脉搏血氧饱和度监测作为一种无创性经皮血氧饱和度监测方法，因其便捷性和有效性较高而被广泛应用于临床医疗工作，尤其是适用于危、急重症患者血氧饱和度的监测。笔者拟就脉博血氧饱和度监测的基本工作原理及其在儿科临床中的应用研究进行综述，为儿科医师提供参考依据。
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脉搏血氧饱和度监测是通过检测皮肤组织对不同光谱的吸收程度，测定动脉血中氧饱和度的变化。因该技术具有无创性和便捷性等优点，被临床广泛推广使用。笔者拟通过介绍脉搏血氧饱和度监测的工作原理和主要影响因素，及其在儿科临床工作中的应用，旨在为儿科急救专业医护人员合理运用该项技术提供理论参考。
脉搏血氧饱和度监测的工作原理包括分光光度测定和血液容积描迹。分光光度测定是根据血液中氧合血红蛋白(oxyhemoglobin，HbO2)和非氧合血红蛋白对光吸收特性的不同计算动脉血中的氧饱和度。血液容积描迹则是基于血管搏动，当心脏收缩时外周血容量相对较多，检测到的光能最小；而心脏舒张时则恰好相反。搏动的血容量改变透照光能的强弱，光吸收量的变化可反映血容量的变化。血液容积描迹正常则表明动脉血中的血红蛋白已获得良好氧合，而脉搏容积波形正常则提示测定部位组织的小动脉张力正常[1,2]。脉搏血氧饱和度监测仪器包括光电感应器、微处理机和显示部分3个部分。检测探头与电极通常被置于厚度为5～10 mm的组织之间，电极放置部位包括手指、足趾、耳廓和耳垂。光电感应器为1对光电二极管(light emitting diode，LED)，其中，一个LED是红光，波长为660 nm；另一个LED是红外线光，波长为940 nm。血液中主要的2种血红蛋白分别吸收不同光线，HbO2吸收可见红光，脱氧血红蛋白吸收红外光。当电子管产生的2种光线穿透含血管的组织时，接受端检测到2种光线吸收的差异信息，传感器将该信息传入微处理机，计算出相应的经皮血氧饱和度(hemoglobin oxygen saturation by pulse oximetry，SpO2)，从而间接反映动脉血氧饱和度(arterial blood oxygen saturation，SaO2)的变化。鉴于血红蛋白氧离曲线的特点，SaO2与氧分压(partial pressure of oxygen, PaO2)呈正相关关系，因此，SpO2可以在一定程度上反映患者动脉PaO2[1]。
由于脉博血氧饱和度监测仪的设计未纳入各个年龄段儿童作为参照，目前尚缺乏各个年龄段儿童SpO2正常值的确切数据资料。有文献报道，在海平面水平儿童SpO2的正常值是97%～99%，新生儿和小婴儿的SpO2为93%～100%[3,4]。新生儿生后1 h内SpO2改变趋势为：生后即刻，右手SpO2为68%，右足为60%；生后25 min时，上下肢SpO2差异消失，均升至88%；生后40～45 min时，SpO2可达94%[5]。同一人的SpO2值在24 h内可能有轻微波动，在下午时可达到最高峰，夜间和清晨则降至90%～93%，最低为86%[1]。当SpO2为91%～97%时，其与SaO2差异最小，约为±1.5%；当SpO2为81%～85%时，其与SaO2差异最大，约为±6.0%。另有研究结果也显示，当SpO2>88%时，脉博血氧饱和度监测仪检测的SpO2与SaO2有较高的符合率，且心率与心电图检查结果符合度高；而SaO2<80%时，脉博血氧饱和度监测仪的准确性明显下降[6,7]。因此，SpO2可作为危急重症患儿常规的实时监测方法，同时，也应注意根据患儿病情及时进行动脉血气分析检查。
随着海拔上升、气压降低，动脉血中的PaO2可逐渐下降，血红蛋白氧饱和度随之降低，SpO2值也逐渐下降，见图1，图2。Balasubramanian等[8]研究结果显示，当海拔约为1 500 m时，SpO2中位数值为97%，当海拔约为3 000 m时，SpO2中位数值为86%～91%[8]，若SpO2<85%，则需及时给予吸氧治疗[9]。因此，在无法获得确切海拔数据地区使用脉博血氧饱和度实时监测时，SpO2的正常值范围较某时点的具体值更具有临床价值，仅根据患者SpO2的轻微改变而进行临床决策较为不明智[10]。
注：1 mmHg＝0.133 kPa
脉博血氧饱和度监测是基于不同血红蛋白对2种光线的吸收差异性实现的，因此，血红蛋白的性质、浓度和成分改变都将影响监测结果。血红蛋白包括携氧血红蛋白、脱氧血红蛋白、高铁血红蛋白(methemoglobin，MeHb)和碳合血红蛋白(carboxyhemoglobin，COHb)。其中，COHb对氧气的吸收类似于携氧血红蛋白。因此，在一氧化碳(carbon monoxide, CO)中毒时，监测的SpO2值较患者实际氧饱和度水平升高(当COHb>3%时，SpO2即开始偏高)。而MeHb对脉博血氧饱和度监测仪的2种光线都有较好的吸收作用，当MeHb含量较低时，SpO2值较实际SaO2值稍高；当MeHb水平升至30%～35%时，SpO2值可降低至85%。急性贫血(包括血液过度稀释)时，血红蛋白水平降低，红光与红外光容积描记图波幅成比例降低，理论上其比值应不变，不会影响SpO2的监测结果，但是，急性贫血患者的SpO2监测实际值可能较非贫血者偏高[1,2,11,12]。此外，由于脉博血氧饱和度监测对异常血红蛋白的特异性较低，镰状红细胞病患儿的SpO2值可能偏高或偏低[13]，故SpO2值降低时，需警惕异常血红蛋白病可能[14]。在贫血、CO中毒、高铁血红蛋白血症、酸中毒与严重缺氧等特殊情况时，SpO2不易准确反映机体缺氧情况，因此除SpO2实时监测外，还应直接采集动脉血进行血气分析。
脉博血氧饱和度监测仪的工作是基于探头监测到动脉血对光线的吸收，任何影响该过程的物理因素均可能影响SpO2监测。这些物理因素包括血压偏低、体温偏低、血管收缩、监测位置移动等，均可使监测到的SpO2值较实际血氧饱和度值低。若上述因素引起组织灌注变差时，可以通过调整探头位置、保暖或使用扩张耳垂血管乳膏进行处理。有研究结果显示，当SpO2<90%时，脉博血氧饱和度监测仪探头安置于指端，较安置于脚掌和手掌时的准确性升高[15,16,17]。此外，基于脉博血氧饱和度监测仪探头也可吸收环境中的光线，当周围光线过强时，也可影响脉博血氧饱和度监测仪的监测结果，而Weitz和Garrato[18]研究结果也显示，在该情况下获得的SpO2监测值较实际血氧饱和度值偏低，因此，临床工作中应尽可能使探头完全接触被测部位皮肤，以减轻干扰发生程度。
当氧饱和度正常时，肤色对脉博血氧饱和度监测仪的准确性无明显影响，但是，当SpO2<90%时，深色皮肤可能导致SpO2约较正常参考值高2%。另外，目前尚无证据提示黄疸会影响SpO2。当出现杵状指时，指端SpO2可能约比实际血氧饱和度值高8%，此时可以通过更换电极放置部位(如前额或耳垂)获取最佳的监测数据[13,15]。此外，Kyriacou等[11]研究结果显示，对于难以安置探头的烧伤患者，可使用微型探头监测该类患者的SpO2水平。
脉博血氧饱和度监测仪主要通过及时提示低氧血症，可在下呼吸道感染疾病的诊治中发挥重要作用。对于毛细支气管炎患儿，使用该方法进行分诊，能够明显缩短急诊停留时间[18]。更重要的是，部分肺炎患儿处于低氧状态时，发绀、点头样呼吸等症状可不明显，此时SpO2监测对该类患儿的诊疗尤为关键[19]。Ewer等[15]研究结果显示，当肺炎患儿的SpO2<92%时，需要接受入院治疗；当吸入氧浓度(fraction of inspiration,FiO2)>60%、SpO2<92%时，则需要考虑转入重症监护病房(intensive care unit，ICU)进行治疗。对于普通社区获得性肺炎(community-acquired pneumonia，CAP)，以SpO2<90%作为标准，预测CAP患者30 d病死率或ICU转入率，灵敏度为46%，但特异度达76%，故该方法较临床症状对诊断CAP更具有预测价值[40]。而对于重症肺炎，采用脉博血氧饱和度监测和24 h后症状改善度2项指标相结合的方法，能够较好预测治疗的有效性[20]。
脉搏血氧饱和度监测被推荐用于哮喘患者的病情评估，若SpO2>95%则提示病情较轻，SpO2<90%则提示病情严重，SpO2值介于二者之间则提示病情一般[1]。脉博血氧饱和度监测对哮喘患者的治疗和预后也有较好的预测作用：当SpO2<90%提示哮喘病情较严重，需要入院治疗，特别是治疗1 h后SpO2难以由92%升至94%时，更提示需要住院治疗[21,22]。以SpO2<88%作为标准，预测哮喘患者30 d病死率或ICU转入率，特异度为92.3%[17,21,22,23]。脉博血氧饱和度监测仪波形改变与收缩压有关，并可提示奇脉，对哮喘发作患者的评估和治疗有一定帮助。值得注意的是，对部分于急性上呼吸道梗阻、急性喉炎、哮喘急性发作等情况，由于过度通气，血液中二氧化碳分压明显升高，而SpO2常降低不明显。此外，有研究提示，SpO2为97%～80%时，可取代PaO2，以SpO2/FiO2作为肺损伤的预测指标之一[24]。
新生儿期严重心脏缺损(critical congenital heart defects，CCHD)发生率为(1～3)×10－3，脉博血氧饱和度监测仪已被推荐作为产科新生儿筛查CCHD的有效辅助诊断工具。该监测仪相比较单纯体格检查或产前超声，结合以末梢SpO2<95%或肢体间SpO2差异>2%作为标准，对先天性心脏疾病的检出率更高[15]。一项meta分析结果显示，脉博血氧饱和度监测仪监测对CCHD的筛查特异度为99.9%，灵敏度为76.5%，假阳性率为0.1%，且在生后24 h后监测假阳性率更低[25]。我国最新一项6 785例的前瞻性研究结果提示，使用脉博血氧饱和度监测仪监测结合体格检查，发现CCHD的灵敏度可达93.3%[26]。但是，值得注意的是，如果仅使用SpO2作为单一筛查指标，则可能出现漏诊[15]。此外，若该类患者出现中央性发绀，或SpO2<75%时，需要及时进行动脉氧饱和度检测[1]。
持续脉搏血氧饱和度监测用于急诊院前抢救已超过20年的历史，被称为急诊室的"第五项生命体征"。进行心肺复苏与气管插管时，低氧血症和心动过缓常不能被及时发现，因此脉搏血氧饱和度监测必不可少。转运患者或者院前抢救时，脉博血氧饱和度监测仪虽然可能出现脉博血氧饱和度监测仪信号不稳定，甚至丢失，也不会影响脉博血氧饱和度监测仪的有效性。一项针对急诊室的研究结果显示，对于严重脓毒症及脓毒症休克的患者，SpO2监测值与SaO2偏差均值仅为2.75%[27]。即使存在外周循环不佳等影响，使用脉博血氧饱和度监测仪指导氧疗，仍可有效改善急诊科患者的预后[28]。在儿科急诊室，临床症状对低氧血症诊断的灵敏度仅为33%，阴性预测值仅为85%，使用脉博血氧饱和度监测仪监测后，91%患者治疗方案被调整[29]。一项横断面研究结果显示，使用脉搏血氧饱和度监测后，门、急诊患者的抢救率由0.34%降至0.12%，ICU转入率由0.56%降至0.29%[12]。此外，当外周血压监测无法进行时，SpO2监测波形的改变常对患者病情严重程度有提示作用[12,30]。
已有有力研究结果证实，对于新生儿，高氧血症与低氧血症均有害[31]。低氧血症使神经发育异常和新生儿视网膜病变(retinopathy of prematurity，ROP)发生率增高，高氧血症同样与支气管发育不良和ROP的发生有关。根据氧解离图线，当SpO2>92%时，SpO2轻微增加，PaO2即可显著升高。Castillo等[32]研究结果显示，87%新生儿的SpO2水平维持于85%～93%时，PaO2波动于40～80 mmHg(1 mmHg＝0.133 kPa)，摄入的氧气量足以维持正常生命活动，在上述范围内ROP发生率最低。但是，Fouzas等[1]研究结果显示，对于部分早产儿，低水平SpO2相比高水平SpO2，存在病死率增高的风险。同时，该研究者也对高氧血症时SpO2较为适宜的报警值进一步评估，结果提示SpO2的适宜报警值为95%，其灵敏度为93%～95%[33]。但是，新生儿体内胎儿血红蛋白和成年人血红蛋白比例差异性较大，且仪器显示的SpO2值与实际SaO2之间存在其他不确定的干扰因素，故目前新生儿，尤其是处于早期新生儿阶段的早产儿，尚缺乏目标血氧饱和度的确切数据[34,35]。
虽然对于部分重症患者，脉搏血氧饱和度监测不能提供准确的SaO2值，但是，其在ICU对低氧血症的监测意义是肯定的，尤其在急性肺损伤或急性呼吸窘迫综合征时，SpO2监测可帮助临床医师及时了解患儿的病情变化[36]。虽然某些情况下SpO2与SaO2之间可能存在较大差异，但是，当SpO2>94%时，能充分提示SaO2<90%[37]，是评估是否有低氧血症的可靠指标[38]，meta分析也肯定了脉博血氧饱和度监测仪监测对重症患儿低氧血症和相关事件的灵敏度[39]。另外，当SpO2正常时，也可早期排除间质性肺水肿。
应用脉博血氧饱和度监测仪监测SpO2值，在产房新生儿窒息复苏中有显著价值[28]。胎儿血氧饱和度监测(fetal pulse oximetry，FPO)已被用于了解产时胎儿/新生儿是否处于低氧状态[40]。已有多个随机对照试验(randomized controlled trial, RCT)使用带有特殊探头的脉博血氧饱和度监测仪，经阴道完成对子宫内胎儿状况的监测，已有研究结果显示当胎心监测不可靠时，使用经阴道血氧饱和度监测能有效降低剖宫产率[13,40]。
作为一项无创、便捷的监测手段，脉搏血氧饱和度监测能让医护人员及时了解患儿病情变化，降低气管插管时低氧血症发生率及其持续时间，早期预测呼吸衰竭，减少有创性动脉血血气分析的使用，降低患儿痛苦。未来的脉博血氧饱和度监测仪将更加灵敏、小巧，可更具有针对性。脉搏血氧饱和度监测的原理模型是基于动脉血对特定光谱的吸收，研究者将提高仪器的准确性，降低诸如监测部位移动、外周低灌注状态等因素对SpO2的干扰。目前有研究开发了新模式的脉博血氧饱和度检测探头，利用反射率和折射率结合的模式，提高组织在低灌注状态时，SpO2灵敏性和特异性[41]。已有新型脉博血氧饱和度监测仪的探头装置能够检测COHb和MeHb，对提高脉博血氧饱和度监测仪在急诊儿科中的应用有极大帮助[13]。另外，脉博血氧饱和度监测仪监测也已被用于普通病房和外科术中患儿的监护，但是，由于缺乏高质量的研究数据，关于其是否能对改善该类患儿的预后提供帮助尚无定论[42]，未来需要更多的综合研究加以证实。
