成人急診床邊血氣分析：電解質與乳酸檢測的臨床應用

本翻譯僅作學術交流用，無商業意圖，請勿轉載，如有疑議問請來信

本研究探討了急診和重症監護中實時血液氣體、電解質和乳酸檢測的重要性。點狀護理測試（POCT）能顯著減少治療反應時間，加快臨床決策。儘管存在一些關於分析精確性和成本的爭議，POCT設備提供了快速可靠的數據，有助於改善臨床結果。

成人急診中使用床邊血氣分析檢測電解質及乳酸

Point of care blood gases with electrolytes and lactates in adult emergencies

Kapoor D, Srivastava M, Singh P. Point of care blood gases with electrolytes and lactates in adult emergencies. Int J Crit Illn Inj Sci. 2014;4(3):216-222. doi:10.4103/2229-5151.141411

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4200547/

Abstract

Point-of-care testing (POCT) is one of the formidable concept introduce in the field of critical care settings to deliver decentralized, patient-centric health care to the patients. Rapid provision of blood measurements, particularly blood gases and electrolytes, may translate into improved clinical outcomes. Studies shows that POCT carries advantages of providing reduced therapeutic turnaround time (TTAT), shorter door-to-clinical-decision time, rapid data availability, reduced preanalytic and postanalytic testing errors, self-contained user-friendly instruments, small sample volume requirements, and frequent serial whole-blood testing. However, still there is a noticeable debate that exists among the laboratorians, clinicians, and administrators over concerns regarding analyzer inaccuracy, imprecision and performance (interfering substances), poorly trained non-laboratorians, high cost of tests, operator-dependent quality of testing, and difficulty in integrating test results with hospital information system (HIS). On search of literature using Medline/Pubmed and Embase using the key phrases “ppoint-of-care test,” “central laboratory testing,” “electrolytes,” “blood gas analysis,” “lactate,” “emergency department,” “intensive care unit,” we found that POCT of blood gases and selected electrolytes may not entirely replace centralized laboratory testing but may transfigure the clinical practice paradigm of emergency and critical care physicians. We infer that further comprehensive, meaningful and rigorous evaluations are required to determine outcomes which are more quantifiable, closely related to testing events and are associated with effective cost benefits.

Keywords: Blood gas analysis, central laboratory testing, emergency department, electrolytes, intensive care unit, lactate, point-of-care test, therapeutic turnaround time

摘要

床邊檢驗（POCT）是重症醫學領域中一個強大的概念，旨在為患者提供分散化、以患者為中心的醫療服務。快速提供血液測量結果，特別是血氣分析和電解質檢測，可能改善臨床結果。研究顯示，POCT 具有縮短治療週轉時間（TTAT）、減少從入門到臨床決策的時間、迅速獲得數據、降低檢測前後的誤差、自包含且使用者友好的儀器、小樣本量需求以及頻繁的全血檢測等優勢。然而，在檢驗師、臨床醫師和管理人員之間，關於分析儀器的準確性、精密度及性能（干擾物質）、未經良好訓練的非檢驗人員、高昂的檢測成本、操作員依賴的檢測質量，以及將檢測結果整合至醫院信息系統（HIS）的困難等問題，仍存在顯著的爭論。通過在 Medline/Pubmed 和 Embase 中使用「床邊檢驗」、「中央實驗室檢測」、「電解質」、「血氣分析」、「乳酸」、「急診科」、「重症加護病房」等關鍵詞進行文獻檢索，我們發現，血氣和選定電解質的 POCT 可能無法完全取代集中式實驗室檢測，但可能改變急診和重症醫學臨床實踐的範式。我們推斷，仍需進行更全面、有意義且嚴格的評估，以確定更具量化性、與檢測事件密切相關且具有效成本效益的結果。

關鍵詞：血氣分析、中央實驗室檢測、急診科、電解質、重症加護病房、乳酸、床邊檢驗、治療週轉時間

引言

在急診和重症照護環境中，患者最重要的特徵是其生理狀態的快速變化，這種變化可能迅速惡化，需要及早診斷並做出臨床決策，以確保更好的患者預後。這些環境包括重症加護病房（ICU），如燒傷、創傷、胸痛和中風單位，手術室（OR）、急診科（ED）、以及院前運輸系統（如救護車）。除了血壓、心率和心律、體溫、呼吸速率等「生命徵象」外，一些生化指標也反映了這些快速變化，顯示出患者生理狀態的不穩定性。[1] 最常見的是，電解質與酸鹼失衡會導致患者難以脫離呼吸器、住院時間延長、可預防的心律不整以及心搏停止。[2] 這些情況需要迅速的實驗室結果，大多數檢測都是連續進行的，理想情況下使用床邊檢驗（POCT）來應對臨床決策的緊迫性，並避免隨後對重要器官和系統的損害。[1,2] POCT 通過即時處理生理惡化來改善患者的預後。[1] POCT 的主要優勢在於縮短治療週轉時間（TTAT）和從入門到臨床決策的時間。[3,4] 其他優勢還包括數據的快速可用性、降低檢測前後的誤差、自包含且使用者友好的儀器、小樣本量需求，以及頻繁的全血連續檢測。[1,3,5] 主要的顧慮則涉及分析儀器的準確性、精密度及性能（干擾物質）、未經良好訓練的非檢驗人員、高昂的檢測成本、操作員依賴的檢測質量，以及將檢測結果整合至醫院信息系統（HIS）的困難。[3] 本綜述基於在 Medline/Pubmed 和 Embase 中使用「床邊檢驗」、「中央實驗室檢測」、「電解質」、「血氣分析」、「乳酸」、「急診科」、「重症加護病房」等關鍵詞進行的文獻檢索，時間範圍涵蓋1990年至2013年。選擇的文獻集中於現有重症醫學環境中，關於血氣、電解質、乳酸的 POCT 實用性問題及相關 POCT 設備的探討。僅選擇英文文章。

動脈血氣

根據國家臨床實驗室標準委員會的報告，動脈血氣（ABG）分析對患者護理的影響遠超過其他實驗室指標。[6] 組織氧合、通氣和酸鹼狀態是管理急診科和重症加護病房（ICU）中危重患者的最重要因素。這些參數的突然變化可能導致危及生命的情況，因此常需迅速獲得結果以進行有效管理。由於急診情況下的生理異常，非侵入性方法如脈搏血氧測量和呼末二氧化碳檢測可能無法提供準確的氧合和通氣測量結果。[7]

床邊檢驗（POCT）在院前急救環境中具有極大的幫助，並且已被成功應用多年。[7,8] 它主要用於心肺復甦術（CPR）、低氧血症、懷疑酸中毒、心源性休克、心律不整以及機械通氣的控制。[7,8] 這些危及生命的情況的管理策略極度依賴於快速的血氣分析。脈搏血氧儀常用於檢測低氧血症，但需要足夠的脈搏波來顯示準確讀數。[7] 大多數院前環境中的患者處於嚴重休克狀態，此時脈搏血氧儀幫助不大。[7] 同樣地，呼末二氧化碳檢測在嚴重心血管功能不全或 CPR 過程中可能低估動脈 pCO2。[9,10] 這些情況下，必須使用具備快速血氣分析功能的 POCT 設備，以優化氧合和通氣。[7,8,9,10]

Fermann 等人[11] 回顧了近 100 篇文章，明確指出 POCT 技術在急診科中是有效且可靠的，能夠改善患者護理。有充分證據表明，與中央實驗室檢測（CLT）相比，POCT 血氣檢測可縮短治療週轉時間（TTAT），從而改善臨床結果。[12] Barquist 等人[13] 在急診科對 116 名未插管的成人鈍傷患者進行的研究中，主張所有鈍傷患者應進行 ABG 分析，因為這對於篩選需要早期機械通氣的患者非常有幫助。研究發現，與 CLT 相比，POCT 血氣檢測獲得的快速結果可縮短決策時間，並隨後改變適當的管理策略，從而降低總體發病率。[14,15,16]

POCT 血氣檢測在 ICU 環境中也發揮了關鍵作用。尤其需要進行快速且頻繁的動脈血氣監測，以評估肺功能，隨後調整呼吸器參數，以及在敗血症患者中啟動早期目標導向治療（EGDT）時。[12,17] 有充分證據支持，POCT 血氣分析通過縮短 TTAT、減少錯誤和減少失血來改善 ICU 患者的臨床結果。[2,12,14,17,18,19] 然而，與 CLT 相比，POCT 血氣分析仍存在某些缺點。Winkelman 等人[20] 早期的一項研究發現，使用 CLT 的醫療成本要低得多，而 POCT 血氣分析的 TTAT 幾乎與 CLT 相等。Kilgore 等人[21] 評估了 POCT 血氣檢測與衛星和中央血氣實驗室的工作人員滿意度，發現雖然 POCT 設備和衛星血氣實驗室的 TTAT 比 CLT 快，但工作人員對衛星血氣實驗室的滿意度最高。在重症醫學環境中，如何從 POCT 設備中獲得最大可能的效益是一大挑戰。應將其視為 CLT 的補充，而非替代，來簡化臨床醫師的實驗室分析過程。與 CLT 密切合作並建立 POCT 計畫是實現更強大的 POCT 實施，並在重症醫學環境中達到快速、準確且具有成本效益的結果的必要條件。[22] 需要更多的研究來評估 POCT 血氣分析對危重患者的影響。

電解質

在緊急情況下，電解質異常可能引發危及生命的事件。因此，快速且精確地評估電解質異常對於實施精準的治療管理至關重要。多項研究指出，與中央實驗室檢測相比，在急診科和成人重症加護病房（ICU）使用床邊檢驗（POCT）測量電解質顯著縮短了治療週轉時間（TTAT），從而加快了患者管理決策及後續結果的進展。[2,4,19,22,23,24,25,26] 然而，在比較 POCT 與 CLT 方法測得的主要電解質精確值時，觀察到相互矛盾的結果。[23,25,27] 由於缺乏足夠的人力運送樣本或快速運輸系統（RTS）將樣本送至中央實驗室，導致結果延遲及 TTAT 增加，[23,28] 這些問題往往使評估的緊迫性更加突出。

早期研究的結果顯示，使用 POC 血氣分析儀和 CLT 獲得的鈉和鉀平均值之間存在顯著差異。[23,25,27] 這可能歸因於不同設備的特性、設備中使用的校準器的差異、樣本類型（全血 vs. 血清）、稀釋劑的使用以及樣本運輸過程對樣本的影響。[23,24,25] Chako 等人[23] 比較了使用 POCT 設備測量全血電解質與使用 CLT 測量血清電解質，發現兩者的數值差異很大，尤其是鉀值在 3 mmol/L 以下時。然而，當鉀值大於 3 mmol/L 及鈉值時，兩者的差異較小且一致性良好。[23] 他們量化了這兩種檢測方法之間差異的幅度，並建議應對 POCT 值應用「校正因子」以獲得準確結果。[23] 用於分析的電極特性也可能影響兩種檢測方法之間的差異。[23] 大多數 POCT 分析儀使用直接離子選擇電極來測量血漿中離子的活性；相比之下，CLT 分析儀使用間接離子選擇電極來測量預稀釋樣本中的離子活性，並受溶解固體（如蛋白質）影響，因此影響了各種電極獲得的數值。[23,29] Chhapola 等人[24] 比較了 POCT 測量兒童 ICU 患者鈉和鉀值的可靠性，發現 POC 血氣分析儀低估了鈉和鉀的數值。[24] 他們推測這可能是由於樣本中添加的液體鈉肝素增加了樣本體積，稀釋了其血漿部分，導致測量的電解質值偏低。此外，較大量的肝素與電解質結合，進一步低估了電解質的數值。[30] 他們建議在引入 POCT 設備之前，應制定標準化的採樣規程，對人員進行正式培訓，並形成校正方程，以彌補採樣誤差。[24] 他們還強調應使用乾燥平衡肝素注射器，而非傳統的液體肝素注射器，以進一步減少由於稀釋效應導致的誤差。[24] 臨床醫師經常根據電解質數值計算陰離子間隙（AG）和強離子差（SID，未測量陰離子的定量指標），這有助於他們勾畫酸鹼狀態並指導臨床決策。一項由 Morimatsu 等人[25] 進行的研究發現，由 POC 分析儀和中央實驗室自動生化分析儀獲得的電解質值（鈉和氯）之間的差異顯著影響了傳統 AG 和 SID 的數值，並引起明顯的變異。這些變異可能導致重大誤判和誤診，並影響臨床管理策略。目前，評估 POC 電解質分析儀效能的研究有限，確實需要更多前瞻性對照試驗來評估其在危重病患中的應用。[12]

在急診科、重症加護病房（ICU）和手術室（OR），早期測量離子鈣是制定高效且迅速管理危重患者的關鍵因素之一。[12] Zivin 等人[31] 表示，低鈣血症與較高的死亡率相關，並與疾病的嚴重程度成正比。早期研究顯示，0.70 mmol/L 是離子鈣的低限閾值。[32] 在急診科和 ICU 中，即時數據對於心搏停止患者尤為重要。這些患者的缺血和隨後的三磷酸腺苷（ATP）損失導致心肌細胞膜鈣梯度崩潰，細胞質內鈣濃度顯著升高，最終導致心肌功能的嚴重紊亂。[33,34] 在 ICU 環境中，離子鈣的快速測量對於敗血症、低鈣血症危象、高鉀血症性心律不整、難治性低血壓、心力衰竭、燒傷休克以及需要多次輸血的患者尤為重要。[31,33,35,36] 在手術室，對於接受心肺繞道術和肝臟移植手術的患者，需反覆且快速地測量離子鈣。[12] 離子鈣的 POCT 在上述 ICU 和急診科患者的危急管理中可能發揮關鍵作用，因為其具有快速的週轉時間（TAT）並減少了血液使用量，且有相當的證據支持其效果。[12] 然而，支持外科患者應用的證據仍然有限，尚需進一步的前瞻性研究。[12]

大量實驗、流行病學和臨床研究顯示，鎂在心血管病理生理學中扮演著關鍵角色。[37,38,39] 它是調節心臟傳導與收縮、血管張力、心律、輸出量和血壓的主要因素。鎂也是多種酶促反應的輔因子，涉及能量交換和消除氧自由基的過程。[38,40,41] 快速週轉時間（TAT）的 POCT 鎂測定對於指導早期鎂治療、處理心律不整、再灌注損傷或顯著炎症反應的患者，可能成為重症護理者的重要資產。[40,42] 此外，POCT 鎂測定在急診科中對於啟動多種急性臨床情況的早期鎂治療也有極大幫助，如難治性氣喘、子癲前症/子癇症、中風（CVA）、癲癇、急性冠心症（ACS）、利尿劑治療、不良藥物反應（如硝酸鹽、ACE 抑制劑）、以及凝血問題。[12,38,40,43] 然而，目前仍缺乏足夠證據證明 POCT 鎂測定能夠改善危重患者的臨床結果，因此需要進一步研究進行全面評估。[12]

在危重患者中，最常見的病理是嚴重敗血症，這是生理惡化的主要或次要原因。敗血症引發全身性炎症反應，導致一系列循環異常，包括周邊血管擴張、血管內容量減少、心肌抑制、新陳代謝增加（伴隨氧需求增加）和組織灌流下降，最終導致全身性組織缺氧、休克及多器官衰竭。[44,45] 由於細胞無氧呼吸，組織灌流下降時乳酸濃度會增加。[45] 因此，乳酸水平是疾病嚴重程度的指標，並在關鍵的「黃金時間」內進行惡化。[44,46] 在這段黃金時間內，根據乳酸水平進行的早期檢測和治療，可帶來更好的預後效果。[12,44] 其他可能引起高乳酸血症的情況包括低心輸出狀態、急性肝衰竭、未控制的糖尿病、晚期惡性腫瘤、後天免疫缺乏症候群（AIDS）、癲癇、中毒以及某些藥物治療。[46]

多項研究顯示，血清乳酸水平在預測死亡率及 ICU 或住院時間方面具有預後價值。Moore 等人[45] 發現，使用手持式便攜分析儀測得的嚴重敗血症患者入院時的乳酸水平能夠以 81% 的準確度預測死亡率。乳酸濃度 ≥4.0 mmol/L 的患者死亡風險是 <4.0 mmol/L 患者的七倍（敏感性 88.3%）。此外，入院時乳酸水平 <2.6 mmol/L 的患者無一在院內死亡（100% 的敏感標記）。[45] Soliman 和 Vincent[46] 發現，ICU 入院時存在高乳酸血症（血清乳酸濃度 ≥2 mEq/L）的患者具有更高的死亡率（23% vs. 9%）和器官功能障礙風險，導致 ICU 住院時間延長且序貫器官衰竭評估（SOFA）得分增加（≥5）。此外，非存活者的乳酸濃度在 24-48 小時內持續升高。[46] 最近，Brothwick 等人[47] 的一項系統回顧表明，全血、血漿或血清乳酸水平缺乏特定的預後價值。然而，如果治療目標是使乳酸水平正常化，ICU 中監測血清乳酸可能仍有一定作用。[47] Martin 等人[48] 在一項回顧性研究中發現，代謝性酸中毒患者的死亡率較高（11.4% vs. 7.3%），儘管 pH 和基礎過量值並未與之單獨相關。他們提出了「相對高乳酸血症」的概念，即乳酸水平升高但仍處於通常可接受範圍內的患者，其死亡率增加，並建議監測此代謝參數的變化可能是 ICU 患者的合理方法。[48] Rivers 等人[44] 選擇了更具決定性的復甦終點，確認了全身氧氣供應與需求之間的平衡，這些終點包括混合靜脈氧飽和度、pH、基礎缺損和動脈乳酸濃度。研究表明，早期目標導向治療顯著降低了急性生理學與慢性健康評估 II（APACHE II）得分、簡化急性生理學評分 II（SAPS II）、多器官功能障礙評分（MODS），且顯著降低了住院死亡率並縮短了住院時間。[44] Rossi 等人[49] 在接受先天性心臟手術的患者術後期間，使用結合了多次測量血清乳酸水平的 POCT 設備進行的目標導向治療，顯著降低了高風險患者的死亡率。Jansen 等人[50] 在 ICU 中接收高乳酸血症（≥3.0 mEq/L）患者後的前 8 小時內，使用了連續乳酸監測並以降低乳酸水平為目標進行復甦治療。觀察到乳酸組患者接受了更多的輸液和血管擴張劑治療，且在調整預定風險因素後，其住院死亡風險顯著降低，器官衰竭減少（SOFA 得分降低），並更快地脫離了機械通氣和正性肌力支持。[50] 基於這些最新證據，連續監測乳酸水平似乎是一種審慎的做法。

Boldt 等人[51] 表示，使用電池驅動的手持式乳酸分析儀（AccusportA）或台式血氣分析儀（Chiron 865 系列）測得的乳酸濃度與中央實驗室值一致性極佳。使用這些 POCT 設備，特別是在需要早期檢測和連續測量時，節省了大量時間（中央實驗室，45-168 分鐘 vs. POCT 系統，1-10 分鐘）。[51] 此外，這些 POCT 設備以更低的成本、更快的週轉時間和更少的潛在錯誤，促進了連續測量。[51]

POCT 設備準備取代中央實驗室設備了嗎？

了解血氣、電解質及乳酸在重症監護和急診科中的重要性後，我們需要進一步評估這些測量是否準確且可靠，以便實際應用。文獻已回顧，探討 POCT 設備是否能充分取代中央或衛星實驗室。

POCT 設備有台式、便攜式和手持式三種形式。市面上可用的 POCT 設備包括 IRMA 動脈血氣分析系統（DIAMETRICS, ChemoMedica-Austria, Vienna, Austria）、GEM Premier 3000/4000（Instrumentation Laboratory, Lexington, MA, USA）、i-STAT 床邊檢驗系統（Abbott point-of-care, East Windsor, NJ, USA）、Stat Profile Critical Care Xpress 分析儀（STP CCX, Nova Biomedical, Waltham, MA, USA）、Rapidpoint 405（RP405; Siemens Healthcare, Sudbury, UK）、ABL 700/725/825/90-FLEX（Radiometer Medical A/S, Bronshoj, Denmark）、Cobas b 123（Roche Diagnostics, Graz, Austria）、Nova Lactate plus（Nova Biomedical, Waltham, MA, USA）、Rapid lab 865（Siemens, Germany）。儘管這些設備具有便攜性和快速出結果的優勢，但其性能、維護、質量控制以及非實驗室人員（如護士和醫師）的操作便利性仍令人關切。

設備的分析性能通過測試結果的精密度和準確度來評估，並與參考或標準儀器進行比較。精密度（同次測試內及不同次測試間）與測試結果數據的變異係數（CV）成反比，而準確度則通過分析儀（POCT）和比較儀（中央實驗室）兩組數據的相關係數（r）來估算。[52] 已經進行了多項對比試驗，將 POCT 設備與中央實驗室設備進行頭對頭比較，以評估其在分析性能（血氣參數、電解質和乳酸）及可操作性（操作便利性、使用者介面、質量控制和維護等）方面的表現。

Beneteau-Burnat 和 Pernet 等人[52] 顯示，GEM Premier 4000 設備的 CV 低於精密度目標，且與中央實驗室設備（Radiometer 的 ABL 725 和 Roche Diagnostics 的 OMNI S）相比，具有較高的相關係數（r = 0.92）。此外，該儀器在技術和非技術人員中都易於接受，非技術人員僅需 30 分鐘的正式培訓即可掌握操作。[52] Karon 和 Scott 等人[53] 測量了危重成人及兒童患者的乳酸值，並將三種全血乳酸測量方法（Radiometer ABL 725、i-STAT 和 Nova Lactate Plus）與兩種基於血漿的中央實驗室方法（Roche Integra 和 Vitros）進行比較。結果顯示，兩種方法在臨床相關的乳酸範圍內有良好相關性，但在高乳酸值（>54.1 mg/dl, [6 mmol/L]）時，Radiometer 和 i-STAT 報告的乳酸水平較低，而 Nova 分析儀報告的乳酸水平較高。[53] Vanavanan 和 Chittamma[42] 評估了 Stat Profile Critical Care Xpress 分析儀（STP CCX）對多種分析物（pH、血氣、Hct、tHb、鈉、鉀、氯、葡萄糖、乳酸、BUN、離子鈣和離子鎂）的測量，發現其與實驗室值相比具有高度至極高的相關性（變異係數範圍為 0.1% 至 4.3%，回收率為 100% ±3%），儘管 pCO2、pO2 和 Cl− 值存在顯著的平均差異和較大偏倚。[42] 最近，Leino 和 Kurvinen[54] 將三個即時平台（i-STAT、Radiometer ABL 825、RapidLab 865）與兩個核心實驗室平台（Roche Modular P800 和 Sysmex XE-2100）進行比較，以評估電解質、葡萄糖、乳酸和血紅蛋白結果的互換性。鉀、乳酸、葡萄糖和血紅蛋白的測量值與實驗室高度相關（r 值 0.89-1.00），而 pH、pCO2、pO2 和鈣的測量值則顯示出在臨床相關範圍內可接受的偏差（r 值 0.96-1.00）。[54] 針對鈉值則發現顯著的平均差異和偏倚。[54] Koninck 和 Decker 等人[55] 對四種匣式 POCT 血氣分析儀（RP405、GEM 4000、ABL90 FLEX 和 Cobas b 123）進行了評估，結果顯示 RP405 和 ABL90 FLEX 無論在何種控制材料水平下（pH、離子鈣、鉀、乳酸、葡萄糖和 tHb），表現都良好，而 GEM Premier 4000 的精密度最差，然而所有儀器在使用者友好性方面均獲得肯定。[55]

上述研究明確指出，POCT 設備在大多數測試參數上可以提供與中央實驗室設備相當的結果，並符合分析質量規範。不同設備之間對特定分析物的結果可能存在偏差，但這些偏差通常發生在分析範圍的極端情況下，而這些情況未必總是具有臨床和生理意義。操作便利性和低維護需求，使 POCT 設備在某些方面優於中央實驗室檢測。

結論

在急診和重症照護環境中，特別是在床邊進行選定電解質、乳酸和血氣分析的檢測，能顯著提升臨床決策的效率並改善患者預後。急診和重症醫學醫師應與檢驗師緊密合作，共同評估如 POCT 這類新興技術的發展，以獲得快速的檢測結果並作出最終的臨床決策。這不僅能降低運營成本，還能提高工作效率，進一步改善臨床結果。然而，關於 POCT 技術相較於傳統實驗室檢測的成本與執行問題，檢驗師、臨床醫師和管理者之間仍存在爭議。根據現有文獻，我們推測血氣及選定電解質的 POCT 可能無法完全取代集中式實驗室檢測，但可能改變急診和重症醫學醫師的臨床實踐範式。我們認為，仍需進行更全面、有意義且嚴格的評估，以確定更具量化性、與檢測事件密切相關且具成本效益的結果。

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