摘要

背景：氧储备指数（oxygen reserve index，ORi）是一项新型参数，可无创测量轻度增高的氧水平，反映了一定高氧范围（PaO₂在100–200 mmHg）中的氧合。本研究旨在评估全身麻醉预给氧期间ORi的升高程度是否与术后肺部并发症（postoperative pulmonary complications，PPCs）的发生相关。

方法：本研究于2022年9月至2023年3月在单中心三级医疗中心纳入154例接受术前肺功能检查并计划行全身麻醉下择期手术的患者，旨在探讨全身麻醉前预给氧期间ORi 的升高是否与PPCs存在关联。

结果：76例（49%）患者术后30天内发生了术后肺部并发症（PPCs）。多变量逻辑回归分析显示，3分钟预给氧期间的ORi与PPCs显著相关（优势比 [OR]：0.02，95% 置信区间 [95% CI][0.00-0.16]，P<0.001）。3分钟预给氧期间的 ORi 预测 PPCs 的受试者工作特征曲线下面积（AUC [95% CI]）为 0.64（0.55-0.73）。亚组分析后，多变量逻辑回归显示，在接受胸外科手术的患者中，3分钟预给氧期间ORi与PPCs显著相关（OR：0.01，95% CI [0.00-0.01]，P=0.006）。胸外科手术患者中，3 分钟预给氧期间的 ORi 预测 PPCs 的 AUC 为 0.72（0.57-0.86）。

结论：全身麻醉3分钟预给氧后测量的低ORi状态与PPCs风险增加相关，该结果也适用于接受胸外科手术的患者。本研究证实，给氧后测量的ORi有可能作为评估肺功能的工具，补充传统肺功能检查和评分系统。

关键词：血气分析；单肺通气；氧气；围手术期医学；术后并发症；肺弥散功能；肺通气；呼吸功能检查；呼吸系统；胸外科手术

引言

术后肺部并发症（PPCs）的风险可通过术前肺功能检查和风险评分系统进行评估和预测，后者如加泰罗尼亚外科患者呼吸风险评估（ARISCAT）评分。氧储备指数（ORi）是一种无创测量指标，数值范围是0～1，反映了外周血氧饱和度（SpO₂）≥100% 区域（轻度高氧）的氧分布状态。ORi反映的PaO₂范围是100~200 mmHg（增加注释：该技术最早于2014年美国麻醉医师协会年会报道，由美国Masimo公司研发。通过多波长脉搏血氧仪分析SaO₂达到100%后混合静脉氧饱和度（venous oxygen saturation，SvO₂）的信号变化得到ORI数值。PaO₂在100 mmHg左右时ORI数值为0，随着氧气的持续吸入，SaO₂上升至100%，PaO₂逐渐增高，SvO₂也会随之增高直至平稳（80%），此时的PaO₂达到200 mmHg左右而ORI数值为1。因此ORI数值可以敏感地反映PaO₂在100~200 mmHg的变化）。尽管ORi 主要用于术中氧合监测，但其应用正扩展至其他领域，包括镇静和单肺通气（OLV）。然而，迄今为止，很少有研究关注 ORi 作为评估肺功能工具的应用。

我们假设，给氧后ORi的升高程度可反映肺的氧合能力，从而预测 PPCs 的发生。因此，本研究旨在探讨全身麻醉诱导前预给氧阶段 ORi 的升高是否与 PPCs 的发生相关。

材料与方法

所有研究受试者均签署书面知情同意书，本研究方案获得庆熙大学医院机构审查委员会（KHUH 2022-05-032）伦理批准，批准时间为2022年6 月7日。这项前瞻性观察性研究于2022年9月至2023年3月在单中心三级医疗中心的手术室进行。收集患者人口统计学特征和 PPCs发生的数据。本试验遵循2013 年《赫尔辛基宣言》，并在临床研究信息服务中心注册（编号：KCT0007700；注册日期：2022 年 9 月 16 日）。研究方案可从临床研究信息服务中心获取。本研究符合《加强流行病学观察性研究报告（STROBE）》清单。

研究受试者

纳入标准：年龄18-99 岁，计划在全身麻醉下行择期手术并接受术前肺功能检查（包括肺一氧化碳弥散量[DLCO] 测量）的成人患者。排除标准：孕妇或严重肥胖（体重指数 > 35 kg/m²）的患者（因其呼吸生理差异及术后并发症发生率高于其他参与者）；气管切开患者（因其呼吸驱动和气道解剖差异）；因ORi 依赖外周血的测量，因此血液循环障碍或外周血异常的患者也排除在外。

手术与麻醉流程

进入手术室后，将Masimo Radical 7 脉搏血氧仪探头（Masimo Radical 7；Masimo 公司）连接至患者第四指，以测量 ORi。记录所有患者的初始心率、血压（BP）、SpO₂和 ORi。测量初始 ORi 值后，使用100%氧气以10 L/min 的流量进行3分钟潮气量呼吸预给氧，每隔1分钟记录ORi。3分钟预给氧的ORi 作为本研究的主要观察变量。预给氧后，按标准操作指南进行麻醉诱导、维持和苏醒。麻醉诱导期间，静脉注射1-2 mg/kg丙泊酚、0.6-0.8 mg/kg罗库溴铵和 0.5-1 μg/kg瑞芬太尼，随后进行气管插管。麻醉维持期间，静脉输注3-12 mg/h/kg丙泊酚和0.05-0.2 μg/min/kg瑞芬太尼，目标脑电双频指数为30-60。术后给予  2-4 mg/kg 舒更葡糖钠，确认自主呼吸良好后拔除气管导管。术中机械通气设置为容量控制模式，双肺通气时吸入氧分数（FiO₂）为 0.5，潮气量为6-8 ml/理想体重，呼吸频率10-16次/分，呼气末正压维持在5 mmHg。单肺通气时，设置容量控制模式，FiO₂为 0.8，潮气量5-6 ml/理想体重，呼吸频率18-20次/分，呼气末正压维持在5 mmHg。单肺通气仅在胸外科手术期间需要时对特定参与者实施，并非所有参与者均进行。如需动脉血压监测，根据患者情况或手术类型进行动脉置管。动脉置管后每小时评估动脉血气分析和 ORi 测量值。

结局指标

主要结局为术后30天复合PPCs的发生。复合PPCs定义为至少发生一种肺部并发症，符合欧洲联合工作组发布的围手术期临床结局指南。 PPCs包括呼吸道感染、呼吸衰竭、胸腔积液、肺不张、气胸、支气管痉挛和吸入性肺炎。术后30天通过住院和门诊病历回顾评估术后结局，同时评估ORi与传统肺功能检查参数的相关性。术前肺功能检查包括第1秒用力呼气量（FEV1）、用力肺活量（FVC）和 DLCO。基于这些结果，定义阻塞性肺疾病（预测FEV1/FVC<70%）、限制性肺疾病（预测FVC<80%）和弥散功能降低（预测 DLCO<80%）。为抵消手术类型的异质性，对接受胸外科手术的患者进行亚组分析。

统计分析

采用相同流程对28 例患者进行预试验以确定所需样本量。所有28例患者均在3分钟预给氧后测定ORi，其中20例未发生 PPCs（无 PPC组），8 例发生PPCs（PPC 组）。无 PPC组和PPC组的3分钟ORi 平均值 ± 标准差分别为0.69±0.25和0.54±0.28。使用G-power 分析（杜塞尔多夫大学）计算所需参与者数量为138 例，α 错误0.05，检验效能0.95，效应量0.566（t 检验；均数：两独立均数之差 [两组]）。考虑 10% 的脱落率，目标参与者数量计算为154例。

本研究基于以下假设：预给氧阶段较低的ORi 会影响 PPCs 的发生（H0：PPC组预给氧ORi =无PPC组预给氧ORi；H1：PPC组预给氧ORi <无PPC组预给氧ORi）。为比较无PPC组和PPC组的人口统计学差异，对分类变量进行卡方检验，对连续变量进行正态性检验，随后进行 Wilcoxon 秩和检验作为非参数分析。使用逻辑回归分析确定影响PPCs发生的因素。对患者特征中存在显著差异且先前描述为临床相关的变量进行单变量逻辑回归分析。进行多变量逻辑回归分析以确认预给氧ORi在调整协变量后是否仍有效。单变量逻辑回归分析中 P<0.2的所有变量和先前描述的临床相关因素均纳入多变量逻辑回归分析。协变量调整为性别、美国麻醉医师协会身体状况分级、手术科室和 ARISCAT 分级。通过广义方差膨胀因子（GVIF）评估变量间的多重共线性，GVIF<2 表示无多重共线性。进行受试者工作特征（ROC）曲线分析，使用最大约登指数（敏感性 [%]+ 特异性 [%]-100）确定ORi与PPCs发生关联的临界值。

基于本研究获得的数据进行事后检验效能分析（z 检验和逻辑回归）。对接受胸外科手术的患者进行亚组分析。所有统计分析均使用 SPSS 软件进行。P 值 < 0.05 认为具有统计学意义。

结果

患者特征

我们筛查了211 例患者，排除 57 例，纳入 154 例（图1）。纳入患者中，78例未发生PPCs（无PPC 组），76例发生PPCs（PPC组）（表1）。两组在人口统计学数据或术前肺功能检查结果方面无显著差异（表1）。尽管预给氧1 分钟后的ORi 值在两组间无显著差异，但预给氧2分钟和3分钟的ORi 值在无 PPC 组显著高于 PPC 组（表1 和图 2）。PPC组的ARISCAT 评分显著更高（表1）。PPC 组的术后住院时间显著长于无 PPC 组（表1）。

结局指标

单变量逻辑回归分析显示，预给氧2分钟和3分钟的ORi、胸外科手术和 ARISCAT 分级（中危或高危）均与 PPCs 发生显著相关（表2），而多变量逻辑回归分析显示，预给氧3 分钟的 ORi、胸外科手术 ARISCA 分级（中危或高危）与PPCs发生独立相关（表2）。根据估计的GVIF（<2.0），多重共线性对结果的影响最小（表2）。考虑到其临床实用性，使用相同变量进行多变量逻辑回归分析，评估ORi 每增加 0.1 的效应，优势比（OR）计算为 0.69（95% CI [0.56-0.83]，P<0.001）。

在PPCs发生的ROC 曲线分析后，预给氧2分钟和3分钟的ORi及 ARISCAT 评分的曲线下面积（AUC）分别为 0.62、0.64 和 0.71（图 3A）。本研究中，PPCs 的发生与传统肺功能检查参数（如 FEV1、FVC 和 DLCO）无关（图3B）。

130例患者的442对数据中，术中PaO₂与ORi的相关系数为 r=0.70（P<0.001）。预给氧3 分钟的 ORi 与传统肺功能检查参数之间无显著相关性，术前血红蛋白水平与预给氧 3分钟的ORi 之间也无显著相关性。

亚组分析

对接受胸外科手术的患者进行亚组分析。预给氧1分钟的 ORi 在两组间无显著差异（无PPC组：0.52 [0.00-0.67]；PPC 组：0.40 [0.13-0.51]，P=0.260），而预给氧2分钟的 ORi（无 PPC 组：0.68 [0.62-0.86]；PPC 组：0.61 [0.50-0.73]，P=0.049，图 4A）和 预给氧3分钟的 ORi（无 PPC 组：0.86 [0.68-1.00]；PPC 组：0.63 [0.53-0.76]，P=0.006，图 4B）在无 PPC 组显著更高。基于PPCs 发生的单变量逻辑回归分析显示，预给氧3分钟的ORi、体重指数和 ARISCAT 分级（中危）与 PPCs 发生显著相关（表3）。多变量逻辑回归分析显示，预给氧 3 分钟的ORi 独立与PPCs发生相关（表3）。

ROC曲线分析显示，预给氧2分钟和3分钟的ORi及ARISCAT评分的AUC 分别为0.65、0.72 和0.56（图 4C）。单肺通气期间，68例患者的93对数据中 PaO₂与ORi 的相关系数为 r=0.87（P<0.001）（图4D）。

事后检验效能分析

基于本研究获得的数据，进行事后检验效能分析以确定预给氧3分钟的ORi  PPCs 发生的影响。基于无PPC组78例和PPC组76 例，3分钟预给氧ORi 的效应量为0.48，α 错误 0.05，计算得本研究的检验效能为0.90。

讨论

在本研究中，我们发现全身麻醉前预给氧3分钟后低ORi与PPCs 发生显著相关。预给氧后ORi的升高可推测反映肺的气体交换能力，而 ORi 未显著升高可能提示PPCs风险增高。此外，预给氧阶段低ORi与PPCs的相关性比传统肺功能检查更强。该一致结果在接受胸外科手术患者的亚组分析中也得到观察。这些发现表明，ORi 可能作为预测 PPCs 的有效工具，即使在接受胸外科手术的患者中也是如此。

对接受胸外科手术患者的亚组分析显示，ARISCAT 评分与 PPCs 发生无关。先前研究已强调 ARISCAT 评分在肺切除患者中的局限性。在ARISCAT评分系统中，胸腔内手术和术前SpO₂≤90%被赋予最高分值24分。因此，接受胸外科手术的患者因手术切口部位至少得 24 分。在 ROC 曲线分析中，所有患者的临界值为 26 分，胸外科手术患者为 40 分。因此，当应用于胸外科手术患者时，ARISCAT 评分在患者间的区分能力较弱，导致检测到PPCs发生的AUC 较低。在胸外科手术患者中，预给氧阶段低ORi而非ARISCAT评分可能与PPCs发生相关。此外，ARISCAT 评分需要评估手术持续时间，且仅能在术后计算准确评分。然而，ORi 可在术前测量，且预给氧ORi与手术类型或持续时间无关。因此，测量预给氧ORi 可能有助于术后患者管理，如呼吸机使用或重症监护病房收治。

尽管传统肺功能检查与PPCs 发生无关，但预给氧阶段低ORi与PPCs发生显著相关。ORi 与SpO₂的应用方法类似，通过患者手指监测氧合程度。然而，SpO₂仅反映PaO₂约 <100 mmHg 的范围，而OR可量化PaO₂ 100-200 mmHg的范围内的轻度高氧状态。给氧后升高的ORi可能受肺功能评估的三个类别影响：呼吸力学、肺实质功能和心肺相互作用。因此，给氧后测量的ORi 可能代表整体肺功能。

先前几项研究报告PPCs发生率为5%-40%。本研究中PPCs发生率相对较高，为49%（76/154）。这可能归因于纳入了接受胸外科（68/154 [44%]）或上腹部手术（16/154 [10%]）的患者（表 1），这两类手术均与较高的PPCs发生率相关。此外，为探讨预给氧ORi与传统肺功能检查参数的相关性，本研究在接受传统术前肺功能检查的患者中进行。这些检查由外科医生或呼吸内科医生根据患者年龄、手术类型和病史酌情实施。由于并非所有手术患者均常规进行肺功能检查，研究队列可能更易发生PPCs。所有参与者的 ARISCAT 评分中位数为27 分，对应 ARISCAT 分级的中危类别，高危类别占队列的20%，这也解释了本研究中观察到的高PPCs发生率的原因。

预给氧通常采用3分钟潮气量呼吸、8次深呼吸或直至呼气末氧浓度达到平台。本研究中，预给氧阶段3分钟潮气量呼吸期间观察到ORi升高。大多数患者的ORi 值在预给氧 2-3 分钟之间达到平台期。此外，与2分钟预给氧 ORi 相比，达到平台后测量的3 分钟预给氧 ORi 与 PPCs 发生的相关性更强。因此，确认预给氧阶段ORi平台对于评估最大氧合状态至关重要。

先前研究已探讨ORi与PaO₂的相关性，如Applegate等报告在PaO₂<240 mmHg时ORi与PaO₂相关系数为0.732，并指出 PaO₂>240 mmHg时相关性不显著。类似地，Fadel等报告PaO₂100-200 mmHg时相关系数为0.8193。Koishi 等报告单肺通气期间ORi与PaO₂的相关系数为0.8191。ORi在 PaO₂ 100-200 mmHg 范围内特别敏感。双肺通气期间，PaO₂常超过200 mmHg。因此，本研究结果与先前发现一致，因为亚组分析中单肺通气（其特征为相对轻度高氧）期间 ORi 与 PaO₂的相关系数高于整体患者队列。此外，本研究中观察到的相关系数与先前研究报告相当。由于单肺通气期间PaO₂水平更接近ORi 最敏感的范围，相关系数更高，表明 ORi 在单肺通气期间的临床实践中可能特别有用。

本研究存在若干局限性。首先，由于时间和成本限制，未进行评估心肺相互作用的测试，如六分钟步行试验。因此，应进一步开展研究，比较六分钟步行试验和ORi与PPCs发生的关联。其次，本研究未纳入低风险患者组且手术类型异质；若研究使用单一手术类型或患者组，可能减少偏倚。然而，我们选择纳入所有接受术前肺功能检查的患者，以探讨ORi与PPCs 发生的关联及其在各种患者群体中的潜在普遍性。我们试图通过对接受胸外科手术的参与者进行亚组分析来克服这一局限性。因此，需要涉及更广泛患者的进一步研究。第三，我们无法对所有患者使用动脉血气分析比较ORi与PaO₂。然而，先前研究已显示ORi 与 PaO₂的相关性。考虑到该操作的风险和益处，由于其有创性质，未进行额外的动脉血气分析。当临床指示需要动脉血气分析时，测量PaO₂并分析其与 ORi 的相关性。第四，未评估PPCs的严重程度。由于ORi与PPCs 发生关联的研究仍不足，评估PPCs严重程度尚不成熟。通过评估复合PPCs 的发生，我们观察到较高的PPC发生率，但需要进一步研究关注ORi 对这些并发症严重程度的影响。最后，ORi 的正常范围未知；因此，若为不同临床场景建立类似 SpO₂的标准化 ORi范围，ORi可能更易在实践中应用。需要进一步研究确定健康个体中预给氧 ORi的正常范围。

总之，全身麻醉3分钟预给氧后测量的低ORi 与手术患者（包括接受胸外科手术的患者）的PPCs风险增加显著相关。本研究证实，给氧后测量的ORi有可能作为评估肺功能的有价值工具，补充传统肺功能检查和评分系统。为确认本研究结果，需要在各种手术程序中进行更大规模的多中心研究。

参考文献

Lee S, Hong H, Cho H, Lee SW, You AH, Kang HY, Park SW, Kim MK, Choi JH.

Korean J Anesthesiol. 2025 Jun;78(3):224-235. doi: 10.4097/kja.24420. Epub 2025 Feb 17. Association between preoperative oxygen reserve index and postoperative pulmonary complications: a prospective observational study.

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