣势是成本高、参数少，市场的主流代表有Abbott公司的i-STAT系列，Siemes公司EPOC。
试剂包型：优势是方便、快捷，参数全；劣势是成本适中。代表ABL80/90、Cobas123、Rapidpoint400/500、GEM 3x00/4000等。
传统型大电极（台式）：优势是成本低，参数全；劣势是操作维护复杂，要求大样本量，体积大。代表有Cobas 121/221、Nova PHOX/CCX、Rapidlab 800/1200、ABL 800等。[6]
血气分析仪主要厂家
目前血气分析仪市场主要被这些主流进口品牌占据：雷度米特，沃芬，罗氏诊断，雅培，西门子医疗；国内品牌有理邦、普朗、康立。[7]
血气分析仪的发展趋势
1、血气分析仪趋向全功能 附加电极的发展是血气分析对更大范围的数据参数进行测试。借助于芯片技术的告诉发展，实验室芯片在血气上的应用也会越来越深入，可以将电位型电极、电阻型电极、安培型电极以及酶电极都集成到同一张芯片上。
2、血气分析仪趋向小型化 由于电子技术和计算机技术的进步是分析仪的体积越来越小，便于使用。这使得可以在急救室、重症监护病房和手术室中进行血气分析。MEMs技术和微流控芯片的告诉发展使得血气POCT开发难度大大降低。
3、血气分析仪高智能自动化 血气分析仪实现自动化操作，不仅进样、校正、测量、清洗、计算并输出打印结果这些过程都是自动进行;而且还会有自动监测的质控功能。并且如果判断没有标本，仪器可以自动转入节省方式运行。
4、血气分析仪强化数据分析处理功能 血气分析仪实现联网获取检测报告，不仅可以存储大量的检查报告，还可以对某一病人的多次结果输出动态图以便用于连续检测。
Argaint[8]等研制了一种小型硅芯片以进行血气分析，该芯片上含有PO2、PCO2和pH三种传感器。传感器和液路通道都通过集成电路工艺集成在硅片上。可实现微量样本和试剂用量，精度又高能满足临床需要，更重要的是这种工艺适合量产。
现在出现了无创测量。特别普遍的替代一些动脉血样检测氧饱和度及对PCO2进行潮气末气体分析的脉搏血氧计。测量PO2和PCO2的皮肤电极在新生儿和儿童得到了广泛运用。甚至更令人激动的是运用安装在血管内微笑的纤维光学传感器进行连续检测血气的新技术。通过这种有创技术，能增加新的范围来检测pH、PaCO2和PaO2的变化。
结语
血气及电解质分析市场是目前已经是仅次于血糖仪的第二大POCT细分市场。这次新冠疫情对血气的特殊需求必将刺激国内外该行业企业会投入更多金钱和精力加快开发血气新型产品，血气产品将迎来一个崭新的发展机遇。
参考文献
[1] 孟冬娅，韩志钧；胡成进等. 血气酸碱分析（第二版[M] 辽宁科学技术出版社, 2004.5: 25-38
[2] 罗炎杰，冯玉麟简明临床血气分析（第2版）[M] 人名卫生出版社, 2009: 45-61
[3] 卫健委 新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第七版）2020: 7，11
[4] Lawrence Martin, M.D辛建保，张建初 动脉血气分析快速解读（第二版）[M]?ChurchillLivingstone 2015-09:?110-176
[5] C S Breathnach. The development of blood gas analysis. Med Hist. 1972 Jan; 16(1): 51–62.
[6] Katharina K, Johann D, Didier S, et al. Comparison of two portable clinical analyzers to one stationary?analyzer?for the determination of?blood?gas?partial pressures and?blood?electrolyte concentrations.[J ]Charlotte Sandersen 2019;?14(2):?1471-1480
[7] Yongming Fu, Haoxuan He, Tianming Zhao et al. A Self-Powered Breath?Analyzer?Based on PANI/PVDF Piezo-Gas-Sensing Arrays for Potential Diagnostics Application.[J] Nanomicro Lett.?2018;?10(4): 76.?
[8] Argaint Gelsomino,?Roberto Lorusso,?Ugolino Livi,?et al. Assessment of a continuous blood gas monitoring system in animals during circulatory stress. BMC Anesthesiology, 2011(11)：1471-1478