静脉回流和平均体循环充盈压：生理学和临床应用
静脉回流和平均体循环充盈压
——生理学和临床应用
摘要
静脉回流是指血液从全身静脉网络流向右心。在稳定状态下，静脉回流量等于心输出量，因为静脉和动脉系统是串联运行的。然而，与动脉网络不同的是，静脉网络是一个具有高顺应性的容量系统。它包括了一部分“无压力”的血液，这是一种可以由内源性的交感神经或外源性的刺激而激活的血液储藏库。Guyton模型概括了静脉回流的三个决定因素：平均体循环充盈压、右房压和静脉回流阻力。最近，专家找到了新的方法来探索这些床旁的决定因素。在这篇叙述性综述中，我们回顾了Guyton模型和目前用于研究它的方法，并且强调了Guyton生理学是如何帮助我们理解危重患者常用治疗对心输出量的影响。
引言
心血管生理学通常视心脏和动脉系统为主要研究对象。它将心脏功能及其决定因素(前负荷、后负荷和收缩能力)以及动脉系统的属性(阻力和顺应性)作为其研究中心。然而，如果忽视静脉回流及其决定因素，任何理解休克的尝试都是毫无意义的。
1884年，Baylis和Starling定义了“平均常规血压”的概念，即零流量下的静态血管压力。Guyton提出了一个静脉回流模型，并定义了其决定因素，其中就包括 "平均体循环充盈压"（Pmsf）。他根据这些决定因素描述了每种血流动力学的状况。这个模型一直存在争议，胆、但它仍然最适合用来解释循环衰竭的病理生理学。
在最近几年里，已经发展了很多能够在床旁预估静脉回流决定因素的方法。专家们已经实现了几项生理学研究，这些研究不再在动物身上进行，而是在危重病人和术后患者身上进行。这篇叙述性综述的目的就是展示这些研究如何改变我们的实践。在回顾了基本生理学之后，我们将展示这些研究如何帮助我们理解，在循环衰竭中使用的最常见治疗方法的效果。
什么产生了心输出量？
解释心血管系统功能的一种方法认为是左心室产生的压力产生血流，进而将血液从主动脉推向右心房。这种观点很可能是不准确的。
根据Guyton的理论，心输出量主要由静脉的流入量决定。全身血流是由静脉和微静脉与右心房之间的压力差产生的，心脏排空右心房，使右心房压(RAP)保持在低水平(图1)。所以，血流是通过排空静脉系统而非射入动脉网络来产生的。
根据这一理论，RAP，即静脉血流的逆向压力，阻碍静脉回流。Guyton推测，存在一个向前的压力，驱使血液流向右心房，这就是"平均体循环充盈压"Pmsf。这个压力是由储存在静脉壁上的弹性反冲力产生的。
从这方面来看，心脏的作用可以看做是在维持Pmsf和RAP之间显著差异：泵越强大，RAP越低，Pmsf和RAP之间的差值越大，静脉回流越多。在每次收缩时，心脏会排空右心室，使静脉和小静脉中的弹性反冲压力将血液排回右心房。补充右心腔的血容量来自于静脉和微静脉，它们随后补充至另一侧的动脉网络中。左心的作用是将血液射向高压回路，以确保在阻力系统的分布。
静脉系统的作用是什么？
根据这个以静脉回流为中心的模型，是平均体循环充盈压（Pmsf），而非动脉压，推动血液流向右心房。为了解释这一点，就必须认识到静脉和小静脉具有大容量和高顺应性。
Magder和De Varennes很好地将心血管系统比作浴缸，浴缸由水龙头灌满，通过浴缸侧面的一个孔排空。浴缸里的水流，比喻为静脉回流，只由孔上方的静水压力决定，而不是由水龙头出来的压力决定，水龙头出来的压力比喻为心输出量，因为它与浴缸的容积相比是很低的。在 "浴缸模型 "中，静脉系统扮演着浴缸的角色，而水龙头，即心输出量，只填充了浴缸。将水从浴缸中推出的静水压力的作用是由静脉系统弹性反冲产生的压力来发挥作用的。通过拉伸弹性静脉体积提供了产生流动的势能。然而，正如任何弹性结构，例如静脉，存在一个静态体积，不会对其弹性壁产生压力，也不会产生压力。这种对静脉血流不产生影响的容量被称为非张力血容量。在Magder和De Varennes的浴缸模型中，它与洞下面的水量相对应。任何体积的血液添加到静脉储存库都会在其壁上产生张力，并增加血管内压。这部分静脉血(孔洞上方的水容量)就是张力血容量。
静脉系统很大：成年人的静脉系统约占总血容量的70%，即3.5L，其中约70%位于内脏血管床。此外，静脉顺应性是动脉顺应性的40倍。在正常情况下，人类的非张力血容量约占总血容量的70%。它代作为一个非常重要的容量储备，可以通过 α-肾上腺素能介导的静脉收缩来动员。这种血管收缩可将部分非张力血容量转移到张力性血容量。
静脉回流的决定因素是什么？
静脉回流曲线
静脉回流是指流经两个腔静脉的血液流量。根据泊肃叶定律，它由静脉回流阻力(RVr)以及下游压力(即RAP)和上游压力(Pmsf)之间的压力梯度决定。
静脉回流 = (平均体循环充盈压−右心房压)/静脉回流阻力
图2阐述了这一生理学概念，Guyton在动物实验中证实了这一点。当RAP减小时，RAP与Pmsf之间的压力梯度增大，静脉回流增加。当RAP降至临界值以下时，静脉回流不再增加。这中平台反应对应着“血管瀑布”或称为“血流受限”现象，即当血管壁内压低于壁外压时，静脉出现塌陷。
在这张图上，请注意，Pmsf可以通过静脉回流曲线在X轴上的截距来估计，因为在零流量时，RAP等于Pmsf。RVr由曲线斜率的倒数表示。
Guyton模型和Frank-Starling曲线
心血管系统是一个闭环。在平衡状态下，静脉回流等于心输出量(图1)。心输出量通过Starling机制以适应静脉流量的变化。心室前负荷的任何增加都会增加肌动蛋白和肌球蛋白微丝之间的相互作用程度，从而增加心脏内在收缩能力和每搏量。当肌丝以其最大长度拉伸时，心脏前负荷的任何进一步增加都不会再增加每搏量：心室变得对前负荷没有反应。
由于静脉回流和心输出量相等，而且RAP是心脏前负荷的标志，因此可以将静脉回流和心功能曲线叠加 (图2)。它们的截距定义了一个平衡点。它的坐标(RAP和静脉回流量/心输出量)和Pmsf(静脉回流曲线X轴上的截距)描述了当前研究条件下的血流动力学特性(图2)。这种表示方法可以描述所有病理状态下的血流动力学。
什么改变了静脉回流？
Pmsf是由顺应性强的静脉和小静脉的容积决定的。它接近平均循环充盈压，平均循环充盈压是动脉压力和中心静脉压力在没有血流的情况下汇聚的压力，例如，在心脏骤停后的最初几秒(随后，反射和缺血引起的血管扩张可能会改变这一压力)。这个平均循环压是由整个心血管回路的弹性反冲产生的。从理论上讲，它与Pmsf不同，Pmsf只是小静脉和小静脉弹性反冲产生的压力。然而，区分Pmsf和平均循环充盈压在临床上并不重要，因为它们非常近似，除了在某些特殊情况下(肺动脉高压和非常低的心输出量)。
Pmsf的正常值在不同的研究和物种之间可能有所不同。在正常情况下，人类的Pmsf为2-10mmHg。在患者中，Pmsf会因临床情况、容量状态和血管张力而变化。在心脏手术和感染性休克患者中，可达到15-33mmHg。由于输液和血管加压药物的使用等治疗，这些熟知可能比正常情况高。例如，在正压通气的情况下，RAP的增加也会导致Pmsf的增加，从而维持足够的静脉回流压力梯度。在心脏骤停期间，可能数值较低，这是由不同的血流动力学状态决定的。
RAP主要受心脏泵效率的影响：效率越高，RAP越低。此外，在呼吸机辅助通气时，胸膜腔内压产生变化，RAP也因此受到影响，这导致了每搏量的变化。请注意，阻碍静脉回流的RAP值是右心房的壁内压，而不是跨壁压。
RVr主要受静脉内径的影响。它处于交感神经系统的控制之下。在外部压力较高时，RVr也可能增加。两个同等重要的因素可以影响Pmsf。首先是静脉储备的血容量，这可以通过输液增加。第二个是静脉系统的容量大小，它受肾上腺素能神经的控制。
即使有泊肃叶定律的描述，来帮助我们理解生理学的临床应用，但静脉回流阻力的概念仍较为复杂。事实上，Guyton观察到，当阻力发生在右心房附近时，阻力的变化对静脉回流有更大的影响，但当阻力变化发生在较远的地方时，影响较小。他建议将静脉回流的外周阻力定义为静脉和动脉阻力之和。
如何测量静脉回流的决定因素？
在Guyton动物研究多年之后，已经发展了一些方法来探讨在床旁计算静脉回流的决定因素。这些方法在常规的临床管理中没有意义，但现在用于生理学研究。这些不同的方法在附件(附件1)中有更详细的说明。
心脏骤停
对人体Pmsf的第一次测量是在电生理研究期间进行的。室颤后动脉压和中心静脉压(CVP)汇聚的压力被假定为平均循环压。这些压力似乎在7秒后汇聚起来，由于流动受限，所以也有更长时间的报告。最近，Pmsf是在ICU内1分钟内预期死亡的个体上进行测量的。注意，RVr不是通过附件1的方法估计的。
心肺交互作用
这种方法是由Maas和同事在插管患者身上开发的，他们巧妙地利用了心肺相互作用。在吸气末，胸腔内压使RAP(通过中心静脉压估计)增加，减少了心输出量(静脉回流的替代)。相反，在呼气末保持时，RAP减少，心输出量增加(图3)。然后，将CVP和心输出值绘制在图表上(见附件1)。用这些点之间的回归线估计静脉回流曲线。Pmsf由X轴交点处的CVP值估计，RVr用斜率的倒数来估算。
当然，尽管这种方法提供了静脉回流曲线决定因素的定性评估，但仍有局限性。这可能与动脉压测量和静脉回流之间的时间延迟有关。CVP测量中的任何误差都可能在曲线斜率和Pmsf的估算中产生较大的误差。因此该方法也被怀疑过高的估算了Pmsf，其准确性可能会受到容量状态的影响。
经臂瞬时截流法
这种方法实现了在手臂水平的达到心脏骤停的方法。通过手臂袖带快速夹闭动脉，而后在其下方测量的动脉和静脉压力可估算Pmsf压力水平。与心肺交互作用方法相比，该方法已在人体中得到验证。然而，它也可能受到一些限制，即肌肉间的静脉在肌肉中的顺应性比在内脏血管床中的顺应性要小，而且该方法也被认为更多地用来定性，而不是定量。
数学估算：Parkin和Leaning方法
Pmsf的模拟值可以根据平均动脉压、RAP和心输出量的实际值来估计，公式为：Pmsf(模拟值)=a×RAP+b×平均动脉压+c×心输出量。在这个公式中，a和b是无量纲常数(a+b=1)。用该方法估计的Pmsf在容量扩张过程中的变化与Guyton模型一致，表明了该方法的有效性。它没有计算RVr，这一事实可能会影响其可靠性。然而在动静脉压完全平衡时，该方法测定的Pmsf和心肺交互作用法估计的Pmsf近似。
在常见的临床情况下，静脉回流决定因素的典型模式是什么？
低血容量性休克
在低血容量时，张力性血容量随着总血容量的减少而减少。Pmsf降低，而RVr不变(图4A)。平衡点向左下方移动，曲线向左移动，而斜率不发生改变。在具备前负荷反应性的情况下，静脉回流和心输出量均减少。在低血压的情况下，这种现象很快就会被交感神经刺激所抵消，交感神经刺激会重新建立起非张力性血容量的生理储备，起到“自我容量扩张”的作用。
心源性休克
心室收缩功能不全降低了Frank-Starling曲线的斜率，但不改变Pmsf和RVr(图4B)。平衡点向右下角移动，遵循新的Frank-Starling曲线：RAP增加，(Pmsf-RAP)压力梯度降低(图4B)。
一旦产生交感神经兴奋，就会出现两种主要效应。首先，静脉的容量下降，因此Pmsf增大。然而，这一机制收效甚微。事实上，由于平衡点在Frank-Starling曲线的平坦部分，因此RAP增加的程度与Pmsf相似，静脉回流的压力梯度差不会显著增加。出于同样的原因，在这种情况下，容量扩张理论上不能恢复心输出量。第二种效应是适当的补充了收缩储备，这往往会增加Frank-Starling曲线的斜率。
多巴酚丁胺可以影响静脉回流的三个决定因素。它增加了心功能曲线的斜率。随着肺血管扩张导致右室后负荷的降低，RAP也随之降低。其次，多巴酚丁胺通过血管β-肾上腺素能受体诱导静脉血管扩张。然而，这些效应被正性肌力效应所掩盖，从而使心输出量增加。
感染性休克
剧烈的静脉扩张会增加非张力性血容量并降低 Pmsf。这主要是由于毛细血管通透性增加导致（图4C）。动物研究发现 RVr中等和非显著性下降，循环衰竭模型也不是高动力的。在感染性休克和心输出量增加的人群中，血管舒张可能是导致RVr大幅下降的原因。
心脏功能也可能受到影响。动脉血管舒张降低了左心室后负荷，从而增加Frank-Starling 曲线的斜率。这可以解释经典的“高动力状态”期间心输出量的增加（图4C）。这种心输出量的增加也可能部分与RVr的降低有关。相比之下，脓毒症引起的心脏收缩功能障碍使Frank-Starling 曲线变的相对平坦，倾向于减少静脉回流和心输出量，与Pmsf降低相关。（图 4C）。
机械通气
通气对静脉回流的影响可能不同，这取决于人们是否将潮汐通气或较高的胸内压的影响考虑在内。传送到右心房的呼气末正压 (PEEP)的增加会增加 RAP。由于压力传递到内脏，伴随有Pmsf的增加。Pmsf的这种增加并不能完全补偿伴随的RAP增加，但差异可以忽略不计，因此静脉回流不会发生显着变化。
高PEEP引起的RVr增加已有所记载。这被认为是由于血流受限导致与右心房交界处的大静脉塌陷。然而，这种RVr的增加只有在使用高PEEP水平的研究中才有报道。在PEEP≤10 cmH2O下似乎没有这种现象。因此，中等PEEP水平引起的心输出量下降主要是由于右室后负荷增加所致。潮汐通气对Pmsf的影响似乎很小，这可能是由于血流从肺转移到静脉腔内产生的微小变化。
静脉回流的生理学意义对临床实践的意义？
扩容和中心静脉压的重要性
正如在危重患者中所提示的那样，补液具有与低血容量状态完全相反的效果，因为它会增加张力血容量和Pmsf。与人们对交感神经张力下降的预期相反，RVr 是保持不变的。
然而，是否具有前负荷反应性的患者的表现不同。我们的团队发现，无论前负荷反应性的程度如何，液体的输注都会增加Pmsf。在具备前负荷反应性的情况下，由于Frank-Starling曲线是陡直的，因此扩容引起的Pmsf的增加比RAP的增加更多(图5)。(Pmsf–RAP)压力梯度增加。当RVr不变时，静脉回流和心输出量增加。在无前负荷反应性的情况下，扩容增加Pmsf的程度相同。然而，心脏前负荷的增加并不会转化为每搏量的增加。舒张末期室压升高，导致RAP显著增加。进而，RAP和Pmsf以相似的程度增加，静脉回流的压力梯度保持不变(图5)。这些结果在其他三项研究中得到证实（不包括心肺交互作用法）。
了解这些液体的生理效应有助于解释液体在输注过程中的中心静脉压的变化。通常认为在输液期间中心静脉压应该增加。然而，我们已经观察到，在具备前负荷反应性的情况下，为了使静脉回流压力梯度有增长的空间，CVP应该不会增加太多。被动抬腿试验(PLR)也犯了同样的错误。如果CVP不增加，PLR就不够有效。正如以上所述，这在生理学上是错误的。
被动抬腿实际上是一种“虚假的液体挑战”
被动抬腿（PLR）通过将一些静脉血液从下肢和内脏血管床输送到心脏来模拟液体负荷。两项临床研究表明，在PLR期间，Pmsf增加，而RVr不改变，这是通过增加张力性血容量以及扩容来实现的。静脉回流的决定因素在PLR期间的表现与在输液期间的表现相同，这取决于前负荷反应性的程度。
已有研究表明，腹内高压的患者的PLR可能会出现假阴性，这可以从PLR对静脉回流的影响来解释：腹内高压减少了内脏血管床的体积，限制了PLR对张力性血容量的动员。此外，在一些腹内高压和严重低血容量的患者中，静脉回流可能因下腔静脉受压而受到限制，从而造成血流受限现象。
重新审视去甲肾上腺素的作用
去甲肾上腺素的使用通常是为了增加动脉张力和平均动脉压。尽管如此，数据表明它的静脉效应也是显著的。理论上，它对非张力性血容量的补充可能相当于血容量增加一升。临床研究表明，去甲肾上腺素实际上增加了心脏前负荷，导致具有前负荷反应性患者的心输出量增加。
心脏前负荷的增加是由于静脉收缩动员了非张力性血容量，从而减少了静脉容量。应该注意的是，由于毛细血管的通透性，这种影响是短暂的。最近的一项研究表明，在去甲肾上腺素诱导的Pmsf初期升高40分钟后，Pmsf开始下降。最后，通过刺激β1受体，去甲肾上腺素也发挥正性肌力作用，这可能有助于增加心输出量。然而，这些影响可能被去甲肾上腺素诱导的RVr增加所抵消。
动物研究表明，去甲肾上腺素会增加Pmsf。在猪内毒素感染性休克模型中，Datta和Magder发现，Pmsf的这种增加并不伴随着RVr的任何增加。同样，在脓毒症患者中，我们的研究小组发现，减少去甲肾上腺素的剂量会降低Pmsf，并在较小程度上降低RVr。结果，(Pmsf-RAP)压力梯度降低，导致具备前负荷反应性的患者的静脉回流和心输出量下降。
相反，在感染性休克患者中，增加去甲肾上腺素的剂量应该会增加Pmsf，同时适度增加RVr。去甲肾上腺素对RVr的影响小于对Pmsf的影响，这归因于α-肾上腺素能受体的激活抑制了内脏血管床静脉的引流。尽管肾上腺素的作用可能与去甲肾上腺素相似，但至少在动物中，苯肾上腺素是一种纯粹的α-激动剂，可能发挥不同的作用。
有趣的是，去甲肾上腺素的在某些情况也有着不同的作用。在心脏手术后的患者中，增加去甲肾上腺素的剂量降低了其中一半患者的心输出量，因为RVr的增加大于Pmsf的增加。同感染性休克相比，去甲肾上腺素在心脏手术患者中的这种不同作用可能是血管的扩张程度不同所致。
在静脉回流的生理学层面分析扩容的影响，有助于我们理解扩容和去甲肾上腺素之间存在的协同作用。去甲肾上腺素和液体都有助于Pmsf的增加。除了这种“相加”作用之外，去甲肾上腺素和液体输注还可能起到协同作用。一旦开始使用去甲肾上腺素或增加剂量，任何额外的液体输注都可能比以前更大程度地增加Pmsf。液体输注至狭窄的静脉网络中而非扩张的静脉网络中，这可以使张力性血容量增加。在一项针对感染性休克患者的研究中表明，与低剂量去甲肾上腺素相比，被动抬腿在较高剂量去甲肾上腺素时能更大程度地增加Pmsf。
所有这些论点都主张在感染性休克复苏期间使用，特别是在有严重低血压的患者中，早期应用去甲肾上腺素和补液。去甲肾上腺素不仅是快速恢复动脉压的唯一方法，而且它还能加强液体输注的效果。这可能导致复苏的液体总量减少，从而可能改善预后。
俯卧位
尽管俯卧位已成为急性呼吸窘迫综合征治疗的基石，但其血流动力学效应却鲜有人描述。
首先，俯卧位降低了肺动脉阻力，降低了右室后负荷。这可能是由不同的因素造成的，比如低氧和高碳酸血症的改善，肺脏血管变得充盈，这增加了腹侧通气区域的血管比例。其次，俯卧位还通过增加腹内压增加了心脏前负荷，从而增加具备液体反应性患者的心输出量。这种影响不容忽视，因为在具备前负荷反应性的情况下，心输出量可能会增加20%，与静脉输注500毫升生理盐水的效果相当。
我们的团队发现，所有急性呼吸窘迫综合征患者在俯卧位时Pmsf都会增加。在具备前负荷反应性的情况下，Pmsf比RAP增加得更多，使得(Pmsf-RAP)压力梯度增加。对于大多数患者来说，随着腹内压的增加，RVr的增加是适度的，远低于(Pmsf-RAP)压力梯度的增加。因此，具备前负荷反应性患者的静脉回流和心输出量增加。在不具备前负荷反应性的情况下，RAP的增加程度与Pmsf相似，因此(Pmsf-RAP)压力梯度、静脉回流和心输出量保持不变。然而，在少数对前负荷有反应的患者中，RVr的增加过大，以至于超过了(Pmsf-RAP)压力梯度的增加。对于这少数患者，即使在具备前负荷反应性的情况下，俯卧位也不会增加静脉回流和心输出量。事实上，RVr的增加可能依赖于腹内压的增加，但也取决于中心血容量，因为低血容量可能会导致俯卧位时下腔静脉缩窄而促进血流受限。
结论
静脉回流在心血管生理学中起着重要作用，其决定因素Pmsf、RAP和RVr是主要的血流动力学变量。Guyton模型有助于描述他们之间的关系。虽然静脉回流的决定因素长期以来只在动物研究中得到检验，但最近已经开发出创新的方法来评估危重患者的静脉回流。这些方法帮助我们了解了中心静脉压在液体反应性的评估中的价值。此外，在感染性休克期间，去甲肾上腺素的静脉效应已被清楚地展示出来，因此主张在低血压患者中与液体一起使用。最后，静脉回流的生理学意义解释了俯卧位时心脏前负荷显著增加的原因。
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