经肺热稀释法的利弊

背景：对于在重症监护病房或手术室的复杂患者，许多关于其血流动力学管理的问题不能通过简单的临床检查来回答。尤其动脉压只能粗略估计心输出量。经肺热稀释是一种通过心输出量和其他指标提供完整的血流动力学评估的技术。

内容：通过分析在静脉循环中注射冷盐水后在动脉导管尖端记录的热稀释曲线，经肺热稀释法可间歇性地测量心输出量。该测量方法需要校准脉冲轮廓分析。这提供了连续和实时的心输出量监测，而这是肺动脉导管不可能实现的。经肺热稀释提供了除心输出量以外的几个变量。它评估了四个心脏腔的舒张末期容积，这是心脏前负荷的标志。它提供了对联合心室收缩功能的估计。它比肺动脉导管更直接，但不允许明确估计左右心功能。它比超声心动图更容易、更快，但不能提供对心脏结构和功能的全面评估。经肺热稀释具有独特的优势，能够在床边评估血管外肺水，量化肺水肿的体积，和肺血管通透性，量化肺毛细血管渗漏的程度。这两个指标都有助于指导液体策略，特别是在急性呼吸窘迫综合征的情况下。

结论：经肺热稀释提供了一个完整的血流动力学评估，允许人们回答许多关于血流动力学管理的问题。它属于“先进”设备，适用于最危重和/或复杂的患者。

    TPTD需要在上腔静脉区域注射冷生理盐水。在股动脉导管的尖端（尖端位于髂动脉中），一个热敏电阻可以感觉到血液温度的下降。与标准的肺热稀释法一样， TPTD使用斯图尔特-汉密尔顿原理测量心输出量。与肺动脉导管相比，不同之处在于，TPTD注射冷盐水不是在右心房而是在中央静脉，血液温度不是在肺动脉而是在体循环动脉测得。

    从所有调查TPTD [2]有效性的研究中，可以合理地得出结论，与肺动脉导管和Fick方法相比，这种心输出量的测量是准确的。除了其准确性之外，TPTD设备可靠地跟踪心输出量变化的能力也很重要。建议平均三次注射得出结果[3]。在这种情况下，TPTD所能准确检测到的心输出量的最小变化为12%（这是该技术的“最小重要变化”） [4]。它可与肺动脉导管[5]相媲美。测量可靠性要求由TPTD引起的血液体温有显著的差异。根据制造商的建议，必须注射<8°C的15 mL生理盐水。治疗性低温并不影响TPTD [6]测量心排血量的精度。似乎是由于该方法在室温下也能产生足够的温差[7]，尽管这可能导致对心输出量[8]的轻微但重要的高估。非常重要的是，在执行热稀释时应非常谨慎（注射体积、管路无泄漏、注射速度的规律性、注射温度），因为热稀释曲线中的任何误差都可能影响心输出量的估计，也可能影响从曲线分析中推断的所有变量。

    当静脉导管不是插入上腔静脉，而是插入动脉导管对侧的股静脉时，心输出量的测量不受影响，而用[9,10] 该技术测量的胸腔容积则不是这样（见下文）。当然，动脉导管不能与注射用静脉导管在同一侧插入股骨部位。在导管端口中注射冷盐水可以提供可靠的心输出量及其变化[11]的测量。该技术不能用于体外膜氧合。相比之下，连续的静脉-静脉血液过滤并不影响TPTD测量心输出量的可靠性[12-14]，即使对于高血泵流量也是如此[13]。热敏电阻尖端导管通常插入股动脉，但腋动脉、肱动脉和桡动脉（长导管）也可以使用，尽管这要求肘关节保持在伸展位置。

    TPTD的一个缺点是冷指示剂的再循环比肺热稀释的再循环要大[2 ]. 此外，如果心输出量非常低，通常低于2 L/min， TPTD设备不提供任何测量方法，因为该技术的可靠性存在不确定性。注射温度的损失大于传统的热稀释法。在这方面，大量的肺水理论上可能会放大通过肺循环的注射温度的损失，即使这种现象可能是可以忽略不计的[15]。最后，TPTD在测量心输出量方面的主要缺点是它只执行间歇性测量（表1）。它不能检测到短期的变化，如由机械通气、被动抬腿[16]或呼气末阻断[17]试验引起的变化。

    除了TPTD外，PiCCO和容积视图设备通过分析动脉导管获取的动脉曲线（“脉搏轮廓”）来估计心输出量。这样就可以实时监测心输出量。脉搏轮廓分析是基于每搏量与主动脉压力曲线[18]的振幅和形状之间的关系。设备分析记录外周动脉的压力波形的几何形状，估计主动脉水平的动脉曲线，并通过专有算法从压力波形的几何特性估计行程量。

    脉搏轮廓分析对心输出量的测量非常精确，比TPTD [5] 更精确，但它可能会随着时间的推移而漂移，特别是当动脉阻力改变[19–21]时。而PiCCO和容积视图设备通过每次执行TPTD时由TPTD获得的值来校准脉搏轮廓分析。相较于未校准的脉冲轮廓分析设备，校准的具有更好的准确性，特别是当动脉张力发生显著变化时，例如在血管升压药[20,22]下。应鼓励在1小时无校准周期[23]后校准脉冲轮廓分析。这并不意味着必须每小时校准患者TPTD设备，但是当心输出量对于解释血流动力学是必需的时，如果自上次校准后已经过了1小时或更长时间，则必须进行脉搏轮廓分析的校准（表1）。

    除了心输出量外，TPTD估计的一些胸腔内容积具有重要的病理生理学意义(图.1). 这一估计是基于对热稀释曲线及其对数变换的分析(图.2).根据斯图尔特-汉密尔顿原理，冷指示剂在注射和检测部位之间的总分布容积，即胸内热容积，是通过将心输出量乘以冷指示剂的平均通过时间得到的。根据Newman原则，在注射部位和检测部位之间的冷指示剂的最大分布容积，即总肺容积，是通过将心输出量乘以热稀释曲线的下降时间得到的。然后，从胸内热容积中减去肺热容积，估计整体舒张末期容积（GEDV）。这相当于舒张末期所有四个心室的容积( 图.2)。而PiCCO设备则会根据纽曼原则评估GEDV，容积视图装置通过对热稀释曲线的不同几何分析来评估它，这是基于曲线的上下部分的斜率和一个专有的函数[24]。然而，这两种技术都已被证明是可互换的[25]。

    GEDV的表现通常代表心脏前负荷[26]的标志。在脓毒性休克患者中，GEDV随液体给药而增加，但在多巴酚丁胺给药期间保持不变，尽管心输出量[26]也有类似的增加。由于这两个变量来自相同的热稀释曲线，因此人们怀疑GEDV和心输出量之间存在数学耦合，但这尚未被临床研究[26–28]证实。

    GEDV包括心脏容积，以及部分上腔静脉容积和注射部位与热敏电阻之间主动脉的容积。这可能解释了为什么GEDV大于四个心室的实际容积。然而，这些血管容量在心脏前负荷的变化过程中基本没有变化。已经证明，与超声心动图测量相比，GEDV可以可靠地跟踪容积扩张引起的前负荷变化，优于某些改进版本的肺动脉导管[29,30]的容积评估。

    注射三次冷盐水时，GEDV的变化最小为12% [4]。如果通过股静脉注射冷盐水，GEDV的正常值要高于通过上腔静脉注射，因为它包括了下腔静脉的容积[9,10]。它们可以通过使用患者的生物特征数据[10]的公式来估计。“股静脉”GEDV的变化与“上腔静脉”GEDV[10]的变化相关。

    有研究报道，心脏前负荷（舒张末期容积的相关性优于PAOP），因此左室舒张末期容积（TPTD或超声）优于压力指标(中心静脉压力、肺动脉闭塞压力（PAOP）[31,33]。

    然而，我们必须记住两点。首先，如果心室顺应性较低，容积的小变化会引起压力的较大变化，而容积的变化可能会低估心脏前负荷的变化。第二，静水压性肺水肿的形成直接依赖于肺毛细血管和间质[34]之间的静水压力梯度，PAOP比任何体积指标都更能表明静压性肺水肿的风险。

    GEDV的一个特殊局限性是它不能区分左右心前负荷。在实践中，在右心室扩张时，GEDV增加，而左心室前负荷[35,36]正常。

    与所有心脏前负荷的静态标记物一样，GEDV是一个较差的液体反应性[37]指标。然而，这并不意味着它是无用的。当情况尚不清楚时，了解心脏前负荷水平对于确定休克来源至关重要。此外，在扩容过程中，必须测量心脏前负荷，以检查它是否实际增加，并且液体是否不仅仅在扩张的静脉储备[26]中被稀释。

    TPTD通过心功能指数和整体射血分数来估计左心室收缩功能。心功能指数是心输出量（通过TPTD测量）与GEDV（图1）的比值。整体射血分数等于每搏量除以GEDV，再乘以4，假设左心室舒张末期容积为GEDV的四分之一。当然，这是一个粗略的假设，因为所有的心腔都不是相似的容积。

    一些研究表明，动物[38]和患者[35,36,39]的心功能指数的绝对值与超声心动图测量的左心室射血分数（LVEF）的绝对值之间有良好的相关性。心功能指数和整体射血分数的某些特定临界值可以准确地检测到LVEF [35,36,38,40]的低值。此外，超声心动图LVEF [35,36,40]中心功能指数和整体射血分数的变化可以跟踪整体射血分数的变化，特别是使用正性肌力药物[36,40]。三次冷盐水注射[4]后，心功能指数的显著变化最少为12%。

    对于GEDV，心功能指数和整体射血分数的主要限制来自于右心室的扩张。在这种情况下，GEDV升高，心功能指数和整体射血分数降低，而左心室收缩力保持[35,36,38,40]不变。此外，虽然这尚未被正式研究，但心功能指数和整体射血分数可能与LVEF相同，因为它们依赖于左心室前负荷和后负荷[41]。此外，尽管有可能识别阈值来检测低LVEF，但LVEF与心功能指数之间的相关性显然不能完美，因为心功能指数是“全局”心收缩功能[35,36,38,40]的标志（表1）。超声心动图仍然是测量左室收缩功能的最准确的床边技术。最后，超声心动图的优点是可以对心脏的结构和功能进行完整的评估，而TPTD是不允许的（表1）。

    超声心动图比TPTD需要更多的技能。此外，它是相当繁琐和耗时的，所以它可能不像在急性循环衰竭期间那样经常进行。虽然心功能指数与LVEF之间的相关性不是完美的[35,36,39]，但每次进行热稀释测量时，整体射血分数和心功能指数都能快速估计心脏收缩功能。他们可以很容易地预警临床医生左心室收缩力正在恶化，并鼓励他们进行超声心动图检查，否则就不会进行了。在接受正性肌力药物治疗的患者中，TPTD收缩功能指数也允许临床医生跟踪治疗效果[36]。

    血管外肺水（EVLW）是积聚在间质和肺泡腔内的液体（图1）。EVLW增加是因为肺通透性增加或肺毛细血管静水压增加，或两者兼为[42]。由于它是静水压性肺水肿和急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的主要病理生理模式，它可能对建立诊断、评估疾病的严重程度和指导治疗策略有非常特殊的帮助。

    使用PiCCO设备，EVLW可以通过胸腔内热容积减去胸腔内血容积来评估（图2）。胸腔内血容量为GEDV乘以1.25 [43]。容积视图设备也是基于同样的原理，但如上所述，它计算GEDV的方式不同于PiCCO设备 [24，25]（图2）。然而，据报道这两种设备提供的数值基本一致[24,25]。

    为了避免低估EVLW值，EVLW的值与预测体重而非实际体重相关联 [44]。当三次快速冰盐水注射后，EVLW的最小显著变化为12％[4]。使用室温盐水注射后会导致EVLW被轻度显著地高估[8]（图1）。

    一些论据支持TPTD估算EVLW的可靠性。首先，它在人体中与跨肺热稀释法结果一致 [43]，并且在动物[45,46]和人体[47]中与重力测量（参考技术）结果一致。其次，实验[48,49]和临床[4,50]研究证实了TPTD估算EVLW的准确性。在30例患者的尸检研究中，TPTD和重力测量所得的EVLW之间的相关系数为0.90[47]。TPTD也能够检测到由支气管肺泡灌洗导致的EVLW的小的短期变化[50]。通过TPTD也可以检测到脱机诱发肺水肿时EVLW的快速增加，有时甚至仅仅在几分钟内[51]。第三，TPTD估算EVLW的可靠性也被一些研究间接证实，研究显示EVLW可独立于其他严重程度指数[52-54]预测危重患者的死亡率[52-56]，如果TPTD对EVLW测量不可靠，这将不能建立。

    肺栓塞导致血管闭塞时，冷盐水的分布容积减少导致对EVLW的低估[57]（表1）。然而，在ARDS中，血管重塑，微血栓，缺氧性血管收缩或呼气末正压（PEEP）导致的一些小血管的闭塞，不影响TPTD对EVLW的评估 [58,59]。

    理论上，PEEP对TPTD所测得的EVLW的影响是相互矛盾的。PEEP会挤压一些肺血管，减少了冷盐水的分布容积。相反，PEEP可以改善肺不张的区域，减轻缺氧性的血管收缩，从而使热指示剂得以到达这些区域。由于PEEP减小了心输出量，因此可以降低肺微血管的静水压力，从而降低EVLW的水平。与此相反的是，PEEP会增加中心静脉压力，从而阻碍EVLW的淋巴回流。在临床中，很少有研究探讨这些机制的净作用。有一项研究报道，在ARDS患者中，经肺热稀释所测的 EVLW和CT所测得的肺重量，在广泛的PEEP范围内存在很强的关联[60]。

    肺切除理论上会降低EVLW的体积[61,62]，但是TPTD可能会高估剩余EVLW [61]。同样，TPTD所测得的EVLW也会明显受到单肺通气的影响[63]。

ARDS的类型可能会影响TPTD所测得的EVLW的可靠性。在不同类型的ARDS中，肺血液可能会从肿胀区域转移，这将导致EVLW被低估[64]，即使这种重新分配被证明很微弱[65]。

    大量胸腔积液可能会导致对EVLW的高估，因为冷盐水也会扩散到胸水中[66]。然而，一项研究发现，清除胸腔积液也会增加ELVW，或许是因为减轻了胸腔积液周围的肺不张[66]。至于心输出量或GEVD，肾替代治疗[12、13]和治疗性低温[6]不会改变EVLW的测量。

    TPTD通过肺血管渗透性指数评估肺泡-毛细血管屏障的通透性，其值为EVLW与肺血容量之比，即血管外液体体积与血管内液体体积之比[68-70]。

    该指数在动物[45]和临床[68-70]研究中得到验证，研究表明静水性肺水肿的指数低于ARDS。总的来说，肺血管通透性指数3被认为是用以区分两种肺水肿最佳的阈值 [68,69]，应被视作为最大正常值。目前，有关该指标的人体研究少，因此正常值可能和3略微不同。肺血管通透性指数具有与EVLW相同的局限性。

    尽管肺水增加和渗透性增加是ARDS的病理生理特征，但目前的定义并没有将它们考虑在内[71]。为了排除静水压性肺水肿，柏林定义仅规定左心室充盈压不应升高。这不仅是对肺渗透性的间接评估，而且左心室充盈压的升高也不能排除肺渗透性增加的可能，特别是在液体复苏后几天。此外，一些临床研究表明，考虑EVLW和/或肺血管渗透指数值，在患者达到美欧ARDS共识会议标准前2.6±0.3天，有助于预测肺损伤的进展[72]。因此，在临床实践中，肺血管渗透指数变化应该被考虑纳入用于检测ARDS的恶化或改善。另一项研究表明，EVLW值与由柏林定义分类所诊断的ARDS的严重程度密切相关[73]。已有研究表明，在诊断急性肺损伤，ARDS和严重肺损伤中应用EVLW可提高检验后优势比高达8倍[70]。至少，所有这些原因都支持使用TPTD以更好地描述ARDS的特征[74,75]。当然，这种设备的成本使其无法作为全球范围内每位ARDS患者的标准。

    为了避免重症患者出现液体过负荷，应仅在通过适当指标评估了前负荷反应性后才开始给予液体治疗[76]。此外，也应当考虑到液体治疗的风险。EVLW指的是已经漏入到肺间质和肺泡的液体容量，而肺血管渗透性指数预示前期的渗漏风险。在ARDS患者中，如果EVLW和肺血管渗透性指数远高于其正常值，则应尽可能地限制液体输注。

    在ARDS治疗时，据报道，基于包括EVLW测量的方案进行液体管理是安全的[77]，降低累计的液体平衡[78]，降低ICU死亡率[77]，减少机械通气[78]和ICU住院时间[78]。一些研究得出了不同的结果。在混杂的ICU群体中，TPTD与增加液体平衡有关[79]。在另一项研究中，与基于中心静脉压的液体管理相比，基于TPTD的液体管理并没有改善结果[80]。然而，后面两项研究相关的方案受到了强烈的批评[81,82]。在对监测设备的研究中，对预后的影响与设备的方案质量密切相关。无论设备如何，有问题的管理方案中所得出的结果都是值得怀疑的[81]。

    我们课题组证明，在自主呼吸实验中EVLW的增加能够准确地诊断脱机所致的肺水肿，特异性达到100％ [51]。这并不意味着TPTD设备只用于检测脱机所致的肺水肿，而是如果设备已经就位，那么在脱机实验中应该关注EVLW。

    TPTD是一种侵入性的技术，虽然其侵入性与肺动脉导管相比差别并不大，但却更容易实施。尽管如此，在一项多中心前瞻性研究的514名患者中，最常见的并发症是置管（4.5%）和拔管（1.2%）后局部小血肿。其他并发症，如缺血（0.4%）、脉搏消失（0.4%）或股动脉血栓形成（0.2%）等不太常见，并且都可以通过导管拔除或手术取栓得到解决[83]。这项研究是唯一一个探讨TPTD并发症的研究，应当谨慎解读这些结果。但是就我们而言，他们的结果表明相较于重症患者所遭受的其他风险，该技术并发症的发生率是可接受的。

    该技术禁用于股动脉血管假体。在我们的经验中，对于动脉疾病患者，如果两次置入导管和引导失败，我们不会再尝试使用该技术。必须要权衡这些并发症与患者病情的严重程度，对低危手术患者进行监测是没有必要的，但对于高危手术患者或危重患者却是合理的[84]。

围手术期

    在围术期，血流动力学监测应被用于检测低血容量或低氧输送以便早期预防。尽管有创，高级的血流动力学监测在以下两种情况下应该优先于无创设备。第一种情况是，当患者特别复杂，且需要比心输出量更多的变量，如心脏手术和长时间的大型手术[84]。第二种情况是，当无创技术可能不太可靠，如肝脏手术期间，因血管舒缩张力的大幅度改变导致未校准的脉搏轮廓分析 [19]。一些心脏手术和大型腹部手术的研究显示，心输出量监测可以降低并发症发生率和住院时间[85]。

重症监护室

    与术前的情况相反，尚无研究比较使用和不使用血流动力学监测的管理方式对死亡率的影响。在这种情况下，证明它的好处将非常困难。危重病患者的预后受到许多因素的影响，以至于很难相信一个单独的监测设备就能影响死亡率。在ICU患者中也使用许多其他监测技术，例如心电图或血气分析，但它们从未被证明能改善预后。在重症ICU患者中使用血流动力学监测的决定不应该受结局研究的影响，而应该由那些证实其除了基础的心率和血压数据以外还能提供更完善的信息的研究来指导。在这方面，血压的变化只能大致检测出心输出量的变化[86,87]，特别是当血管紧张素改变了动脉张力时[86]，监测EVLW可能减少液体平衡，而且高级的监测可能改变临床决策[88]。

    根据这些论据，新进的推荐指出对于那些初始液体治疗无效的低血压患者来说，血流动力学监测是必不可少的[1]（图3）。ARDS患者和血管升压药剂量很大和/或用量持续增加的患者更加需要高级的监测（图3）。然而，在实际工作中，血流动力学监测并不如近期共识[1]所推荐的那样常用[89]。

    目前市面上有两类TPTD设备可用：PiCCO系统植入ProAQT平台（普路森医疗系统，德国慕尼黑），以及容积视图系统植入EV1000平台（爱德华生命科学，美国加州欧文斯）。当然，制造商的软件包都是专有的，并非开放的，但这两种系统都遵循同样的原则，且技术差异可能很小。在两项研究中，两种设备的心排量和容积变量测量结果基本一致[24,25]。在一项研究中，容积视图方法的脉冲轮廓分析精度比PiCCO系统稍好[90]。当使用下腔静脉注射冷盐水时，容积视图设备会高估GEDV及其衍生变量，而PiCCO系统所描述的校正可以减少这种高估[91]。

    TPTD/经过校准的脉搏轮廓分析和传统的肺热稀释法都是非常精密的技术，可以提供除心输出外的其他血流动力学变量。在这方面，两者都适合于复杂和重症患者[1, 3, 84, 92]。传统的肺热稀释法的优点是不需要重新校准。然而，使用肺动脉导管时，心输出的半连续评估不是实时测量的，对心输出改变的反应延迟了几分钟[93]。而校准的脉冲轮廓分析，显示的心输出量是在几秒钟内计算的平均值。除了心输出外，两种技术提供的变量不一样。PAOP已经多次被证实在预测液体反应性中是不可靠的，而校准的脉搏轮廓分析可以进行被动抬腿或呼气末阻断试验[76]。

    在决定是否停止输液治疗时，给定的PAOP值可能对应于EVLW增加的不同风险水平，这取决于肺渗透性 [42]。例如，在PAOP为12 mmHg时，肺功能正常的情况下输液不会导致任何肺水肿，而在严重的ARDS患者中则极容易导致EVLW增加。关于收缩功能，我们认为心脏功能指数和全心射血分数比TPTD提供更直接的评估。

    与TPTD设备不同，肺动脉导管可以直接评估肺动脉阻力。右心衰竭和严重肺动脉高压是肺动脉导管的典型指征（图3）[1, 92]。但是，必须牢记三尖瓣反流会导致心输出量测量不准确，尽管这主要存在于严重反流时[94]。此外，肺动脉导管同时测量中心静脉压和肺动脉压，可以分别评估右心和左心功能，而TPTD仅能评估全心功能。肺动脉导管的另一个显著优势是它直接测量混合静脉血氧饱和度，而不是中心静脉血。

    总之，两种类型的设备都可用于监测休克患者的血流动力学状态，尽管他们向临床医生的问题提供了不同的答案。临床医生应该选择他们最熟悉的设备。肺动脉导管在急性右心衰竭和急性肺动脉高压病例中有典型的指征[1] （图3）。

    在我们看来，临床医生不需要在TPTD设备和超声心动图之间进行抉择。超声心动图具有完整评估心脏结构和功能的独特性。在每位急性循环衰竭患者中需尽早进行超声心动图检查[1,3]（图3）。然而，由于要进行超声检查需要较长的时间，很难将超声心动图作为血流动力学监测仪器[95]。相较于超声心动图，TPTD的优势是可以使用护士-驱动的方法，并可以同时评估多名患者。此外，TPTD还可给医生提供超声心动图无法提供的信息，例如EVLW。我们的经验中，对于大多数危重患者的监测，是兼顾TPTD的连续和反复的血流动力学监测以及超声心动图对心脏功能的定时评估，即间断的超声心动图检测和连续的TPTD监测相结合（图3）。此外，如果全心射血分数或心脏功能指数突然降低，TPTD可能需要结合超声心动图辅助检查。