综述：PaO2/FiO2 和 SpO2/FiO2 比值再探：有用、具有误导性，还是两者兼具？

《Journal of Intensive Medicine》：PaO2/FiO2 and SpO2/FiO2 ratios revisited: Useful, misleading, or both?

　　普拉尚特·纳萨（Prashant Nasa）| 丹尼斯·巴塔格林尼（Denise Battaglini）| 德文·琼贾（Deven Juneja）| 马库斯·J·舒尔茨（Marcus J. Schultz）| 乔泽夫·凯塞乔格鲁（Jozef Kesecioglu）
英国伍尔弗汉普顿皇家信托医院（The Royal Wolverhampton Trust）麻醉与重症监护医学系，纽克罗斯医院（New Cross Hospital），伍尔弗汉普顿（Wolverhampton）

**摘要**
动脉氧分压与吸入氧分数的比值（PaO2/FiO2）是管理急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者的核心指标。这一比值是柏林ARDS定义的重要组成部分，用于病情分类、预后评估以及指导治疗干预措施。此外，PaO2/FiO2比值还被用于关键性试验中，以确定患者是否适合接受俯卧位治疗或体外膜氧合（ECMO）等干预措施。柏林定义的修订版本（基加利修正案）以及2023年新的全球定义建议，在无法获取动脉血气分析结果时，使用外周血氧饱和度与FiO2的比值（SpO2/FiO2）作为PaO2/FiO2的替代指标。尽管这些氧合比值对于及时识别和分类ARDS患者以及辅助临床决策具有重要意义，但它们存在一些显著局限性，例如依赖于呼吸机设置和FiO2水平。单独使用这些氧合比值可能无法准确监测病情演变及对治疗的反应。此外，这些氧合指标的设定往往导致ARDS患者被归入重叠的类别，而非明确的亚组。最后，脉搏血氧仪测量结果可能受到患者活动、灌注变化、异常血红蛋白血症及皮肤色素沉着等因素的影响，从而掩盖低氧血症的情况。鉴于这些挑战，近期研究探讨了PaO2/FiO2比值与静态测量结果之间的关系，并研究了24-48小时后重新分类ARDS严重程度的可行性。其他指标如氧合指数、氧合饱和度指数以及（PaO2 × 10）/（FiO2 × PEEP）比值（考虑了呼气末正压）在预测患者预后方面的优势。本文总结了PaO2/FiO2和SpO2/FiO2比值在ARDS诊断、分类和管理中的证据基础、临床应用及潜在替代方案。

**引言**
气体交换和低氧血症的评估是重症患者及围手术期患者管理的关键。几十年来，氧合比值（即动脉氧分压PaO2与吸入氧分数FiO2的比值PaO2/FiO2）一直指导着临床决策、诊断、病情分类及指南制定。[1]最初该比值用于急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的分层，如今已广泛应用于其他类型呼吸衰竭的治疗调整、资源分配及预后评估，超出了其最初的适用范围。[2]然而，越来越多的证据对这种依赖性提出了质疑。另一种氧合指标——基于脉搏血氧仪测得的氧饱和度SpO2的比值SpO2/FiO2——作为一种无创且可行的替代方案，在资源有限的环境中尤为适用。[3]PaO2/FiO2和SpO2/FiO2比值提供了简单、广泛适用且具有临床实用性的方法，可用于快速评估病情严重程度并指导治疗干预，尤其是在非专科医疗机构中。不过，结合肺力学和气体交换信息的综合氧合指标可能提供更深入的见解。同时，监测技术的进步（如肺部超声和电阻抗断层扫描）挑战了单点氧合测量能够充分反映呼吸衰竭复杂性的假设。[4]

**氧合比值的历史与发展**
1967年，大卫·阿什鲍（David Ashbaugh）首次描述了ARDS，强调了传统氧疗难以纠正的低氧血症。[5]1988年，默里等人[6]提出了包含ARDS关键病理生理特征的肺损伤评分（Lung Injury Score）。该评分体系将PaO2/FiO2比值作为反映肺损伤严重程度的指标之一，同时考虑了呼气末正压（PEEP）、呼吸系统顺应性和胸部X光表现等因素。需要注意的是，PaO2/FiO2比值的分值独立于PEEP水平。美欧共识会议将PaO2/FiO2比值≤300 mmHg定义为急性肺损伤，≤200 mmHg定义为ARDS。[7]该定义未明确测量时的呼吸机设置（尤其是最低PEEP和FiO2水平）。弗格森等人[8]在首个德尔菲（Delphi）定义中建议最低PEEP为10 cmH2O以评估氧合状况。维拉尔等人[9]前瞻性研究显示，在ARDS患者中，第1天PEEP≥10 cmH2O和FiO2≥0.5的呼吸机设置与不同类型的急性肺损伤、ARDS和急性低氧性呼吸衰竭（AHRF）患者的ICU死亡率存在显著差异。[9]另一项多中心前瞻性研究也证实，基于第1天PEEP≥10 cmH2O和FiO2≥0.5的PaO2/FiO2比值进行的ARDS严重程度分类与死亡率存在显著差异。[10]随后，柏林定义将PaO2/FiO2比值的最低测量标准降至5 cmH2O。[11]该定义还将ARDS分为轻度（201至≤300 mmHg）、中度（101至≤200 mmHg）和重度（≤100 mmHg）三个级别。新的全球定义中PaO2/FiO2比值的阈值保持不变。[12]赖斯等人[13]提出SpO2/FiO2比值作为动脉血气分析不可用时诊断和随访ARDS患者的替代指标。[13]基加利修正案基于卢旺达资源受限环境中的单中心研究，表明SpO2/FiO2比值在诊断ARDS方面与PaO2/FiO2比值具有相当的效能。[14]新的全球定义在资源有限的情况下，将SpO2/FiO2比值作为PaO2/FiO2的替代指标，用于低氧血症的诊断及ARDS严重程度的分类（前提是SpO2≤97%）。

**关于氧合比值的证据**
PaO2/FiO2比值被正式纳入美欧共识会议的ARDS定义中，通过专家共识确定。[7]柏林定义采用德尔菲方法制定，并通过涉及4000多名患者的多中心临床试验数据集进行验证。死亡率、通气中位时间和无呼吸机天数与PaO2/FiO2比值呈负相关。PaO2/FiO2比值的阈值主要是基于实际操作需求制定的，而非严格的生理学标准。[11]柏林定义的接收者操作特征曲线（AUROC）面积为0.577（95%置信区间[CI]：0.561至0.593），表明其预测ARDS死亡率的能力有限。[11]此外，该定义未明确使用PaO2/FiO2比值的最佳评估时机（如入院时、入院后24小时内或48小时内的最差时刻），也未规定测量前的呼吸机优化程度。这种缺乏标准化可能导致ARDS严重程度的分类不准确，因为氧合指标会因呼吸机设置和评估时间而异。[9,10]一些临床试验和指南尝试使用150 mmHg的PaO2/FiO2阈值来区分轻度和中度至重度ARDS。[15-17]值得注意的是，包括评估神经肌肉阻滞和俯卧位治疗的关键性ARDS试验均采用此阈值。[15,16]中度至重度ARDS（PaO2/FiO2<150 mmHg）患者的生理和解剖学异常更为严重（如峰值压力、二氧化碳分压PaCO2升高、pH值变化、肺组织更密集及不均匀性更强），且死亡率更高。[18]然而，PaO2/FiO2<150 mmHg预测死亡率的准确性较低，AUROC为0.56（95%CI：0.51至0.61）。[19]

**脉搏血氧仪的局限性**
脉搏血氧仪测得的SpO2/FiO2比值具有非侵入性、连续性和经济性等优点，是PaO2的合理替代指标。当SpO2/FiO2=315时，PaO2约为300 mmHg（敏感性91%，特异性56%）；当SpO2/FiO2=235时，PaO2约为200 mmHg（敏感性86%，特异性85%）。[20]但由于氧合血红蛋白曲线的平坦部分，SpO2与PaO2之间的关系是非线性的，超过96%时准确性会下降。[13]赖斯等人在一项包含肺炎的AHRF大型混合队列研究中发现，SpO2/FiO2=235对应PaO2/FiO2=200，SpO2/FiO2=315对应PaO2/FiO2=300，两者之间存在线性关系（公式：SpO2/FiO2=64+0.84×PaO2/FiO2）。[13]尽管如此，仍有约30%的ARDS病例分类不准确。作者强调FiO2标准化对于可靠解读结果至关重要。[13]国家心肺血液研究所（National Heart, Lung, and Blood Institute）的ARDS网络试验的二次分析也支持了这一观点。[21-23]此外，关于COVID-19相关ARDS的观察性研究也表明SpO2/FiO2比值能有效预测患者预后。[24]

**ARDS以外的应用**
PaO2/FiO2比值不仅是ARDS低氧血症的评估标准，还广泛应用于肺炎、败血症、围手术期护理等情境中，用于判断是否需要高流量鼻氧（HFNO）或无创通气（NIV）等呼吸支持。[37]无论病因如何，低氧血症的严重程度都是重症患者死亡率的独立预测因素。[37]在许多情况下，当无法进行动脉血气分析时，SpO2/FiO2比值可作为PaO2/FiO2的替代指标。[37]

**结论**
尽管PaO2/FiO2比值在ARDS评估中具有广泛应用，但其局限性限制了其预测能力。未来可能需要更全面、精确的策略来优化患者管理和预后。[37]随着医疗系统对资源效率和精准干预的重视，有必要重新评估传统氧合评估方法是否仍适用于现代临床实践。此外，随着PaO2/FiO2比值的下降，低氧血症的恶化可能表明患者有更高的风险进展为急性呼吸窘迫综合征（ARDS），尤其是在需要侵入性通气时。[40] 总体而言，这些观察结果强调了氧合指数不仅在评估疾病严重程度方面的重要性，而且在预测肺炎的病程中也具有重要意义。SpO2/FiO2的非侵入性使其特别有价值，尤其是在动脉血气分析（ABGs）受限的情况下。在成人肺炎患者中，无论是COVID-19相关还是非COVID-19相关的，SpO2/FiO2和PaO2/FiO2比值之间存在中等到强的相关性，但临床上的分散限制了它们的互换性。[33,41] 然而，在其他情况下显示的宽预测区间可能会降低其独立可靠性。一项针对COVID-19肺炎患者的多中心研究表明，在这种大流行期间，SpO2/FiO2可以作为PaO2/FiO2的替代指标，在资源有限的环境中非常有用。然而，入院时的初始SpO2/FiO2比值无法指示是否需要侵入性通气。[42] 在肺炎（无论是COVID-19还是非COVID-19）中，SpO2/FiO2提供了一个实用的非侵入性筛查和趋势监测工具。它与PaO2/FiO2相关，但在决策阈值处存在临床相关的误分类风险。对于研究资格、预后或呼吸机管理，PaO2/FiO2比值更为准确。对于分诊和早期识别病情恶化，SpO2/FiO2比值是可以接受的，但需要注意的是，当SpO2 >97%时，由于氧合血红蛋白曲线的平台期，其可靠性会降低。

**败血症和脓毒性休克**
PaO2/FiO2比值是诊断败血症的重要指标，也是SOFA评分的一个变量。SOFA中使用的PaO2/FiO2比值临界值与ARDS严重程度分级中的临界值相似，低PaO2/FiO2比值对应较高的评分。然而，SOFA-2评分中PaO2/FiO2的临界值有所改变（表2）。尽管预测总体SOFA-2死亡率（AUROC 0.79，95%CI：0.76至0.81）与SOFA（AUROC 0.77，95%CI：0.74至0.81）相似，但使用10 kPa（75 mmHg）间隔的修订后临界值优于呼吸系统SOFA评分（AUROC 0.615，95%CI：0.607至0.622 vs. AUROC 0.610，95%CI：0.603至0.618）。[43], [44], [45] 此外，较低的PaO2/FiO2（<300 mmHg）比值已被证明与败血症患者的死亡率增加独立相关。[46] 在MIMIC-IV数据库的回顾性分析中，PaO2/FiO2比值与死亡率之间的关系呈U形，PaO2/FiO2比值在183至219 mmHg之间与28天死亡率较低相关。[47]

**表2. SOFA和SOFA-2之间的呼吸评分标准（PaO2/FiO2）比较**
| 评分 | SOFA | SOFA-2 |
|------|------|------|
| ≥400 mmHg | 0 | 0 |
| >300 mmHg | 1 | 1 |
| <400 mmHg | 2 | 2 |
| ≤300 mmHg | 3 | 3 |
| <300 mmHg (40.0 kPa) | ≤225 mmHg | 3 |
| ≤200 mmHg (26.7 kPa) | with respiratory support | 4 |
| ≤150 mmHg (≤20.0 kPa) and advanced ventilator support | 5 |
| <100 mmHg (13.3 kPa) | with respiratory support | 6 |
| ≤75 mmHg (≤10.0 kPa) and advanced ventilator support or ECMO | 7 |
| ≤120 mmHg | ECMO, Extracorporeal membrane oxygenation | 8 |

**SOFA-2评分**还包含了在ABG不可用时的相应SpO2/FiO2比值。由于血管收缩或脉动性降低导致的周围灌注异常可能是主要问题。虽然在ICU入院时，败血症和脓毒性休克患者的低SpO2/FiO2比值与死亡率增加相关，尤其是较低的值；但与PaO2/FiO2比值的相关性仅为中等（r = 0.48）。[28] 在另一项急诊科研究中，脉搏血氧仪测量的动脉氧饱和度（SaO2）在严重败血症或脓毒性休克患者中高估了实际值，尤其是在较低的饱和度时误差更大。[48] 因此，在败血症中，如果可以获得PaO2/FiO2，则更为可靠。如果必须使用SpO2/FiO2作为非侵入性替代指标，则应将其保持在<97%，并且在接近决策阈值时需谨慎解读。[49]

**肺栓塞**
PaO2/FiO2比值用于肺栓塞患者的风险分层，并用于识别病情恶化风险较高的患者。[50] PaO2/FiO2比值<265 mmHg被认为与院内死亡风险增加有关，尽管其他研究提出了略有不同的临界值。[51] 此外，PaO2/FiO2比值还用于估计肺动脉阻塞的严重程度，因为它与肺动脉计算机断层扫描阻塞指数呈负相关。较低的PaO2/FiO2比值对应更严重的阻塞。[52] 尽管PaO2/FiO2比值可能与肺栓塞的严重程度相关，但氧合参数本身在治疗决策中并不起关键作用，治疗决策主要基于血流动力学状态、右心室功能和心脏生物标志物。

**围手术期和麻醉环境**
在手术室和麻醉后护理单元中，FiO2的输送会迅速波动，肺部力学随着麻醉和肺复张而变化。术中或术后的氧合受到高FiO?、可变PEEP、肺不张和复张操作的影响——这些因素可能会使PaO2/FiO2急剧变化，而不反映肺部的内在病理。这些因素限制了从静息或通气ARDS患者群体中得出的PaO2/FiO2和SpO2/FiO2阈值的可靠性。尽管存在关于PaO2/FiO2比值的围手术期研究，[53] 或比较氧储备指数与SpO?用于低氧血症检测的研究，但它们通常支持使用脉搏血氧仪进行趋势监测，但不适用于应用基于ARDS的临界值。[54]

**有呼吸支持的氧合比值**
诸如高频鼻吸氧（HFNO）、持续正压通气（CPAP）、双水平正压通气（NIV）、侵入性机械通气或长期家庭通气等呼吸支持方式常用于呼吸衰竭的管理。使用这些方式时，PaO2/FiO2和SpO2/FiO2比值会受到环境和PEEP水平的影响。在常规氧疗期间估计FiO2可能具有挑战性，特别是当氧气通过标准面罩或鼻导管输送时。通常使用基于氧流量的转换表来估计FiO2，但实际上输送的FiO2可能会因患者的吸气流量、呼吸模式和面罩贴合度等因素而显著变化，从而夸大PaO2/FiO2或SpO2/FiO2比值所表示的低氧血症的严重程度。[55] 在解释比较不同非侵入性呼吸支持策略的研究时，应考虑这一方法学限制。

**高频鼻吸氧（HFNO）**
在HFNO中，高流量下的FiO2输送更为稳定，但仍受张口、患者吸气需求和鼻导管贴合度的影响。HFNO的生理益处在于流量依赖性的正鼻咽压和呼气阻力（PEEP），从而降低呼吸频率和努力程度。然而，这些益处取决于患者在HFNO期间能否闭嘴。[56], [57], [58] 因此，可变的FiO2和PEEP输送可能会独立于基础疾病严重程度而影响PaO2/FiO2和SpO2/FiO2比值，导致更大的异质性和ARDS严重程度的过度估计。[59] 因此，在侵入性通气的ARDS患者中建立的PaO2/FiO2比值阈值不能直接应用于这一群体。尽管如此，在HFNO下，氧合指数仍然具有临床相关性，因为较低的数值与较差的结果相关，反映了更严重的低氧血症和疾病负担。当ABGs数据稀少时，结合呼吸频率的SpO2/FiO2趋势和综合指数（ROX指数=[SpO2/FiO2]/呼吸频率）可能有用，但超出ARDS范围的绝对临界值（例如，SpO2/FiO2 235/315）的转化效果不佳；设备和患者的FiO?变异性增加了误差范围。

**非侵入性通气（NIV）**
NIV引入了关于FiO?输送的额外不确定性，因为接口处可能存在泄漏和空气混入。这些因素会显著降低实际输送的FiO2，从而扭曲氧合比值。实验室和临床研究都表明，泄漏的存在会导致FiO2显著降低，并高估氧合状态。[55,60] 在LUNG SAFE研究的事后分析中，NIV下的PaO2/FiO2比值评分与更高的通气支持强度和ICU死亡率相关，尤其是在PaO2/FiO2 <150 mmHg的患者中。[61] 尽管如此，基于SpO2/FiO2的规则在NIV治疗的混合病因急性呼吸衰竭（AHRF）患者中提供了重要的预后信息，低SpO2/FiO2比值表明NIV失败的可能性较高。[62]

**氧合比值的局限性和挑战**
在AHRF和ARDS背景下，寻找理想的氧合指标仍然是一个关键的研究领域。每个指标都有其独特的优势和局限性，其应用不仅受其固有局限性的影响，还受多种患者和机构因素的影响。因此，在设计或解释任何临床试验的结果或将证据应用于临床决策时，必须审慎评估这些因素。传统上，PaO2/FiO2比值一直用于ARDS的诊断、管理和预后。[2,11] 对于大多数临床情况，PaO2/FiO2比值仍然是AHRF管理的金标准。然而，许多数据集分析对PaO2/FiO2比值用于分类ARDS的临界值提出了挑战，特别是300 mmHg的临界值。[63,64] 最近一项涉及38,270名患者的28项临床试验的更新荟萃分析报告称，PaO2/FiO2比值在预测ARDS患者死亡率方面的准确性较低，并建议该比值可能不适合作为单一的临床预后工具。他们报告PaO2/FiO2为100 mmHg时的AUROC为0.60（95%CI：0.58至0.64），汇总敏感性和特异性分别为44.8%（95%CI：38.1至51.7%）和70.6%（95%CI：65.9至74.9%）。相比之下，PaO2/FiO2为200 mmHg时的AUROC为0.64（95%CI：0.60至0.69），汇总敏感性和特异性分别为83.9%（95%CI：78.9至87.8%）和26.1%（95%CI：20.8至32.1%）。[65]

PaO2/FiO2比值受多种因素的影响，例如从非侵入性通气转换为侵入性机械通气以及通气设置（如PEEP、FiO2、平均气道压力和每分钟通气量）。PaO2/FiO2的一个重要局限性是其与FiO2的非线性关系，FiO2的变化可能导致PaO2/FiO2比值的不成比例甚至误导性的变化，这与肺气体交换的真实变化无关。这种现象反映了通气-灌注不匹配、分流分数和氧合血红蛋白解离曲线之间的复杂相互作用。[66] 因此，相同的PaO2/FiO2比值可能代表不同程度的肺损伤，限制了其作为独立疾病严重程度标志物的可靠性。PaO2/FiO2对FiO2的依赖性也可能降低这些指数的实用性，因为FiO2可能受多种因素的影响，如氧输送方式（鼻导管、面罩、HFNO、NIV或侵入性机械通气）和通气设置。[49] 此外，PaO2/FiO2需要动脉采样，这是侵入性的、痛苦的，并且可能在资源有限的环境中不易获得。它还需要技术专长，处理过程需要特殊设备，成本高昂且需要维护，且不普遍可用。此外，可能无法储存和运输ABG样本，因为这可能会影响PaO2读数。[2]

SpO2/FiO2比值被认为是一个潜在的替代指标，在ABG采样不可用或不可行的情况下特别有用。[11,67] 最初推广SpO2/FiO2临界值的ARDS研究警告在高饱和度下使用该指标时要谨慎。[13] 最近的多项研究评估了SpO2/FiO2和PaO2/FiO2比值之间的相关性。[13], [28], [29], [33], [68], [69] 尽管有大量研究，PaO2/FiO2和SpO2/FiO2比值之间的相关性为中等到强。[26], [32], [34], [70] 此外，氧合血红蛋白曲线在SpO2 >96%以上趋于平稳，从SpO2/FiO2推断PaO2/FiO2可能不准确。[71] 因此，不同研究中确定了不同的SpO2/FiO2临界值，并提出了不同的公式来从SpO2/FiO2推断PaO2/FiO2。[26,36,72] 在高FiO2下，使用SpO2/FiO2和PaO2/FiO2进行互换存在挑战，特别是在监测ARDS的严重程度和进展方面。[68,70,73] SpO2测量的不精确性和这些公式可能导致基于SpO2/FiO2比值的ARDS误分类，这种情况可能高达33%的患者。此外，动态监测SpO2/FiO2比率并不能提高其准确性。[72] 因此，在最近一项关于定义和亚型分类ARDS的国际德尔菲研究中，专家们对常规使用SpO2/FiO2比率表示了保留意见，并指出在未来的ARDS定义中需要进一步验证。[73] 此外，其他几个因素也可能限制SpO2/FiO2比率的临床应用。[2,49] SpO2/FiO2比率依赖于脉搏血氧仪的读数，而这些读数可能受到贫血、皮肤颜色、一氧化碳中毒、高铁血红蛋白血症、某些染料和色素（如指甲油）、高胆红素血症、低灌注、低氧血症和高氧血症等多种因素的影响。[49] 脉搏血氧仪还可能与隐性低氧血症有关，并可能在肤色较深的患者中人为地提高SpO2/FiO2比率。[74] 在黑人及非裔美国人中，这种隐性低氧血症尤为明显。[75] 这种对氧饱和度的过高估计导致了健康差异，使得肤色较深的患者治疗延迟且再入院率更高。[76] 甚至患者的过度活动也会影响脉搏血氧仪读数的准确性。鉴于这些因素在重症患者中普遍存在，脉搏血氧仪读数的有效性可能会受到影响。

除了氧合比率之外，尽管氧合指数是肺损伤严重程度的替代指标，在临床决策中很有价值，但其解释受到通气-灌注不匹配、分流比例以及所提供的呼吸支持类型和水平的复杂相互作用的影响。因此，具有明显不同病理生理特征的患者可能具有相似的PaO2/FiO2比率，从而使得风险分层变得复杂并限制了治疗的精确性。[66] 尽管氧合比率易于使用，但其局限性越来越受到重视。已经开发出几种额外的或补充的指标来支持更全面的呼吸功能评估，可能更好地捕捉氧合、肺力学和呼吸机设置之间的相互作用。我们将这些指标分为三类：一类是在床边即可获得且不需要复杂呼吸机操作的；一类需要特定的呼吸机操作或计算的；还有一类需要额外的设备。

不需要特定呼吸机操作的指标
PaO2/FiO2比率没有考虑气道压力，因此研究人员引入了PEEP作为（PaO2 × 10）/（FiO2 × PEEP）比率，[77] 或平均气道压力作为氧合因素，[78] 这两种指标已被证明在预测病情严重程度和患者预后方面更为有效。
氧合因素 = PaO2/FiO2/Paw，其中Paw是平均气道压力。类似地，氧合指数（Paw × 100 × FiO2/PaO2）和替代氧饱和度指数（Paw × 100 × FiO2/SpO2）结合平均气道压力也被发现比传统的氧合比率更能预测预后。[79,80] PaO2/FiO2比率的动态变化或24-48小时后的重新分类也被发现比静态测量更能预测预后、对PEEP等干预措施的反应以及患者结果。[81],[82],[83]

需要特定呼吸机操作或计算的指标
肺顺应性和弹性由平台压和潮气量计算得出，反映了呼吸系统的机械特性。较低的顺应性和较高的弹性通常表明肺实质受累更严重或存在肺不张，并且与死亡独立相关。[84] 结合氧合指数和顺应性（例如“氧合-顺应性指数”）可能有助于识别具有可恢复肺组织或不同生理表型的患者。[85,86] 例如，两个PaO2/FiO2比率相同的患者在顺应性上可能存在显著差异——一个有可恢复的肺不张，另一个则有固定的纤维化改变——这意味着他们对PEEP或俯卧位的反应非常不同（图1）。

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图1. 氧合指数与呼吸系统顺应性之间的关系，用于定义ARDS中的生理表型。该图说明了具有相似PaO2/FiO2比率的患者可能具有不同的呼吸力学特征，反映了不同的潜在病理生理学。展示了三种代表性表型：PaO2/FiO2保持顺应性的情况（可恢复的肺不张），表明尽管氧合受损但肺单位可能仍可恢复；PaO2/FiO2低且顺应性低的情况（纤维化或不可恢复的肺），与严重的、难以恢复的肺损伤一致；以及PaO2/FiO2保持不变但顺应性高的情况，代表轻度或正在恢复的疾病。结合氧合和顺应性可以提供更全面的、基于生理学的ARDS评估，从而实现比单独使用任一参数更精确的表型和个体化的呼吸管理。

同样，死腔分数（Vd/Vt）衡量通气效率和肺灌注。升高的死腔可能是由肺泡过度膨胀、微血管阻塞或血栓并发症引起的，这些情况都不会反映在氧合测量中。Vd/Vt的增加与ARDS的不良预后反复相关，可以作为肺血管功能障碍的替代指标，补充基于氧合的测量。[87,88] 当直接测量死腔不可用时，可以在床边使用替代指标，如通气比率（VR）[89] 或PaCO2/呼气末二氧化碳（etCO2）梯度。[90],[91],[92]

分流比例是指流向非通气区域的心输出量比例，直接量化了肺内分流的严重程度。虽然完美的估计需要侵入性采样或多次气体测量，但使用肺泡气体方程的简单计算可以近似分流比例。结合分流、死腔和顺应性数据可能有助于区分“低顺应性、高分流”和“高顺应性、高死腔”表型，这两种表型对PEEP、肺复张或俯卧位的反应不同。[92,93]

最近的研究考察了结合氧合和力学的综合指标。“氧合-通气指数”、“机械功率”和“应力指数”考虑了压力-容积关系、呼吸频率和驱动压力，以衡量机械通气的效率和潜在危害。这些多维指标更好地反映了气体交换、力学和呼吸机设置之间的相互作用，提高了预测能力和治疗的个性化。[94,95]

除了传统的生理参数外，创新的监测技术提供了对区域性和动态变化的新见解。电阻抗断层扫描（EIT）可以连续在床边监测区域通气情况，并通过新的算法监测灌注分布，填补了全局指标和区域生理学之间的差距。肺部超声和定量CT有助于表征通气情况和肺的可恢复性，而功能性肺MRI或双能量CT等新技术允许无创测量通气-灌注不匹配和分流百分比。将这些成像方式与标准测量相结合有可能重新定义严重程度分类，从静态阈值（如PaO2/FiO2临界值）转向基于生理学的多维指标。[4]

尽管有这些令人鼓舞的发展，但仍存在重大问题。许多这些测量需要专门的设备，依赖于操作者，并且缺乏标准化的阈值。此外，其解释受到呼吸机设置、血液动力学和代谢状态的影响。为了将这些复杂因素转化为有效的床边算法，进行大规模的前瞻性队列研究并与患者结果相结合是必要的。值得注意的是，许多这些指标要么包含PaO2/FiO2比率，要么补充这些比率以支持更精确的、基于生理学的管理。因此，目的不是取代PaO2/FiO2比率，而是将其置于一个更广泛的框架中，其中包括气体交换效率和呼吸系统力学。

当前氧合指标的局限性要求系统性的研究议程，以开发更细致、特定于情境的呼吸评估和护理方法。未来的研究必须超越简单的氧合比率验证，转向全面评估氧合测量应如何整合到现代临床实践中。[96] PaO2/FiO2比率的阈值是在几十年前根据相对较小的数据集建立的，这些数据集不能反映当代患者群体、通气策略或结果。对现代ICU数据库的大规模分析可以确定与当前死亡率模式、住院时间和资源利用更匹配的临界值。跨不同医疗系统应用的机器学习技术可能会发现，最佳阈值因年龄、合并症负担或潜在病理生理学而大不相同。[97,98] 重要的是，这些努力应优先考虑具有临床意义的结果，而不是历史先例，认识到不同的阈值可能更准确地预测治疗反应、恢复轨迹或护理升级的需求。

同样重要的是要认识到，通用阈值可能存在根本性的缺陷。例如，高压氧（HFNO）会产生独特的生理条件，在这种情况下，传统的PaO2/FiO2或SpO2/FiO2阈值无法很好地预测治疗失败或插管的需求。迫切需要系统研究来评估从传统氧气治疗和NIV到HFNO和侵入性通气等各种呼吸支持模式下的氧合指标。这些研究应旨在建立反映每种干预措施所创造的不同生理状态的特定情境阈值。还必须考虑患者特定的因素。例如，一个有多种合并症的老年患者的最佳氧合目标可能与一个仅有孤立呼吸衰竭的年轻健康患者的目标大不相同（图2）。

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图2. 氧合指标的研究重点。

EHR：电子健康记录；ML：机器学习；PEEP：呼气末正压；PaO2/FiO2：氧分压与吸入氧分数；SpO2/FiO2：毛细血管氧饱和度与吸入氧分数；
*标准化测量包括呼吸机设置、FiO2、PEEP、流速、相对于干预的时间、血管加压剂和皮肤色素。
?使用PaO2/FiO2或SpO2/FiO2比率的纵向轨迹进行亚型分类，而不是静态测量。
§从电子健康记录中自动提取和验证PaO2/FiO2和SpO2/FiO2，用于警报、仪表板和研究表型分析。
§生理混淆因素包括pH值、动脉二氧化碳分压、温度、血红蛋白、2,3-二磷酸甘油酸（DPG）、异常血红蛋白血症和心输出量的影响。（有关此图例中颜色的解释，请参阅本文的网络版本。）

除了改进阈值之外，未来的研究应从单参数评估转向综合指标。结合氧合和肺力学指标的复合指标（如PEEP、平均气道压力、肺顺应性和驱动压力、气体交换效率、包括死腔分数、血液动力学参数和炎症标志物）可能提供更准确和临床有用的评估。整合常规可用的呼吸机数据（如压力-容积环、流量模式或呼吸功指数）与氧合测量可以增强床边评估，而无需额外的侵入性监测。[99] 新兴技术，包括肺部超声和EIT，进一步扩展了复合指标开发的机会。将这些模式与传统的氧合指标相结合的研究可能提供关于区域肺功能、肺复张潜力和呼吸储备的更可靠见解。

至关重要的是，研究重点必须超越新指标的开发，将其应用于临床实践。了解不同的氧合评估策略如何影响临床医生的决策、工作流程效率和患者舒适度是一个重要的知识空白。评估各种监测方法带来的认知负担及其对提供者满意度的影响的研究对于成功采用这些技术至关重要。

氧合评估的最终未来可能不在于改进单个指标，而在于开发智能的、具有情境意识的系统，这些系统能够整合多个数据流以提供个性化的呼吸评估。这样的系统应考虑患者特定因素、治疗背景和资源限制，同时保持广泛临床使用所需的简单性。

总之，未来的发展方向是从依赖简单的、通用的比率转向复杂的、可适应的方法，以反映呼吸衰竭的复杂性。进步将取决于结合现代分析、先进监测和实用的实施研究，以确保创新能够转化为实际的好处。最终目标是拥有能够改善患者结果的同时减少医疗系统负担的氧合评估策略，在这个日益个性化、注重资源的医疗时代。

结论
氧合比率提供了简单的、快速的肺损伤估计方法，有助于在床边评估ARDS的严重程度和预后。它们在筛查、分诊和标准化干预的趋势监测中起着重要作用。然而，PaO2/FiO2和SpO2/FiO2比率都可能具有误导性，并且受到PEEP、平均气道压力和FiO2等呼吸机设置的强烈影响。SpO2/FiO2比率是PaO2/FiO2比率的一个有前途的替代品，特别是在资源有限的情况下，但生理非线性、FiO2的变异性和血氧仪偏差限制了决策阈值的准确性。需要在不同的临床环境、氧气输送模式和其他氧合指标（包括肺力学）中验证氧合比率。尽管氧合比率是宝贵的筛查和监测工具，但应在更广泛的临床和生理背景下进行解释，而不仅仅是作为气体交换和疾病严重程度的独立标志。

CRediT作者贡献声明
Prashant Nasa：撰写——审阅与编辑、撰写——原始草稿、数据整理、概念化。丹尼斯·巴塔格利尼（Denise Battaglini）：写作——审稿与编辑、写作——初稿撰写、概念构思
德文·琼贾（Deven Juneja）：写作——审稿与编辑、写作——初稿撰写、概念构思
马库斯·J·舒尔茨（Marcus J. Schultz）：写作——审稿与编辑、写作——初稿撰写、指导工作、概念构思
约瑟夫·凯塞乔格鲁（Jozef Kesecioglu）：写作——审稿与编辑、写作——初稿撰写、指导工作、方法论研究、概念构思