（二）血液pH值及运算

　　血液pH之所以能恒定在较狭窄的正常范围内，主要是体内有一整套调节酸碱平衡的措施。首当其冲的是血液的缓冲作用。血液缓冲体系很多，以血浆中[HCO₃^－]/[H₂CO₃]体系最为重要，因为：①HCO₃^－的含量较其它缓冲体系高；②HCO₃^－浓度与H₂CO₃浓度比值为20:1，缓冲酸的能力远远比缓冲碱的能力大，这是血浆中其它缓冲对无法比拟的；③HCO₃^－与H₂CO₃的浓度易于调节。

　　血液pH主要是由[HCO₃^－]/[H₂CO₃]缓冲对所决定，据H-H公式运算：

　　pH=pKa＋lg[HCO₃^－]/[H₂CO₃]

　　式中pKa值为6.1(37℃)

　　当血浆HCO₃^－为27.0mmol/L，H₂CO₃为1.35mmol/L时，血浆pH值是：

　　pH=6.1＋lg27/1.35

　　=6.1＋lg20/1

　　=6.1＋1.3

　　=7.40

　　另外，血浆中H₂CO₃可通过PCO₂进行运算即：

　　pH=pKa＋lg[HCO₃^－]/[αPCO₂]

　　式中α为CO₂溶解常数，37℃时α为0.03mmol/L。已知上式中pH、HCO₃^－、PCO₂的任两个数值亦可算出第三个数值。

　　三、血气分析仪测定原理及仪器结构

　　早年进行血氧和二氧化碳的测定是采用经典的VanSlyke量气法。此法原理是利用皂素破坏红细胞，再用铁氢化钾破坏血红蛋白以释放O₂，加辛酸去泡剂等混合液，使这一反应过程在真空密闭条件下进行，让血液中所含CO₂、O₂和N₂全部释放进密封真空管的液面之上，然后测量所释气体的压力。而后又用CO₂吸收剂及O₂吸收剂分别将两种气体吸收，根据压力的改变，再计算出CO₂和O₂的含量。该法准确可靠，然而操作繁锁，又使用大量水银，极易污染环境，现在较少使用。另外还使用化学法测定血浆HCO₃^－含量，此法操作要求严格的隔绝空气采血，否则很难测定准确。血气分析仪问世后，该法基本属于淘汰的方法。

　　当初丹麦Radiometer公司根据Astrup等学者的研究，提出血液pH与lgPCO₂成线性关系，设计了最早的血气分析仪。最具代表性的产品是该公司70年代出品的BME系列。其后许多国家不同的厂家陆续改进，经过几代人的努力而使血气分析仪更加完善，更加自动化。目前血气分析仪型号虽然很多，然而都是测定血液pH、PCO₂和PO₂三项基本数据，再参考Hb及体温的数据计算出其他诊断参数。

　　国产仪器的研制也紧跟时代的步伐不断更新产品，如南京最早的产品DH-100型血气酸碱分析仪，以及后来的改进型，已陆续供应国内医院使用。

　　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。血气分析仪生产厂家的型号很多，自动化程度也不尽相同，但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、数字运算显示屏和打印机等部件，进行自动化分析，其所需样品少，检测速度快而准确。

　　（一）电极系统

　　⒈pH测定系统pH测定系统包括pH测定电极即玻璃电极、参化电极及两种电极间的液体介质。

　　pH电极是利用电位法原理测量溶液的H⁺浓度，其电极是一个对H⁺敏感的玻璃电极，同时必须用另一电位值已知的参比电极配套，通常与甘汞电极保持电接触。血样中的H⁺与玻璃电极膜中的金属离子进行交换，产生电位差，并与血样的H⁺浓度成正比，二者之间存在着对数关系。在电极内部有pH恒定的溶液，与玻璃膜接触。玻璃电极内部还有Ag/Agcl参比电极，浸在pH恒定液中，电极线连接伏特计，测量血样[H⁺]所产生的电位差，即中测pH值，并以数字显示再打印结果。参比电极里的KCl溶液通过它逸出与标本接触而形成接触面。因为Kcl浓度很大，所以血标本中离子组成的差异不会改变参比电极上的恒定电位（图5-7）。PH电极要求pH测定范围在6.8-8.0间，并能读出小数点以下三位，精密度达0.002pH单位，准确性达到±0.09pH单位。pH电极稳定性好，计数不漂移。

　　⒉PCO₂电极PCO₂电极属于CO₂气敏电极。主要由特殊玻璃电极和Ag/Agcl参比电极及电极缓冲液组成，如图5-8所示。这种特殊的玻璃电极是对pH敏感的玻璃膜外包围着一层碳酸氢钠溶液(NaHCO₃5mmol/L、NaCl20mmol/L，并以Agcl溶液饱和)，溶液的外侧再包一层气体可透膜。此膜是以聚四氟乙烯或硅胶为材料，可选择性让电中性能CO₂通过，带电荷的H⁺及带负电荷的HCO₃^－不能通过。CO₂则扩散入电极内，与电极里的碳酸氢钠溶液发生下列变化；见图5-7。使其内的NaHCO₃、NaCl溶液的pH值发生改变，产生电位差，由电极套内的pH电极检测。pH值的改变与PCO₂数值呈线性关系（△pH/logPCO₂），根据这一关系即可测出PCO₂值。

图5-7 pH电极结构示意图

　　PCO₂电极灵敏度以－pH/lgPCO₂=1.0为准，即PCO₂上升1.33kPa，pH值下降1pH单位。测定范围为0.6-33.3kPa(37℃)。

　　Co₂＋H₂O→H₂CO₃→H⁺＋HCO₃^－

　　⒊PO₂电极PO₂电极是一种对O₂敏感的电极，属于电位法，电极结构如图5-8所示。以白金丝（Pt）为阴极，Ag/AgCl参比电极为阳极，以阴极与阳极之间的一层磷酸盐缓冲液藉以沟通，其外包裹一层聚丙烯膜，膜外接触血样品。此膜不能透过离子，仅O₂可透过。当样品中的O₂透过聚丙烯膜到达Pt阴极表面时，O₂不断地被还原，产生如下化学变化：

　　阴极反应O₂＋2H₂O＋4e^－→4OH^－

　　电解质反应NaCl＋OH^－→NaOH＋Cl^－

　　阳极反应Ag⁺＋Cl^－→Agcl＋e^－

　　氧的还原反应导致阴阳极之间产生电流，其强度与氧的扩散量或PO₂成正比，以此测出PO₂值（图5-9）。PO₂电极可测定范围为0-106kPa。

　　（二）管道系统

　　主要由测量室、转换盘（有或无）系统、气路系统、溶液系统及泵体等组成。测量室有一套自动控制温度稳定于37℃的装置，转换盘是让样品进入并将有关溶液及气体送入测量室的装置，由计算机程序自动控制．气路系统由空气压缩机、CO₂气瓶、气体混合器、湿化器、泵、阀门及有关管道组成。气体混合器将空气压缩机送来的空气（4-6个大气压，latm=101.3kPa）和CO₂（纯度要求99.5％）气瓶送来的气体进行混合，混合后得到两种浓度不同的气体。由气体混合器中部出来的“气体1”含19.8％的O₂和5.5％的CO₂；“气体2”含9％-11％的CO₂，从混合器的下部送出，需要时再进入测量室。液体管道系统使缓冲液进入测量室定标，保证样品吸入和废液排出的冲洗过程，管道系统中为保证仪器正常运转还没有一系列的自动检测装置。

图5-8 PCO₂电极结构示意图

图5-9 PO₂电极结构示意图

　　目前，血气分析仪种类很多，各有其特色。一般都具备有所需样品量少（25-100μl）、检测时间短（1-2）分钟、自动显示数据、打印结果等优点。

　　四、血气分析仪分析方法

　　（一）血标本采集

　　血气分析标本的收集是极为重要的，若处理不当，将产生很大的误差，甚至比仪器分析的误差还大，因此必须引起足够的重视。

　　血气标本以采动脉血或动脉化毛细血管血为主，静脉血也可供作血气测定。只有动脉血才能真实反映体内代谢氧化作用和酸碱平衡的状况，对O₂检测的有关指标必须采集进入细胞之前的动脉血，也就是血液中从肺部运氧到组织细胞之间的动脉血，才能真正反映体内氧的运输状态。动脉血液的气体含量几乎无部位差异，从主动脉到末梢循环都是均一的。

　　对PCO₂和pH的检测也以采集动脉血为好。血液循环无障碍的病人，静脉血的这两项指标基本也可反映体液酸碱状况。

　　⒈标本采取方法

　　⑴动脉血：肱动脉、股动脉、前臂动脉以及其他任何部位的动脉都可以进行采血。使用玻璃注射器采血，抗凝剂为肝素钠。每支肝素钠每亳升含12500U，相当于100mg，用20ml生理盐水稀释，分装成40支，消毒备用（4℃贮存）。临用时，注射器吸取肝素钠溶液一支，而后将肝素液来回抽动，使针筒局部湿润，多余肝素液全部排出弃之，注射器内死腔残留的肝素液即可抗凝。针刺动脉血管，让注射器内芯随动脉血进入注射器而自动上升，取1-2ml全血即可。拔针后，注射器不能回吸，只能稍外推，使血液充满针尖空隙，并排出第一滴血弃之，让空气排尽，将塑料嘴或橡皮泥封住针头，隔绝空气，再把注射器来回搓滚，混匀抗凝血，立即送检。或者采用微量取样器采集血标本。

　　⑵动脉化毛细血管血：所谓动脉化的毛细血管血就是指局部组织末梢经45℃温水热敷，使循环加速，血管扩张，局部毛细血管血液中PO₂和PCO₂值与毛细血管动脉端血液中的数值相近，此过程称为毛细血管动脉化。采血部位以手指、耳垂或婴儿的手足跟及拇趾为宜。用45℃热水敷局部，5-15min后或直至皮肤发红，而后穿刺，穿刺要深，使血液快速自动流出，弃去第一滴血。不能挤压，挤出的血液的测定结果不可信。未充分动脉化的毛细血管血的PO₂测定值偏低，对pH、PCO₂和HCO₃^－的测定结果影响不明显。

　　用肝素锂抗凝比肝素钠好，因为锂含量（3.5％-4.5％）比钠（9.5％-12.5％）少，可减少血中微纤维形成的可能；同时可排除了同一样本测定钠时出现错误的危险，特别是现在一些仪器将血气与电解质测定配套进行，即一份全血既测定血气又测定钠钾氯等电解质。

　　⑶静脉血：静脉血所测结果不适用于了解体内O₂的运输状态，故PO₂及有关推算数据仅供参考，对pH及PCO₂等酸碱平衡指标是适用的。采静脉血尽可能不使用止血带。

　　⒉注意事项

　　⑴让病人处于安定舒适状态，卧床5分钟后采血。

　　⑵在病人进行治疗过程中采血要特别注意：①若进行辅助或人工呼吸时，采血前至少要等20分钟，让其在完全控制自如的人工呼吸状态下采血。②若病人进行氧气吸入时，作血气测定，应注意氧气流量，以备计算出该病人每分钟吸入的氧含量。例如病人吸氧速度为6L/min，吸氧器的呼吸循环纯氧气为3L/min,其余3L为周围空气（PCO₂=0.209），因此病人每分钟得到3L纯氧及3×0.21=0.63L来自周围空气的氧气，因此6L总体积中含有3.6L氧气，含量为60％，此时PO₂=0.6。③若是体外循环病人，应在血液得到混匀后再进行采血。