目標(biāo)導(dǎo)向灌注的體外循環(huán)管理策略的探討

周秀娟，周榮華，劉 斌

近年來，隨著心臟外科和體外循環(huán)（extracorporeal circulation，ECC）技術(shù)的提高，心臟術(shù)后死亡率有所下降，但中樞神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥、急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）等依然是術(shù)后常見并且嚴(yán)重的并發(fā)癥，直接影響患者的愈后。這迫使人們優(yōu)化ECC管理策略，保證機(jī)體灌注。為此，一些專家將感染性休克治療中的目標(biāo)導(dǎo)向治療概念引入ECC領(lǐng)域，并被定義為目標(biāo)導(dǎo)向灌注（goal-directed perfusion， GDP）［1-2］，以維持 ECC 中充分而合理的灌注，降低心臟手術(shù)死亡率和術(shù)后并發(fā)癥。

1 GDP概念

長(zhǎng)期以來，ECC中以體重及體表面積為標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算灌注流量，然而，在不同的溫度、血液稀釋度、酸堿狀態(tài)、麻醉深度等條件下，如何保證最佳灌注或者如何衡量灌注流量（perfusion flow，PF）是否充分？傳統(tǒng)的反映ECC非生理灌注的指標(biāo)包括PF、灌注指數(shù)、紅細(xì)胞比容、平均動(dòng)脈壓（mean arterial pressure，MAP）、氧分壓、二氧化碳分壓、混合靜脈血氧飽和度（SVO2）、乳酸（lactic acid，Lac）、近紅外光譜（near infrared spectrum，NIRS）等。GDP是在上述指標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合氧供（DO2）、氧耗（VO2）、二氧化碳生成指數(shù)（VCO2i）等氧代謝指標(biāo)，在循證的基礎(chǔ)上將其中某些指標(biāo)作為灌注的目標(biāo)，以指導(dǎo)ECC灌注流量及血壓管理等，是整合各種監(jiān)測(cè)手段的精細(xì)化、個(gè)體化ECC灌注策略，其中氧供指數(shù)（DO2i）及最佳血壓是GDP管理的核心指標(biāo)［1-2］。GDP策略有利于早期發(fā)現(xiàn)ECC中組織器官的低灌注狀態(tài)，并及時(shí)進(jìn)行干預(yù)，提高ECC質(zhì)量，以期望改變患者的愈后。

2 GDP實(shí)施策略

ECC灌注的核心原則是維持機(jī)體氧供需平衡，保證組織灌注，常用的衡量組織氧供需平衡的指標(biāo)包括SVO2、Lac及尿量等，然而這些參數(shù)也存在一定局限性或滯后性。當(dāng)外周血管收縮，尤其是微循環(huán)功能障礙，因其周圍組織灌注不良，組織氧攝取降低，此時(shí)盡管在DO2不足的情況下，SVO2也可不變、甚至高于正常。并且，SVO2僅能反應(yīng)全身的氧供需平衡，由于各器官的供血和VO2量不同，即使SVO2正常，亦不足以說明各個(gè)器官均已獲得了良好的灌注和DO2。Lac是組織無氧酵解的產(chǎn)物，但在ECC低溫、外周血管收縮等情況下，組織低灌注不會(huì)即刻引起Lac升高，Lac的變化具有滯后性［3-4］。Shahbazi等［4］研究顯示，ECC 術(shù)中高 Lac血癥與 SVO2并無相關(guān)性。再者，若患者處于代償性休克狀態(tài)，雖然組織灌注不足，但因機(jī)體的自身調(diào)節(jié)作用保證心腦腎重要器官灌注，生命體征（血壓、心率、尿量）仍然處于正常。以上各因素都影響組織氧供需失衡及器官灌注不足的早期診斷。而GDP的提出無疑為此提供了一種更靈敏的方法，現(xiàn)將以DO2、VO2為核心的GDP策略及實(shí)施方法介紹如下。

2.1監(jiān)測(cè)氧代謝指標(biāo)，指導(dǎo)ECC灌注

2.1.1DO2i ECC 期間的全身 DO2通過泵流量乘以動(dòng)脈血氧含量來計(jì)算［5］。 DO2i＝ PF［ml／（min·m2）］×［1.36×動(dòng)脈血紅蛋白含量（Hb，g／L）×動(dòng)脈氧飽和度（SaO2，%）＋0.0031×動(dòng)脈氧分壓（PaO2，mm Hg）］。DO2比各獨(dú)立的血液氧合、Hb和PF指標(biāo)更能綜合的反應(yīng)機(jī)體DO2，因此，DO2i是ECC“最佳”灌注的最重要決定因素之一。

正常清醒及麻醉狀態(tài)下，PF為 2.3～2.6 L／（m2·min），假設(shè) Hb 為 120 g／L，DO2i約為 350～500 ml／（m2·min）。 ECC 期間，由于血液稀釋，Hb降低至 70～80 g／L，如果 ECC 流量維持 2.2～2.4 L／（m2·min），則 DO2將降至 200～ 300 ml／（m2·min），此時(shí)，如果全身VO2不變，則需要增加氧攝取率來補(bǔ)償減少的DO2，因此，ECC過程中DO2、VO2之間的安全界限可能會(huì)縮?。?］。

臨界DO2i閾值也稱為最小安全DO2i。隨著DO2降低，機(jī)體通過增加氧提取率以維持VO2不變，當(dāng)DO2低至臨界值時(shí)，氧提取率達(dá)到最大值；如果DO2繼續(xù)下降，DO2與VO2將呈線性相關(guān)，會(huì)導(dǎo)致全身VO2下降、組織氧合下降及代謝性酸中毒，因此，維持DO2i高于臨界DO2i至關(guān)重要［5］。麻醉狀態(tài)下，臨界 DO2i約為 330 ml／（m2·min）。

維持ECC期間DO2高于臨界DO2i，是 GDP管理的重要理念和方法，數(shù)項(xiàng)臨床研究探討ECC中臨界DO2i，但尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。早在2005年、2006年，Ranucci教授研究團(tuán)隊(duì)通過前瞻性觀察性臨床研究，在探尋ECC中高Lac血癥的相關(guān)因素及與預(yù)后相關(guān)性時(shí)，他指出 DO2i低于 260 ml／（m2·min）會(huì)導(dǎo)致Lac明顯增加［3］；而關(guān)于冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)中DO2i與術(shù)后AKI相關(guān)性的研究表明，DO2i低于272 ml／（m2·min）是術(shù)后 AKI的重要預(yù)測(cè)因子［6］。隨后，de Somer等［7］回顧性分析意大利兩所不同醫(yī)院心臟手術(shù)患者臨床資料，結(jié)果顯示DO2i低于262 ml／（m2·min）是術(shù)后 AKI的獨(dú)立相關(guān)因素，與之前的研究結(jié)果相似。2018年，一項(xiàng)多中心隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)顯示，ECC 中維持 DO2i大于 280 ml／（m2·min），能顯著降低心臟術(shù)后 AKI發(fā)生率［8］。Leenders等［9］在對(duì)357例行冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)患者進(jìn)行回顧性研究發(fā)現(xiàn)，ECC 中 DO2i＜300 ml／（m2·min）與術(shù)后譫妄發(fā)生率有顯著相關(guān)性。Magruder等［10］報(bào)道 ECC 中 DO2i＜300 ml／（m2·min）與腦損傷特異性標(biāo)志物泛素c-末端水解酶L1升高之間存在獨(dú)立相關(guān)性。其它的文獻(xiàn)顯示臨界DO2i的范圍為225～300 ml／（m2·min），數(shù)值的差異可能與 ECC 中不同的溫度有關(guān)［11-13］。同時(shí)，還需要大樣本多中心的臨床研究進(jìn)一步探討ECC中DO2i的臨界閾值及靶控DO2i對(duì)心臟手術(shù)患者預(yù)后的影響。

臨界DO2i的概念提示，ECC灌注流量不應(yīng)該機(jī)械地只參照患者體重、體表面積及溫度，還應(yīng)該結(jié)合血液稀釋程度、膜肺性能等因素靈活地進(jìn)行調(diào)整，并根據(jù)需要進(jìn)行超濾、輸注紅細(xì)胞、調(diào)整復(fù)溫速度等，以做到最佳灌注。

然而只關(guān)注臨界DO2i來評(píng)估機(jī)體DO2并不全面，還應(yīng)該結(jié)合ECC中DO2低于臨界DO2i持續(xù)的時(shí)間對(duì)患者的影響。近年，在持續(xù)監(jiān)測(cè)DO2i數(shù)值的基礎(chǔ)上，研究者繪制ECC中DO2i時(shí)間曲線，計(jì)算DO2i高于及低于臨界值的曲線下面積，來衡量ECC中氧的運(yùn)輸及與預(yù)后的相關(guān)性，研究顯示，DO2i低于臨界值的曲線下面積與患者預(yù)后負(fù)相關(guān)［14-15］。

2.1.2VCO2i 通過二氧化碳（CO2） 分析儀測(cè)量ECC膜肺出口CO2的生成量（VCO2），除以體表面積（BSA），而得到 VCO2i，以反映 ECC中機(jī)體氧耗［16-17］。 VCO2i［ml／（m2·min）］ ＝ ［呼氣 CO2（eCO2，mm Hg）×氣體流量（Ve，L／min）×1 000／760］／BSA（m2）。 正常成人，清醒狀態(tài)下，VCO2i約為 100 ml／（m2·min）［16-17］。

ECC中，由于麻醉、血液稀釋、低溫等因素的影響，VCO2i較正常成人有所下降。導(dǎo)致VCO2i升高的主要原因?yàn)镈O2不足、復(fù)溫時(shí)VO2增加等因素導(dǎo)致機(jī)體無氧代謝增加，ECC中VCO2i臨界閾值約為60 ml／（m2·min）［16-17］。 與 DO2i相比，VCO2i能更好地預(yù)測(cè)ECC中高Lac血癥［17］。然而，2011年Somer等［7］研究 DO2和 VCO2與術(shù)后 AKI的關(guān)系，結(jié)果顯示單純VCO2i測(cè)量并不提高AKI預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，但是，結(jié)合 DO2測(cè)量（DO2／VCO2比值），VCO2的測(cè)量在檢測(cè)缺氧方面具有較好的優(yōu)勢(shì)，是判斷ECC中臨界低灌注的重要指標(biāo)。

2.1.3最低 DO2／VCO2正常狀態(tài)下，DO2是 VO2量的 4～5 倍，DO2／VCO2比值綜合反映 DO2與 VO2，與DO2i、VCO2i均屬于重要的 GDP 監(jiān)測(cè)指標(biāo)［7］。Ranucci等［17］研究顯示，ECC 中 DO2／VCO2＜5 是高Lac血癥的預(yù)測(cè)因子，彌補(bǔ)了Lac滯后的不足，比單純監(jiān)測(cè)血Lac水平能更好的反映組織灌注。另有研究報(bào)道，最低 DO2／VCO2比值＜5.3與心臟術(shù)后 AKI發(fā)生率及預(yù)后相關(guān)［7］。ECC過程中，非生物材料接觸、平流灌注、血液有形成分的破壞與激活、炎癥反應(yīng)等因素都會(huì)影響微循環(huán)和器官灌注，監(jiān)測(cè)DO2／CO2比值可能是評(píng)估微循環(huán)的第一步，為進(jìn)一步的干預(yù)提供依據(jù)［18］。

2.2維持ECC中最佳血壓，保證重要臟器灌注ECC中血壓管理目的是維持器官灌注，最佳血壓是與氧代謝相關(guān)而又獨(dú)立的指標(biāo)，它依賴于腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)的血壓范圍，把自動(dòng)調(diào)節(jié)的壓力下限作為最低安全血壓，經(jīng)驗(yàn)性地維持ECC中MAP目標(biāo)值為：成人≥50 mm Hg、兒童≥30 mm Hg［5］。 其中，主張較低血壓的維持成人ECC中MAP在50～60 mm Hg，而支持較高血壓的選擇70～80 mm Hg；較低血壓的優(yōu)勢(shì)在于減少大腦栓塞及腦水腫、減少血液有形成分破壞，而較高血壓則有利于維持較好的組織灌注，尤其是對(duì)于晚期動(dòng)脈粥樣硬化、高齡、高血壓、糖尿病等高?；颊撸?］。大量臨床研究比較不同血壓對(duì)ECC術(shù)后死亡率及并發(fā)癥的影響，然而，至今尚無確切定論［5，19］。

近年，有關(guān) ECC對(duì)腦血流量（cerebral blood flow，CBF）自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的影響及最佳血壓，約翰霍普金斯醫(yī)院研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量研究，通過超聲標(biāo)記NIRS及經(jīng)顱多普勒實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腦血流，計(jì)算腦血流速率與MAP的線性相關(guān)系數(shù)、得到腦血流速度指數(shù)（brain blood flow velocity index， CFX），進(jìn)而測(cè)定CBF自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，而最佳血壓是指具有最佳自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的血壓，即CFX最低或CFX與血壓變化相關(guān)性最小的血壓［20-21］。 Ono 等［22］報(bào)道，ECC中20%的患者CBF自動(dòng)調(diào)節(jié)功能受損；且在復(fù)溫過程中，受損比例是低溫時(shí)的兩倍［23］。 Hoshino 等［24］回顧分析了ECC下行房間隔缺損或室間隔缺損手術(shù)患兒，發(fā)現(xiàn)CBF自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制在嬰幼兒是不成熟的。 Joshi等［25］研究顯示，ECC中 CBF自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力下限平均值為66 mm Hg，但是下限壓力范圍很廣（40～90 mm Hg）且存在廣泛的個(gè)體變異，很難基于術(shù)前人口統(tǒng)計(jì)學(xué)和血壓數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)。Hori等［21］報(bào)道ECC中CBF自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力下限、上限平均值分別為65 mm Hg、84 mm Hg，最佳血壓為78 mm Hg 且 ECC中17%的患者腦自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力下限高于此最佳血壓，而29%的患者腦自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力上限低于最佳血壓。

以上數(shù)據(jù)均提示，ECC中以往經(jīng)驗(yàn)性的血壓管理可能導(dǎo)致MAP低于或高于CBF自動(dòng)調(diào)節(jié)范圍；而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CBF自動(dòng)調(diào)節(jié)功能、指導(dǎo)血壓的個(gè)體化管理，對(duì)于確保心臟手術(shù)中有效的器官灌注至關(guān)重要。已有研究顯示，心臟術(shù)中MAP超出CBF自動(dòng)調(diào)節(jié)范圍的幅度和持續(xù)時(shí)間與術(shù)后中樞神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥（如譫妄、中風(fēng)［26-27］）、主要并發(fā)癥（如中風(fēng)、AKI、機(jī)械通氣＞48 h，血管活性藥物＞24 h，及主動(dòng)脈內(nèi)球囊反搏使用）及死亡率有關(guān)［28］。并且，維持ECC中血壓在腦自動(dòng)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)也是維持其它重要臟器灌注的有效保證，研究顯示ECC中MAP低于腦自動(dòng)調(diào)節(jié)下限與心臟術(shù)后AKI相關(guān)［29-30］。

2.3NIRS監(jiān)測(cè)局部組織氧飽和度 以上闡述了NIRS在監(jiān)測(cè)CBF自動(dòng)調(diào)節(jié)功能及指導(dǎo)ECC中血壓管理的應(yīng)用，心臟術(shù)中還采用NIRS連續(xù)無創(chuàng)地監(jiān)測(cè)顱內(nèi)Hb氧含量的變化，計(jì)算得出局部腦氧飽和度（rScO2），以反映腦氧供需平衡［31］。 NIRS 不同于傳統(tǒng)動(dòng)脈氧飽和度監(jiān)測(cè)，rScO2是腦動(dòng)脈和靜脈氧飽和度的混合（其中動(dòng)脈所占比例為30%，靜脈占70%），rScO2正常值為55%～75%，心臟術(shù)中rScO2及變化趨勢(shì)是反映CBF的重要指標(biāo)［31］。

ECC術(shù)中影響rScO2的主要因素包括：腦灌注壓、動(dòng)脈氧分壓、Hb濃度、麻醉深度和體溫，同時(shí)，年齡、顱骨厚度、NIRS探頭放置位置、pH等也對(duì)rScO2監(jiān)測(cè)數(shù)值有一定影響［31］。心臟術(shù)中當(dāng)rScO2下降超過基線值15%～20%或rScO2絕對(duì)值＜50%，提示大腦低灌注；當(dāng)rScO2下降超過基線值30%或rScO2絕對(duì)值＜40%時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷［31-32］。多項(xiàng)研究顯示［33-34］，心臟術(shù)中 rScO2降低幅度與術(shù)后拔管時(shí)間、ICU停留時(shí)間及住院時(shí)間延長(zhǎng)呈正相關(guān)。通過調(diào)節(jié)灌注流量、輸血、超濾等措施干預(yù)術(shù)中rScO2值（如術(shù)中維持 rScO2降低幅度＜基礎(chǔ)值的20%），可以預(yù)防心臟術(shù)后中樞神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥，改善患者預(yù)后。

同時(shí)，NIRS監(jiān)測(cè)對(duì)于指導(dǎo)主動(dòng)脈弓部手術(shù)中選擇性腦灌注、肺動(dòng)脈內(nèi)膜剝脫術(shù)中停循環(huán)及低流量的管理、小兒ECC中超濾及改良超濾的使用等具有重要意義。同時(shí)，ECC中還可以采用NIRS同時(shí)監(jiān)測(cè)腎氧、肌氧（前壁及下肢），與腦氧一起，綜合反映機(jī)體灌注狀態(tài)。

NIRS不足之處在于只能反映局部組織的氧飽和度，而不能反映器官全部組織的氧飽和度。如NIRS監(jiān)測(cè)腦氧，只能反映一側(cè)大腦氧飽和度，而不能反映另一側(cè)情況；若患者存在腦血管疾病，需監(jiān)測(cè)雙側(cè) rScO2。

2.4GDP監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā) GDP策略是整合上述各氧代謝參數(shù)、血流動(dòng)力學(xué)和NIRS監(jiān)測(cè)的綜合性管理措施，隨著ECC領(lǐng)域?qū)DP理念及策略的認(rèn)同，國(guó)外已經(jīng)研發(fā)出GDP監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如M4系統(tǒng)和CONNECT系統(tǒng)［11］，能夠在 ECC 中實(shí)時(shí)記錄、計(jì)算各項(xiàng)GDP參數(shù)，指導(dǎo)ECC灌注。然而國(guó)內(nèi)還沒有相關(guān)GDP監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用的報(bào)道。

3 展望

GDP提供了一種更安全的灌注模式，是未來ECC管理的一個(gè)趨勢(shì)，但是，仍然需要大樣本、多中心臨床研究深入探討GDP策略及對(duì)患者預(yù)后的影響，并形成共識(shí)和指南。同時(shí)，以下領(lǐng)域仍然是空白，如DO2i的溫度校正、嬰幼兒ECC中DO2i標(biāo)準(zhǔn)、GDP指導(dǎo)嬰幼兒ECC管理策略［35］、氧攝取率監(jiān)測(cè)VO2在GDP管理中的作用等［1］，亟需進(jìn)一步深入的研究。