脫氧血紅蛋白與吸入氧氣濃度乘積對神經重癥患者發生低氧血癥的診斷價值研究

李國歌，楊中華，史一君，錢玲燁，Rasha Alsamani Osman，楊 波，張長青，劉麗萍，張國軍△

首都醫科大學附屬北京天壇醫院：1.實驗診斷中心；2.神經重癥醫學科，北京 100070

腦卒中是一種常見的高發病率、高致殘率和高病死率的腦部疾病[1]。缺氧已被證明是卒中后癡呆的獨立臨床危險因素[2]，因此密切監測腦卒中患者的血氧狀態，維持其血氧平衡對腦卒中患者至關重要。血氧分壓(PaO2)及血氧飽和度(SaO2)的下降是臨床醫生判斷低氧血癥的主要依據[3]。然而當患者低氧血癥合并貧血時，雖然SaO2結果正常，但患者卻可能已經存在一定程度的缺氧，因此引入血紅蛋白相關指標，可以更加全面地對低氧血癥進行診斷。 本研究使用的血氣分析儀相比傳統血氣分析儀增加了血紅蛋白的相關指標，不僅可以反映患者是否存在酸堿平衡失調，還可以提供總血紅蛋白(tHb)水平及各類血紅蛋白所占的比例，從而有助于醫生對患者是否存在低氧血癥做出綜合判斷，而且也進一步分析了在貧血狀態下，血紅蛋白相關的指標對低氧血癥是否具有良好的診斷效能。

1 資料與方法

1.1一般資料 選取本院2018年6—9月神經重癥醫學科收治的77例腦卒中患者作為研究對象，其中腦梗死45例，腦出血、蛛網膜下腔出血各16例；77例腦卒中患者共有24例出現貧血，其中腦梗死14例，腦出血4例，蛛網膜下腔出血6例，上述患者均經專業醫生根據影像結果和臨床表現確診。排除對象：(1)病史顯示腦卒中前已發生酸堿平衡紊亂的患者；(2)糖尿病酮癥酸中毒患者。納入標準：吸氧條件下，PaO2>60 mm Hg，二氧化碳分壓(PaCO2)<50 mm Hg。分組標準如下：氧合指數=PaO2/吸入氧濃度(FiO2)>300 mm Hg 為對照組；200 mm Hg

1.2方法 上午8：00-9：00使用一次性動脈血氣針于橈動脈采集約2 mL的動脈血標本，應用Prime Plus血氣分析儀(美國 Nova Biomedical 公司，Waltham,MA)分析患者的血氣指標，并讀取結果。收集患者住院期間血氣指標pH、PaO2、PaCO2、SaO2、tHb、氧合血紅蛋白(O2Hb)、脫氧血紅蛋白(HHb)、高鐵血紅蛋白(MetHb)、碳氧血紅蛋白(COHb)、胎兒血紅蛋白(HbF)及乳酸、血糖、總膽紅素等檢驗結果。

2 結 果

2.13組血氣指標水平比較 對照組、輕度低氧血癥組和中重度低氧血癥組pH、PaCO2、tHb、COHb、MetHb、HbF、乳酸、總膽紅素、堿剩余、二氧化碳結合力比較，差異無統計學意義(P>0.05)。隨著低氧血癥出現及缺氧程度的增加，PaO2、SaO2、O2Hb水平均呈下降趨勢。而對照組、輕度低氧血癥組、中重度低氧血癥組HHb、血糖、HHb×FiO2水平比較，差異有統計學意義(P<0.05)。輕度低氧血癥組和中重度低氧血癥組SaO2、O2Hb均低于其參考值下限94%、92%；乳酸及葡萄糖均高于其參考值上限1.6 mmol/L、6.11 mmol/L。見表1。

表1 3組血氣指標水平比較

2.2SaO2、HHb、HHb×FiO2對低氧血癥的診斷 HHb×FiO2等指標對低氧血癥的診斷水平見表2。SaO2、HHb、HHb×FiO2分別取95.500%、4.050%、131.800(%)2時，ROC曲線下面積為0.861、0.833、0.910，其中HHb×FiO2的ROC曲線下面積最大，而且該指標的靈敏度和特異度(分別是0.922、0.802)高于SaO2的靈敏度和特異度(分別是0.810、0.748)，見圖1。患者HHb×FiO2的值越大，發生低氧血癥的風險越大。

注：A為SaO2判斷低氧血癥的ROC曲線；B為HHb、HHb×FiO2判斷低氧血癥的ROC曲線。

表2 SaO2、HHb、HHb×FiO2對低氧血癥的診斷效能

2.3SaO2、HHb、HHb×FiO2對中重度低氧血癥的診斷 通過ROC曲線分析顯示，3種指標診斷中重度低氧血癥的ROC曲線下面積由大到小為HHb×FiO2、HHb、SaO2。其中HHb×FiO2在臨界值209.000(%)2時診斷中重度低氧血癥的靈敏度為1.000,優于SaO2的靈敏度0.786，但是特異度較SaO2稍弱。見圖2、表3。

注：A為SaO2判斷中重度低氧血癥的ROC曲線； B為HHb、HHb×FiO2判斷中重度低氧血癥的ROC曲線。

表3 SaO2、HHb、HHb×FiO2對中重度低氧血癥的診斷效能

2.4貧血患者的血氣結果分析 貧血患者的一般資料比較見表4。從表5與表1數據比較可以看出，不論是在貧血患者或者不考慮貧血情況，PaO2、O2Hb、 HHb、HHb×FiO2指標都可以良好的區分患者是否存在低氧狀態。在貧血患者中各組SaO2比較，差異無統計學意義(P>0.05)。

2.5SaO2、HHb、HHb×FiO2對貧血患者低氧血癥的診斷效能 HHb×FiO2等指標對貧血患者低氧血癥的診斷水平見表6。SaO2、HHb、HHb×FiO2分別取96.500%、3.350%、132.500(%)2時，ROC診斷的曲線下面積為0.862、0.868、0.945，其中HHb×FiO2的曲線下面積最大，而且該指標的靈敏度和特異度分別是0.875、0.912，高于SaO2的靈敏度和特異度，分別是0.740、0.857。見圖3。與診斷所有患者相比，HHb×FiO2對貧血患者低氧血癥的診斷效能明顯增加，曲線下面積為0.945,高于在診斷所有患者時的曲線下面積。以上結果表明，HHb×FiO2診斷低氧血癥的能力在貧血患者中較好。

表4 貧血患者的一般資料比較

表5 貧血患者各指標在不同組間比較

2.6SaO2、HHb、HHb×FiO2對貧血患者中重度低氧血癥的診斷效能 通過ROC曲線分析，3種血氣指標診斷貧血患者中重度低氧血癥的曲線下面積由大到小依次為HHb×FiO2、HHb、SaO2。HHb×FiO2在貧血患者中診斷中重度低氧血癥的靈敏度為1.000，特異度為0.950。見圖4、表7。

注：A為SaO2判斷貧血患者低氧血癥的ROC曲線；圖B為HHb、HHb×FiO2判斷貧血患者低氧血癥的ROC曲線。

表6 SaO2、HHb、HHb×FiO2對貧血患者低氧血癥的診斷效能

表7 SaO2、HHb、HHb×FiO2對貧血患者中重度低氧血癥的診斷效能

續表7 SaO2、HHb、HHb×FiO2對貧血患者中重度低氧血癥的診斷效能

注：A為 SaO2判斷貧血患者中重度低氧血癥的ROC曲線；B為HHb、HHb×FiO2判斷貧血患者中重度低氧血癥的ROC曲線。

3 討 論

缺氧是腦卒中患者常見的臨床表現，腦卒中后低氧血癥的發生會增加患者的住院時間、住院病死率及殘疾的嚴重程度[5]。因為大腦需要大量的氧氣來高效產出三磷酸腺苷(ATP)，用于維持神經元信號連續傳遞的電活性狀態[6]，完全快速的破壞腦血流的疾病(如腦卒中)會導致腦組織缺氧、低血糖狀態，并通過多種機制最終導致細胞死亡[7]，所以低氧血癥會嚴重影響腦卒中患者的預后，導致患者出現致殘或致死的結局。有研究顯示tHb水平的變化也可能會影響缺血性腦卒中患者的預后[8-10]。

目前臨床對低氧血癥的診斷主要依靠SaO2，然而SaO2不僅受到PaO2的影響，還受到有效血紅蛋白總量的限制，當患者合并貧血時，僅憑SaO2難以反映患者體內氧利用的真實情況，因此在血氣中納入血紅蛋白等相關指標是十分有必要的。

本研究發現，O2Hb和HHb在不同的低氧血癥分組比較，差異有統計學意義(P<0.05)，采用O2Hb/ FiO2或HHb×FiO2的形式，消除FiO2對O2Hb或HHb的影響。結果發現，HHb與HHb×FiO2都隨著低氧血癥的加重而增加，且HHb×FiO2具有更好的診斷效能。相關研究表明[11]，在腦頸內動脈嚴重狹窄后，灌注壓降低可能會上調腦組織的氧氣攝取，因此血液中HHb水平會提高。閉合性顱腦損傷小鼠模型的研究中發現[12]，由于顱腦損傷后大腦的氧氣輸送減少，受傷部位的血液供應也減少，因此O2Hb和組織氧飽和度(StO2)在觀察期間均有所下降。還有研究發現隨著神經組織的代謝需求增加，O2Hb會發生暫時解耦(即O2Hb水平可以降低，而HHb水平升高)，這種變化可能是由于神經組織對氧氣的需求速率超過了血管的氧氣輸送能力[13]。以上證據都表明大腦低氧狀態與HHb的升高直接相關。

有關血紅蛋白與腦缺氧的機制研究[13-14]，主要提出3種主要機制用于解釋這種低氧條件下紅細胞依賴性的腦血管舒張[7]，包括：(1)ATP釋放和內皮細胞一氧化氮合酶(eNOS)的后續激活;(2)HHb介導亞硝酸鹽還原為NO；(3)亞硝基血紅蛋白(SNOHb)介導的生物活性。目前第2種機制被廣泛接受，該理論認為，在機體缺氧時，腦血管舒張依賴于HHb介導的一氧化氮和ATP的釋放,進而調節腦血管的舒張，以緩解腦缺氧狀態。因此，低氧血癥越嚴重，需要越多的HHb介導亞硝酸鹽還原為NO促進腦血管舒張，即低氧血癥是腦缺氧的原因，HHb增高是機體為抵抗缺氧產生的結果。

但是也有研究表明，O2Hb是誘導腺苷、二磷酸腺苷和ATP局部堆積的關鍵因素，進而控制腦血管的舒張反應[15]。該理論認為HHb升高導致O2Hb減少，從而不能堆積足夠的ATP，不能有效的刺激大腦舒張，進而引發了腦組織缺氧。即HHb的升高是原因，腦組織缺氧是結果。

不論在大腦血管舒張中起到主導作用的物質是HHb還是O2Hb，兩種理論都支持在低氧血癥時HHb會升高，這與本研究結果一致。更加值得關注的是，HHb×FiO2在貧血患者中診斷低氧血癥的診斷效能與其在所有患者中診斷低氧血癥的診斷效能相比ROC曲線下面積更高，且明顯高于傳統指標SaO2，證明HHb×FiO2不僅在診斷效能高于傳統指標SaO2，而且在貧血患者中具有獨特的診斷優越性。