脉搏波形分析：在重症治疗中的基本概念以及应用
重症医学 重症行者翻译组
重庆肿瘤医院 何蔼婷 翻译
综述目的
测量休克患者的心输出量具有重要意义。脉搏波形分析（Pulse wave Analysis，PWA）能够通过对动脉压力波形的数学分析而持续动态的预测心输出量。本综述中介绍了几种 PWA的方法并提供了在重症监护中使用PWA评估CO的大致框架。
最新研究进展
目前的PWA方法根据是否为有创（有创、微创、无创）及不同的校准方法（内部校准、外部校准、无需校准）进行分类。PWA的实施需要获得准确的最优动脉波形。如果全身血管阻力及血管张力剧烈和快速的变化都会影响监测的准确性。
总结：
不推荐对重症患者（无论有无动脉置管）采取无创的PWA方法。PWA可用于容量反应性试验及治疗过程中实时的对休克情况和CO水平进行评估。在容量负荷试验中持续的监测CO水平至关重要，如果CO水平降低那么容量负荷试验应该及时终止以避免继续为患者输注不必要的液体。除了超声心动图外，也可以使用指示剂外部校准的PWA方法明确休克类型。
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重点：
PWA通过对动脉波形的数学分析实时动态评估CO水平。
PWA根据是否为有创操作（有创、微创、无创）及不同的校准方法（内部校准、外部校准、无需校准）进行分类。
对于重症患者无论是否置入动脉导管都不推荐使用无创的PWA方法。
PWA可用于在容量反应性试验和治疗过程中对休克状态和CO的评估。
除了超声心动图外，可以使用指示剂外部校准的PWA方法明确休克类型。
前言：
心输出量的监测在对休克患者的类型诊断、补液策略以及血管活性药物和正性肌力药物的选择具有重要价值。每搏量乘以心率等于心输出量，是反应流量的指标，也是氧输送的重要影响因素。恢复血流量和提升氧输送对防止休克患者器官功能进一步损伤十分重要，因此监测CO是休克治疗中血流动力管理的关键内容。
肺动脉热稀释法仍然是临床CO监测的参考方法。然而近十年来已经发展出了更多创伤更小甚至无创的监测手段——热稀释法，脉搏轮廓波形分析，生物阻抗/阻力，脉搏波形传导时间。PWA是通过数学分析动脉波形从而对CO进行连续估算，理解其基本测量原理并了解其局限性在临床应用中十分关键。本文介绍了几种PAW——包括测量方法和使用局限性，并提供了应用于重症患者的大致框架。
动脉压力波形
PWA是通过对动脉压力波形进行数学分析获得的。动脉压力波形的形态是由血液经过左心室（心输出量）进入一个封闭的血管系统并相互作用形成，受到很多生理及病理状态的影响。
急剧升高的上升支是动脉压力波形的特征之一，主动脉收缩压取决于心脏每搏量和主动脉随着跨壁压升高而扩张的能力（顺应性）。随着左心室收缩期和舒张期的结束血压回落到舒张压水平，此压力水平由全身血管阻力决定。在压力下降的过程中有一个切记，其在远端动脉压力监测的PWA中称之为重搏切记。压力波的反射决定了切记出现的时间和形状。前向波和反折波共同影响动脉压力波形的形态。平均动脉压是整个心脏周期内的平均压力——准确的说，其等于动脉波形曲线下面积除以心动周期时间。收缩期和舒张期之间的压力差（脉压差）与每搏量密切相关。
脉搏波形分析
PWA的基本原理是通过分析动脉波形而估计每搏量及心输出量。PWA的监测方法根据其有创性（即如何及在哪里获得动脉压力波形、是否需要留置中心静脉导管校准心输出量）与校准方法（即是否需要校准、如何校准）进行分类（见图1）。依据上诉分类标准，可将有创、微创和无创PWA进一步分为外部校准、内部校准及无需校准。理论上可以将不同的侵入性和校准方式的分类进行各种排列组合。例如无创PWA的心输出量测量和进一步衍生到为肺动脉热稀释法的外部校准类型以及内部校准或无需校准类型。然而，将目前可用的PWA分为有创外部校准、微创内部校准、微创未校准和无创系统（目前都是内部校准的）。
有创外部校准的脉搏分析
此方法通过分析动脉导管获得的波形并经过外部校准获得CO值，此项技术需要留置动脉导管及中心静脉导管（例如：跨肺热稀释法、锂稀释法），现目前有三种主要的外部校准的PWA系统。
PiCCO系统（浦讯医疗系统有限公司、费尔德基兴、德国）和容积视图系统（爱德华生命科学、欧文、加利福利亚、美国）使用目前被认为是临床测量CO参考方法的经肺热稀释法对CO进行外部校准。因此两种方法都需要中心静脉通路用于注射冷指示剂并留置中心动脉温度监测导管来监测血液温度变化。两种方法获取热稀释曲线并通过使用校正的斯图尔特-汉密尔顿方程（使用温度变化而非浓度变化）计算CO。可能会导致指标缺失、反流和再循环的疾病（例如瓣膜病、心内分流）在使用上诉方法时有明显的限制。PiCCO通过分析动脉收缩期曲线下面积、心率（通过热稀释法推导出的校正因子）以及主动脉顺应性共同推导出CO。容积视图系统使用三元windkessel模型分析了传统动脉波形和高级波形之间的关系从而反应血管张力、阻力和顺应性的变化。
图1：脉搏波形分析如何分类：根据其有创性（有创、微创、无创）与校准方法（内部校准、外部校准、无需校准）进行分类。
LiDCOplus系统（LiDCO、剑桥、英国）使用锂稀释外部校准法获得CO。锂指示剂可以通过外周或中心静脉注射并通过在动脉导管内置入对锂离子敏感的集成电路进行监测。锂离子浓度-时间曲线下面积与CO呈负相关，并且在使用锂治疗或某些肌松药物的情况下（例如罗库溴铵、泮库溴铵）的情况下CO会被高估。短时间内的重复校准可能会导致体内锂离子积蓄。LiDCOplus系统使用脉冲功率分析，假设动脉顺应性随着动脉压的变化而变化将动脉压信号转换为标准化的体积波形，使用专有算法及锂离子稀释衍生计算出CO。
微创内部校准脉搏波形分析
微创内部校准系统是在不需要外部校准参考的情况下估计CO，而微创的定义是指是需要置入外周动脉导管（通常是桡动脉）而无需置入中心静脉导管。这些系统不使用外部CO值进行校准，而是只分析动脉压力波形特征，并应用生物统计学、人口统计学和血流动力学数据来内部校准来自PWA的每搏量或心输出量。值得注意的是这项系统常被定义为“未校准”然而实际上使用的是“内部校准”而非“外部校准”方法。需要关注的是，此项技术使用的是内部校准方法而没有经过外部校准，所以对处在生物特征、人口统计学或血流动力学基础数据库标准范围外的患者不可靠。
ProAQT/脉冲波形系统（浦讯医疗系统有限公司）使用一种PWA算法来分析动脉压波形的收缩期部分来估计CO。此外还应用检验性数据和生物特征分析来矫正主动脉顺应性。
FloTrac系统(爱德华生命科学公司)是基于“动脉压力为基础的心脏输出量”(APCO)算法分析脉搏压特征，并根据平均动脉压和脉搏波形特征估计动脉顺应性和阻力的变化。
LiDCOfrapt（LiDCO）使用与LiDCOplus系统相同的算法，不需要外部校准。应用对生物特征和人口统计数据与主动脉容积之间关系的多变量分析得出的线列图估算CO。
Argos CO监测 (Retia医疗公司、纽约、美国) 使用了多次脉搏分析进行PWA计算，这是一种对多次心搏的动脉压力波形进行长时间间隔分析并使用比例公式利用生物特征数据进行CO的估计。
微创无需校准脉搏波形分析
无需校准的脉搏波形分析对CO的估计仅基于通过动脉波形的分析，而不经过外部或内部校准。到目前为止，MostCare系统（威岗、法国）采用压力记录分析方法，并利用主动脉阻抗的连续脉搏计算CO，是唯一可用的无需校准的PWA系统。
无创脉搏波形分析
无创PWA监测方法是通过无创传感器记录的动脉波形进行分析并估计CO。商业上可用的无创PWA监测方法有使用容积钳方法的手指传感器以及放置在桡动脉上的机械传感器进行压力测定。目前商业使用的无创PWA均是内部校准。
手指传感器设备包含了可以频繁地调整袖口压力以保持手指动脉中的血容量(在心脏周期中会发生变化)恒定的充气袖口。利用袖口压力的变化重建动脉波形并使用PWA算法对波形进一步分析。理论上可以实现无线监测的微型传感系统是目前新的研究方向。
桡动脉自动压力传感器放置于绕动脉上并施加轻微压力保持桡动脉跨壁压为零获取平均动脉压，然后重建并分析动脉波形估计CO。
动态的前负荷变量
PWA除了能够估计CO外还能在容量反应性评估中提供前负荷变量。在机械通气的患者中，动态的前负荷变量——如脉压差和每搏量的变化，均来自于心肺交互作用。然而这些指标只能够用于接受机械通气无自主呼吸，机控潮气量为8ml/kg的窦性心律患者。而在脉压差变化范围处于9-13%或5-15%这些灰色区域的情况下容量反应性还没有定论。
脉搏波形分析的局限性
无论是有创还是微创监测的PWA都需要获得最佳的动脉波形。动脉导管的传出压力可能会受到多因素的干扰，例如：人为干扰、压力传感器调零或位置摆放不正确、动脉导管-连接管路-换能器之间的动态响应不足（阻尼过高或过低）。阻尼过高或过低都会导致对重搏切记的识变错误，而重搏切记是由收缩期向舒张期转换的重要标识，在很多PWA算法中是不可或缺的重要变量。阻尼不足会导致PWA估算的CO值过高。因此传感器提供准确波形、使用目测检查法和快速冲洗测试确保最佳的动脉波形在PWA精准预测CO中具有重要作用。
PWA的另一个局限性是在血管阻力和血管舒缩功能短时间明显变化的情况下其测量的准确性将会下降。在此基础上，已有研究证明微创内部校准的PWA系统在普通危重症、心脏或非心脏手术患者的使用中具有较高的准确性，但对于脓毒症、肝脏疾病/手术的患者其准确性较差。
使用动态前负荷指标评价容量反应性，需要完全机械通气，潮气量8ml/kg且窦性心律，在重症患者中能够满足上诉条件的不到10%，这极大限制了PWA在重症患者中的应用。
PWA在重症医学中如何应用？
很多研究将PWA与肺动脉或经肺热稀释在测量准确性上进行对比。由于不同的PWA在不同的人群及临床情况下进行的研究，这些研究都不能得出PWA是否能够替代传统参考测量。
由于重症患者一般都会留置动脉导管，所以无创的PWA方法不推荐在重症患者中使用。此外在外周灌注异常的情况下（例如使用大剂量血管活性药物）PWA的使用具有明显的局限性。无创PWA是否以及如何优化手术患者、急诊科患者或普通病房患者的治疗或改善预后是一个正在研究的问题。
PWA的主要特点就在于对每搏量和心输出量进行实时动态的监测。因此PWA能够应用于重症患者容量反应性试验的评估（例如液体负荷试验、被动抬腿试验或治疗过程中动态评价）。在液体负荷试验中CO的监测至关重要，如果CO下降那么就要及时终止补液以避免不必要的输注过多的液体（图2）。在被动抬腿试验中实时的CO能够观察到测试开始不久出现CO升高的情况，及时发现哪些患者的CO只是短暂升高。然而对于休克患者使用单一的微创或者无创PWA进行CO评价并指导休克治疗需要谨慎。
除了超声心动图外，可以使用外部校准的跨肺热稀释法或锂稀释法对休克类别进行诊断并指导休克的治疗。跨肺热稀释法还能提供ARDS患者血管外肺水（用于指导液体治疗并预测预后的变量）和肺血管通透性（用于肺水肿鉴别诊断）指标。在休克患者中，有创外部校准系统需要反复校准定标以保证其监测的准确性。对于使用V-A ECMO或左心辅助的非搏动性血流的患者，PWA无法使用。V-V ECMO患者使用外部校准热稀释法测量的CO可能不准确。
图2：脉搏波形分析用于容量负荷试验中实时CO监测。如果CO下降那么就要及时终止补液以避免不必要的输注过多的液体
结论
PWA是通过对脉搏波形进行数学分析预测CO水平，其根据是否具有有创性（有创、微创、无创）以及校准方法（外部校准、内部校准、无需校准）进行分类。由于重症及高危手术患者都会留置动脉导管，所以不推荐使用无创PWA监测手段。PWA可以在容量评估和治疗期间对每搏量和CO进行实时动态监测。在容量负荷试验中如果CO下降那么就要及时终止补液以避免不必要的输注过多的液体。除了超声心动图外，可以使用外部校准的跨肺热稀释法或锂稀释法对休克类别进行诊断并指导休克的治疗。休克患者使用有创外部校准系统需要反复校准定标。
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