血流动力学复苏中静脉输液的来龙去脉
血流动力学复苏中静脉输液的来龙去脉
静脉输液（IVF）是住院患者最常见的临床干预措施之一，最早出现在近 200 年前。静脉输液的使用范围很广，从为不能饮水的患者提供日常所需的液体到治疗休克。合理使用静脉输液取决于了解静脉输液在体内的分布情况及其在体内平衡中的生理功能。最近的优秀综述中讨论了将静脉输液用于休克复苏、监测输液效果的最新进展以及最近的静脉输液临床试验，我们请读者参阅这些研究，以了解这些方面的完整讨论。在这篇简明扼要的权威性综述中，我们将采取一种互补的方法，讨论液体的基本生理学原理，以及如何利用这些原理指导静脉输液处方，重点关注成人生理学。类似的原则也适用于儿科生理学。
生理背景：液体在体内的作用
在正常状态下，人体 50%或更多的部分由盐和水溶液组成。盐溶液的成分在不同的体腔中各不相同，但都接近于 1%的盐溶液。体液有两大功能。首先，体液能溶解必需的基质，使其通过扩散作用移动。其次，体液可以让它们所含的物质通过对流在循环系统和淋巴系统中流动。
溶解在水中的微粒与水分子形成溶解结构。这种相互作用会产生一种力，即渗透压，它由溶解颗粒的数量决定，与颗粒的大小或电荷无关。这种力以 渗透性浓度（Osmolarity）（Osm/kg）或 渗透摩尔浓度（Osmolality）（Osm/L）来衡量。"渗透压 "描述了半透膜两侧两种溶液渗透压的相互比较。实际上，它可以根据渗透压正常的红细胞在溶液中是收缩还是膨胀来确定。表 1 总结了有关渗透压浓度、渗透摩尔浓度和张力的关键概念。调节体液流动的基本原则是等渗透压原则。除了下面讨论的一小部分例外，所有体腔都具有相同的渗透压。如果分隔两个区室的膜具有透水性，水就会向渗透压较高的区域移动，直到达到平衡。人体各区的正常渗透压为 275-295 mOsm/L。钠是细胞外区的主要渗透压，其浓度被严格调节在 135-145 mMol/L。此外，通过调节钠，还可调节负离子以维持电中性。元素不能被代谢。因此，它们在体内的总量（而非浓度）由吸收和排泄决定。因此，体内钠的含量是决定体内水分的主要因素。体液过多意味着体内钠过多，体液不足意味着体内钠总量减少。
正常情况下，人体总水分约有2/3在细胞内，1/3在细胞外（图 1）。细胞外空间又分为血管内空间和间质空间，间质空间的容积通常是血管内空间的两倍。等渗透压原则的一个例外至关重要：由于血管壁对血浆蛋白和其他大分子的渗透性相对较差，因此血浆的渗透压比人体其他腔室高出约 1 mOsm/L。渗透压的这一微小差异可保持血浆中多余的水分。具有这种作用的物质被称为胶体，这种类型的渗透压被称为胶体渗透压。白蛋白占血浆渗透压的近 80%，因此产生了将液体保留在血管空间的主要力量。
图 1： 人体内液体分区的示意模型。通常，人体三分之二的水分在细胞内液（ICF）中，钾是调节细胞内液容量的渗透压。人体三分之一的水分在细胞外液（ECF）中，其中钠是调节细胞外液容量的渗透压。细胞外区又分为间质和血管内空间。正常情况下，细胞间质的体积是血管内液体积的两倍。
血管和间质之间的液体流量受 Starling 首先描述的相反力的控制（图 2）。血管内部的静水压力高于外部，有利于液体从血管流向间质室。相反，血管空间中的胶体渗透压（主要来自白蛋白）高于间质空间中的渗透压，从而抵抗向外的液体流动。Starling 认为，液体在毛细血管的起始处从血管中流出，并在末端被重新吸收。最近的研究表明，在稳定状态下，在大多数组织中，通常有液体净流入间隙空间，并且淋巴管通过大静脉将这些容量返回到脉管系统，除非血管容量严重急性损失。Starling 还假设间质白蛋白浓度可以忽略不计，但实际上约为血管浓度的 50%。糖萼的发现对斯塔林定律进行了修正：当前模型表明，糖萼内的胶体渗透压（而不是间质液）调节过滤。糖萼的病理变化及其对液体生理学的影响一直是最近研究的焦点。
图 2.：血管内和间质空间之间的流体通量的 Starling 模型描述了穿过多孔或半透膜的流体通量。Jv/A = L p[(P in−P out)−σ(π in−π out)] Jv/A 是跨膜的流体通量（其中 A 是表面积），L p 是水力传导常数 （描述流体穿过多孔膜的难易程度），P in 是容器静水压力，P out 是间隙静水压力，σ 是反射系数（描述颗粒穿过多孔膜的难易程度） 膜），π in 是容器内部的胶体渗透压，π out 是容器外部的胶体渗透压。 在Starling的原始版本中，π out 可以忽略不计，但在更新版本中，π out 可以超过 π in 的 50%，并且随过滤速率而变化； 因此，它需要一个更复杂的方程。 现在还认为有效的 π out 是基于糖萼内而不是间质内的胶体渗透压。 因此，除非 P in 显著下降，否则毛细血管中的液体过滤总是向外的，液体通过淋巴流返回脉管系统。
临床上使用三种类型的液体：晶体、胶体和血浆。世界各地静脉输液的使用模式差异很大。浓缩红细胞或血小板会增加血管空间的细胞质量（和体积），但不会增加渗透压，因此我们在这篇简明评论中省略了它们。表 (ESM) 列出了常用输注液体的特性 (https://links.lww.com/CCM/H380)。几乎所有的晶体IVF都是水中的钠盐；水中的葡萄糖是一个例外。最常见的是 0.9% NaCl。其钠浓度为 154 mMol/L（3.5 g 钠），与血清混合后浓度会降低。氯化物浓度也为 154 mMol/L，远高于血浆浓度。肾脏排泄氯的效率不如排钠，因此大量输注 0.9% 盐水会导致高氯性代谢性酸中毒。为了降低氯含量，使用其他阴离子，包括所谓的“平衡”溶液中的乳酸根、乙酸根或葡萄糖酸根。胶体溶液含有溶解在晶体溶液中的大分子量 (MW) 分子，晶体溶液通常为 0.9% NaCl。这些大的 MW 颗粒太大，无法轻易穿过血管壁，因此主要保留在血管间隙内，直到被代谢（图 2）。最常见的胶体是蛋白质和羟乙基淀粉。输注的蛋白质是白蛋白（源自人血浆）或明胶（源自动物）。白蛋白为 4% 或 5% 溶液，具有与正常血浆接近的渗透作用；或者为 20% 或 25% 溶液，具有高渗透作用。淀粉是葡聚糖或羟乙基淀粉（称为羟乙基淀粉）的复合物，经过修饰可改变其被血清淀粉酶分解的速率。因此，它们的胶体渗透压值会有所不同，因为颗粒数决定渗透力。在美国，羟淀粉带有食品和药物管理局规定的黑框警告，因为其使用会增加脓毒症患者的死亡风险。
在病理条件下，液体会积聚在通常不含有太多液体且其液体不易进入循环系统的身体隔室中，通常称为“第三间隙”。主要的第三间隙包括腹膜腔和胸膜腔。根据等渗透压原理，这些空间中的溶质浓度必须与细胞外液 (ECF) 的其余部分保持平衡 。这对于晶体输注的临床使用具有重要意义。在正常情况下，输注的等渗晶体溶液大约三分之一分布到血管空间中，三分之二分布到间质空间中。然而，当间质和第三间隙大大扩张时（例如，由于水肿、腹水或胸腔积液），注入的晶体及其电解质的比例均匀地分布到所有这些区域，并且血浆中剩余的部分成比例地减少。理论上，间质和“第三”间隙中过多的液体积聚可能会导致器官水肿并破坏细胞和组织之间的相互作用 。在大型 ICU 数据库中，静脉充血的迹象与急性肾损伤的风险增加有关 。预计静脉充血也会减慢淋巴液返回血管内空间的速度，因为淋巴管是流入静脉的低压血管。
间质中的钠和水提供了储备，当毛细血管内压力急剧下降时，可以将其补充到血管间隙中以恢复血浆容量。间隙空间还可以占据血管空间的体积并缓冲多余的血管体积。考虑一下接受血液透析的患者会发生什么。他们通常在 3-4 小时的透析过程中排出约 4 L 的液体，且不会产生不良影响。当血浆水和钠被超滤时，它们会被间隙空间的储备所取代。当间质体积扩大时，间质结构会发生变化，并允许在压力发生微小变化的情况下吸收更多的容量。从这个意义上说，当进行过多的静脉输液时，水肿会导致更多的水肿。
另一个主要的容量储备是非张力的血管容量。大约 70% 的血容量使血管壁变圆，不会增加血管压力。另外30%的血管容积拉伸血管壁，使血管壁产生弹性回缩，产生血管压力。这 30% 称为张力血管容量。（图 3）交感神经系统（或外源性儿茶酚胺）的释放可引起血管平滑肌收缩，将更多的非张力容量募集到有压力的体积中，这一过程在几秒钟内发生。
图 3.：血管内容量对血管张力和弹性回缩力的影响。在典型情况下，血管，尤其是静脉，刚刚充满（它们处于非张力容量的极限）。静脉壁的弹性回缩对于静脉血液回流至心脏的贡献不大。当静脉更加充盈并且超出其非张力容量时，血管内容积有助于张力容量，拉伸血管壁，并且静脉的弹性回缩特性在产生血液静脉回流至心脏方面发挥着重要作用。在血容量不足或静脉外压力升高的情况下，静脉往往会塌陷，静脉会成为阻力，阻碍静脉血液返回心脏。
液体的运动——水、生理盐水、高渗盐水和胶体
随着 IVF 输注到脉管系统中，会发生两件事：1) 血管壁被拉伸，血管内压力增加，2) 血管空间中溶质的浓度相对于间质和细胞内空间发生变化。5% 葡萄糖水溶液是等渗的（不会溶解红细胞），但葡萄糖会迅速被细胞吸收并代谢，留下纯净水。血管内液体的溶质浓度相对于间质液的溶质浓度下降。由此产生的浓度梯度变化导致水移动到间隙空间中。与细胞内液相比，间质液被稀释，然后水进入细胞。因此，注入的水分布在所有三个流体室中。
输注等渗晶体（例如 0.9% 盐水）会改变血管间隙中的溶质浓度。盐和水与间质液平衡。如果血管和间质空间的最终渗透压没有变化；液体不进入细胞。输注 5% 白蛋白（每 100 mL 0.9% NaCl 5 g）与正常血浆等渗和等渗，应保留在血管间隙中，直到白蛋白被代谢或从血管间隙过滤到间质间隙 ，当毛细管过滤反射系数较低时，这种情况发生得更快。当白蛋白进入间质空间时，间质和血浆胶体渗透压之间建立新的平衡，并且大部分过滤后的白蛋白最终通过淋巴管返回血浆。百分之二十五的白蛋白具有比血浆高得多的胶体渗透压，并限制水从血管内空间流入间质空间；在血管静水压较低的情况下，高渗白蛋白可能会将液体和电解质从间质中吸回，从而使前者扩张。输注高渗晶体（例如 3% 或 5% NaCl）会扩大血管内容量并缩小间质空间和细胞内空间，但最终根据等渗透压原理，将在液体室之间实现新的平衡（参见 前面）。
循环血量
液体的第二个主要作用是产生血管压力。隔室之间血管压力的差异允许血液分配到组织。血流量由两个函数决定：1) 静脉回流函数，基于将血液从全身静脉驱动至心脏的参数；2) 心脏功能，基于心脏作为泵的参数。
正如 Guyton 所描述的，顺应性全身静脉中的大量血容量会产生一种称为平均体循环充盈压 (MSFP) 的压力，该压力将容量推回右心房。心脏功能由 Starling 曲线描述，取决于舒张期（前负荷）、后负荷、收缩力和心率时心脏的伸展量。心脏的主要作用是容纳；通过有节奏地降低右心房压力，静脉血从全身静脉回流到心脏。心脏也能恢复；它将血液返回全身静脉，产生收缩压，将血流分配到局部循环。心输出量 (CO) 由这两个函数的交集决定：CO 必须与稳定状态下的心输入量相匹配。
这些功能有重要的限制。当大静脉中的压力小于周围的胸内压力时，它们在进入胸部时会塌陷，从而限制静脉回流到右心房。只有当 MSFP 增加或静脉阻力降低时，流回心脏的流量才会增加。容量增加 CO 的唯一方法是增加 MSFP 和心脏前负荷。右心室的舒张末期容积受到心包囊的大小和心脏的最大舒张期容积的限制。增加舒张末期压力超过这些限制不会增加舒张末期容量或每搏输出量。那么，CO只能通过增加心率或心肌收缩力或减少心室后负荷来增加。IVF 管理的另一个重要限制是静脉充血。随着静脉压升高，淋巴引流可能会下降，导致间质液的清除减少。此外，在不升高CO或动脉血压的情况下升高静脉压会降低器官灌注压，可能会恶化器官灌注和功能。
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IVF 基于生理的临床应用
出血引起的低血容量
病理生理学
在出血的第一阶段，血浆、血小板和红细胞丢失，血管充盈不足，CO和血管压力下降。这会触发压力感受器激活，导致交感神经放电，从而增加全身血管阻力以维持血压。出血还会降低血管容量，从而将非张力容量募集到张力容量中，有效地产生自体输血，从而增加静脉回流、心室每搏输出量和CO。血管内静水压降低导致从脉管系统到间隙空间的液体流量减少。当出血严重时，液体可以从间质空间移动到血管内空间，这有助于维持CO。由于间质液流入的稀释，血红蛋白浓度降低，抵消了 CO 增加导致的氧输送量的增加。发生多少补偿取决于非张力血管内容量和间质体积的可用储备以及随着交感神经激活的增加个人可以反应的程度 。
基本原理
出血复苏的主要目标是 1) 找到出血源，2) 止血，3) 补充丢失的血液成分。尽管 IVF 可能会增加 CO，但根据 CO 增加和血红蛋白浓度降低之间的平衡，尽管动脉血压可能会出现令人欣慰的升高，但氧输送可能会下降。因此，IVF在失血性休克中必须谨慎使用。此外，血管压力增加会破坏止血凝块并增加出血。创伤指南强调止血、低血压复苏，与晶体相比，血液成分更适合提供容量复苏和止血的组合，并在损伤控制手术前目标性低血压。
非出血性容量减少导致血容量减少
病理生理学
体液容量是由体内钠总量（而非浓度）调节的，因此容量损失就是钠损失。需要提供钠和水来补充丢失的液体并恢复血管内容量和间质容量。
基本原理
等渗晶体溶液可重新填充受压和不受压的血管容量和间隙空间。适量的 0.9% 生理盐水适合大多数患者。然而，当输注大量富含氯化物的溶液时，临床医生应监测血浆氯化物浓度，因为相对于钠而言，氯化物浓度升高会产生代谢性酸中毒。肾脏清除氯化物的效率也比清除钠的效率低得多。当血浆氯化物浓度升高时，临床医生应考虑氯化物含量较低的晶体。这对于患有肾小管功能障碍（例如由于糖尿病或高血压）的患者尤其重要。当 ECF 渗透压发生变化时，细胞通过失去细胞内水、产生有机溶质（特异渗透压）或结合细胞内离子来调节细胞内电解质含量，从而保护细胞内容量 。当细胞外区室的渗透压恢复正常时，固有渗透压被代谢并且细胞内水被释放。请注意，即使非张力容量显著减少，张力容量以及CO和生命体征也可能正常。临床病史和体格检查可以提供重要线索。胶体溶液在低血容量休克的治疗中不起重要作用。
备受瞩目的研究已经验证了使用低氯溶液有益的假设。一般来说，尚未发现巨大的临床益处，但总输注量和氯化物量太低，无法有效检验该假设。这些研究也没有丰富高危人群，例如肾小管功能障碍的人群。在一项显示出微小益处的研究中，没有监测或治疗氯化物浓度，因此益处可能是因为未能为对照组提供最佳治疗。使用最多 2 L 的 0.9% 盐水不太可能有害，但输注量较高时，应密切监测血浆氯化物浓度。未来的研究应该在高危人群中测试氯假说。隔夜无手术 (npo) 期间不太可能与围手术期 IVF 需求的大幅增加相关。
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分布性休克：血管张力降低和血管渗漏增加
病理生理学
过敏反应、神经损伤或严重炎症（脓毒症、胰腺炎）等疾病会增加血管通透性并降低血管张力，导致静脉回流减少（血浆中水分和溶质的流失和静脉扩张）和动脉血管舒张，这两种情况都可能导致 低血压。前负荷不足以维持代谢增加和动脉血流分布不均所需的 CO，通常进行 IVF 来尝试增加 CO 和组织灌注。
基本原理
IVF 输注可能会通过增加张力容量、增加 MSFP 和心脏静脉回流来增加 SV 和 CO，但前提是心脏在 Starling 曲线的上升部分运行（图 4） 。在曲线的平坦部分，IVF 输注仅提高右心室舒张末期“压力”，而不提高舒张末期“容量”，因此 SV 不变。血压已经很低，因此禁止通过减少后负荷来增加CO。只有心率或收缩力增加才能增加 CO。液体反应性 (FR) 的各种临床测试可以帮助临床医生确定患者是否处于 Starling 曲线上升阶段（如其他地方所述），并且这些测试可以帮助临床医生做出 IVF 管理的决定 。使用 FR 指导脓毒症 IVF 可降低发病率和死亡率。
图 4：Starling 曲线。这些曲线描述了增加前负荷（舒张末期容积）对每搏输出量的影响。如果心脏功能由曲线的上升部分描述，则增加前负荷将增加每搏输出量（液体反应性，较大的左侧三角形）。如果曲线的平坦部分描述了心脏功能，则增加前负荷不会明显增加每搏输出量（液体无反应，较小的左侧三角形）。收缩力的增加（上部 Starling 曲线）使曲线向上并向左移动，液体反应性发生在较高的前负荷下，使患者对液体反应性更强。同样，较低的收缩力（曲线未显示）将使 Starling 曲线向下和向右移动，并且液体反应性将在较低的前负荷下消失，从而使患者的液体反应性降低。
晶体液增加静脉回流不可避免地会增加血管渗漏，因为血管静水压增加而血浆胶体渗透压降低。胶体可能会减少 IVF 所需的容量，以增加张力容量，但会渗漏到组织间隙中，特别是当血管通透性较高时。低血容量时渗漏量较低；如果白蛋白是胶体，泄漏的白蛋白如果没有在间质中分解，可以通过淋巴管返回血浆。儿茶酚胺和精氨酸加压素（及其类似物）可以潜在地恢复动脉压。动脉阻力的增加可以降低毛细血管压力，从而减少血管渗漏。去甲肾上腺素还可以增加心肌收缩力和静脉回流。有证据表明，与多巴胺相比，使用去甲肾上腺素的不良反应更少，并且去甲肾上腺素被推荐作为脓毒性休克的一线血管加压药。高渗白蛋白 (25%) 有可能将间质液回收回血管间隙；然而，如果血管对蛋白质的通透性很高，白蛋白可能会渗漏到细胞间隙中。
脓毒症是分布性休克的最常见原因 。静脉输液在脓毒症复苏中的作用存在争议。在一项被高度引用的单中心非盲研究中，通过旨在优化感染性休克早期氧输送的方案，死亡率大幅降低。尽管证据质量较低，但专家指南仍“强烈建议”对脓毒症和灌注不足的患者给予至少 30mL/kg 的静脉注射晶体液。随后的三项大型多中心随机对照试验并未复制最初单中心研究的死亡率益处。两项在资源匮乏地区对脓毒症进行早期静脉输液复苏的研究发现，静脉输液与死亡率增加相关。一项对“脓毒症束”的回顾性研究发现，早期静脉输液与降低死亡风险之间没有关联。在2021年拯救脓毒症指南中，IVF复苏的建议被降级为“弱”。
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结合病史、体格检查、实验室分析、可靠的监测工具和循环参数迭代评估的临床和个体化方法，以个体化 IVF 和升压药复苏，可能会带来比流程更好的结果。最近的一项小型前瞻性研究和两项回顾性研究表明，使用 CO 监测来指导脓毒症患者的 IVF 治疗可能会降低发病率和死亡率。未来的前瞻性研究可能会集中在这一领域。
最近的两项随机对照试验对感染性休克患者中自由使用 IVF 与限制使用 IVF 加早期使用血管加压药进行了比较。在这两项研究中，限制性 IVF/早期血管加压药组的 IVF 输注总量较低，两种干预措施的死亡风险相似。在这两项研究中，输注的 IVF 容量（低于 2 L）均低于以前的研究。对累积观察结果的一种解释是，不需要大量的静脉输液，这与静脉输液在升高 CO 方面的作用有限是一致的，而适量的静脉输液似乎并无害处，这可能是因为静脉输液填补了耗尽的储备（见上文关于非出血性容量损失导致的低血容量的讨论）。
心源性和梗阻性休克：泵坏了或堵塞了
病理生理学
由于心肌抑制或心室后负荷增加（肺栓塞、心脏压塞）而导致的心脏功能障碍会使心内压和中心静脉压升高至 FR 丧失的程度（图 4）。随着左心室衰竭，肺血管系统的容量和压力升高，导致肺水肿、低氧血症以及在达到右心室容量极限之前呼吸功增加。由此产生的低氧血症和酸血症导致全身性心力衰竭，并伴有血容量过多和静脉充血的迹象。IVF 不会增加 CO。同样，IVF 对于肺栓塞引起的休克几乎没有价值：休克的发生是因为 RV 充盈已达到其物理极限。在填塞中，容量可以通过对抗心脏周围的压力来暂时增加 SV，但这是不可持续的，并会导致器官充血。
基本原理
结论
尽管静脉输液复苏很常见，但其益处并不总是显而易见，并且存在许多知识差距。在开具静脉输液处方时，医生应考虑液体的生理作用以及静脉输液的使用如何解决临床问题背后的病理生理学问题。IVF 的主要目标是增加CO和氧的输送。如果 CO 对容量没有反应，IVF 的唯一作用就是恢复耗尽的容量储备。IVF 的第二个作用是恢复灌注压力，从而实现更好的血流分布。这也只能通过增加 CO 来实现，而当心脏在其功能曲线的平坦部分运行时则不会发生。此外，临床医生应记住，动脉血压是血流和氧输送的不可靠替代指标。因此，增加 CO 同时减少动脉氧含量并不能改善组织氧合作用。最后，选择的 IVF 类型应取决于所治疗过程的病理学，而不是 IVF 本身的特征。未来的研究应侧重于将这些原则纳入试验设计中，旨在检验有关不同 IVF 休克处方效用的假设。
问题
对危重患者使用静脉输液 (IVF) 的生理基础是什么？
发现
IVF 根据每个区室的生物化学、IVF 的成分以及个体患者的潜在病理生理学在身体区室中进行分配。
意义
为危重病人明智地使用IVF，需要了解IVF如何影响血流动力学以及每个体腔的水和电解质状态。
来源:Kaufman. The Ins and Outs of IV Fluids in Hemodynamic Resuscitation. Crit Care Med 2023;51(10):1397-1406.斌哥话重症
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