死腔是指通气过程中由于不与肺毛细血管血液接触而不能参与气体交换的部分。死腔通气是影响通气效率的主要原因。死腔分数、通气比和呼气末二氧化碳分压/动脉血二氧化碳分压等是监测死腔通气的常用指标。床旁死腔通气监测在急性呼吸窘迫综合征、肺栓塞和外科手术等患者中应用广泛，具有诊断疾病、预测预后和评估治疗效果的作用。本文将对这些指标及其临床应用进行详细阐述，希望引起医务人员对死腔通气监测的重视，规范其临床操作和应用。
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死腔是指通气过程中由于不与肺毛细血管血液接触而不能参与气体交换的部分。死腔通气能够反映呼吸危重症患者呼吸生理的重要改变[1]，对于指导呼吸支持技术个体化设置具有重要作用，且与预后密切相关[2,3,4]。近些年来，随着死腔通气监测技术和设备的改进[5]，床旁死腔通气监测在临床中的应用逐渐增多，凸显了其重要性[6,7,8]。因此，本文针对死腔通气的常用监测指标及其临床应用进行详细阐述，希望引起医务人员对死腔通气监测的重视，规范其临床操作和应用。
机械通气患者的死腔由机械死腔和生理死腔组成，生理死腔可进一步分为解剖死腔(也称为气道死腔，VDaw)和肺泡死腔(VDalv)。机械死腔是指串联在口腔和呼吸机回路Y形管之间的设备的容积。VDaw是指从上呼吸道到终末细支气管的传导气道的容积，成人约为150 ml。在健康人群中，生理死腔和VDaw基本相等。但在肺疾病患者中，通气/灌注(ventilation/perfusion，V/Q)不匹配将会导致VDalv增加，常见于两种情况：一种情况是当潮气量过大、呼气时间太短而呼气不完全或呼气末正压(positive end-expiratory pressure，PEEP)水平较高时形成动态过度充气造成的；另一种情况是肺灌注减少或灌注分布改变，这是由于肺动脉血管直接阻塞或右心室输出减少引起的。
死腔可以理解为是通气中被浪费的部分，所以VD等于VT与VA之差，即：
VT代表潮气量，VA与VD分别代表潮气量中的肺泡气和死腔气部分。进而有：
RR代表呼吸频率，即：
代表单位时间的容积，
E代表呼气分钟通气量，
A与
D分别代表肺泡通气量和死腔通气量。
因此死腔通气增加将导致肺泡通气减少，使得肺部气体交换效率降低、通气需求增加、呼吸做功增加或CO2潴留。监测死腔通气具有诊断疾病、预测预后和评估治疗效果的作用。
VD/VT常用于反映肺泡通气的效率，以便进行患者间比较。1891年，Christian Bohr根据CO2质量守恒原理提出了计算死腔的方法[9]：
FĒCO2、FACO2和FICO2分别为混合呼出气、肺泡气和吸入气CO2浓度分数。由于吸入气中通常不含CO2(FICO2＝0)，因此：
整理可得：
在Bohr方程中，CO2浓度分数和分压可以互换使用：
要计算Bohr死腔(VDBohr)需要测得肺泡气CO2分压(PACO2)和混合呼出气CO2分压(PĒCO2)这两个关键参数。PĒCO2可以使用容量为60～100 L的道格拉斯袋收集一段时间内的呼出气体并分析其中的CO2浓度来测得，但PACO2的测量难以实现，这限制了Bohr方程的临床应用。因此，1938年，Enghoff提出用PaCO2替代PACO2[9]，将方程重写为：
Enghoff修正的原理基于Riley和Cournand[10,11]提出的理想肺概念，其假设所有肺单位都具有完美的V/Q匹配，因此PACO2和PaCO2相等。然而，即使完全健康的肺也不是理想的，而是总表现出一定量的解剖分流和死腔。VDB-E测量的不仅是生理死腔，还包括了导致静脉血掺杂的所有原因[12]。如果具有高CO2分压的肺动脉血流经过肺部时产生分流，PaCO2将超过PACO2，从而导致死腔的高估[13]。如在ARDS患者中，使用Enghoff法计算的死腔增加了52%[14]。不过，VDB-E的这种局限性也可以加以利用。虽然VDB-E本身并不是死腔的量度，但其却是衡量气体交换障碍程度的总体指数。实际上，大多数关于VD/VT的研究使用的都是VDB-E[2,15]，这也是最为经典和常用的床旁死腔通气监测指标。
如今，PACO2和PĒCO2都可以通过容积二氧化碳图(Vcap)测得。Vcap是Y轴呼出气CO2浓度/分压和X轴呼出气容积之间的关系图(图1、图2)，可以通过CO2传感器和流量传感器同时采集CO2浓度和容积而获得。Vcap可以分为三期：Ⅰ期为来自气道内不与肺泡接触的呼出潮气量，因此CO2浓度可以忽略不计；Ⅱ期代表来自大气道和肺泡腔之间过渡区域的气体，CO2浓度呈近似线性增加；Ⅲ期代表纯肺泡气，呼出CO2的斜率趋于平缓。
注：PCO2为CO2分压；PaCO2、PACO2、PETCO2和PĒCO2分别为动脉、肺泡气、呼气末和混合呼出气CO2分压；VDaw和VTalv分别为气道死腔和肺泡潮气量；1 mmHg＝0.133 kPa
Fletcher等[17]通过对Vcap进行分析，提出了基于单次呼吸测量死腔通气的方法。他们假设，PACO2是肺泡潮气量(VTalv)范围内Ⅲ期斜率延长线的中点。后来Tusman等[18]通过比较Vcap和多重惰性气体清除技术(MIGET)测定的PACO2验证了这一假设。
PĒCO2可以通过测定Vcap曲线下面积即单次呼吸排出的CO2量(VTCO2，br)并计算FĒCO2而获得，且与通过其他技术测定的PĒCO2有很好的相关性。
进一步的死腔分析需要将生理死腔分离为VDaw和VDalv，可以通过Fowler的方法来实现[19]。Fowler描述了肺内气体运输的两种机制，一是主气道内的对流，二是外周的扩散。在每个细支气管中都有这两种机制之间的固定分界面。然而，由于气道的不对称性，细支气管位于肺内的深度不同。在呼气时，这些界面向上气道移动，并于不同的时间到达气体传感器，这正是Vcap的Ⅱ期CO2浓度变化显著的原因。这些界面整体的平均水平就是气道-肺泡界面，用于区分主气道和肺泡腔。根据理论和实验计算，此平均界面位于Ⅱ期的中点。通过Bohr方程和Fowler方法得到生理死腔和VDaw后，作差即可计算出VDalv。
虽然通过Vcap能够测得准确的VD/VT，但这并非标准实践的一部分，因此限制了该方法的广泛临床应用。近年来有学者提出可以根据常规收集的呼吸参数估计VD/VT[20,21]。
由于死腔内没有气体交换，所以吸气末死腔内没有CO2(空气中所含的微量CO2可以忽略不计)，即所有的CO2均来自肺泡气：
CO2为分钟CO2产生量。假设PaCO2≈PACO2，结合公式(1)～(3)，可得：
其中K＝0.863，是将CO2的分数浓度转换为压力并将体积校正为标准条件所需的常数。公式(11)变换得：
在公式(12)中，临床上唯一通常不可直接获得的参数是
CO2，其可以通过计算静息能量消耗获得[22]。估算静息能量消耗的方法包括使用未校正的Harris-Benedict方程、修正的Harris-Benedict方程和Penn state方程等[23,24]。Beitler等[21]发现在70%的患者中使用未校正的Harris-Benedict方程估测的VD/VT与测量值的误差在±0.10以内，95%的患者在±0.20以内，但考虑到其取值范围，这样的误差已经相当大。
由肺泡通气方程[公式(11)]可知，CO2的清除取决于CO2的产生和肺泡通气量，两者共同决定PaCO2。在临床中，如果CO2清除出现问题，可以观察到PaCO2升高、分钟通气量增加或两者兼有。因此，Sinha等[3]开发了一个被称为VR的指标，它是
E和PaCO2的实测值与预测值之间的比率，用于描述通气效率，床旁监测极为简便。
Emeasured是测量的分钟通气量，
Epredicted是预测的分钟通气量，按照预测体重取100 ml·kg-1·min-1。PaCO2measured是测量的PaCO2，PaCO2predicted是预测的PaCO2，取37.5 mmHg(1 mmHg＝0.133 kPa，即5 kPa)。对于给定的个体，VEpredicted和PaCO2predicted是恒定的。因此，结合公式(11)，公式(13)可以重写为：
其中，k对于给定的个体是一常数。公式(14)表明，VR的影响因素主要是VD/VT和
CO2。该指标在新型冠状病毒感染继发ARDS患者中的研究较多[25,26]，并且与VD/VT之间密切相关[3,4]。对于正常个体，VR应接近1，数值增加对应于通气恶化、CO2生成增加或两者兼有。
需要注意的是，由于使用PaCO2替代PACO2，因此VR无法将肺内分流的附加效应区分出来。对于ARDS等可能存在严重V/Q不匹配的疾病，VR反映的是死腔通气和分流对CO2清除的综合影响[27]。
Severinghaus和Stupfel[28]提出，VDalv/VTalv与动脉-肺泡二氧化碳分压差(Pa-ACO2)密切相关。若不考虑VDaw的影响，根据CO2质量守恒原理(在不存在分流的情况下)，可得：
由于Vcap在临床中并未广泛应用，因此常使用PETCO2替代PACO2，可得：
VDalv/VTalv称为肺泡死腔分数(alveolar dead space fraction，AVDSf)，PaCO2-PETCO2称为动脉-呼气末二氧化碳分压差(Pa-ETCO2)，它们都是ARDS患者病死率的独立预测因子[1,29,30]，但都不是衡量真实肺泡死腔的可靠指标。与Bohr方程的Enghoff修正一样，PaCO2的使用将肺泡毛细血管界面作为一个影响因素引入进来。在肺内分流增加的情况下，PaCO2的升高与PETCO2的降低会同时发生。Gattinoni等[31]提议将PETCO2/PaCO2从AVDSf中提取出来作为监测新型冠状病毒感染继发ARDS患者气体交换的床旁工具。PETCO2/PaCO2也是评估V/Q不匹配的总体指数[32]。有研究证实，PETCO2/PaCO2与VD/VT之间有很好的相关性[14,33]。其最大值为1，当接近1时，反映气体交换的改善；反之，偏离1则代表气体交换受损。表1对常用的床旁死腔通气监测指标进行了汇总。
常用床旁死腔通气监测指标汇总
常用床旁死腔通气监测指标汇总
| 提出者 | 计算公式 | 特点 |
|---|---|---|
| Bohr[9] |  | 计算的是真正的死腔，不受肺内分流的影响；依赖Vcap，能够分别计算VDaw和VDalv |
| Enghoff[9] |  | 死腔相关研究中的经典和常用指标；受肺内分流影响，是衡量气体交换障碍程度的总体指数；不依赖Vcap |
| Siddiki等[20]和Beitler等[21] |  | 间接估计 CO2，影响因素多，误差较大，预测能力受限；受肺内分流影响，是衡量气体交换障碍程度的总体指数；不依赖Vcap |
| 使用未校正的Harris-Benedict方程、修正的Harris-Benedict方程或Penn state方程估计REE | ||
| Sinha等[3] |  | 计算简便，不依赖特定设备；除死腔外，还考虑到 CO2的影响；受肺内分流影响，是衡量气体交换障碍程度的总体指数；不依赖Vcap |
| Gattinoni等[31] |  | 与VDalv/VTalv直接相关，不受VDaw的影响；受肺内分流影响，是衡量气体交换障碍程度的总体指数；不依赖Vcap |
注：VD为死腔；VT为潮气量；PACO2为肺泡气CO2分压；PĒCO2为混合呼出气CO2分压；Vcap为容积CO2图；VDaw为气道死腔；VDalv为肺泡死腔；PaCO2为动脉血CO2分压；
CO2为分钟CO2产生量；
E为呼气分钟通气量；RQ为呼吸商；REE为静息能量消耗；VR为通气比；
Emeasured为测量的分钟通气量；PaCO2measured为测量的PaCO2，
Epredicted为预测的分钟通气量；PaCO2predicted为预测的PaCO2；PBW为预测体重；PETCO2为呼气末CO2分压；VTalv为肺泡潮气量；1 mmHg＝0.133 kPa
2002年，Nuckton等[15]发现VD/VT增高与ARDS患者死亡风险增加相关，之后的大量研究证实并扩展了这一发现[34,35,36,37]。健康人的VD/VT大约为0.30，Kallet等[34]发现VD/VT≥0.60与早期ARDS患者较高的病死率相关，在Nuckton等[15]的研究中VD/VT每增加0.05，ARDS患者死亡概率就会增加45%。同样，一些研究认为较高的VR(VR≥2)是ARDS患者高病死率的可靠预测指标[3,4,6,38]。在儿童机械通气和ARDS患者中，AVDSf与病死率相关[1,29]，并且其预后价值高于VR[39]。此外，研究发现PETCO2/PaCO2的降低与ARDS患者较高的病死率相关[13,33]，其每降低0.01，死亡风险增加约1%，PETCO2/PaCO2<0.50时ARDS患者院内死亡率为70%。这些指标与病死率的关联，甚至比动脉血氧分压/吸入氧浓度(PaO2/FiO2)更密切[1]。它们有望帮助划分ARDS亚组，并作为判断患者预后的可用工具。
监测死腔可能有助于确定最佳PEEP。Suter等[40]的经典研究证明了这一点。其中，"最佳PEEP"与最佳顺应性一致，也与最低的VD/VT和最大的氧输送一致。此外，其他研究表明Pa-ETCO2和AVDSf等指标也有助于PEEP滴定[5,41]。这两个指标与PETCO2/PaCO2类似，都与死腔相关，或者更准确的说，与V/Q匹配相关。总之，尽管滴定PEEP的最佳方法仍不确定，但使用这些指标能够帮助实现肺过度充气和塌陷之间的平衡，是床旁确定最佳PEEP的可选方法。
俯卧位时，由于重力的作用，灌注从背侧肺单位重新分配到腹侧肺单位，加之背侧肺单位的复张改善了V/Q均一性，从而能够改善氧合，降低PaCO2。Gattinoni等[42]的研究表明，俯卧位时由于生理死腔降低而出现PaCO2降低的ARDS患者预后更好。近期有两项研究使用VR来定义俯卧位有反应者[43,44]。总体而言，死腔通气相关指标可用于预测俯卧位期间的阳性反应，帮助评估俯卧位通气效果，筛选能够受益于俯卧位的患者人群。
ECCO2R在能够帮助清除CO2、促进超保护性通气策略实施的同时，亦有较高的并发症发生率，其最佳的适用人群尚不明确[45]。研究发现VDalv/VT增加可用于预测使用ECCO2R后驱动压和VT的下降[46,47]。这一发现背后的含义是，对于由于VDalv/VT升高导致V/Q不匹配的患者，使用ECCO2R促进CO2清除可能更能获益。
目前，尚无针对ARDS患者的标准化静脉-静脉ECMO撤机方案，临床实践中主要基于氧合判断[48,49]。不过，Al-Fares等[50]发现VR可用于预测安全撤离静脉-静脉ECMO的可能性，若夹气试验后VR>2.3，成功撤机的可能性低(敏感度为100%，特异度为81%)。Lazzari等[51]证明了较低的基线PETCO2/PaCO2对撤机的不利影响，其最佳截断值为0.84(敏感度为92%，特异度为80%)。因此，当代表自体肺气体交换功能的死腔通气相关指标改善时，是静脉-静脉ECMO安全撤离的最佳时机。
有研究显示D-二聚体阳性诊断肺栓塞的敏感度为93.8%，特异度为67%[52]。因此，当D-二聚体阴性时，肺栓塞不易被诊断出来，尤其是对于低中度肺栓塞疑似患者。Kline等[52]研究发现，当使用Vcap测得的VDalv/VT<0.20，且D-二聚体检测呈阴性时，对肺栓塞的诊断敏感度将提高到98.4%。提示对于肺栓塞风险低的患者，几乎没有必要再做进一步的检查。当D-二聚体呈阳性时，Vcap也可用于排除肺栓塞。Verschuren等[53]在D-二聚体阳性的疑似肺栓塞患者中评估了Pa-ETCO2和Vcap的多个衍生指标，发现最佳指标是他们所称的"晚期死腔分数(Fdlate)"的升高，Fdlate的定义是(PaCO2-expCO2 15% TLC)/PaCO2，expCO2 15% TLC为在呼出气容积占肺总量的15%时的外推CO2分压。有学者提出将PETCO2和AVDSf结合起来可用于诊断肺栓塞[54]。通过跟踪溶栓过程中逐次呼吸的VDalv/VT降低情况，还可以床旁监测严重肺栓塞患者的溶栓疗效[55]。因此，监测死腔通气能够帮助提高肺栓塞诊断准确性，减少放射性检查的使用，跟踪治疗效果。
在肺部健康患者的择期手术中，通过寻找最低的VD/VT和最高的顺应性可以监测肺复张效果，滴定最佳PEEP[56]。Böhm等[57]在肥胖患者腹腔镜减重手术期间进行Vcap监测，发现随着肺复张手法的实施，Ⅲ期斜率降低。Ⅲ期斜率是表征V/Q不匹配的指标，其降低意味着V/Q均一性的改善[58]。Tusman等[59]还研究了在胸外科手术期间接受单肺通气的患者。在胸外科手术中，麻醉医师的主要目标之一是保证足够的分钟通气量，同时将潮气量保持在不至于使肺单位过度扩张并产生VD和肺损伤的水平。然而，这种策略可能会导致高碳酸血症和呼吸性酸中毒。在一项随机对照试验中，接受单肺通气前后使用Vcap指导肺复张，减少了患者的肺泡死腔并改善了氧合，同时动态顺应性不受影响[60]。
VD/VT还可以作为脱机成功的预测指标。Devor等[61]观察到心脏术后成功拔管的儿童具有较低的VD/VT，这些患者拔管后需要呼吸支持的时间也较短[62]。
目前有几个不同的指标和几种不同的计算方式能够用于监测死腔通气情况。VDBohr是对死腔的直接精确测量，但其依赖于Vcap，因此其广泛的临床应用受到限制。VDB-E不依赖Vcap，但仍需要依赖特定设备对呼出气CO2浓度进行分析，因此已经提出了几种方法来间接估算VD/VT[20,21]，但这些方法的准确性仍然存疑。
VDB-E、VR和PETCO2/PaCO2都涉及到对PACO2的替代，因此均受到肺内分流和弥散障碍的影响。虽然正常情况下这种差异很小，但会随着气体交换异常程度的增加而增加，所以它们都是衡量气体交换障碍程度的总体指数。VR可以使用PaCO2和监测的分钟通气量轻松计算，是通气效率的简明参考。而且VR除了与VD/VT相关外，还考虑了
CO2的影响。PETCO2/PaCO2与AVDSf直接相关，不受VDaw的影响。不过，此指标在能够更好地分析VDalv的影响的同时，容易导致忽略VDaw和机械死腔的影响，机械死腔作为机械通气患者中的非固定组分，会严重影响通气效率[7,8]。
死腔通气监测在ARDS、肺栓塞和外科手术等患者中应用广泛，具有诊断疾病、预测预后和评估治疗效果的作用。临床应用中应注意了解不同指标的特点，选择适合的指标，并对监测结果作出合理解释。
所有作者声明无利益冲突
