理解经肺热稀释法（PiCCO）
理解经肺热稀释法（PiCCO）
介绍
ICU 血流动力学监测的主要目的是连续测量流量和压力血流动力学变量，以达到预定目标或评估个体化治疗（即血管活性剂、液体等）对整体血流动力学的影响和特定器官灌注。心输出量 (CO) 值的估计及其在优化血流动力学不稳定发作或液体反应性评估阶段的变化，通常是采用床边血流动力学监测的临床触发因素。 这种选择意味着与所使用的血流动力学监测类型有关的一些重要技术方面，包括真实性（通过无限多的重复测量的平均值与真实或参考值之间的接近程度来评估的系统误差）、精确性（重复测量值的接近程度）、准确性（测量值与实际或真实值的接近程度）以及跟踪测量值的方向性变化的可靠性（以高灵敏度和特异性检测重大变化的能力）。此外，由于从血流动力学监测中获得的数据是 ICU 团队决策过程的核心部分，因此应考虑对医务人员和非医务人员进行适当水平的培训。这是至关重要的，因为应该承认和共享数据解释、监测的技术限制、诊断和治疗的临床路径，因为患者的最终预后不受血流动力学工具本身的影响，而是受所提供数字的使用方式的影响。
在这种情况下，经肺热稀释技术 (TPTD) 是一种可靠的多参数先进心肺监测技术，可提供与心脏功能相关的血流动力学参数，以及胸腔内血管外水的重新分布。TPTD 的历史基于一些开创性的里程碑，如图 1 所示。如今，市场上的血流动力学监测仪通常将 TPTD 的 CO 间歇测量与动脉脉搏轮廓分析相结合，提供连续 CO 的自动校准 ，以及对心脏前负荷、液体反应性、血管外肺水（EVLW，见下文）和许多其他参数的准确评估。所有这些变量最终都被整合到一些 TPTD 指导的流程中，这些流程已被证明可以改善高危手术和 ICU 患者的管理。
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图 1. 关于血液循环的第一个科学观察是由 Erasistratus 描述的，他在公元前三世纪定义了一个开放式循环系统。封闭式循环系统仅在十七世纪由 William Harvey 描述过。1870 年，菲克发展了菲克原理来测量心输出量 (CO)。1824 年，Hering 引入了一种指示剂稀释法来测量血流速度，因此在 1897 年 Stewart 将其扩展到测量血流。同一时期（1899 年），Frank 开发了 Windkessel 模型，该模型首先耦合了心脏-血管相互作用。1904 年，Erlanger 和 Hooker 提出主动脉脉压的主要决定因素是每个心动周期中射出的血液量。因此，脉压测量可以与每搏量 (SV) 计算相结合，最后与 CO 相结合。在 1960 年代和 1970 年代，Kochoukos 等人。首先描述了一种通过测量动脉压波形收缩部分下的面积来估计 SV 的方法，Wesseling 及其同事提出了第一个根据主动脉阻抗和收缩期动脉压变化来估计 SV 的算法。1920--1994 年，Hamilton 发展了从 Hering-Stewart 技术中检索到的概念，使用酚酞作为染料指示剂。1954 年，Fegler 引入了热稀释法作为测量血流量的方法，最后，Branthwaite 和 Bradley 在 1967 年使用热敏电阻头肺动脉导管 (PAC) 使用热指示剂稀释法测量了 CO。
经肺热稀释技术的原理
在 TPTD CO 测量期间，预定义体积的冷指示剂，通常是 15-20 ml 冷却的 0.9% 生理盐水（理想情况下 < 88C）通过中央静脉注射，然后与血液混合并通过正确的腔室， 肺循环，左腔室，最后到达主动脉和体循环。在文献中，还描述了在室温下使用少量指示剂 (10 ml) 以获得可靠和正确的 CO 测量值。该等份血液的不同血液体积温度（与循环血液中记录的温度相比）由中央或外周动脉中的热敏电阻导管检测，股动脉是导管插入最常用的部位。也可以使用腋动脉、肱动脉和桡动脉（带有专用的长导管）。
因此，可以根据经典的 Stewart-Hamilton 公式 ，根据热稀释曲线下生成的面积计算 CO：
其中 K = 调整注射液体积和导管和注射液的物理特性的计算常数；Tb=血液温度；Ti=注射液温度；
与肺导管 (PATD) 用于 CO 测量的热稀释相比，TPTD 的技术优势在于它受注射期间可能的冷诱导心率瞬时下降以及呼吸变化的影响较小 CO 。此外，尽管注射部位和热敏电阻头导管之间的距离可能会增加指示剂损失和再循环的影响，但约 96-97% 的指示剂仍储存在主动脉中。
一些研究已经证实了这种技术在一些临床环境中的可靠性，包括心脏手术、烧伤、脓毒症、严重的左心室功能障碍、ARDS、单肺通气期间的非常小的儿童以及静脉-静脉肾脏替代治疗期间。
另一个重要的问题与心内分流的存在有关，它可能通过影响热稀释曲线的形状（即早期出现的双驼峰曲线是右向左分流的特征）而潜在地影响TPTD技术的使用，并暗示心内功能或解剖学缺陷。正如Michard等人所显示的那样，这种效应可能对检测急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者的右向左心内分流很有帮助。很少有其他研究显示典型的TPTD双驼峰曲线和EVLW的变化，仅有的为在一个有手术房间隔缺损修复、室间隔缺损和主动脉瘘的孩子身上。
校准后，动脉脉搏轮廓波形允许连续（逐搏）CO 监测，并且可以计算以下所有参数：
（1）全身血管阻力 (SVR) 为：80×(平均动脉压 (MAP) – 中心静脉压 (CVP))/CO
（2） 每搏量变化(SVV)，单位为%：100 ×(SVmax - SVmin) /(SVmean)，在预定的时间段内。
（3）脉压变化(PPV)，单位为%：100 × (PPmax - PPmin)/(PPmean)，在预定的时间段内。
（4）最大左心室收缩力 (dPmax)：作为血压和心输出功率 (CPO) 的增加速率，以瓦特为单位：MAP × CO/451
这些参数经常被用来在床边滴定液体治疗。例如，最近的一项单中心RCT研究分配了60名脓毒症休克患者，在这些患者中，血管内容量扩张由前负荷依赖指数（前负荷依赖组-由PiCCO提供的指数）或中心静脉压（对照组）指导，显示休克缓解时间没有差异，但每日液体摄入量较少，包括红细胞，而不会恶化患者的结局。
经肺热稀释技术设备和相关的血流动力学参数
市面上有两种 TPTD 血流动力学监测仪：
（1）PiCCO 系统（Pulsion Medical Systems，慕尼黑，德国）于 1997 年成为第一个使用 TPTD 技术的血流动力学监测，并且是 VolumeView 推出之前唯一的商用设备。PiCCO2 和 PulsioFlex 两个监测器 是基于相同的原理，它们是由同一家公司从第一个 PiCCO 系统开发的。PiCCO 系统已在几项与肺动脉热稀释相比的研究中得到验证，然后广泛用于研究血流动力学不稳定的 ICU 患者的液体反应性和液体管理。PiCCO 测量 CO 的精度已得到广泛研究。例如，使用三次注射进行测量，Tagami 等人报告了 7.8% 的最小显著变化（LSC；即连续测量 CO 之间的最小差异，可以被认为是真正的变化，而不是偶然） 从 88 名 ICU 患者中获得了总共 462 个测量值，而 Monnet 等人报告了 91 名 ICU 患者的 LSC 为 12%。
（2）VolumeView 系统（Edwards Lifesciences, Irvine, California, USA）连接到 EV1000 监测系统，在与 PiCCO 系统的临床验证对比研究中，该系统已于 2010 年首先在动物身上得到验证，然后在 2012 年在人类身上得到验证。
技术差异和共同特征
尽管这两种设备使用相同的原理来计算 TPTD 衍生的心输出量 (COTD)，该原理源自上述 Stewart-Hamilton 方程（公式 2），但动脉顺应性和阻力的评估会根据 特定的专有算法。估计单个CO并跟踪其变化的精度和准确性主要与这个关键差异有关。事实上，系统的校准特别取决于动脉压波形分析，这对于定义动脉压波形轮廓、重搏切迹以及相应的曲线的收缩压分量至关重要（图 2）。此外，PiCCO和Volume View系统使用不同的算法来评估全心舒张末期容积（GEDV，见下文）：PiCCO的GEDV是根据Newman范式计算的，而VolumeView采用了不同的专利算法和功能，需要确定热稀释曲线的最大上斜率（S1）和下斜率（S2）（图3）。这种差异也被转移到 EVLW 估计，其公式在两个系统中是相同的，但需要计算 GEDV（图 3）。
图2. TPTD系统的校准，如系统的PiCCO校准取决于不同的变量，如报告的公式中所解释的。精确的动脉压力波形分析对于定义微血管缺口至关重要，因此，在不同的动脉轮廓上，收缩期和舒张期成分也是如此。
图 3. TPTD 心输出量测量用作动脉脉搏轮廓波形的校准因子，然后允许连续（逐搏）CO 监测。PiCCO 系统依赖于平均通过时间 (Mtt) 和下坡时间 (Dst) 评估。Mtt 取为检测到第一个粒子的时间加上检测到第一个粒子与所有后续粒子之间的平均时间差，即一半冷指示剂通过所需的时间。Dst 是热稀释曲线中两个设定点之间的温度衰减时间，例如 80 至 40%。VolumeView 系统依赖于稀释曲线的最大上升斜率 (S1) 和最大下降斜率 (S2)。全心舒张末期容积 (GEDV) 的计算方式不同，而血管外肺水 (EVLW) 的计算基于相同的公式。
对GEDV的量化可以计算出胸内血量（ITBV）（即胸腔内所含的血液），它是由GEDV和肺血量（PBV）计算而成。这最后一个参数的计算是考虑到下游指标稀释曲线的斜率，是混合室链中最大的隔间，通过TPTD曲线的下坡时间与CO TPTD相乘。这意味着GEDV和ITBV之间存在一个几乎恒定的比率，正如Sakka等人所描述的（即ITBV=1.25* GEDV），因此可以通过TPTD方法计算ITBV。
总结：
（3）EVLW：两个系统的算法是等价的。但是，它们使用以不同方式计算的 GEDV。
考虑到 CO 评估所需的技术设备，两个系统都需要：
（4）连续测量中心静脉压的专用线。
因此，TPTD 系统的校准不仅对于获得 TPTD 衍生的 CO 是必要的，而且对于使脉搏轮廓分析适应患者多变的血流动力学条件也是必要的。在心血管系统中，当左心室将每搏量射入主动脉时，大动脉的机械特性与心脏功能之间的相互作用会产生前向力。由于前向压力波传播速度很快（即 4-30 m/s），它几乎瞬间被外周反射，产生后向波，叠加在前向波上产生逐搏动脉波形。向前和向后力之间的平衡点由动脉波形上的重搏切迹表示，它将压力轨迹的收缩期和舒张期分开。因此，动脉波形可能随着生理环境、解剖位置、影响心脏功能和外周反应的病理以及血管活性药物的使用而显著变化。因此，当所有这些变量之一发生变化时，系统的校准是必要的。
为什么以及如何在临床实践中使用经肺热稀释技术
TPTD 是一种侵入性技术，因为它的使用需要使用中心静脉导管（出于临床原因通常已经就位）和动脉管路，现在建议使用回波描记术放置动脉管路以最大限度地降低动脉病变的风险。因此，该技术在股血管假体的情况下是禁忌的，患有动脉病的患者应谨慎行事。然而，在对 514 名患者进行的关于 PiCCO 使用相关并发症的最大研究中，最常见的并发症是导管插入 (4.5%) 和移除 (1.2%) 后的局部小血肿。其他不常见且可解决的并发症包括缺血 (0.4%)、脉搏丢失 (0.4%) 或股动脉血栓形成(0.2%)。
无论有害副作用的罕见风险如何，任何血流动力学监测的侵入性都应与使用 TPTD 衍生参数的优势相平衡，以指导复杂 ICU 患者的治疗。处于休克状态的患者需要进行血流动力学监测，因为初始的液体治疗并不能逆转休克，对于特定的亚组患者，如ARDS患者、使用大剂量或不断增加的血管加压药或正性肌力药物的患者，以及通过床边重症监护超声心动图检测到的急性或急性慢性心功能不全的患者，应始终考虑进行血流动力学监测。
例如，最近对9项研究的系统回顾指出了TPTD监测的潜在好处，显示当设备使用至少72小时后，正向液体平衡会减少，而且TPTD衍生的动态和静态参数在减少正向液体平衡方面比测量中心静脉压和早期目标指导治疗更有优势。然而，尽管有这些坚实的生理目的，在最近的一项随机对照试验（RCT）中，考虑到ITBVI（ITBV指数）、EVLW和CO的基于TPTD的流程并不优于基于中心静脉压的流程来管理330名患有脓毒性休克和/或ARDS的ICU患者的液体管理。
一项随机对照试验在感染性休克患者中使用前负荷依赖指数滴定血管内容量扩张并没有改变休克缓解时间，但导致每日液体摄入量减少，包括红细胞，而不会恶化患者的预后。
全心舒张末期容积
已经证明，与连续舒张末期容积指数（即一些改良版肺动脉导管允许的容积评估）和超声心动图测量相比，GEDV能可靠地反映左心室前负荷在液体置换治疗中的变化。作为心脏前负荷的静态估计，GEDV与左右充盈压或静态超声心动图容积测量在预测液体反应性方面有相同的局限性。然而，高的GEDV值（即>800ml/m2）仍可被认为是一个安全界限，以避免不必要的输液，而无需对液体反应性进行功能性血流动力学评估。此外，GEDV是对右心室和左心室整体前负荷的估计，因此可能会因为右心室扩张而增加，而左心室前负荷是正常的。
血管外肺水
EVLW是TPTD技术专门提供的测量，反映了肺部灌注区（肺泡和肺间质中的液体）所含的水分。因此，EVLW值在一定程度上会被排除在肺部循环之外的条件所改变（即肺栓塞、极低的CO、高PEEP等）。这个参数在正常肺和一些临床条件下都得到了验证，如心源性肺水肿和ARDS模型。此外，Tagami等人证明了EVLW与正常肺和受伤肺的死后重量之间的良好相关性。
正常的 EVLW 值低于 7 ml/kg，而大于 10 ml/kg 的值代表定义肺水肿的最佳鉴别阈值，大于 15 ml/kg 表示 99% 的阳性预测值。因此，一些研究评估了使用肺血管通透性指数（PVPI，见下文）来区分心源性肺水肿和炎症性肺水肿 (ARDS)。Sakka 等人在对 373 名危重患者的回顾性分析中评估了 EVLW 的预后价值，结果表明 EVLW 从 10 ml/kg增加到 15 ml/kg的患者死亡率从 33% 增加到 65%。此外，基线 EVLW 与死亡率以及其他严重程度指标相关，例如简化的急性生理学评分 (SAPS) II 和急性生理学和慢性健康评估 APACHE II 评分。
最后，EVLW 可被视为在脓毒性休克液体管理优化阶段滴定液体治疗的另一个临床相关安全限值，反映了肺功能恶化的风险。高 EVLW 值可能表明输液时要谨慎，促进液体反应性的功能性血流动力学评估和/或及时干预以减少液体超负荷。
肺血管通透性指数
PVPI 估计肺的血管外和血管内液室之间的比率，它被计算为 EVLW 和 PBV 之间的比率，允许区分心源性和非心源性肺水肿（当 EVLW 和 PBV 都很高时）。例如，在日本的一项大规模前瞻性多中心研究中，Kushimoto 等人表明，PVPI 值为 2.6 至 2.9 可明确诊断急性肺损伤 (ALI)//ARDS（特异性，0.90 至 0.95），并且 小于 1.7 的值排除了 ALI/ARDS 诊断（特异性，0.95）。Monnet 等人表明，PVPI≥ 3 诊断 ALI/ARDS 的敏感性为 85%，特异性为 100%。最后，Chew 等人表明，PVPI 在肺损伤评分超过 2.5 的患者中具有良好的诊断性能，这意味着患有严重 ARDS 的患者由于肺通透性更大而具有更大的肺水肿。
全心射血分数和心功能指数
GEF和CFI是反映心脏泵功能的参数。GEF 计算为每搏量/（全心舒张末期容积/4），假设左心室舒张末期容积是 GEDV 的四分之一），而 CFI 是 CO 和 GEDV 之间的比率。尽管这两个指标与左心室射血分数的超声心动图测量（特别是识别低值）及其变化具有良好的相关性，尤其是正性肌力药物引起的变化，但它们反映了整体双心室功能，因此需要特定的超声心动图评估来评估局部异常和功能。
结论
TPTD 技术是用于估算 CO 的精确可靠的床边工具，在最严重的 ICU 患者的管理中，侵入性和临床实用性之间具有非常好的风险/收益比，可以全面评估心肺状态。除了 CO 估计之外，TPTD 还提供了多种指标，可帮助回答临床医生在血液动力学管理过程中问自己的问题。通过脉搏轮廓分析获得的 TPTD 指导流程可能有助于通过根据功能性血流动力学监测滴定液体治疗来优化液体复苏，并通过跟踪 EVLW 和 PVPI 的变化来定义安全标准以避免液体超负荷。
要点
经肺热稀释是一种通过心输出量和其他指标提供全面血液动力学评估的技术。经肺热稀释通过分析在静脉循环中注射冷丸后动脉导管尖端记录的曲线来间歇性地测量心输出量。该测量允许对脉搏轮廓分析进行校准，然后对心输出量进行连续和实时监测。
经肺热稀释提供了超出心输出量的几个变量。它估计四个心腔的舒张末期容积，这是心脏前负荷和血管外肺水的标志。这使临床医生能够估计肺水肿的容量超负荷和肺血管通透性，进而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管理，特别是在急性呼吸窘迫综合征的情况下
经肺热稀释法提供全面的心血管评估，可以回答有关血流动力学管理的许多问题。它属于“先进”设备类别，适用于病情最危重和/或病情最复杂的患者。该技术的精确性是在床边适当使用功能性血流动力学测试的先决条件。
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