你抢购过的血氧仪,故事从3300年前说起

作者: 王月丹

来源: 中国科学报

发布日期: 2023-02-12 08:29:42

本文详细讲述了血氧仪的起源、发展及其在现代生活中的应用,从古代人类对呼吸和血氧的认识,到现代血氧检测技术的发展,展示了血氧仪如何从专业医疗设备逐渐成为家庭必备的健康监测工具。

小小的血氧仪大概也没料到,在这个冬天会成为爆款,让人又爱又恨。而自此以后,血氧仪大概率会和体温计一样,成为居家之必备了。血氧仪是如何测出人体红细胞携带氧气的状态的?指夹式、腕式、台式、可穿戴血氧仪,这些家用设备与医用器械的测量有区别吗?血液氧饱和度对人体到底有多重要?如果你也有同款的“问号”,那就一起走进人类认识呼吸与血氧的故事,了解这一段鲜为人知的历史吧。

要知道,虽然人类早在几千年前就认识到呼吸的重要性,但真正了解血氧以及造出救人性命的呼吸机、血氧仪也就是近百年的事儿。

人可以一个星期不进食,一天不喝水,却片刻不能离开氧气。如果没有氧气,人脑细胞在数分钟内便会发生不可逆的死亡。

进入人体的氧气,必须要通过红细胞中的血红蛋白携带,才能为各种组织供应氧气,维持细胞正常的新陈代谢,如果发生循环障碍或者红细胞携带氧气不足,都可能导致组织细胞失去氧气的供应,造成人体的心脏等重要器官及各种组织细胞的损伤,甚至导致人体的死亡。人必须依靠呼吸才能摄取氧气,因此,人类很早就认识到了呼吸的重要性,并且知道呼吸停止是生命结束的标志之一,通过急救恢复呼吸,可以挽救生命。

在西方,《圣经》中就曾经记载过一个公元前1300年的故事。这个故事详细生动地描述了先知伊莉莎利用口对口呼吸抢救一名男孩的经过,这应该是人类有关人工呼吸抢救最早的记录。

人们早就发现,血液中氧气的含量与体表皮肤及黏膜的颜色有关。当人体发生严重缺氧时,血液中的氧含量显著下降,会导致皮肤和黏膜的颜色呈现出青紫色的改变,称为紫绀,也叫作发绀。人体全身表面的皮肤和黏膜均可出现紫绀,在口鼻、脸颊和指尖等皮肤较薄、色素分布较少及毛细血管丰富的部位,更容易观察到,而这些部位中的一些位置也是现代血氧仪用于检测的部位。

虽然人类早就认识到血液中氧气的含量对于生命与健康的重要性,但是由于缺乏临床上对于血氧精确定量的需求,血液中氧气含量的测定一直缺乏准确定量的方法,只是靠粗糙的体表观察法,辅助用于临床疾病的诊断。

从1543年人体解剖学创始人维萨里首次对猪进行气管切开,并通过气管插管采用正压通气的方式使动物的肺膨胀开始,经历了胡克、莫顿、特伦德伦堡、詹韦和库里等许多科学家及医生200多年的不懈努力,人工通气技术不断发展,制造出了可以用于外科手术麻醉、心肺复苏和各种紧急呼吸障碍救治的功能完善的呼吸机,用于人工辅助通气。

可是,在使用呼吸机进行疾病救治的过程中,人们也发现了问题。这就是需要不断对呼吸机通气,否则治疗的效率就会降低。于是,人们认识到血液氧气含量是呼吸机发挥疗效的关键指标,通过血液氧气含量的检测,可以明确了解患者的呼吸困难和缺氧状态,从而能够及时调整呼吸机的使用,提高患者的救治成功率,降低呼吸衰竭相关的病死率。

那么,怎么才能对血液中氧的含量进行检测呢?

通过呼吸进入到人体血液中的氧气,也就是血液中实际含有的氧气量,称为血氧含量,以物理溶解和化学结合两种主要的方式存在。血氧含量由血氧分压和血氧容量所决定。正常情况下,人体动脉的血氧含量约为19ml/100ml血液,静脉血氧含量约为14ml/100ml血液。动静脉血氧含量之差可以反映出组织细胞从血液中摄取氧气的能力,正常时差值约为5ml/dl。

相对于静脉血,动脉血的氧气含量对于判断呼吸功能障碍和人体缺氧更为重要,所以,一般血氧含量的检测都是采用动脉血。

人们很早就认识到,血液接触氧气后,血红蛋白会发生氧合反应,产生颜色的变化,其中动脉血含有的氧合血红蛋白最大吸收光的波长为660nm,所以颜色鲜红。根据氧合与非氧合血红蛋白吸收光谱的不同,就可以对血液中的血氧饱和度进行检测。根据检测方式不同,可以分为透射法和反射法两种方法。根据检测时采集信号的方法不同,可以把血氧饱和度的检测可以分为有创和无创两种类型的技术方法。

由于脉搏式血氧仪具有体积小、操作方便和可以动态检测血氧变化情况等优点,因此在临床和生活中的应用也不断扩大,并且开始走出临床走入了人们的生活,成为了目前血氧检测设备中人们最为熟悉的产品。

现在的血氧仪有三大主要用途:首先是医疗用途,也就是在临床救治呼吸衰竭和缺氧病人的监测设备;第二是工作用途,主要是用于一些特种行业的工作人员,例如高原工作者、潜水员和运动员,在缺氧环境中或者高耗氧量活动中的血氧含量监测;第三是生活用途,现在越来越多的血氧仪进入寻常百姓的人家。

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