血气监测与呼吸生理
呼吸的全过程包括以下三个环节：①外呼吸（肺呼吸），空气被吸入肺，肺泡内气与肺毛细血管血液进行气体交换，氧气进入血液循环，二氧化碳进入肺泡并随呼吸排出到体外；②氧气与二氧化碳经血液运输；③内呼吸（或组织呼吸），系指在血液与组织细胞间的气体交换，氧气从血液中进入组织细胞，而二氧化碳则进入血液。
（一）外呼吸与血气分析
1.肺通气功能与血气监测
肺通气是外呼吸的主要环节之一。VT代表潮气量，VD代表无效腔量，f代表呼吸频率，每min肺泡通气量VA＝（VT-VD）×f。根据公式：
VA＝(VCO2×100)/CO2%
可以看到，肺泡通气量与体内CO2生成量（VCO2）成正比，而与单位时间内呼出气CO2浓度成反比。由于PCO2等于CO2浓度乘以常数（K），即PCO2＝FCO2×K，因此，上式可改写成：
VA＝VCO2/PCO2×K
在一般情况下，肺泡气中CO2分压（PACO2）与动脉血中CO2分压（PaCO2）是相等的。因此，在VCO2不变或变化较小的情况下，PaCO2反映肺通气功能状态。此外，肺通气与肺泡气氧分压（PAO2）也有一定的关系。当通气不足时，PAO2随VA减少而下降，而随VA增加而增高；当过度通气时，尽管VA明显增加而PAO2并不能随之升高，其曲线相对平坦。故在麻醉和急救中要保证氧供，首先要保证通气量并在此基础上提高氧浓度。
2.肺换气功能与血气监测
肺换气功能是指肺泡膜两侧气体交换。在正常状态下，单位时间内气体弥散量（Vgas）取决于弥散面积（A）、肺泡膜厚度（T）以及气体在肺泡膜两侧的分压差。因各种气体理化性质和弥散力各有不同，CO2弥散力要比O2大20倍，即使肺泡气与静脉血CO2分压差仅6mmHg，CO2仍可充分地弥散到肺泡中，故通常情况下PaCO2等于PACO2。
肺换气功能障碍的主要原因包括肺泡膜病变或肺通气/血流比值失常，其结果造成PaO2明显下降。故低氧血症常是肺换气功能障碍的主要征象，此时肺泡-动脉血氧分压差（A-aDO2）和Qs/Qt比值均增大。A-aDO2是反映肺换气功能的重要指标，也是鉴别通气和换气功能衰竭的重要依据。肺泡气氧分压（PAO2）对人A-aDO2的影响是很明显的，A-aDO2随PAO2的上升而增加。除了给氧以外，过度通气对A-aDO2也有影响，因此，过度通气时A-aDO2可略有增加。Qs/Qt比值在排除异常动静脉交通、心脏水平右向左分流等情况下，是诊断换气功能衰竭的重要指标。在吸入氧浓度为100%的情况下，生理性分流及通气/血流失常对PaO2将不发生影响，此时Qs/Qt由异常分流所致。Qs/Qt可通过下式进行计算：(https://www.daowen.com)
Qs/Qt＝(A-aDO2)×0.00315/[(A-aDO2)×0.00315+(CaO2-CvO2)]
式中0.00315是氧在37℃时溶解系数。
（二）血气监测与气体运输
当氧气通过肺交换膜进入血液后，大部分与血红蛋白结合而运输。血红蛋白与氧气的结合称为氧合，与氧结合的血红蛋白称为氧合血红蛋白（HbO2）。氧气在血液中的总量C-O2＝（1.34×Hb×SaO2）+0.00315×PO2。由此可见血液中氧含量主要取决于血红蛋白的量（g/dL）和血氧饱和度（SaO2）。PO2×0.00315代表溶解在血浆中的氧量，其量甚微。虽然PaO2在氧供中所占比例很小，但在组织氧利用方面PaO2的做用很重要，因为氧气从毛细血管内向组织弥散的动力来自两部分氧气的分压差。此外，血红蛋白与氧结合的程度也与PaO2直接相关，氧离曲线可反映这种关系。
呼吸功能与循环功能是密切联系的。只有充分氧合而无良好的血流，氧供仍难以完成。氧供反映了循环系统运输功能，同时也受肺通气及肺换气功能的影响，CI、Hb、SaO2中任何一个因素发生变化均会影响氧供。空气中的氧输送到细胞内线粒体的全过程称为氧输送。氧输送包括外呼吸（肺通气和肺换气）、血液与氧的结合、循环系统输送及氧在组织的释放共四个阶段，其中任何一个阶段发生障碍，都会引起缺氧。氧供（DO2）取决于氧含量与心脏指数（CI），而CaO2的变化一般不会太大，因此CI是氧供的主要决定因素。
（三）血气监测与组织呼吸
pH降低、PCO2升高及体温度升高时，Hb与O2的亲和力下降，P50增大，氧离曲线右移，促进O2Hb解离向组织释放氧。大量输库血时，红细胞内2，3-二磷酸甘油酸（2，3-DPG）含量下降，氧解离曲线左移，P50减小，Hb与O2亲和力增加而不易解离，氧释放减少。
混合静脉血的氧分压（PvO2）、血氧饱和度（SvO2）以及动脉-混合静脉血氧分压差（Pa-vO2）可以从耗氧方面反映全身氧供与氧耗的平衡情况。Pa-vO2的大小可反映组织对氧的利用情况，如此值较小，反映组织摄氧能力障碍；相反，如此值增大，则说明组织摄氧能力增加。临床常计算PaO2与PvO2差值来早期发现组织缺氧：①两者同时降低，其差值不变，提示肺氧合功能障碍，导致降低PaO2；②PvO2明显降低，导致两者差值明显增高，提示心功能不全，循环灌注不良，因而组织由血流中摄取氧增加；③两者同时下降而差值明显增高（PvO2下降更明显），提示肺氧合功能减低的同时伴有循环功能不全；④PvO2明显增高，两者差值明显降低，应考虑组织细胞摄氧能力下降或不能利用氧，见于重症休克、氰化物中毒及细胞水肿等。
新一代光导纤维氧饱和度仪的问世，使混合静脉血氧饱和度（SvO2）技术成为麻醉和危重病医学常规监测技术。SvO2是反映氧供与氧耗之间平衡关系的指标，氧供减少或氧耗增加都将导致SvO2下降。麻醉手术中如无特殊情况，动脉血氧饱和度、血红蛋白量和全身氧耗相对恒定，此时SvO2变化主要反映心排出量的改变。机体缺氧时主要代偿机制有两方面，其一是增加CO，其二是从毛细血管中摄取更多的氧。连续监测SvO2的主要意义：①连续反映CO的变化；②反映全身氧供和氧耗之间的平衡；③确定输血指征SvO2＜50%。SvO2正常值为75%（65%～85%）。SvO2＞65%为氧储备适当，SvO250%～60%为氧储备有限，SvO235%～50%为氧储备不足。