心输出量检测技术的发展与回顾
心输出量检测技术的发展与回顾
于超, 丁怡, 王兴龙
( 中国环球租赁有限公司, 北京100044)
[摘要]从无创、 有创和微创3种血流动力监护手段出发, 总结了目前血流动力学监护设备采用的几种基本方法, 对每种方法都做了归纳概括、 优势总结, 并对今后血流监护设备的发展趋势做出分析, 指出无创或微创、 操作简便、 经济实用将是未来血流监护设备的发展方向。 [中国图书资料分类号]
[关键词]血流动力学; 心排量; PRAM
[文献标志码]A
[文章编号]1003-8868( 2013) 09 -0079-03
DOI : 10.7687/J.ISSN1003-8868.2013.09 .079
Development and Review of Cardiac Output Detecting Technology
(CHINAUNIVERSAL LEASING CO.,LTD., Beijing 100044, China)
YU Chao, DING Yi, WANG Xing-long
Abstract
invasive. The hemodynamic monitoring methods are summarized, and the trends of the hemodynamic monitoring are Medical Equipment Journal , 2013, 34( 9): 79-81]Key words
hemodynamic; CO; PRAM
The hemodynamic monitoring equipment is discussed from the aspects of non -invasive, invasive and micro -
forecasted. Non -invasive or micro -invasive equipment gain the advantages for easy operation and low cost. [Chinese
0引言
血流动力学监护是临床常用的监护手段之一, 用来反映患者心脏及循环功能, 指导临床治疗, 在危重患者及心脏患者的心功能监测中有重要的价值。 基于不同的监测方法, 目前已上市的血流监护设备大致可分为无创、 有创和微创3种, 无创方法主要包括超声法、 阻抗法、 二氧化碳重复呼吸法等; 有创2种来说较为先进, 既减少了对患者的创伤, 又能得到较为准确的监测数值, 因此成为理论研究和临床应用的热点, 其主要包括压力记录分析法( PRAM ) 等。 本文对目前常见的几种血流监护方法进行概括总结, 以比较各种方法的优势和不足, 从而可以根据具体临床需求选择和应用最佳的监测技术, 为患者的治疗提供更为准确的数据和信息。
方法主要包括热稀释法、 脉冲轮廓法( PCM ): 微创方法相对前
可能影响该法测量心排量结果的准确性。 另外, 该方法在测量过程中需要患者处于生理学稳定状态, 而临床上需要测量心排量的患者大多都是危重患者, 很难达到这一状态, 所以该法的使用并不广泛。 1.2生物阻抗法
生物阻抗法是基于理论假设的间接监测方法, 该法假设人体胸腔为均匀介质的圆柱形空腔, 通过向人体送入低于兴奋阈值的交流电压或电流, 测得胸腔阻抗的变化, 从而反映了血管容积的变化, 以及心脏舒缩功能和泵血功能, 进而通过计算推导获得心排量( CO ) 的数值。
Kobayashi 等[2]人研究发现热稀释法、 Fick 法均与阻抗法的
变的基础上, 故凡影响混合静脉血CO 2、 肺内分流等情况均有
检测结果有很高的相关性, 但其检测原理的先天缺陷必然会给其检测结果的合理性和科学性带来瑕疵, 同时也给其临床应用
1无创血流动力学的临床应用
1.1
部分二氧化碳重复呼吸法
部分二氧化碳重复呼吸法是由Gedeon 和Roy 基于Fick 方法于1985年提出的。 CO 2弥散性较强, 利用这一特性将其作为指示剂, 监测患者呼出和部分重吸入气体中的CO 2[1], 从而间接地推算出心排量。
二氧化碳重复呼吸法操作简便, 可以监测患者心排量。 但此法的基本原理是建立在假设混合静脉血CO 2浓度不
作者简介: 于超( 1979—), 男, 博士, 工程师, 部门总经理, 主要从事深部脑刺激器机制、 生理电信号采集与分析方面的研究工作, E-mail : [email protected]。 通讯作者: 丁怡, E-mail : [email protected]; 王兴龙, E-mail :
带来诸多限制, 只适用于身高122~ 229cm , 体质量30~ 159kg 的成人或儿童。 阻抗法的缺陷主要集中于以下几点:( 1) 该方法Ω · cm , 但实际上人体胸腔结构复杂, 不可能等同为均匀介质的将人体假设为圆柱体, 并且默认流动的血流电阻率为135~ 150
圆柱体, 且血液流动时的电阻率也不能准确测定;( 2) 该法不适用于某些特殊病症的患者, 如血液疾病、 肺部疾病;( 3) 心脏每次射血除了引起胸部动脉的容积变化外, 还会引起身体其他动脉容积变化, 虽然Kubicek 做了经验性的替换, 但是无任何理论的根据, 因此得到的数值也并不准确。
此外, 在实际应用中, 影响阻抗法测定准确性的因素也很多, 如: 肥胖、 放置胸腔引流管、 严重的心瓣膜病、 急性心肌梗死和血流动力学不稳定等, 这些因素均会导致监测结果准确性下降。 此外, 狂躁、 焦虑不安、 甚至连续咳嗽等也会对监测数
据造成影响, 因此, 对于不稳定患者, 阻抗法也并不适用。 1.3
多普勒超声法
多普勒超声法心排量监测是一种无创、 连续的心功能监测方法。 其基本原理是通过对降主动脉血流量的测量来实现心排量的测量。 利用超声可以显示降主动脉前后壁, 测定降主动脉直径, 得到准确的降主动脉的横截面积, 同时, 多普勒超声波可通过测定红细胞移动的速度来推算降主动脉血流, 根据计算得到心排量。 多普勒超声法用于测量心搏输出量, 由于其检测原理本身导致存在3大因素影响其测量精度:( 1) 心脏收缩期时动脉会产生弹性扩张, 超声很难精确地测定动脉的直径;( 2) 在不同直径血管中血液流速会发生变化, 若操作者经验尚浅, 超声位置没有固定好, 血液流速测定的准确性会降低;( 3) 测定流速时要求超声束与血流方向之间有一夹角, 夹角过大或过小, 都会产生测量误差。 所以, 该法对操作者的经验要求较高, 测得结果由于人为原因产生的误差也较大。
在临床使用中, 根据多普勒超声探头位置的不同又可分为经食道多普勒超声( TED ) 和经气管多普勒超声( TTD )。 经食道多普勒超声( TED ) 临床应用已久, Keyl 等[3-6]研究证明其与温度稀释法的心排量监测结果相关性良好, 但该法也存在局限性, 例如主动脉病变、 手术操作等因素都会影响心排量测定的准确性。 另外, Valtier 等[4]研究指出经食道多普勒超声法不适合于神志清醒、 食道疾患、 主动脉球囊反搏( 降主动脉血流改变) 及主动脉严重缩窄的患者。 经气管多普勒超声( TTD ) 是通过气管导管插入超声探头进行心排量测定, 此种导管价格昂贵, 对操作者水平有较高依赖性。 另外, 插入气管导管会造成患者喉头水肿、 声带损伤等并发症, 对患者伤害较大。
破裂误注过量的空气, 导致周围形成血栓, 血栓脱落引起肺血管阻塞; 耗材价格昂贵等。
2.2脉搏波形轮廓分析法( PiCCO )
PiCCO ( pulse-indicated continuous cardiac output ) 即脉搏
指数连续心输出量监测[6], 是一种微创血流动力学监测技术。 其基本原理是将热稀释法与动脉压力波形曲线分析技术相结合, 用成熟的温度稀释法测量单次心排出量, 并通过分析动脉压力波形曲线下面积与心排量存在的相关关系, 获取连续心排出量。
与传统的Swan-Ganz 导管相比, PiCCO 无需置管到肺动脉, 大大减轻了对人体的损伤, 但该方法受操作者的影响依然很大: 指示剂注入量、 注入位置不恰当均会影响其监测效果。 另则需要及时重新标定, 这样才能得到可靠心排量数值[7]。 所以,
PiCCO 技术在临床应用中也存在一些问题, 它禁用于股外, 病情稳定的患者必须每8h [7]进行一次校准, 若病情有变化,
PiCCO 不能实现真正意义上的患者不间断的连续CO 测定。
动脉移植和穿刺部位严重烧伤的患者。 对存在心内分流、 主动脉瘤、 主动脉狭窄者及肺叶切除和体外循环以及明显体温变化等易出现测量误差。 另外, 脉搏压力波形的好坏、 患者心律失常等因素也可影响其测量的准确性。
3压力记录分析法( PRAM )
压力记录分析法( PRAM ) 是新近发展起来的血流动力监测技术, 它可以完整、 详细地记录并分析压力形态, 无需外部校准就可以测量每次心跳的心搏量( SV ), 真正意义上实现了心排量的连续监测。 PRAM 的基本原理是基于物理的扰动理论, 它假定任何血管容量的改变都是由于血压变化导致径向膨胀, 基于此假设对所得到的压力轮廓形态进行分析, 从而得出CO 值。
央静脉插管, 只需经桡动脉或股动脉采用微创方法, 就能够连续测量心排量。 另外, 在使用前和检测中无需任何校准, 这就减少了因静脉插管而导致的并发症, 也大大地降低了对操作者的技术要求。 另外, 在算法上, PRAM 对曲线下面积的计算同时考虑到了物理应力所引起的压力曲线形态和血流之间关系的脉冲作用和持续作用, 这就使得PRAM 对患者的CO 测量是实时准确的。
很多研究证明, 在许多临床条件下, PRAM 与经典方法具有高度的一致性。 例如, Romano 等[9]将PRAM 与传统的Fick PRAM 与和经肺部热稀释法及Fick 法之间均呈现良好的相关性。 Giomarelli 等[10]对比了经肺部热稀释法和PRAM 测量心排量的结果, 发现这2种方法之间的相关性很好。 此外, 还有很多研究证实了PRAM 与一些经典方法都具有良好的相关性[5-7, 14-16]。
除了评估CO 值外, PRAM 还定义了一个新的连续血流法、 经肺部热稀释法的心排量监测结果进行比较, 结果表明
相比于PiCCO , PRAM 的优势在于微创[8], 此法不需要中
2有创血流动力学的临床应用
2.1
经肺部热稀释法
热稀释法始于一次动物实验, 是由Swan 和Ganz 2位医生用一根特殊的热敏肺动脉导管证实了它的可靠性和可重复性, 并将其应用推广于临床中。 热稀释法的基本原理是通过漂浮导管向患者右心房注入一定量的冷溶液温度指示剂( 一般为0~ 5℃ 的5%葡萄糖或生理盐水), 指示剂与心内的血液混合, 使血液温度下降, 温度下降的血流到肺动脉处, 由放置在肺动脉内的热敏感应装置测定血温变化, 记录温度稀释曲线, 再通过计算得出心排量。
热稀释技术准确性高, 且能提供右房压、 肺动脉压、 肺楔压等血流动力学参数, 这是其他方法所不能替代的, 是国际公认的测量心排量的金标准。 但此法会对患者造成2次创伤, 患者或家属接受度低, 不便普遍开展, 同时, 手术对设备条件、 操作者技术要求也较高; 产生并发症的可能性较高, 较常见的并发症有心律失常、 静脉炎等, 这些限制因素使热稀释法不适合连续测量心排量。 为了得到连续心排量数据, 在摒弃了原有指示剂的基础上, 推出了通过脉冲加热方式测得肺动脉血温变化的新型热稀释技术, 该法通过发射小能量的脉冲进入血液, 在导管的尖端记录血液温度, 经方程式计算心输出量。 尽管该方法不再需要医护人员注入指示剂, 可以连续测量, 但是该方法依然有很多缺点: 容易造成室性心律失常; 由于气囊
动力学监测参数—— — 心脏循环效率( CCE )。 该参数反映了心血管系统维持血液动力平衡时心血管系统所需能耗, 表明患者理想状态下应有的压力波形和心动周期实际检测波形之间
的比率, 更加直观地反映了患者的心脏功能变化。 有文献[14]表明CCE 与猝死预警指标( Pro-BNP ) 成很好的负相关, 而且比其他指标更敏感, 当CCE 低时, 猝死率高; 反之亦然。 CCE 与射血分数( EF%) 一样均可以显示心脏输出效率[15], 但是与之相比, CCE 准确性和稳定性更高。 另外Romano 等[16]在冠脉搭桥手术中发现, CO 、 HR 、 血压等常规指标均不能显示术后效果, 但CCE 在术后有了明显提高, 这种直观的变化显示了患者术后心脏功能得到了明显改善, 如图1所示, 垂线代表事件时间。 CO 在PCI 的开始和结束并没有显著的变化, 在PCI 开始前, CCE 为负值, 导丝开通血管后, 患者的心动周期效率变为正值。 进行两次球囊扩张后, CCE 进一步升高, 之后发生一次加速性心室自主节律( AIR ), 在此期间CCE 回到负值, PCI 结束并恢复窦性心律后, CCE 逐步升高, 直观反映了术后患者心脏功能得到改善。
心率开通血管
10.07.55.00.50.0-0.52.5压
手术结束
1° 球囊扩张2°
球囊扩张end PCI AIR
收缩压重脉压
[2]Kobayashi Y , Andoh Y , Fujinami T , et al. Impedance cardiography for
estimating cardiac output during submaximal and maximal work [J].Appl Physiol , 1978, 45( 3): 459-462.
Keyl C , Rodig G , Lemberger P , et al. A comparision of the use of
[3]
transoesophageal dopper and thermodilution techniques for cardiac Valtier B , holley B P , Belot J P , et al. Noninvasive monitoring of car ⁃ Respir Crit Care Med , 1998, 158( 1): 77-83.
output detemination[J].Eur Anaesthesiol , 1996, 13( 2): 136-142.
[4]
diac output in critically ill patients using transesophageal Doppler[J].
[5]Abrams J H , Weber R E , Holmen K D. Continuous cardiac output de ⁃ Anesthesiology , 1989, 71( 1): 11-15.
termination using transtracheal Doppler : initial results in humans[J].Sakka S G , Ruhl C C , Pfeiffer U J , et al. Assessment of cardiac
[6]
preload and extra vascular lung water by single transpulmonar ther ⁃ modilution[J].Intensive Care Med , 2000, 26( 2): 180-187.
[7]鲁金胜, 王智勇, 张华伟, 等. 血流动力学监测-动脉轮廓法和肺
动脉导管法比对研究[J].中国急救医学, 2007, 27( 10): 993-934. [8]Zangrillo A , Maj G , Monaco F , et al. Cardiac index validation using the
pressure recording analytic method in unstable patients[J].Journal of cardiothoracic and vascular anesthesia , 2010, 24( 2): 265-269.
[9]Romano S M , Pistolesi M. Assessment of cardiac output from systemic 1834-1841.
arterial pressure in humans[J].Critical Care Medicine , 2002, 30( 8):
[10]Silove E D , Tynan M J , Simcha A J , et al. Thermal dilution measure ⁃
ment of pulmonary and systemic blood flow in secundum atrial septal
[11]Torgay A , Pirat A , Akpek E , et al. Pulse contour cardiac output system
use in pediatric orthotopic liver transplantation : Preliminary report of nine patients[C]//Transplantationproceedings. Elsevier , 2005, 37( 7):
180
360
540time/s
720
900
septum[J].Brit Heart , 34( 11): 1142-1146.
defect , and transposition of great arteries with intact interventricular
[12]Calamandrei M , Mirabile L , Muschetta S , et al. Assessment of car ⁃
3168-3170.
diac output in children : a comparison between the pressure recording Med , 2008, 9: 310-312.
注:┼: 代表CCE ; ▼: 代表CO ; PCI : 经皮冠状动脉介入术; CO : 心排量; CCE : 心动循环效率; AIR : 加速性心室自主节律
analytical method and doppler echocardiography[J].Pediatr Crit Care [13]Sorbara C , Romagnoli S , Rossi A , et al. Circulatory failure : bedside
functional hemodynamic monitoring [M]//PerioperativeCritical Care Cardiology. Springer Milan , 2007: 89-108.
图1CCE 在冠脉血管再造术后的变化
4讨论
血流动力学监护作为临床重要的监护措施, 其监测方法日趋多样化。 阻抗法、 二氧化碳重复呼吸法无创且操作简单方便, 但易受到患者个体差异影响; 经肺部热稀释法是临床金标准, 但对操作要求很高, 费用高昂, 且患者后期并发症较多; PiCCO 相对于热稀释法虽然安全性较高, 但其使用前需要校准, 且不适用于存在心内分流等患者; PRAM 方法相对于热稀释法安全性高, 且前期不需要任何校准, 实现了血流动力学的实时监护, 其在替代传统技术方面前景光明, 在临床实践的血流动力学监测方面应用潜力极大。
[参考文献]
[1]杨跃武, 杭燕南. 监测呼出和部分重吸入气体中CO 2测心排血
量[J].国外医学: 麻醉学与复苏分册, 2000, 21( 4): 206-207.
[14]Sabino Scolletta , Federico Franchi , Pierpaolo Giomarelli , et al. As ⁃
sessment of Cardiac Surgery Patients : The Coupling Between Pro-B-Bruno , M.T. Giordano , Cardiomyopathies : Causes , Effects and Treat ⁃
Type Natriuretic Peptide and Arterial Waveform Analysis [M]//P.H.ment , Nova Publishers 2008.
[15]Scolletta S , Romano S M , Maglioni E , et al. Left ventricular perfor ⁃
2005, 31( Suppl 1): S157.
mance by PRAM during cardiac surgery[J].Intensive Care Med ,
[16]Romano S M , Olivotto I , Chiostri M , et al. Minimally invasive and
non invasive hemodynamic monitoring of the cardiovascular system : available options and future perspectives[J].Current Cardiology Re ⁃ views , 2006, 4( 2): 37-39.
( 收稿2013-02-17修回2013-07-26)