PiCCO Plus原理.doc

1. 间断的容积和热稀释测量1.1. 心输出量的测量原理心输出量（CO）一般根据Stewart-Hamilton方法测量。进行热稀释测量时，要用尽可能快的速度在静脉内注射已知容积的冷溶液（温度至少应比血液温度低10C），被记录到的温度降低变化由冷指示剂流经的容积和流量决定。热稀释曲线作为结果被绘制出。PiCCO plus系统在动脉内（通常在股动脉内）检测冷指示剂。心输出量（CO）由下列热稀释公式计算得出：CO = (Tb Ti) Vi K / DTb dt(1)Tb：注射冷溶液前的血液温度Ti：注射溶液的温度Vi：注射容积DTb dt：热稀释曲线下面积K：校正常数，根据不同的个体重量、不同的血液和注射溶液温度得出1.2. 容积的测量原理特定的容积，可以通过心输出量与热稀释曲线上的特定时间变化相乘得出。PULSION公司的PiCCO plus系统通过热稀释曲线上的平均传输时间（MTt）和指数下降时间（DSt）进行计算。注射再循环ln c (I)e-1AtDStMTtAt= 出现时间MTt= 平均传输时间DSt= 指数下降时间图1：某种指示剂的稀释曲线图示及感兴趣的特定时间MTt容积CO和MTt的乘积所代表的容积，就是相应指示剂流经的容积，即注射点和测量点之间的全部容积。这个容积常常表示为“针到针容积”。DSt容积CO和DSt的乘积所代表的容积，就是指示剂进行稀释混合的一系列腔室中最大的腔室。RAEDV RVEDV PBV LAEDV LVEDVEVLW静脉注射EVLW动脉热稀释导管RAEDV：右心房舒张末期容积LAEDV：左心房舒张末期容积RVEDV：右心室舒张末期容积LVEDV：左心室舒张末期容积PBV：肺血容积EVLW：血管外肺水图2：指示剂在心肺系统的混合腔室图示1.3. 通过经肺热稀释法获得的参数下列PiCCO plus系统的测量参数，是在中心静脉注射的溶液经肺后被热稀释导管检测得到的。1,2不需要使用肺动脉导管。绝对值参数指数参数参数缩写单位缩写单位心输出量，经肺COal/minCIal/min/m2心功能指数CFIl/min胸腔内血容积ITBVmlITBIml/m2全心舒张末期容积GEDVmlGEDIml/m2血管外肺水EVLWmlELWIml/kg肺血管通透性指数PVPI无无全心射血分数GEF%无1.3.1. 经肺心输出量（CO）经肺热稀释心输出量（CO）是计算各种血液容积的基础参数。经肺热稀释曲线的长度是肺动脉热稀释曲线长度的四到五倍。与肺动脉热稀释相比，经肺热稀释测量方法因通气而产生的变异较小。因此，CO反映的是整个呼吸循环的平均值。6,8,9,11,14,151.3.2. 胸腔内血容积（ITBV）全心舒张末期容积（GEDV）使用指示剂稀释技术测量心肺，或更准确地说，胸腔内血容积的方法已经有三十年以上的历史了。单独使用热稀释方法获得ITBVPiCCO plus系统提供了一种通过全心舒张末期容积（GEDV）获得ITBV的方法，前者通过热稀释方法测量。无论是在实验室还是临床研究中，GEDV都与ITBV有良好的相关性，如图3所示。对GEDV（通过热稀释法获得）和ITBV（通过热稀释-染料-稀释法获得）进行回归分析，得到回归公式。采用这个公式可以推算出ITBV（不使用染料稀释法）3,4,5：ITBV = 1.25 GEDV(2)r = 0.96GEDV（ml）ITBV（ml）图3：重症监护病人全心舒张末期容积（GEDV）和胸腔内血容积（ITBV）的回归分析全心舒张末期容积（GEDV）全心舒张末期容积是指在舒张末期所有心房和心室容积之和。这样，GEDV就等于全心的前负荷。GEDV可以通过床旁热稀释法测量得到。GEDV = COa (MTtTDa DStTDa)(3)MTtTDa：从注射点到检测点冷指示剂的平均传输时间DStTDa：动脉热稀释曲线的指数下降时间GEDV的（病理）生理意义下图证明了GEDVI和每搏输出量指数（SVI）之间存在的Frank-Starling关系。在此实验中，十只猪的循环血容量被突然降低或升高。SVI/GEDVI之间呈现线性关系，而不是被大家所熟知的SVI和舒张末期压力之间的曲线关系。SVI/GEDVI回归线并未通过坐标原点。当SVI = 0时，GEDVI的数值等于心脏的基础前负荷，此容积并不参与Frank-Starling机制（这个死腔容积常被称为无应力容积）。猪的前负荷变化y = 0.119x - 22.0；R = 0.036；n = 107SVI TDart COLD（ml/m2）GEDVI COLD（ml/m2）图4：每搏输出量指数（SVI）和全心舒张末期容积指数（GEDVI）的回归分析心脏前负荷的指标通常是中心静脉压（CVP）和肺动脉阻塞压（PAOP）。然而，CVP和PAOP都会受到血管充盈情况、胸腔内压力、血管顺应性和心脏收缩力的影响。与压力不同，GEDV直接反映心脏前负荷容积。下列图示显示了上面提到的中心静脉压（CVP，图5）和肺毛细血管楔压（PCWP，图6）的有关实验情况。结果表明，与GEDV相比，CVP和PCWP不是心脏前负荷的有效指标。猪的前负荷变化y = 2.08x + 30.9；R = 0.461；n = 107CVP（mmHg）SVI TDart COLD（ml/m2）图5：猪的每搏输出量指数（SVI）和中心静脉压（CVP）回归分析猪的前负荷变化y = 1.89x + 22.9；R = 0.657；n = 101PCWP（mmHg）SVI TDart COLD（ml/m2）图6：猪的每搏输出量指数（SVI）和肺毛细血管楔压（PCWP）回归分析ITBV（病理）生理意义胸腔内血容积（ITBV）由全心舒张末期容积（GEDV，大约占ITBV的4/5）和肺内血容积（PBV）组成。胸腔内的容积分成三个部分：胸腔内血容积、胸腔内气体容积和血管外肺水。由于胸腔的扩展能力有限，因此这三个容积互相影响，并按比例变化。有可能成为第四个组成部分的，是会改变胸腔总容积的肿瘤或胸膜腔渗出。ITBV在调整血流动力学方面的作用大量的实验研究表明，与中心静脉压或肺动脉阻塞压相比，ITBV是心脏前负荷的敏感指标。此外，通过与右心室舒张末期容积的直接比较，ITBV也被证明是心脏前负荷的敏感指标16,19,22。Lichtwarck-Aschoff等人17证明了进行机械通气的重症监护病人，ITBV反映了循环血容积的情况。与此相对，临床常规使用的“心脏充盈压”数据（中心静脉压和肺动脉阻塞压）显示与血管容积没有相关性20,21。1.3.3. 血管外肺水（EVLW）血管外肺水与肺内血管外的热容积相关，可以通过平均传输时间的方法计算得到30：EVLW = ITTV - ITBV(4)通过推算的ITBV（ITBV*）得到推算的EVLW（EVLW*）通过动脉热稀释测量得到的肺内热容积（PTV）和胸腔内热容积（ITTV），以及这两个容积的差值，全心舒张末期容积（GEDV）。这样，就可以得到血管外肺水（EVLW）：EVLW* = ITTV - ITBV* = ITTV - 1.25 GEDV(5)EVLW的（病理）生理意义肺内所含的水份可因左心衰竭、肺炎、脓毒症、中毒、烧伤等原因而增加。EVLW的增加是因为液体向组织间隙渗出增加，后者可由血管内滤过压的升高（左心衰竭，容量过多）或肺血管血浆蛋白通透性增加引起，血浆蛋白产生的胶体渗透压会将水份拉向组织间隙（内毒素休克，肺炎，脓血症，醉酒，烧伤）。EVLW是床旁定量监测肺部状态和肺通透性损伤情况的唯一参数，特别是当肺水肿由肺血管通透性增加引起时。上述情况下得出的血气和肺功能指标没有器官特异性，因为它们不仅受肺部状态的影响，而且受到肺灌流和通气状况的影响。EVLW与氧合指标之间的相关性在r = 0.5左右25,39,40。肺部X线显示的是整个胸腔的密度，它不仅受血管外肺水的影响，而且受到空气和血液含量的影响。另外，肌肉和脂肪层也会对定量评价肺部X线显影造成影响26,27,28,29,31,32,39。肺顺应性是肺表面活性膜的参数，与肺水含量没有相关性40。根据EVLW选择特定的通气模式近期有关PULSION COLD系统的两个实验，研究了急性呼吸衰竭病人通气模式的选择。Zeravik等人42发现，当ARDS的病人肺水含量较高时，联合高频通气只提高氧合。另一个研究表明，对肺水正常或略有升高的急性呼吸衰竭病人而言，压力支持通气比控制通气的效果更好43。这些结果说明，通过对肺水的测量，医生可以清楚病人是从联合高频通气受益，还是从压力支持自主通气受益更多。这种认识无法通过传统的评估项目获得，如氧合指标、顺应性或其它参数。通过一些研究36,37,38Schuster及其同事观察了根据EVLW的值进行容量治疗对重症监护病人住院时间的影响。所有研究都表明，当医生根据血管外肺水的实际数值和趋势对病人进行治疗时，这种影响都是积极的。一项包含了100多位病人的前瞻性对照随机研究表明，通过监测和调整EVLW，病人机械通气的时间和住在ICU的时间都被缩短了37。根据EVLW对循环容量进行治疗可以减少肺水肿，缩短机械通气时间和重症监护的时间。ITBV和EVLW的关系过去几年内大量研究显示，根据容量测量治疗重症病人的血管内容积，比根据压力测量进行治疗有更多的优点16,17,18,19,20,21,22。EVLW的水平与病人能否出院有关40，任何降低EVLW的方法都很有可能缩短病人机械通气的时间和住在ICU的时间37，并且减少可能的并发症（肺炎、气胸等）。因静水压造成的EVLW增加部分，可以通过容量控制的方式来降低。下图显示当ITBV处于“正常范围”之下时，EVLW就无法再降低了。因此，代表心脏前负荷的ITBV，不能低于这个“正常范围”，以避免使心输出量进一步降低从而导致身体供氧不足。图7：综合使用EVLW和ITBV治疗病人1.3.4. 肺血管通透性指数（PVPI）PVPI显示了EVLW和PBV之间的关系，有助于区分静水压型和通透性这两类肺水肿（PE）。PVPI = EVLW / PBV(6)PVPI的（病理）生理意义在静水压型PE中，可以发现EVLW增加但PVPI正常；而在通透性PE中，EVLW和PVPI都增加。治疗静水压型PE可以采用PEEP、给予呋喃苯胺酸减少液体等方式，必要时可以给予正性肌力药物。1.3.5. 心功能指数（CFI）心功能指数（CFI）由心输出量和全心舒张末期容积相除得到：CFI = CI / GEDVI(7)CFI的（病理）生理意义CFI是一种反映心脏肌力情况的变量，与前负荷无关33,34。正性肌力刺激会使CI/GEDVI曲线变得更陡峭，收缩力降低则使代表心功能指数的曲线斜率变得平缓。（见图8）10.07.55.02.50 200 400 600 800 1000 1200GEDVI (ml/m2)CI (l/min/m2)图8：全心舒张末期容积指数（GEDVI）和心指数（CI）关系示意图1.3.6. 全心射血分数（GEF）全心射血分数（GEF）由4倍的每搏输出量与全心舒张末期容积（GEDV）相除得到：GEF = 4 SV / GEDV(8)GEDV代表心脏所有四个腔室舒张末期容量的总和，生理上并不存在这样的腔室。为计算GEF，必须使用四倍的每搏输出量。GEF的（病理）生理意义GEF反映心脏前负荷的射出比例。心肌扩张会降低GEF。因此，GEF可以用于检测心肌衰竭。2. 脉搏轮廓分析2.1. 测量原理在心脏收缩期，血液被射入主动脉。同时，血液从主动脉流入外周血管系统。然而，在射血期间，流入主动脉的血液总量比流入外周血管系统的血液总量多。因此，主动脉的容积增加。在随后的舒张期，大部分剩余的血液排入外周血管。这个过程与主动脉根据射出容积进行扩张和收缩的能力有关。这种容积的变化及随后产生的压力变化被称为主动脉的顺应性功能。图9：心脏周期的顺应性情况血液流出主动脉的速度与主动脉末端（如股动脉或其它大动脉）的测量压力之间的关系，由主动脉的顺应性功能决定。因此，顺应性功能可以通过同时测量血压和血流（心输出量）的方法来获得。经肺热稀释心输出量（CO）与同时测量的连续动脉压（AP），共同根据个体病人的主动脉顺应性功能对脉搏轮廓分析进行校正。主动脉个体顺应性 C(p)测量得到的血压 (P(t), MAP, CVP)通过热稀释方法得到COa图10：个体主动脉顺应性的测量PiCCO plus系统连续计算PCCO的公式，包含了一个由热稀释心输出量法得出的校正因子，以及心率（HR）、压力曲线收缩期的曲线下面积（P(t)/SVR）、主动脉顺应性（C(p)），和代表压力曲线型状的压力时间变化（dP/dt）。t sP mm Hg病人个体校正因子（根据热稀释法测量决定）心率压力曲线下面积顺应性曲线型状图11：脉搏轮廓心输出量（PCCO）的计算2.2. 脉搏轮廓分析的校正为了获得校正因子“cal”和病人个体的顺应性功能C(p)，需要利用热稀释法进行心输出量的测量。PiCCO plus系统利用经肺热稀释法测量得到的心输出量进行校正。经肺热稀释心输出量的测量，是在中心静脉注射至少比血液温度低10C以上的指示剂，而不使用肺动脉导管。热稀释曲线被动脉热稀释导管记录，这个导管也用于动脉压的监测。2.3. 通过脉搏轮廓分析获得的参数PULSION PiCCO plus系统通过分析动脉压力波型曲线得到下列参数。SVV显示的是过去30秒内的平均值，其它参数显示的是过去12秒内的平均值。绝对值参数指数参数参数缩写单位缩写单位脉搏轮廓心输出量PCCOl/minPCCIl/min/m2动脉收缩压APsysmm Hg动脉舒张压APdiamm Hg平均动脉压MAPmm Hg心率HR/min每搏输出量SVmlSVIml每搏输出量变异SVV%脉压变异PPV%全身血管阻力SVRdynscm-5SVRIdynscm-5m2左心室收缩力指数dP/dtmaxmmHg/s2.3.1. 脉搏轮廓心输出量（PCCO）获得校正因子“cal”和病人个体的顺应性功能C(p)后，就可以利用心率和压力曲线下面积来测量连续心输出量。机器屏幕上显示的PCCO是过去12秒内的平均值。最近的研究表明，连续脉搏轮廓心输出量是一种可靠的测量方法，是使用加热肺动脉导管（PAC）测量连续心输出量的良好替代。44,45,46,47,48,49,50,51,522.3.2. 动脉压（AP）动脉压是病人治疗最重要的参数之一。PULSION PiCCO plus系统通过一个带有测压腔的特殊动脉热稀释导管来连续测量动脉压。经肺热稀释测量和动脉压测量都通过同一根导管完成。动脉压通过压力换能器转换后显示在PULSION PiCCO plus机器的屏幕上。所显示的AP是过去12秒内的平均值。此外，压力信号也可以被传输到传统的床旁监护仪上（参见章节8.13）。2.3.3. 每搏输出量变异（SVV）每搏输出量变异代表每搏输出量的变化情况，用百分比表示，其计算方法是过去30秒内每搏输出量的最大值与最小值的差除以每搏输出量的平均值。SVV的计算公式如下：SVV = (SVmax - SVmin) / SVmean(9)SVmax = 过去30秒内4个每搏输出量最大值的平均值SVmin = 过去30秒内4个每搏输出量最小值的平均值SVmean = 过去30秒内每搏输出量的平均值对于机械通气的病人而言，SVV主要由血管内容积决定。因机械通气而产生较大每搏输出量变异时，提示与胸腔内压力有关的血管内容积不足。这样，SVV就成为判断血管容积情况的一个常规指标。当测量得到的SVV较大时，建议使用热稀释法定量测量ITBV来反映容积的情况22。2.3.4. 脉压变异（PPV）脉压变异代表脉压（PP）的变化情况，用百分比表示，其计算方法是过去30秒内脉压的最大值与最小值