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血气酸碱分析仪

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   血气分析仪是用于血液检测的医学设备,具有检测快捷、方便、范围广泛等优点。不仅能在几分钟内检测出病人血液中的氧气、二氧化碳等气体的含量和血液酸碱度及相关指标的变化,还能快速反映血液中钾、钠、钙的含量,为危重病人抢救中快速、准确的检测提供了有利的保障。


1仪器原理

测定血气的仪器主要由专门的气敏电极分别测出O2、CO2和pH三个数据,并推算出一系列参数。其结构组成基本一致,一般包括电极(pH、PO2、PCO2)、进样室、CO2空气混合器、放大器元件、数字运算显示器和打印机等部件。

1.电极系统

(1)pH测定系统:包括pH测定电极即玻璃电极、参比电极及两种电极间的液体介质。原理是血样中的H离子与玻璃电极膜中的金属离子进行离子交换产生电位变化,此电位与H离子浓度成正比,再与不受待测溶液H离子浓度影响的参比电极进行比较测量,得出溶液的pH。

(2)PCO2电极:PCO2电极属于CO2气敏电极,主要由特殊玻璃电极和Ag/AgCl参比电极和电极缓冲液组成。原理与pH电极基本相同,只是pH电极外面还有一层聚四氟乙烯或硅橡胶膜,CO2自由透过,其他离子不能透过,此膜与pH电极间含有电解液,PCO2的改变可影响电解液的pH,PCO2的对数与pH呈直线关系。

(3)PO2电极:PO2电极是一种对O2敏感的电极,属于电位法。样本中的O2经过聚丙烯膜到达铂阴极表面时,O2不断地被还原,阳极又不断地产生Ag并与Cl结合成AgCl沉积在电极上,氧化还原反应在阴阳极之间产生电流其强度与PO2成正比。

2.管道系统主要由测定室、转换盘系统、气路系统、溶液系统及泵体等组成。

2发展历史

 

自五十年代末丹麦的Poul Astrup 研制出第一台血气分析仪四十多年来,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。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年代末-60年代  这一时期血气分析仪发展和应用起步不久,处于手动时代,结构笨重(100kg),所需样品量大(约为2ml),可测定值较少,有PH、PCO2、PO2。以丹麦Radiometer公司的AME-1型为代表。

(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—几十微升,工作菜单日趋简单,操作可在提示下进行,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、美国IL公司的1300系列、瑞士AVL公司的AVL系列、美国CORING的16、17系列都属于该类产品。

(三) 90年代-至今  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、贮存和专家诊断功能。为满足日益增长的POCT需要,血气分析仪正朝着便携式、免维护、易操作的方向发展。

3标本采集运送

 

1.标本采集

(1)采血部位:血气分析的最佳标本是动脉血,能真实地反映体内的氧化代谢和酸碱平衡状态,常取部位是肱动脉、股动脉、前臂动脉等,也可用动脉化毛细血管血,只是PO2低于动脉血;静脉血也可供作血气测定,但与动脉血差别较大。

(2)抗凝集的选择:因需测定全血血气,所以必须抗凝,一般用肝素抗凝(最适用肝素锂,浓度为500-1000U/ml)。

(3)注意防止血标本与空气接触,应处于隔绝空气的状态。与空气接触后可使PO2升高,PCO2降低,并污染血标本。

(4)标本放置时间:宜在30分钟之内检测,否则,会因为全血中有活性的RBC代谢,不断地消耗O2,并产生CO2,而影响结果的准确性。如30分钟内不能检测,应将标本置于冰水中保存,最多不超过2小时。

(5)采血前应让病人在安定舒适状态,避免非静息状态造成的误差。

4检验质量控制

 

目前使用的血气分析的参考试剂按基质不同分为水剂缓冲液、全血、血液基质和人造血氟碳化合物四种。目前使用最多的是水剂缓冲液,该质控物具有稳定,使用方便等优点。使用血气质控物时应注意:

1.室温平衡质控物,再用力振摇2~3分钟,使气相与液相重新平衡;

2.开启安瓿后应立即注入仪器中检测,再观察所测结果是否失控,如在质控范围内,表明该仪器处在正常运转状态,可以用于标本检测;

3.观察结果,如果偏离参考范围,查明原因并排除后再测;

4.过期的质控物不能使用,无参考范围说明书的质控物不能使用,因为每个批号的质控物的参考范围存在一定的差异。

5常用指标

酸碱度

参考值7.35~7.45。<7.35为失代偿性酸中毒症,>7.45为失代偿性碱中毒。但pH正常并不能完全排除无酸碱失衡。代偿性酸或碱中毒时PH均在7.35~7.45的正常范围之间。

 

二氧化碳分压

参考值4.65~5.98kPa(35~45mmHg)乘0.03即为H2CO3含量。超出或低于参考值称高、低碳酸血症。>50mmHg有抑制呼吸中枢危险。是判断各型酸碱中毒主要指标。

 

二氧化碳总量

参考值24~32mmol/L,代表血中CO2和H2CO3之和,在体内受呼吸和代谢二方面影响。代谢性酸中毒时明显下降,碱中毒时明显上升。

 

氧分压

参考值10.64~13.3kpa(80~100mmHg)。低于60mmHg即有呼吸衰竭,<30mmHg可有生命危险。

 

氧饱和度

参考值91.9%~99%

 

实际碳酸氢根

实际碳酸氢根(AB)参考值21.4~27.3mmol/L,标准碳酸氢根(SB)参考值21.3~24.8mmol/L。AB是体内代谢性酸碱失衡重要指标,在特定条件下计算出SB也反映代谢因素。二者正常为酸碱内稳正常。二者皆低为代谢性酸中毒(未代偿),二者皆高为代谢性碱中毒(未代偿),AB>SB为呼吸性酸中毒,AB<SB为呼吸性碱中毒。

 

剩余碱

参考值-3~+3mmol/L,正值指示增加,负值为降低。

 

阴离子间隙

参考值8~16mmol/L,是早期发现混合性酸碱中毒重要指标。判断酸碱失衡应先了解临床情况,一般根据pH,PaCO2,BE(或AB)判断酸碱失衡,根据PaO2及PaCO2判断缺氧及通气情况。pH超出正常范围提示存在失衡。但pH正常仍可能有酸碱失衡。PaCO2超出正常提示呼吸性酸碱失衡,BE超出正常提示有代谢酸失衡。但血气和酸碱分析有时还要结合其他检查,结合临床动态观察,才能得到正确判断。

 

6分析仪校准

 

1. 血气分析仪校准

厂家考虑到校准问题时有不同的设计、方案和推荐。每台分析仪都有推荐的程序,包括特殊的校准物质和频次,操作者必须要遵从这些推荐。厂家的校准物质必须能溯源到由国家或者国家计量研究院(例如美国国家标准和技术研究院[NIST])所发布的有证参考物质,或者是天然的标准品。厂家研发的初级标准品同样需要溯源,用于发展次级工作校准物。厂家应该建立判断与操作分析相关的校准功能的不确定性和临床可接受性能目标的使用者的要求和需求。

2. 校准溯源

在普通化学计量学中所建立起来的测量溯源性的概念现在也已经被引入到了临床化学分析领域中。根据《计量学词汇表和测量不确定度表达指南》,测量溯源性是“通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链,使测量结果或测量标准的值能够与规定的标准,通常是与国家测量标准或国际测量标准联系起来的特性。”

(1) 溯源的总体要求

ISO17025,5.6.3.2中陈述“只要可能,参考物质应该被溯源到测量的SI单位,或者是有证参考物质。”严格说来,只有标准或者参考物质的值或者测量,而非物质本身,可以被溯源,但是我们通常的说法是一种标准品可以被溯源。

应该记录用来进行pH、血气和相关测量的检验仪器室内或室外校准的所有物质。记录应该包括厂家对溯源性的宣称和分析的证书。至少包括以下内容:厂家的名字和地址、厂家认可的编号、如何获得溯源性的,以及可溯源的值和他们相关的不确定性。

如果某个特殊分析物的可溯源标准不存在,则应该满足如下的溯源性的要求:1)采用由一个有能力的拥有可靠的物理或化学特征的供给者所提供的已知纯度的有证物质;2)采用那些被所有相关团体清楚描述和达成共识的特殊方法和/或共识标准;3)参与合适的实验室间比对项目。

缺乏校准不确定度特殊信息的校准物质的溯源性自身是不能确保在临床条件下任何测量仪器具有可拒收的分析校准的。因此,可溯源的合适的QC物质和合适的质量保证项目也需要用来满足临床应用中可接受的分析性能要求。

(2) 天然标准品

天然标准品是纯净的,具有已知特性的非合成物质,通常用来使分析仪器标准化。例如水的三相点,是一个工人的温度计校准或验证的标准。天然标准品可能和可溯源的标准品具有一样的可信度。

血气分析中最简单和最常见的可操作天然标准是空气(O2含量20.946± 0.002%)。空气可能被用于血气分析仪中pO2传感器的校准,并且其可信度与其他的可溯源标准品一样。商业化的O2和N2混合气体的精确度通常具有0.1%(当氧气为20%时为 0.02%)的不确定度。采用空气作为pO2传感器标准化可能存在的一个误差是由外界温度的变异所引起的。例如,在空调开放的重症监护室,氧气校准中的变异一般被考虑为1%或更少,并且很少发生临床后果。

(3) 有证参考物质用于pH、血气和相关测量的实例pH

原始的pH结果应该可以溯源到pH的参考方法,采用来自NIST的磷酸缓冲液(标准参考物质[SRM]S186Ⅰ和186Ⅱ)。

pO2和pCO2

血液张力测定法是建立pO2和pCO2准确性的参考方法,如果用于张力测定法的气体的组成在规定的浓度上具有0.3%的认证准确性的话。厂家应该采用具有认证气体的血液张力测定法作为建立pO2和pCO2测量仪器准确性的参考方法。认证的气体应该是可以溯源到标准参考物质的,诸如来自NIST的一系列pO2和pCO2混合气体。

血氧定量法

每种血红蛋白衍生物(FO2,FHHB, FCOHb, FMetHb, FSulfHb)的分数值都是基于吸收性比率来测量的,因此要求只要测量波长保持不变则不能单独进行校准。

K+和Na+ 浓度

一级标准品是由高纯度的KCl和NaCl盐所产的比重测量溶液。这些一级工作标准品可能被溯源到NIST的SRM918和919。

Ca+ 浓度

使用的一级标准品是所谓的Ca+转移标准品,由pH=7.4条件下的CaCO3和1mmol/L羟乙基哌嗪乙硫磺酸(HEPES)和每kg160mmol的例子强度所制造而成。Ca+转移标准品溯源性是采用NIST SRM915制作的类似标准品来完成。

Cl-浓度

一级标准品是比重测量标准品,来自高纯度的KCl盐。一级标准可以通过采用NIST SRM999(KCl)类似的标准品滴定来进行确认。采用AgNO3作为滴定剂,并用电位滴定仪器。

葡萄糖浓度

一级标准品来自NIST SRM917a(D-葡萄糖)。这些一级标准品被用于检测工作标准品的葡萄糖浓度。采用葡萄糖参考方法来测量一级标准品的浓度。

乳酸浓度

目前尚无有证的乳酸SRM。一级标准品可能来自于纯的商业物质,例如,L(+)乳酸锂盐(纯度>99%)

参考资料

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