呼吸功能监测新方法综合肺指数的研究进展

张迪 何龙田丹丹 刘梦菲 许颖 秦菲菲 艾艳秋

郑州大学第一附属医院麻醉与围术期医学部，郑州 450052

国际麻醉学与复苏杂志,2022,43(7):743-747.

DOI：10.3760/cma.j.cn321761-20210929-00593

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【综述】

目前临床上呼吸功能监测的常用指标包括：SpO2、呼吸频率（respiratory rate, RR）、PETCO2以及脉搏（pulse, PR）等，临床上以SpO2、PR的监测最为常见[1]。然而，单个时间点SpO2、PR的监测常难以及时反映患者呼吸功能状态。

综合肺指数（integrated pulmonary index, IPI）是采用启发式算法（基于直观或经验构造的算法，通过不断迭代最后找到局部最优解）将SpO2、PETCO2、RR、PR 4个呼吸功能监测指标进行整合，简化为IPI，用数值1到10代表患者的不同呼吸状态，1代表严重呼吸功能不全，10代表最佳呼吸状态。该算法基于模糊逻辑推理模型设计，将专家对临床实际情形的判读与IPI监测数值进行比较，对算法加以校正[2]。后期通过回顾性分析对比不同临床场景下患者SpO2、RR、PR和PETCO2监测值，验证IPI监测的实际效果。发现IPI与专家对相关呼吸指标的判读具有良好的一致性，IPI对反映实际呼吸状态具有较高的灵敏度和特异性[3]。IPI简化了对上述呼吸指标监测数据的判读，IPI监测还可以扩展到不同的临床场景，包括监护病房、普通病房、门诊镇静等[4]。

1 IPI计算法则      

IPI是基于SpO2、PETCO2、RR、PR 4个参数积分得出的单一数值，为了对每个数值赋予其临床指导意义，设计者通过问卷方式让多位具有呼吸功能监测背景的临床医师对患者的呼吸状态进行评估。问卷包括PETCO2、RR、SpO2、PR 4个参数的85种组合，被调查者需要对每种呼吸状态赋予1~10的某个数值，1代表当前患者状态需要立即施加干预措施，10代表患者呼吸功能完全正常，不需要施加任何干预。IPI数值可对应患者的6种临床状态：“10”对应最佳呼吸状态，“8~9”对应正常范围呼吸状态，“7”表示临近正常范围，需加以关注，“5~6”表示需密切关注，可能需要干预，“3~4”表示需施加干预，“1~2”表示需要立即施加干预。其中IPI≤4时处于警示状态，需要临床医师施加干预。

IPI算法使用的是模糊逻辑推理数学模型，模糊逻辑是模拟人类逻辑思维方式，处理近似情况而非精确演算的推理。模糊逻辑一般使用文字描述定义变量（如正常、高、低），同时结合逻辑函数如“if‑then”“or”“and”。根据临床医师问卷结果和既往文献报道，参数被定为不同呼吸状态。将PR、SpO2根据监测数值设置为高（H）、正常（N）和低（L）3种状态,将PETCO2、RR根据监测数值设置为非常高（VH）、高（H）、正常（N）、低（L）和非常低（VL）5种状态。

IPI计算需综合SpO2、PETCO2、RR、PR 4个参数，具体计算法则如图1、图2所示[4]。图1算法矩阵反映的是PETCO2与RR间的相互作用以及对IPI的影响,而图2描述的是SpO2对IPI的影响，即SpO2下降会导致根据图1计算所得的IPI降低，而超过正常范围的PR作为次要参数也影响IPI计算。如果PR为L，PETCO2为H/VH，RR为H/VH，则从IPI值中减去1；如果PR为H，PETCO2为L/VL，RR为L/VL，则从IPI值中减去1。计算IPI时所有规则同时应用，但IPI的计算可以逐步进行，如RR=12 次/min、PETCO2=26 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）、SpO2=90 %、PR=70 次/min时，首先使用图1矩阵，根据RR和PETCO2的数值得出IPI=8，然后使用图2表格，计算SpO2对IPI的影响，根据计算法则，此示例中PR不影响IPI值[4]。

对于患儿，由于其正常生命体征具有较大的年龄差异，故开发的儿童IPI监测分3个年龄段，即1~3岁、3~6岁以及6~12岁，但计算方法则与成年人相同。由于婴儿SpO2、PETCO2、RR、PR正常值范围很大程度上取决于婴儿的体重和月龄，故IPI监测不适用于1岁以下婴儿[4‑6]。

2 IPI监测临床应用进展      

IPI监测使用带有口腔采样端口的鼻插管提供氧气，连续采集患者吸入和呼出气体中的二氧化碳并进行含量测量。采样线连接到便携式床边监护仪，该监护仪可显示基于时间的二氧化碳波形、PETCO2、RR、PR、IPI和SpO2。二氧化碳分压图的高度、形状和节律提供了对通气功能的实时评估[7‑8]。

2.1　IPI监测在程序化镇静中的应用

Gozal等[9]设计了一项两阶段试验评价IPI在程序化镇静中的作用，在第一阶段，有程序化镇静经验的麻醉医师在患者接受中/深度镇静时常规监测PETCO2、RR、SpO2和PR，同时能够观察到监护设备显示的IPI值；第二阶段，实施程序化镇静的麻醉医师无法观察到IPI值，需根据PETCO2、RR、SpO2和PR值给出自己估算的IPI值。结果显示根据估算的IPI与监护设备显示的实际IPI之间具有良好的一致性，IPI能够可靠地反映中/深度镇静或麻醉患者的呼吸状态，简化呼吸功能的监测。然而，随后发表的两项关于中/深度程序化镇静状态下接受上消化道内镜诊疗的临床试验发现，与常规监测比较，IPI监测可以减少呼吸暂停事件，但没有降低低氧血症的发生率，而且内镜检查吹入的CO2气体可能会对IPI值产生影响[7,10]。此两项试验均由经验丰富的麻醉医师实施IPI和常规监测，麻醉医师对PETCO2、RR、SpO2、PR具有高敏感性和警惕性，能够在较短时间内针对上述监测指标的变化做出准确判断。但是对于缺乏呼吸功能监测经验的医务人员来说，对多项指标的变化做出快速准确判断有一定困难，因此IPI由于其判断的简便性可能更具优势。此外，上述两项试验中患者均使用了PETCO2监测，PETCO2波形及数值变化对呼吸功能不全具有早期预警功能。如果在仅有SpO2、RR、PR 3项监测的情况下，IPI的优势可能更显著。Michael等[8]研究发现，对于非麻醉医师实施的中/深度镇静，IPI监测对比常规PETCO2、RR、SpO2、PR监测能够显著降低镇静期间低氧血症及严重低氧血症的发生率。另外，一项针对老年患者镇静状态下行白内障超声雾化吸除术的观察性研究也证实，IPI监测对中度镇静接受微创手术的患者安全有效[11]。

IPI除了能够监测成年患者程序化镇静过程中的呼吸状态，有两项研究也探讨了IPI在儿童镇静过程中的应用。研究发现，儿童镇静状态下，IPI≤6时，几乎能够发现所有的具有临床意义的呼吸相关不良事件；相比SpO2监测，IPI能够更早发现患儿镇静过程中的呼吸暂停[12‑13]。

2.2　IPI在PACU及术后监护病房中的应用

尽管PETCO2用于通气功能监测已有30余年的历史，但其广泛应用仍受到场地等因素限制[14] ，而PACU作为预防术后严重呼吸功能障碍的场所具有非常重要的作用[15]。Kuroe等[16]研究发现，术后患者进入PACU时低IPI值（6.7±2.5）能够预测呼吸功能不全的发生，因此IPI可用于全身麻醉后PACU内呼吸功能监测；对于PACU中容易发生通气不足的肥胖和高龄患者，IPI监测相比SpO2监测能够显著减少呼吸相关不良事件的发生率[17‑18]。此外，另一项研究评估了手术患者术后当天夜间IPI监测与常规SpO2、RR监测对呼吸相关不良事件发生率的影响，尽管IPI监测没有减少发生呼吸相关不良事件总人数，但是显著减少了发生呼吸相关不良事件的总次数及持续时间，增加了护理人员的干预次数[19]。

一项针对实施不停搏冠状动脉旁路移植术患者术后IPI监测的研究发现，患者恢复自主呼吸、拔出气管导管后18 h时IPI出现最低值，术后6 h时IPI≤9，与术后肺部并发症的发生密切相关[20]。尽管目前推荐当IPI≤7时需要加强对患者的关注或采取应对措施，但是对于高危患者，需要注意IPI预警值可能需要提高。有研究报道，对于颅脑手术患者，术后使用基于IPI监测的患者自控静脉镇痛能够降低术后呼吸相关不良事件的发生率[21]。

2.3　IPI对机械通气患者拔管的指导作用

在一项纳入了62例气管插管机械通气患者的前瞻性观察试验中发现，48例患者成功拔管、14例患者拔管失败，拔管成功患者与拔管失败患者在拔管前及拔管后的5 min IPI差异无统计学意义，但是拔管后1 h 时，拔管失败组的IPI低于拔管成功组，拔管后IPI出现下降趋势预示患者可能出现呼吸功能不全[22]。因此，气管插管机械通气患者IPI随时间的下降有助于早期识别拔管失败的患者。

2.4　IPI在急性肺栓塞中的辅助诊断作用

呼吸困难是急症患者常伴随的一种危急情况，需要医务人员快速做出诊断及相应的干预，然而，临床上导致呼吸困难的因素众多，尽管既往病史能够提供病因诊断线索，但如果可以借助简易的监测缩小范围，将为医务人员在紧急情况下做出快速诊断提供重要帮助。一项纳入144例急症呼吸困难患者的队列研究评价了IPI监测在辅助肺栓塞诊断中的价值，最终20例患者确诊为肺栓塞，IPI≤2可以作为肺栓塞诊断的临界值，其准确性高达100%，敏感度为96%，呼吸困难的急诊患者IPI监测能够减少不必要的诊断性检查[23]。然而需要注意的是，这是一项单中心研究，样本量较小，且该研究排除了无需行CT肺血管造影的患者，可能提高了IPI监测对肺栓塞预测的准确性。因此，IPI监测对肺栓塞辅助诊断价值尚需进一步的研究。

2.5　IPI监测下呼吸相关不良事件的干预及其局限性

IPI监测可以早期识别患者呼吸状态改变，并对临床呼吸相关不良事件进行预警，但目前针对此类事件的干预方法仍需考虑PETCO2、RR、SpO2、PR各方面因素。呼吸暂停发作标准是二氧化碳呼出暂停>15 s，临床观察检测到的任何呼吸暂停、IPI≤6以及SpO2<93%，都会促使临床医师采取干预措施：对患者进行刺激、停止使用镇静药、抬下巴或托下颌动作、增加供氧、使用鼻咽通气道等[8]。其次IPI监测还可能受到干扰：内镜手术中CO2泄露导致PETCO2值增加[10]、常规吸氧或机械通气期间人为导致较高氧饱和度的通气不足[7,20]。此外，连续的IPI监测虽然可以减少血气采集次数，但仍不能代替动脉血气监测[20]。未来需要继续评估IPI算法在不同临床环境中的实用性，以及继续研究呼吸相关不良事件发生后如何使用IPI监测进行干预。

3 总 结      

目前IPI监测在临床上的使用尚处于早期阶段，其主要应用场景包括：急症救护、门诊镇静、PACU、术后监护病房，以及某些致命性疾病的辅助诊断（如肺栓塞）。现有研究发现，IPI通过实时综合分析PETCO2、RR、SpO2、PR监测数据，进而提供单一判断指标，能够以简单、明晰的方式辅助发现多个临床场景中呼吸相关的不良事件，在呼吸功能监测方面已经显现出自身的优势，相信在不久的将来其在临床的应用也将越来越广泛。