圖片來源：攝圖網
■王月丹
小小的血氧儀大概也沒料到，在這個冬天會成為爆款，讓人又愛又恨。
血氧儀是如何測出人體紅細胞攜帶氧氣的狀態的？指夾式、腕式、台式、可穿戴血氧儀，這些家用設備與醫用器械的測量有區別嗎？血液氧飽和度對人體到底有多重要？
如果你也有同款的「問號」，那就一起走進人類認識呼吸與血氧的故事，了解這一段鮮為人知的歷史吧。要知道，雖然人類早在幾千年前就認識到呼吸的重要性，但真正了解血氧以及造出救人性命的呼吸機、血氧儀也就是近百年的事兒。
呼吸與血氧
人必須依靠呼吸才能攝取氧氣。因此，人類很早就認識到了呼吸的重要性，並且知道呼吸停止是生命結束的標誌之一，通過急救恢復呼吸，可以挽救生命。
在西方，《聖經》中就曾經記載過一個公元前1300年的故事。這個故事詳細生動地描述了先知伊莉莎利用口對口呼吸搶救一名男孩的經過。這應該是人類有關人工呼吸搶救最早的記錄。
無獨有偶，我國漢代著名醫學專家張仲景也曾經在《金匱要略》中寫道，「救自縊死」者方法為「……手按胸上數動之……摩捋臂脛屈伸之……如此一炊頃，氣從口出，呼吸眼開……」這是我國最早關於人工呼吸的描述。
人們早就發現，血液中氧氣的含量與體表皮膚及黏膜的顏色有關。當人體發生嚴重缺氧時，血液中的氧含量顯著下降，會導致皮膚和黏膜的顏色發生青紫色的改變，稱為紫紺，也叫作發紺。
古希臘的希波克拉底也對紫紺的發生進行過描述，並提出心臟疾病可以導致患者出現紫紺等全身缺氧的症狀。
有了呼吸機還不夠
雖然人類早就認識到血液中氧氣的含量對於生命與健康的重要性，但是由於臨床上缺乏對於血氧精確定量的需求，血液中氧氣含量的測定一直缺乏準確定量的方法，只是靠粗糙的體表觀察法，輔助臨床疾病的診斷。
從1543年人體解剖學創始人維薩里首次將豬氣管切開，並通過氣管插管採用正壓通氣的方式使動物的肺膨脹開始，經過胡克、莫頓、特倫德倫堡、詹韋和庫里等許多科學家及醫生200多年的不懈努力，人工通氣技術不斷發展，製造出了可以用於外科手術麻醉、心肺復甦和各種緊急呼吸障礙救治的功能完善的呼吸機，用於人工輔助通氣。
1928年10月，一名罹患脊髓灰質炎的8歲小女孩，因為呼吸衰竭而昏迷，在首次接受負壓箱式通氣機治療幾分鐘之後就恢復了神志，這使當時在場的人激動萬分，驚呼奇蹟的發生。
其中，一位記者更是將這一裝置形象地稱為「鐵肺」，使其名揚全世界。在隨後的1948年美國和1952年斯堪的那維亞半島脊髓灰質炎大流行中，呼吸機被大量用於有呼吸肌麻痹併發症患者的救治。
可是，在使用呼吸機進行疾病救治的過程中，人們也發現了問題。這就是需要不斷對呼吸機通氣，否則治療的效率就會降低。
例如，單純使用鐵肺時，呼吸衰竭患者的死亡率高達80%，但是在鐵肺中增加一個由引擎驅動的風箱並使之與氣管切開術後的間歇性正壓通氣同步後，患者的死亡率可以降低到12%。
於是，人們認識到血液氧氣含量是呼吸機發揮療效的關鍵指標，通過血液氧氣含量的檢測，可以明確了解患者的呼吸困難和缺氧狀態，從而及時調整呼吸機的使用，提高患者的救治成功率，降低呼吸衰竭相關的病死率。
如何檢測血液中的氧氣含量
那麼，怎麼才能對血液中氧的含量進行檢測呢？通過呼吸進入人體血液中的氧氣就是血液中實際含有的氧氣量，稱為血氧含量，以物理溶解和化學結合兩種主要的方式存在。血氧含量由血氧分壓和血氧容量所決定。
相對於靜脈血，動脈血的氧氣含量對於判斷呼吸功能障礙和人體缺氧更為重要，所以，一般血氧含量的檢測都採用動脈血。
血液中物理溶解的氧氣所產生的壓力，稱為血氧分壓。正常情況下，人體的動脈血氧分壓範圍約為80~110mmHg。
當發生缺氧時，動脈血氧分壓會下降， <60mmHg是呼吸衰竭低氧血症的診斷標準。因此，血氧分壓可以作為反映人體缺氧狀態的敏感指標。人體組織中的氧分壓為30 mmHg，只有當血氧分壓>30 mmHg時，組織才能夠與血液進行氣體交換，而當血氧分壓≤20mmHg，腦細胞就再也不能從血中攝取氧氣而導致有氧代謝的終止，所以血氧分壓是否大於20 mmHg是生死線。
血氧容量的高低可以反映血液攜帶氧氣的能力，正常值為20ml/dl。在通常情況下，血液中與氧氣結合的血紅蛋白量會隨著血氧分壓的變化而變化。血液中與氧氣結合的血紅蛋白（氧合血紅蛋白）在總血紅蛋白中的百分比數值，稱為血氧飽和度，約等於血氧含量/血氧容量，能夠反映出血液氧氣的含量以及呼吸功能的狀況。正常的動脈血氧飽和度為95%~98%，靜脈血的血氧飽和度約為70%~75%。
目前，血氧飽和度的檢測技術，特別是無創性脈搏式血氧飽和度檢測儀，使用方便並且可以動態監測，已經被廣泛應用於臨床和生活中對於缺氧和呼吸困難的檢測和監測，成為新的可攜式或者可穿戴式醫療檢測設備的組成單元之一。
無創血氧儀的發展史
根據檢測時採集信號的方法不同，血氧飽和度的檢測可以分為有創和無創兩種類型。
1860年，邦森和基爾霍夫發明了分光計，隨後，斯托克斯和霍佩·賽勒發現給血紅蛋白溶液通氣後，會導致溶液的顏色變化。1929年，美國生理學家格倫·米勒利用血紅蛋白血液氧合反應產生顏色差異的原理，採用血管穿刺的方式和光電測量技術，在人體內進行血氧飽和度的連續測量。這一技術設備就是血氧飽和度檢測儀，簡稱血氧儀。
在隨後的20多年中，又有很多類似的血氧飽和度檢測技術被用於實驗的研究。但是，由於操作複雜，這種有創性的血氧飽和度檢測技術並沒有在臨床實際工作中被廣泛應用。
到了20世紀50年代，青柳卓夫採用伍德團隊描述的耳垂無創血氧飽和度檢測法測定了人體的血氧飽和度。
1964年，肖爾首次研製出臨床應用廣泛的血氧計，後者就是採用這種原理進行耳掛式檢測。不過，由於測量耳部血氧飽和度時，首先要對儀器進行精密的校準，步驟複雜，因此，限制了其使用場景。
在此之後，隨著檢測技術、傳感器和電子技術的不斷發展，血氧儀的功能不斷完善，出現了脈搏式血氧飽和度檢測儀，耳掛式、指夾（環）式和手環式等不同穿戴方式的血氧儀，以及多波長檢測技術和雲計算技術血氧儀等，甚至有些可穿戴智能設備和智慧型手機也可以進行血氧飽和度的檢測。
由於脈搏式血氧儀具有體積小、操作方便和可以動態監測血氧變化情況等優點，因此其在臨床上的應用不斷擴大，進而走出臨床走入了人們的生活，成為了目前血氧檢測設備中人們最為熟悉的產品。
專業的血氧儀需要應用十分精密的設備進行標化和校正，因此普通家用型血氧檢測儀只是自我檢測的參考。大家可以根據實際需要進行選擇，科學使用適合自己的血氧儀或者血氧檢測設備。
（作者系北京大學基礎醫學院免疫學系教授）
《醫學科學報》 (2023-02-24 第12版 人文)