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脉搏指示连续心排血量技术

2011

脉搏指示连续心排血量技术

pulse-indicatedcontinuouscardiacoutputPiCCO

急诊科主任医师肖彪

前言

由飞利浦科技公司医疗部，向我国医学界推荐的“脉波轮廓与温度稀释联合应用的PiCCO“监测技术，是一项创伤与危险性小、仅用一条中心静脉和动脉导管就能简便、精确、连续、床边化监测心排血量、外周血管阻力、心搏量变化，用单次温度稀释可测出心排血量、胸内血容量、和血管外肺水，同时为肺水肿严重程度和心脏前负荷状态提供宝贵资料，使危重症血流动力学监测与处理得到进一步提高，近年来，已得到国外不少学者的重视与推荐。

鉴于目前国内尚未见此项技术应用的文献报道，国内读者大多数可能还较陌生。

作者总结10余年来近130篇有关文献中，精选60篇重点文章，以临床应用手册形式，尽量遵循技术历史发展过程的向读者简介PiCCO技术及临床应用知识（仪器操作方法请见仪器附带的使用说明书）。

重点概述如下内容：

1．经典的Fick氏氧量法→染料稀释→温度稀释→PiCCO的基本原理，尤其是PiCCO几经修改的测定技术和推算公式。

2．列举了PiCCO与金标准的肺动脉导管温度及染料心排血量等测定，具有可性信的比较资料。

3．该项新技术可广泛应用的技术优势。

4．临床应用的基础知识、国外应用现状。

5．适应症与禁忌症

6．临床应用举例。

7．在常见问题中，深入浅出地对临床应用中的基本原理、使用的技术、影响因素、使用注意事项、及某些涉及面较广的争议问题与文献，作了特殊的解释与介绍。

8．作者在文中结合临床危重症病情复杂多变的现实，建议临床医生应用此技术时，应想到此技术仍在不断发展中，特别强调正确对待和掌握新技术和多种影响因素之间的关系与作用。

对多年熟悉的压力测定仍不应忽视。

心排血量的理论与实践，内容丰富，涉及面广，新技术不断涌现与改进，作者以此技术手册抛砖引玉，期望我国有关临床工作者用好此技术，做出理论与实践新贡献以及合理客观评价。

作者临床经验与水平有限，不当之处，敬请专家与读者批评指正。

编著者

2011年4月20日

1．引言1

2．心排血量及脉波指示剂连续心排血量（PiCCO）监测技术简介4

2．1基本原理4

2．1．1Fick氏原理4

2．1．2PiCCO监测基本原理5

2．1．2．1脉波轮廓心排血量5

2．1．2．2指示剂稀释法7

2．1．2．2．1温度--染料双指示剂心排血量9

2．1．2．2．2单一温度指示剂心排血量13

2．2导管与仪器15

3．临床应用17

3．1基础知识17

3.1.1心排血量方面17

3.1.2胸内血容量18

3.1.3血管外肺水20

3．2临床应用技术优势与现状23

3．3适应症与禁忌症25

3．4临床应用举例26

4．常见问题解答29

5．重要参考文献37-40

1．引言

人类复杂的循环系统最主要功能

输送营养物质------排出代谢产物

维持生命与活力

血液循环的容积、流量、压力、阻力是判定循环

器官功能的重要指标

心排血量测定是其中首要数据

例如：

血压（BP）＝心排血量（CO）×周身血管阻力（SVR）

心排血量（CO）＝心率（HR）×每次心搏量（SV）

（每次心搏量受前、后负荷，心肌收缩力，心肌顺应性影响）

周身血管阻力（SVR）

＝平均动脉压（mBP）－右房压（RAP）／心排血量（CO）×80

（CO是独立的变量，循环血容量,血管弹性与张力，血管腔径及总长度，

血液粘滞度与介质、体液、神经的调节均参与其中）

心排血量是血流动力学重要组成部分，是临床医生了解危重病人循环状态及心功能判定的重要数据。

近代科学家们一直对心排血量（CO）的测定与监测寄予极大关注，不同原理、技术与途径心排血量测定，可谓种类繁多[1—9,52,53,28]：

1．Fick氏氧量法

2．染料稀释法（心脏绿，同位素，锂离子等）

3．温度稀释法（单次冷、室温液，连续加热的肺动脉导管，

静-动脉导管法等）

4．电磁血流量计法（经血管外、导管顶端等）

5．生物电阻抗血流图法

6．X线心血管造影法

7．放射性核素心血管扫描法

8．超声心动图及多普勒（经胸廓，经胸骨上窝，经食道，经肺动脉导管）

9．Fick氏CO2法，惰性气体测定法（单次或多次呼吸平衡法、指数法）

10.核磁共振法

11.正电子发射断层扫描

12．脉波轮廓法（经主动脉、股动脉、桡动脉、指脉等）

无创、简便、精确、连续、经济、多数据联合应用的心排血量监测,已成为当前临床工作追求的新目标。

近十年来，一种能减少病人创伤与危险的脉波轮廓与温度稀释联合应用的PulseindicatorContinousCadiacOutput（PiCCO）技术，历经多年在其准确性、精确度、可行性临床观察与研究，以及公式校正、导管、仪器等方面的不断改进，近年来已被欧美国家推向临床应用。

PiCCO，可提供如下监测参数：

经肺温度稀释：

心排血量（CO），胸内血容量*（ITBV），

血管外肺水（EVLW）。

脉波轮廓计算：

连续心排血量（CCO），心搏容积（SV）

心搏容积变量（SVV），外周血管阻力（SVR），

成人及小儿均能采用[4，7--9，33]。

2心排血量及脉波指示剂连续心排血量（PiCCO）监测技术简介

2.1基本原理

2.1.1Fick氏原理[1]：

早在1870年，AdolphFick就发表了著名的氧耗量测定心排血量法，并成为后来许多新技术的经典的基本原理。

他依据质量守恒定律描述为：

某特定物质在系统末端流出的量等于该物质流入端的量跟系统流入端与流出端之间减少或增加的量之和。

Fick氏原理需要一种指示物质加入到恒速血流中，当时,先发现氧是较好指示物，心排血量直接跟代谢率和氧耗量呈线形相关，而且从肺测定氧摄取率和血氧含量很容易。

1936年Berkson确立了人体代谢率与体表面积呈比例变化。

Fick氏公式如下：

Fick氏法误差原因

1.来自标本和分析方面的误差:

采血部位指示剂混合不当;仪器未准备好；氧被解离；血红蛋白浓度不准或有凝块;呼出气漏气。

2.心排血量变化造成的误差:

Valsava动作造成心排血量变化；病人正在输血或大量输液；病人正在用正性肌力药。

3.呼吸变化造成的误差:

肺容量变化；呼吸频率变化。

Fick氏原理示意图

每分钟从滚带上走过1瓶（每瓶1升）的牛奶中收集0.1升,

问10分钟将收集多少?

2.1.2PiCCO监测的基本原理：

2.1.2.1脉波轮廓心排血量法（PulseContourMethodforCardiacOutput-COPC）：

早在1899年，Frank在著名的系统循环模型中,就阐述了动脉压力波形计算心搏量的概念，随后几十年间出现了许多用动脉压力波形测定CO的计算公式，直到1983年，Wesseling提出心搏量同主动脉压力曲线的收缩面积成正比，对压力依赖于顺应性及其系统阻力,并做了压力、心率、年龄等影响因素校正后，该法才得到认可[10]，随后由德国和美国某些厂家生产供实验用的仪器，并逐步转向临床[4，7-10]，其波形计算模式（见图1），其公式如下：

VS═

S/Z

（1）

（VS为每搏出量ml数，

S为主动脉压力波收缩面积以mmHg表示，Z为系统血管阻力）

图1.为动脉压力波形与时间的关系图。

PS代表收缩压，Pd代表舒张压，

（As是压力-时间曲线的收缩部分下的曲线面积，右上角为Vs（心搏量）

同As和血管阻力（Z）相关公式。

）

为了消除压力、心率、年龄、对阻力的影响，Wesseling对Z值作了如下校正：

Z＝a/（b＋c×MAP＋d×HR＋e×A）

（2）

（a为另一测定法同时测定的CO值，b、c、d、e为实验测定的常数值）

COPC（L/min）=HR×AS/Zao（3）

Zao为主动脉阻力，每个人主动脉阻力不同且为未知数，需要一个校正步骤来确定它，Wesseling提出用另一方法同时测得的CO值作为参考校正常数（COref），公式如下：

Zao=COpc/COref×Zao（个人）（4）

PiCCO则采用相继三次冷稀释股动脉心排血量（COa）的平均值作为COref来校正Zao，其中包含了Zao（个人）值。

在监视器上所显示的COpc值是前30秒逐次心搏量的平均值。

PiCCO还要采集监护仪上的HR，ABP，CVP用来计算SVR。

主动脉血流和主动脉末端（股动脉或其它大动脉）测定的压力之间的关系,是由主动脉顺应性函数所决定的,即主动脉顺应性函数具有同时测定的血压和血流（CO）共同特征。

利用与连续动脉压同时测定的经肺温度稀释心排血量来校正脉波轮廓分析中的每个病人的主动脉顺应性函数（见图2.）。

图2.主动脉顺应性与血压及血流的关系示意图

CCO法为了做到心排血量的连续校正,需要用温度稀释心排血量来确定一个校正系数（cal）,还要计算心率（HR）,以及压力曲线收缩部分下的面积（P（t）/SVR）与主动脉顺应性C（p）和压力曲线波形（以压力变化速率（dp/dt）来表示）的积分值（见图3.）。

动脉压力波要求无阻尼与干扰以便COpc正确计算[1，4，7]。

PCCO=cal×HR×∫（P（t）/SVR+C（p）×dp/dt）dt（5）

图3.脉波轮廓心排血量的校正公式

2.1.2.2指示剂稀释法（IndicatorDilutionMethods）:

早在1897年，Stewart首先将人造指示剂直接注入血流，然后在其下游测定其平均浓度和平均传输时间，计算出心排血量。

1947年经Hamilton等改进并推广为著名的Stewart--Hamilton指示剂稀释心排血量计算公式[11]。

CO＝60I/ĊT（6）

Ċ为指示剂平均浓度，T为曲线总间期，I为指示剂注入量，60为秒数。

1954年Fegler等提出温度稀释心排血量计算公式（见图4）：

CO（L/min）={VI（Tb－Ti）·Di·Si/A·Db·Sb}·60/1000（7）

Vi为注入剂容量Tb、Ti为血温和指示剂温度，Di、Db为注入液和血的密度，Si、Sb为注入液和血的比热。

A为稀释曲线下的面积，A应该用积分法计算。

5%糖液与血的比热密度为1.08。

K为导管生产厂提供的温度感知器的热感常数。

CO（L/min）=Vi（Tb－Ti）1.08K∕

×60/1000（8）

图4.自然对数温度稀释曲线及其曲线下的面积示意图

Hamilton等为了消除指示剂再循环，对浓度-时间曲线尾部确切时间和曲线下面积计算方面的影响，他们在半对数纸上绘制浓度-时间曲线，然后在降支顺势划一条线，这样就为指示剂浓度的准确地消散，并理解为单一指数阐明了原理。

还指出曲线上升支缺乏瞬时混合而复杂，冲洗曲线随着指示剂流向血管树而消散，下斜的起始部分确实符合一条冲洗曲线（当今已可用计算机贴现技术展示染料浓度-时间曲线的下斜部分）（见图5）。

值得注意的是指示物必须与血液完全混合、大多数指示剂必须在再循环之前通过采样点、可能的误差可来自流量、流速、消散速度不同的并行联合腔室[1]。

图5.为指示剂稀释原理图:

A为指示剂注入点,随后指示剂随血流扩散,园点代表指示剂,

在B或C采样点可记录到升高与下降的指示剂浓度—时间曲线.另外可见到指示剂再循环的

浓度升高曲线，其降支尾部（虚线）必须用浓度对数变换或曲线贴现技术进行外延处理。

2.1.2.2.1温度-染料双指示剂稀释心排血量法（Thermo-dyedoubleindicatordilutionCOtechnique）

1951年，NewmanEV等在染料稀释法浓度-时间曲线波形分析中，提出了如下机理[51]：

平均传输时间（MTT）是由到达探测器的第一个指示剂微粒的时间点与第一个和其后所有指示剂微粒显现时间的平均差共同组成，冷指示剂弥散和流传到血管外的部分取决于时间、热传导率、热负载量和血管面积，而染料迅速与血浆蛋白结合，因此，染料通过心脏、肺血管、主动脉时被限定在血管内腔，据此可计算出两种分布容量：

依平均传输时间法计算的胸内血容量（ITBV）等于染料流量乘以染料平均传输时间：

ITBVMTT=Qdye×MTTdye

依平均传输时间法计算的温度分布总容量（TTV）等于温度流量乘以温度平均传输时间：

TTVMTT=QT×MTTT

EVTVMTT（血管外温度容量）＝TTVMTT－ITBVMTT；EVTV＝EVLW

依稀释曲线衰减法计算的肺温度衰减容量（PTVDT）等于温度流量乘以测定的温度指数衰减时间：

PTVDT＝QT×tDTT

依稀释曲线衰减法计算的肺染料衰减血容量等于染料流量乘以测定的染料指数衰减时间：

PBVDT＝QT×tDTdye

染料与温度流量在血管内相等

上述计算方法出自两种假设[60,1,30]（见图6，7）：

（1）作为具有指示剂完全混合和恒定液体流速的单一混合腔室，其稀释曲线随着时间呈指数形式衰减（衰变）。

（2）作为若干个不同的串联混合腔室，虽然流率相同，但混合的容量不同，其稀释曲线衰减（衰变）状态，取决于最大腔室。

图6.心血管系统混合腔室的示意图

图7.指示剂稀释曲线和时间取值图:

Inc

（1）为浓度自然对数,At为显现时间，

DSt为指数曲线下斜时间，MTt为平均传输时间。

1966年Pearse等在心肺实质容量测定中，进一步在临床上确定了从中心静脉同时注入温度染料两种指示剂，在股动脉除了测定心排血量，可计算出不透过血管壁的血管内染料容量（胸内心血管）和透过血管壁的温度容量（肺血管外腔隙）[47]（见图8）。

图8.A可弥散的冷指示剂（o）和不可弥散的染料指示剂（x）同时注入中心静脉.

B随血流经肺到达股动脉感知器时血标本呈现两条时间依赖性稀释曲线.

C可弥散的冷指示剂（o）容量大于不可弥散的染料指示剂（x）,所以平均传输时间也加大.

1980’s床旁肺水测定介入ICU[13，30]。

都用Stewat—Hamilton方程式，计算心排血量和指示剂平均传输时间，推导计算公式与图示如下[30]：

心排血量×平均传输时间（MTT）═注入点和探测点之间指示剂分布的容量

ITTV=MTtTDa×COTDa（9）

=GEDV+PBV+EVLW

=RAEDV＋RVEDV＋PBV+EVLW＋LAEDV＋LVEDV

＋LAEDV＋LVEDV

当这种计算是依温度为指示剂时：

心排血量（CO）×平均传输时间（MTTTDa）═胸内温度容量（ITTV）（9）

当这种计算是依染料为指示剂时：

心排血量（CO）×平均传输时间（MTTdye）═胸内血容量（ITBV）（10）

上述两种容量之差代表肺血管外温度容量，即血管外肺水（EVLW）：

ITTV－ITBV═EVLW（11）

也可理解为由于温度和染料的血管内流量相等（CO），染料的血管内流量为注入点到探测点

之间血的容量。

血管外温度容量（ETV）可按下列公式算出[12]：

ETV=CO×（MTTth－MTTgd）（12）

由于心肌和非肺血管的血管外水量同真正肺血管外水量相比很少,所以ETV和EVLW被认为是相等的可变量。

正常人ETV为5ml/kg（成人相当于350ml），EVLW不超过500ml。

血管外肺水（EVLW）包括三个部位的液体：

细胞内液，间质液，肺泡内液。

后两种过多造成肺水肿。

2.1.2.2.2单一温度稀释心排血量法（SingleThermo-dilutionCO---COST）

将指示剂稀释曲线或温度稀释曲线绘制在自然对数图纸上（Lin-inGraph）[17，30]（见图7），从指示剂稀释曲线，测定出特定传输时间乘以心排血量（COTDa）,就可计算出特有的容量。

CCO模块可测定出温度稀释曲线的平均传输时间（MTt）和指数下斜时间（DSt）（见图7）。

平均传输时间容量（MTtvolume）:

把心肺当作相连的系列混合腔室，股动脉探测的稀释曲线，实际是由所有混合腔室产生的最长衰减曲线所形成的[12,17,21，30]（见图6）。

其平均传输时间（MTt）与心排血量（CO）的乘积就是相应指示剂流经的容量,即注入点（中心静脉）和探测点（降主动脉）之间的全部容量。

作为温度指示剂的这种全部胸内温度容量（ITTV），是由总舒末容量（GEDV）、肺血容量（PBV）、血管外肺水（EVLW）共同组成。

ITTV=MTtTDa×COTDa=GEDV+PBV+EVLW（9）

ITBV（胸内血容量）由左右心腔舒末容量和肺血容量组成，因此与心腔充盈量密切相关。

ITBV═RAEDV＋RVEDV＋PBV＋LAEDV＋LVEDV（10）

下斜时间容量（DStvolume）:

DSt与CO的乘积，等于一系列指示剂稀释混合腔内最大的单独混合容量（肺温度容量）.作为温度指示剂的这种肺温度容量（PTV）是由PBV和EVLW组成。

Pulsion公司将开始点定在最大温度反应的75%处，终点定在最大温度反应的45%处，两点之间（约30%）的时间差被标为DSt,而DSt仅依赖于一系列容量中的最大容量.多长时间才能将指示剂从最大容量中冲洗出来，那就要乘以通过该系统的流量（容量/时间×时间/1=容量）。

DSt．COTDa=最大混合腔室容量

GEDV约占ITBV的2/3到3/4。

（G=Global）

计算单一冷指示剂胸内血容量（ITBVST）的函数公式如下：

ITBVST＝a×（ITTV－PTV）+b（16）

其中a和b是从温度—染料双指示剂（TD）测定EVLWTD和ITTV－PTV的线形回归分析推导出来的系数。

计算单一冷指示剂血管外肺水（EVLWST）的函数公式如下：

EVLWST＝ITTV－ITBVST（17）

最近，2000年Sakka等为纠正单一冷指示剂稀释法，对PulsionColdZ-021型肺水测定仪可出现高估EVLW和低估ITBV的偏差,通过57例和209例危重病人统计分析提出的修正系数如下[31,20,21,18]（见图9，10）:

ITBVTD＝1.25×GEDV－28.4（ml）（18）

ITBVST＝1.06×ITBVTD－124.3（ml）

EVLWST＝0.83×EVLWTD＋133.9（ml）

染料与温度ITBV相关系数为r═0.98,P<0.0001

染料与温度EVLW相关系数为r═0.96,P<0.0001

*该法已被Pulson公司采纳用于PiCCO新产品

CCO模块显示的胸内血容量（ITBV），是从温度稀释测得的GEDV中计算出来的,经大量实验及临床研究证实,GEDV同ITBV密切相关（见图9）。

他们在大批病人中,用构成回归分析，建立了GEDV和ITBV之间的数学关系，即用这种回归方程公式18中的GEDV计算ITBV。

再用公式17中的ITBV计算EVLW。

图9.57例ICU病人GEDV和ITBV的构成回归分析，ITBV=（1.25×GEDV－28.4ml）

（Sakkaetal;IntensiveCareMed26:

180-187,2000）

图10.209例危重全部首先测定的温度-染料稀释与单一温度稀释法血管外肺水的构成回归

分析。

EVLWST＝0.83×EVLWTD＋133.9ml（或1.6ml/kg）r=0.96P<0.0001

（Sakkaetal;IntensiveCareMed26:

180-187,2000）

2.2导管与仪器

2.2.1导管位置

锁骨下或颈内静脉导管

（加温度感知接头

PN606526001或

PV4045）

股或腋动脉温度压力导管

（PulsiocathPV2014L16）

图11.导管置入位置图

2.2.2应用步骤：

1．首先要熟悉仪器与导管规格型号及操作步骤（祥见仪器使用说明书）

2．插入中心静脉导管及温度感知接头与压力模块相连接

3．插入Pulsiocath动脉导管，连接测压管路

4．动脉导管与压力及PiCCO模块相连接

5．观察压力波形调整仪器，准备冷注射液测定心排血量

6．为了校正脉波轮廓心排血量，需要完成三次温度稀释心排血量测定

图12.仪器模块、导线、导管型号与连接方式示意图

3．临床应用

3.1基础知识

3.1.1心排血量方面

心排血量的发展史业已百年。

可用的方法已越10余种，近20年来，随着计算机、生物医学工程等高新技术以及监护医学迅速发展，利用新材料、新技术对经典原理的再现、再认识与修订，在心排血量测定法上尤为突出，如PiCCO，改良的CO2Fick法，加温肺动脉导管连续心排量，生物电阻抗，超声与多普勒心排血量等，这些方法虽有了很多改进，但其技术在临床应用上的效应尚待深入观察与研究，出现某些争议正是认识深化的表现[27，32，36]。

临床工作者对每种监测参数即要知其测定原理，正确的使用方法，又要对该技术的准确性，精确度，局限性，优缺点，以及影响这项参数的人体复杂的病生理因素有较全面的了解。

以心排血量为例试述如下：

心排血量是指心脏每分钟向循环系统泵出的血量，在不同生理或病理状态下，心脏与循环系统对心排血量的控制与调节变异很大，代偿机制表现多样，心排血量即关联到心脏机械功能、心脏代偿能力、外周循环血量及血管状态，又影响到血流动力学与血O2和CO2的输送，其他脏器功能。

就影响心脏射血量的因素而言，涉及心脏解剖性病变，机体的代谢需求，血O2/CO2及酸碱与电解质状态，心率与节律，循环血容量，回心血量，血流压力与阻力，末梢循环状态，血管与血液状态，介质、激素、受体、神经调节与药物影响，心肌代谢与营养状态，心肌收缩力，心肌顺应性，心脏的前、后负荷状态，室壁各段协同运动，胸内压变化，冠脉循环状态，，其他脏器功能状态等等…。

在进行心排血量测定及其临床意义判断时，真实全面弄清与上述影响因素的关系与作用，实属必要，又非简单。

判明上述诸多因素交互影响的正确实验设计及其统计学处理更不容忽视[26，32]。

3.1.2胸内血容量（IntrathoracicBloodVolume---ITBV）[38--50]

胸内血容量是指示剂稀释心排血量测定中左右心腔舒张末期容量和肺血容量组成的新名词，意指注入点到探测点之间胸部心肺血管腔内的血容量。

经大量实验与临床观察证实ITBV