动脉负荷在脓毒性休克循环复苏中的临床意义

脓毒性休克的血流动力学通常呈现为高动力、低血压，伴随着由组织缺氧导致的多器官功能障碍和代谢紊乱。液体复苏是脓毒性休克循环复苏的重要组成部分，其目的是通过增加心脏前负荷以提高心输出量(cardiac output， CO)。因而，CO监测是脓毒性休克血流动力学监测的重要组成部分，它部分反映了脓毒性休克患者前负荷的储备状态以及心脏泵功能。临床中也会应用容量负荷试验去筛选出能够通过液体复苏增加CO以改善全身组织器官灌注的患者。

另一方面，循环复苏的目标不仅仅是提供足够的CO，同时应该有足够的平均动脉压(mean arterial pressure， MAP) 以保证组织灌注压。尽管动脉血压并不能准确地评估和预测患者对液体复苏的反应性，但动脉血压仍是在没有CO监测条件下的重要评估指标，也是评估脓毒性休克复苏是否成功的重要指标之一。因此，判断患者是否为前负荷依赖型仅仅是循环复苏的一部分，另一方面也需要评估动脉血压在循环复苏过程中的变化。

CO和动脉血压在液体复苏中对液体的反应性并不总是一致的，从解剖结构及生理意义来说，动脉血管系统不仅仅是血液流向器官的通道，它同时起到调节心室射血，将脉冲性的每搏输出量转化为提供代谢交换所必需的连续性的外周血流，以及舒张期间维持和保证心脏灌注所必需的血压的作用。因此，对心血管系统的完整描述，不仅要考虑心血管功能，还要考虑动脉系统以及两者如何相互作用。

由于心脏和动脉系统在解剖学和功能上相互联系的特性，一个重要的概念动脉负荷(arterial load，AL)可以帮助我们更好地理解心血管系统在循环复苏中的表现。动脉负荷一方面代表了血管床的阻力因素，包含外周动脉阻力(peripheral resistance，R)、动脉顺应性(arterial compliance，C)、特征性阻抗(characteristic impedance， Ze) 和动脉搏动反搏波等特性，另一方面动脉负荷也会影响到心室射血及心室性能。因而，动脉血压可以看作是心脏与动脉系统各类复杂因素共同作用的结果。外周血管扩张导致的相对低血容量和低全身血管阻力只是脓毒性休克动脉系统的临床表现，深入理解动脉负荷，评估心血管系统间相互作用的状态，能帮助我们更好地进行循环复苏。

一、动脉负荷评估心脏后负荷

动脉负荷是一个综合性的概念，它不是动脉系统的任何特定成分，相反，它集合了所有影响血液从心脏泵出进人到肺循环和全身体循环的心外因素，包含动脉系统的不同特性、血液黏度和动脉搏动产生的反搏波。因此，从某种角度来看，动脉负荷可以被视为心脏后负荷。后负荷被定义为阻碍肌肉纤维缩短的外部因素，它与乳头肌均是决定心肌性能的重要因素。目前没有找到一个可以独立反应心肌收缩状态的收缩指数，因此，在评估心室功能时仍需考虑到后负荷对心室性能的影响。

通过改变动脉系统的阻力或顺应性从而改变心室后负荷的研究证实，增加外周血管阻力会导致心室压力增加，同时减少心室流出量；降低动脉顺应性也会产生同样的效果。血管阻抗同样是动脉负荷的组成部分，类似于血管阻力，但不同点在于血管阻抗主要体现为动态的，受动脉搏动影响；而阻力更多呈现稳定的状态。同时，阻力可以用一个数值来表示，而阻抗必须用模数和相位与频率的关系来表示。已有人体和动物实验证实，利用生理刺激和(或)药物作用可以诱导主动脉和肺动脉阻抗发生改变。在临床治疗中通过降低动脉负荷改善循环被证明是有益的。例如应用正压无创机械通气治疗急性肺水肿，以及肺动脉高压使用全身动脉血管扩张剂。此外，在脓毒性休克中持续的低血压或心力衰竭往往与不匹配的动脉负荷密切相关，动脉负荷的重要性显而易见。

二、动脉负荷的评估指标

外周血管阻力(systemic vascular resistance，SVR) 曾被用来描述动脉系统，因为SVR相对更容易理解和获得。但SVR去描述整个动脉系统的动脉负荷显然是不全面的。首先， VR作为血管阻力更多体现的是稳定的血流，但心脏周期性地反复收缩，导致血流和血压都不是恒定的。其次，外周血管阻力在血管树上的分布并不均一。经典的SVR计算公式即SVR=(MAP-CVP) /CO，是假设中心静脉压作为血液循环的下游压力，这可能导致预估的外周血管阻力相对过高。动脉阻抗(Zin) 将左心室向升主动脉射血的血流动力学特性与血流的振荡特性整合为一体，体现了心室泵血时施加在心室外部的负荷，进而被认为是反应动脉负荷的金标准。

动脉阻抗替代瞬时压力或心室壁应力来定义后负荷至少有两个优点。首先，它解释了射血过程中压力的变化，即在心脏周期中压力和流量的变化是心室功能和后负荷相互作用的结果。无论心室的肌力状态如何，心室做功时都需要应对主动脉阻抗，因此，血流峰值和压力峰值之间的相位延迟是不可避免的。其次，动脉阻抗提供了定量描述后负荷的可能性，其他指标很难对后负荷进行定量描述。尽管目前建立了多种模型预测动脉阻抗，例如三阶和高阶Wind kessel模型，但在临床实践中，动脉阻抗仍旧难以量化。见图1。

三、动脉负荷与动脉血压

动脉血压是血流与动脉负荷相互作用的结果。动脉负荷调节CO以保持恒定的组织灌注压。因此，动脉血压不仅取决于流量，还取决于动脉负荷。这解释了为什么在容量负荷试验时使用血压作为容量反应性的评估指标时需要谨慎，因为动脉负荷的变化可能最终影响到液体对血压的影响。

四、动脉负荷的指标有效动脉弹力

从上世纪70年代开始，研究者们一直在寻找一个简单、能完整描述动脉负荷的指标。Sunagawa等5在20世纪80年代发表了一篇具有里程碑意义的文章。他们在文章中提出，有效动脉弹性(effective arterial elastance， Ea) 是一个可以将所有元素都整合到一起的指标，这个指标整合了压力和容量之间的相互变化，即在给定体积变化时相对应的压力变化。同时，Ea并非是指动脉硬度，也不是动脉硬度的测量方法，它包含了动脉负荷的主要特征，即稳定和搏动的成分。在过去的30年里，Ea用于评估动脉负荷的可靠性已经被反复证明。精确地描述Ea的模型有三元Wind kessel模型和高阶模型，以三元Wind kessel模型为例，Ea的计算公式：Ea=R_T/[ts+τ×(1-e^-td/τ)]中，R_T是系统阻力和动脉阻抗(SVR+Zc)，ts和td分别代表收缩时间和舒张时间，是舒张时间常数。通过这个公式也可以看出Ea在评价后负荷时的全面性。见图2。

1992年Kelly等的人体研究发现，可以利用压力-容积环进而获得心室收缩末压(Pes) 与每搏输出量(SV)，以Pes/SV来近似得到Ea(见图3a) ，这一发现在后期离体心脏或完整的动物研究中已得到证实。正是这种更简单的计算方法，使Ea在心室动脉藕联机制相关研究中得以开展。近年来，新的研究证实，左心室收缩末期压可以用收缩压的90%来估计，SV可以用当前的血流动力学监测装置或无创超声心动图测量得到，进而Ea在数值上可以体现为90%收缩压与SV的比值。这意味着无需任何复杂的技术就可以在床边计算得到Ea(见图4b)。同时有研究证实，在容量负荷试验中，CO与血压不平行的表现，多源于动脉负荷的变化。见表1。

五、动脉负荷功能评价动态动脉弹性

动态动脉弹性(dynamic arterial elastance，Ea_dyn) ，即脉压变异率(pulse pressure variation，PPV)和每搏输出量变异率(stroke volume variation， SVV)之间的比值(Ea_dyn=PPV/SVV)。该参数被Jozwiak等提出作为动脉负荷的功能评估，是在床旁可以快速获取的评估动脉张力的指标。相对于基于心血管系统生理学指标的Ea，Ea_dyn最初被定义为描述中枢动脉张力的变量，源于呼吸周期内血压与每搏输出量动态变化及相互影响的评估，并与心脏容积调节(压力函数) 有关。Ea_dyn，取决于呼吸对每搏输出量和动脉脉压的改变，反映的是心肌收缩力和后负荷相互之间的变化，简言之是胸腔内压、肺容积对左、右心室前、后负荷改变的结果，需要注意的是，Ea_dyn并不是一个真实的测量心室后负荷或者血管床的指标。在动脉负荷条件的实验性变化过程中发现，Ea_dyn不仅受到动脉因素的影响，还受到心率(HR)和血流的影响。

有研究认为正常人Ea_dyn介于0.8~1.2之间，且多项临床研究证实，Ea_dyn可能有助于预测前负荷依赖性患者容量负荷试验的血压反应性。同时基于此原理认为，Ea_dyn可以预测脓毒性休克患者去甲肾上腺素减量后的血压反应并探测出Ea_dyn<0.94的患者去甲肾上腺素减量后有血压反应性的可能性更高。此外，最近有研究证明，Ea_dyn、心室-动脉藕联和左心室机械效率之间存在明显关联。因此，Ea_dyn可以被认为是反映动脉和心脏因素之间相互作用的一个综合指标。见表2。

    综上所述，随着人们对心血管生理学更深入的认知，脓毒性休克循环复苏的评估不再局限于心脏前负荷和CO，血流动力学监测也不再局限于传统的静态指标，例如心率、血压、中心静脉压和(或)动态指标，例如PPV、SVV。目前，研究重点除集中在静脉回流和心脏功能上，也有学者关注到动脉负荷在脓毒性休克中起到的重要作用。更好地理解动脉负荷将有助于提高我们对心血管疾病发生发展过程的认识，有助于通过新的指标进行血流动力学监测和应用新的干预措施治疗脓毒性休克。

引用：杨婷，杜斌. 《动脉负荷在脓毒性休克循环复苏中的临床意义》中国急救医学[J]. 中国急救医学, 2021, 41(3): 256-260.

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