Mare Nostrum

Capnography & ETCO₂ Monitoring (Waveform Phases, P(a-ET)CO₂ Gradient & Clinical Applications)

Properties2
tags
aliasesCapnography & ETCO₂ Monitoring (Waveform Phases, P(a-ET)CO₂ Gradient & Clinical Applications)

6 min read

Capnography & ETCO₂ Monitoring (Waveform Phases, P(a-ET)CO₂ Gradient & Clinical Applications)

Digest จาก staff lecture Respiratory Monitoring in Mechanically Ventilated Patients (นพ. จิตนงค์ สูตเล็ก, รพ. พระปกเกล้า) 19 ส.ค. 2026 ตัวเลขที่ใช้ตัดสิน verify ซ้ำแล้ว

1. 🧬 Physiology — ทำไม ETCO₂ จึงต่ำกว่า PaCO₂ เสมอ

Capnography วัด partial pressure ของ CO₂ ในลมหายใจออกด้วย infrared spectrometry แล้วพล็อตเทียบกับเวลา เครื่องจึงอ่าน metabolism, perfusion และ ventilation พร้อมกันในจอเดียว

สมการตั้งต้นคือ alveolar ventilation equation กลไกคือ PaCO₂ ≅ CO₂ production ÷ [(V_T − V_D) × RR] → เมื่อ dead space เพิ่ม alveolar ventilation ที่มีประสิทธิภาพลด → CO₂ คั่ง

Bohr equation ออกมาจากข้อเท็จจริงข้อเดียว คือ CO₂ ที่วัดได้ในลมหายใจออกต้องมาจาก alveoli ที่ทั้ง ventilated และ perfused เท่านั้น จัดสมการแล้วได้

กลไกคือ V_D/V_T = (PaCO₂ − ETCO₂) ÷ PaCO₂ → ค่าปกติ <0.3

ค่าปกติที่ต้องจำ

  • ETCO₂ ปกติ 35-43 mmHg คู่กับ PaCO₂ 38-45 mmHg
  • P(a-ET)CO₂ gradient ปกติ 2-5 mmHg หรือ ETCO₂ ต่ำกว่า PaCO₂ 3-5 mmHg
  • anatomical dead space ปกติ ≈ 150 mL หรือ 2.2 mL/kg

2. 📈 Capnogram — อ่านทีละ phase

Phaseสิ่งที่สะท้อนค่าผิดปกติและความหมาย
Iช่วงเริ่ม exhalation จาก anatomical dead space ที่ไม่มี CO₂มี CO₂ ใน phase นี้ → rebreathing หรือ sensor ต้อง recalibrate
IICO₂ จาก alveoli เริ่มขึ้นมาปนกับ dead space gas ขึ้นเร็วยืดออก → airway resistance เพิ่มหรือ V/Q mismatch
IIIAlveolar plateau CO₂ กระจายสม่ำเสมอจาก alveoli ถึงปาก จุดปลายคือ ETCO₂slope ชันขึ้น → V/Q heterogeneity · plateau หาย → leak หรือ cuff รั่ว
IV (phase 0)Inspiration ลมที่ไม่มี CO₂ เข้ามา CO₂ ตกลงสู่ศูนย์เร็วbaseline ไม่กลับลงศูนย์ → CO₂ rebreathing

Alpha angle คือมุมระหว่าง phase II กับ III กว้างขึ้นเมื่อ expiratory phase ยืด เช่น bronchospasm หรือ partial airway obstruction

Beta angle คือมุมระหว่าง phase III กับ phase 0 กว้างขึ้นเมื่อมี partial rebreathing ของ exhaled CO₂

3. 🗂️ Abnormal capnogram — รูปที่ต้องอ่านออกข้างเตียง

รูปสิ่งที่ต้องทำ
ไม่มี waveform เลยEsophageal intubation · ventilator disconnection · ETT อุดหรือผู้ป่วยกัดท่อ · ETT perforation · cardiac arrest → ต้องแยกตั้งแต่ต้นด้วยการดูหน้าอกและคลำชีพจร
Waveform สั้นลงเรื่อย ๆ แล้วหายEsophageal capnogram จาก CO₂ ที่ค้างในกระเพาะหมดไป
Shark fin (phase II ลาดขึ้น alpha angle กว้าง)Peripheral airway obstruction จาก time constant ที่ต่างกันระหว่าง lung region → asthma หรือ COPD exacerbation
Curare cleft (รอยบุ๋มกลาง plateau)ผู้ป่วยมี effort ขณะ controlled ventilation ความลึกของรอยสัมพันธ์กลับกับระดับ muscle relaxant เจอร่วมกับ missed triggering
Baseline ค่อย ๆ สูงขึ้นทุก breathCO₂ rebreathing จาก faulty expiratory valve, CO₂ absorber เสีย หรือ mechanical dead space มากเกิน
Melting away ของ plateauLeak หรือ cuff รั่ว · pneumothorax
Pigtail (peak ก่อน inspiration)Sudden airway closure ใน poor lung compliance, ตั้งครรภ์ หรือ obesity
Cardiac oscillationการสั่นของหัวใจส่งต่อมาที่ airway มักเห็นเมื่อ RR ต่ำและ expiratory time ยาว
Reversal of alveolar slopeEmphysema ที่ gas exchange surface เสียมากจน arterial CO₂ อยู่ที่ early peak เอา end-tidal มาแทนจะผิด

4. 📉 P(a-ET)CO₂ gradient — ตัวบอก dead space ที่ใช้งานจริง

กลไกคือ alveolar perfusion ลดเฉียบพลัน → alveolar dead space เพิ่ม → CO₂ ที่หายใจออกถูกเจือจางด้วยลมที่ไม่มี CO₂ → ETCO₂ ตก ขณะที่ PaCO₂ คงเดิมหรือสูงขึ้น → gradient กว้าง

Gradientสาเหตุ
กว้างขึ้นอายุมาก · emphysema · low cardiac output · hypovolemia · pulmonary embolism · PEEP สูง
แคบลงตั้งครรภ์ · เด็กเล็ก · tidal volume สูงคู่กับ RR ต่ำ

จุดที่กลับมาตัดสินคือ intrapulmonary shunt (ventilation หาย perfusion อยู่) ก็ทำให้ ETCO₂ ตกและ gradient กว้างเหมือนกัน แต่ขนาดของ gradient ต่างกันมาก ในตัวอย่าง dead space unit จะได้ gradient ราว 22 mmHg ขณะที่ shunt unit ได้เพียง 6 mmHg

5. 💊 Clinical applications

Airway management

  • ยืนยัน endotracheal intubation เป็น gold standard ข้างเตียง เห็น waveform สม่ำเสมอ 6 breath
  • RMB intubation เห็น waveform เตี้ยลงแต่ยังมี plateau ส่วน one lung intubation ที่ไม่ block สมบูรณ์จะเห็น double-peak จาก time constant ที่ต่างกันของสองปอด

CPR

  • ขณะ CPR คุม ETCO₂ >10 mmHg เป็นตัวชี้คุณภาพ chest compression
  • ETCO₂ เพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันจน >40 mmHg บ่งบอก ROSC ก่อนที่จะคลำ pulse ได้
  • ในผู้ป่วยที่ intubate แล้ว ETCO₂ ที่ทำไม่ถึง 10 mmHg หลัง CPR 20 นาที ใช้เป็นหนึ่งองค์ประกอบของ multimodal approach เพื่อตัดสินหยุด resuscitation ห้ามใช้ตัวเดียว

Pulmonary embolism

capnography ใน meta-analysis ให้ sensitivity 0.80 specificity 0.49 AUC 0.84 เมื่อรวมกับ Wells score <4 และ ETCO₂ >36 mmHg จะได้ NPV 0.976 จึงใช้เป็น rule-out ได้ดีกว่า rule-in

Cardiac output และ fluid responsiveness

จาก Fick principle เมื่อ ventilation และ VCO₂ คงที่ ETCO₂ จะเคลื่อนตาม pulmonary blood flow จึงใช้ติดตาม cardiac output ใน dynamic state ได้

  • ETCO₂ เพิ่ม ≥5% ขณะทำ passive leg raising ทำนาย fluid responsiveness ได้ · meta-analysis 6 studies n = 298 ให้ pooled sensitivity 0.79 (95% CI 0.72-0.85) specificity 0.90 (95% CI 0.77-0.96) AUROC 0.81
  • เงื่อนไขที่ทำให้ตีความนี้ได้คือ ventilator setting และ metabolic rate ต้องคงที่ ห้ามอ่าน ETCO₂ เป็น cardiac output ขณะที่กำลังปรับ RR หรือผู้ป่วยมีไข้

ดู [Fluid Responsiveness (Preload Responsiveness Assessment)](Fluid%20Responsiveness%20(Preload%20Responsiveness%20Asses%20388224abad8181ac812ae3bff09e3cd1.md) สำหรับการเทียบกับ dynamic index ตัวอื่น

ภาวะที่เปลี่ยน ETCO₂

กลุ่มETCO₂ ต่ำลงETCO₂ สูงขึ้น
MetabolicHypothermia · metabolic acidosisMalignant hyperthermia · neuroleptic malignant syndrome · thyroid storm · ฟื้นจาก anesthesia
RespiratoryPulmonary edema · intrapulmonary shunt · hyperventilationHypoventilation · severe COPD · severe asthma
CirculatoryAnesthesia induction · PE · hypovolemic หรือ hemorrhagic shock · cardiogenic shock · intracardiac shuntปล่อย tourniquet · laparoscopy ที่ insufflate CO₂ · การรักษา acidosis
Technicalท่อหลุด · ท่อหักงอCO₂ absorber เสีย · monitor ปนเปื้อน

🚨 STRICT AVOIDANCE / RED FLAGS

  • ห้ามใช้ ETCO₂ แทน PaCO₂ ในการตัดสิน ventilator setting ของผู้ป่วยวิกฤต เพราะ correlation ของการเปลี่ยนแปลงอยู่เพียงระดับปานกลาง (r = 0.67) และเคลื่อนสวนทางกันได้เมื่อ dead space เปลี่ยน
  • ห้ามอ่าน flat capnogram ว่า esophageal intubation โดยไม่ตรวจสาเหตุอื่น เพราะ cardiac arrest, ventilator disconnection และ ETT อุดสนิทก็ให้รูปเหมือนกัน
  • ห้ามใช้ ETCO₂ เป็นเกณฑ์เดี่ยวตัดสินหยุด CPR ตาม 2015 AHA guideline ต้องใช้ร่วมกับข้อมูลอื่นเท่านั้น
  • ห้ามเอา end-tidal value มาคิดเป็น arterial CO₂ ใน emphysema ที่ alveolar slope กลับทิศ ค่าที่ใกล้ arterial CO₂ มากกว่าคือ early peak

6. 📚 Landmark Trials & Literature

  • Siobal 2016 (CHEST 2016;149:576-585) — review หลักเรื่อง monitoring exhaled CO₂ ใน ICU

    รายงานว่าการเปลี่ยนแปลงของ ETCO₂ สัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของ PaCO₂ เพียงระดับปานกลาง (r = 0.67) และ trend ตามเวลาก็ correlate ไม่ดี เป็นที่มาของคำเตือนว่า capnography ใช้เป็น trend monitor ได้ แต่ทดแทน ABG ไม่ได้

  • Monnet 2013 (Intensive Care Med 2013;39:93-100) — n = 65 เทียบ ETCO₂ กับ arterial pressure ในการทำนาย volume responsiveness

    PLR ที่ทำให้ ETCO₂ เพิ่ม ≥5% ทำนาย cardiac index เพิ่ม ≥15% ด้วย sensitivity 71% (95% CI 48-89%) เหนือกว่าการใช้ pulse pressure ชัดเจน

  • Meta-analysis เรื่อง ΔEtCO₂ กับ PLR (Crit Care 2022) — 6 studies n = 298

    pooled sensitivity 0.79 specificity 0.90 DOR 35 (95% CI 12-107) AUROC 0.81 · cutoff ส่วนใหญ่ใช้ 5% · สรุปคือ specificity สูง sensitivity กลาง จึงเหมาะกับ rule-in มากกว่า rule-out

🎯 High-Yield Recall

  • ETCO₂ ปกติ 35-43 mmHg ต่ำกว่า PaCO₂ 3-5 mmHg · P(a-ET)CO₂ ปกติ 2-5 mmHg · V_D/V_T ปกติ <0.3

  • Phase III slope ชัน หรือ alpha angle กว้าง → airway obstruction · beta angle กว้าง → rebreathing

  • Shark fin = obstruction · curare cleft = มี effort ขณะ controlled ventilation · baseline สูงขึ้น = rebreathing · melting plateau = leak

  • gradient กว้าง → dead space เพิ่ม (PE, low CO, hypovolemia, PEEP สูง, emphysema)

  • CPR — คุม ETCO₂ >10 mmHg · กระโดดเกิน 40 mmHg บ่งบอก ROSC · ทำไม่ถึง 10 mmHg ที่ 20 นาที เป็นหนึ่งองค์ประกอบของการตัดสินหยุด

  • PE — Wells <4 คู่ ETCO₂ >36 mmHg ให้ NPV 0.976

  • PLR ที่ทำให้ ETCO₂ เพิ่ม ≥5% ทำนาย fluid responsiveness (pooled specificity 0.90 sensitivity 0.79)

  • 🔍 Verification status

    ✅ Searched & verified (19 ส.ค. 2026)

    • Monnet 2013 ค่า cutoff ΔEtCO₂ ≥5% กับ sensitivity 71% (95% CI 48-89%) n = 65
    • meta-analysis Crit Care 2022 (6 studies n = 298) pooled sensitivity 0.79 (0.72-0.85) specificity 0.90 (0.77-0.96) DOR 35 AUROC 0.81 และข้อที่ว่า cutoff ส่วนใหญ่ใช้ 5%

    ⚠️ From source, not re-verified

    • ค่า ETCO₂ ปกติ 35-43 mmHg · P(a-ET)CO₂ 2-5 mmHg · V_D/V_T <0.3 · dead space 150 mL หรือ 2.2 mL/kg ยกจาก slide อ้าง CHEST 2016;149:576-585
    • ค่า correlation r = 0.67 ระหว่างการเปลี่ยนแปลง ETCO₂ กับ PaCO₂ ยังไม่ได้ดึง primary paper
    • capnography สำหรับ PE (sensitivity 0.80 specificity 0.49 AUC 0.84 และ NPV 0.976 เมื่อรวมกับ Wells <4) ยกจาก slide ต้องหา meta-analysis ต้นทางก่อนนำไปตัดสินทางคลินิก
    • ตาราง cardiac output เทียบ ETCO₂ (CO 2 → ETCO₂ 20, CO 5 → ETCO₂ 36) และข้อที่ว่า PETCO₂ >30 mmHg correlate กับ CO >4 L/min ยกจาก slide เป็นค่าเชิงแนวคิด ยังไม่ได้ verify
    • ตัวเลข gradient 22 mmHg ใน dead space unit เทียบ 6 mmHg ใน shunt unit มาจาก conceptual figure ใน slide ไม่ใช่ค่าจากผู้ป่วยจริง

    🔴 Flagged uncertain

    • สถานะคำแนะนำ ETCO₂ ใน CPR อ้างจาก slide เป็น 2015 AHA guideline ต้องตรวจกับ ACLS focused update ฉบับล่าสุดก่อนนำไปสอน
    • ค่า threshold ETCO₂ 40 mmHg สำหรับ ROSC ยังไม่ได้ตรวจว่ามี primary evidence หรือเป็นเพียง pattern recognition จาก trend graph

Graph View

Backlinks