應(yīng)用生物電阻抗測量評估患者的容量狀況

陳海燕　綜述　龔德華　審校

無論是危重還是慢性疾病患者，準確地評估機體容量狀態(tài)，控制液體負荷都極為重要。液體負荷增多是影響維持性透析患者生存預(yù)后的獨立危險因素，長期液體負荷增多會加重心血管系統(tǒng)負擔，導(dǎo)致左心室擴張，血壓升高，甚至進展至充血性心力衰竭，增加患者心血管死亡率和全因死亡率[1]。

腎臟是調(diào)節(jié)機體容量平衡的最重要器官之一，腎功能正常時，機體通過內(nèi)在調(diào)節(jié)保持容量平衡，當腎功能受損、尤其患者需行腎臟替代治療(RRT)時，容量平衡則主要依靠臨床醫(yī)師治療干預(yù)實現(xiàn)，此類患者的容量評估尤為重要。本文擬對近年來容量評估方法，特別是生物電阻抗法(BIA)在臨床的應(yīng)用作一簡述。

容量評估的常用方法

容量評估包括三方面：總體水負荷(組織水化狀態(tài))，有效循環(huán)血容量及心臟反應(yīng)性。傳統(tǒng)的方法包括病史詢問，體格檢查，監(jiān)測血壓、心率及體重變化，計算患者液體出入量[2]，顯然準確性及靈敏度都較差。精確用于總體水負荷判斷的方法為核素標記稀釋法，很顯然臨床無法常規(guī)應(yīng)用。反映有效血容量的手段包括有創(chuàng)/無創(chuàng)血流動力學監(jiān)測，多用于危重患者，臨床使用亦并不廣泛。一些生物學標志物如N末端腦利鈉肽前體(NT-pro BNP)主要反映心臟的反應(yīng)性。相較而言，BIA作為一種簡便測量總體水負荷的方法，更具有臨床使用前景。通常情況下，機體水負荷過多，會反映在組織細胞水平，出現(xiàn)水腫現(xiàn)象，也會反映在血循環(huán)部分，表現(xiàn)有效血容量增多，亦會引起心臟反應(yīng)，表現(xiàn)為NT-pro BNP升高，即容量評估的三個方面具有較好的相關(guān)性。但在一些特殊情況下，特別是危重患者而言，容量評估的三個方面并不一致。如腎病綜合征狀態(tài)血管外水負荷增多而血容量并不增多甚至減少，此種情況只有BIA能反映而血流動力學指標及NT-pro BNP并不升高。類似情況還可見于肝硬化導(dǎo)致水負荷增多。而心臟泵功能衰竭患者則以NT-pro BNP升高為主，BIA及血流動力學監(jiān)測指標并不一定升高。BIA雖然也只能反映容量狀態(tài)的某一方面，但多數(shù)情況下，尤其是在判斷長期容量負荷過多方面，與其他指標有很好相關(guān)性，且具有無創(chuàng)、實時、簡便、廉價及重復(fù)性好的優(yōu)點，值得在臨床推廣應(yīng)用。

BIA技術(shù)原理及方法

BIA技術(shù)原理BIA通過測量及分析生物組織的電阻特性，包括阻抗特性及容抗特性來評估容量狀態(tài)及機體組成。由于組織間隙及細胞內(nèi)含導(dǎo)電性好的電解質(zhì)溶液，在電路中起電阻作用，而細胞膜、組織界膜則導(dǎo)電性差，在交流電路中起類似電容作用。當通過體外發(fā)放某頻率的電流通過機體時，可測得總抗值(Z)，該指標與總體水(TBW)成反比，即機體含水量越多，組織導(dǎo)電能力越強，總抗值越小。而總抗值可分為阻抗(rR)和容抗(Xc)，前者為電流在細胞內(nèi)液(ICW)和細胞外液(ECW)中的阻力，代表組織水含量，后者代表細胞膜的容抗特性，與細胞膜或組織界膜的含量成正比，間接反映細胞數(shù)量，可作為機體成分組成指標。因為低頻電流(<10 kHz)無法穿過細胞膜，只能流經(jīng)細胞外，此時測量值主要反映ECW，而高頻電流(>100 kHz)可穿過細胞膜，測量值可反映TBW，而不同頻率情況下R及Xc的變化情況則反映ECW、ICW及細胞數(shù)。同時因肌肉組織(又稱“瘦組織”)富含導(dǎo)電性好的電解質(zhì)溶液，，而骨骼、脂肪及含氣組織則導(dǎo)電性差，不同R及Xc亦可反映肌肉及脂肪的含量。由于電流頻率過小或過大都會影響細胞膜的電容特性，一般使用中頻(50kHz左右)電流測量以獲得最大Xc。由于通過BIA測量得到的是R及Xc，一般通過R值與TBW的相關(guān)性以定性反映容量狀態(tài)，或?qū)⒉煌瑴y定值，與“金標準”測量得到的容量值通過數(shù)學模式建立對應(yīng)公式，以通過測定值計算得到容量值。

BIA方法目前常用于容量評估的生物電阻抗分析方法主要有三種：多頻生物電阻抗分析(MFBIA)、生物電阻抗頻譜分析(BIS)和生物電阻抗矢量分析(BIVA)，三種方法各具特色(表1)。

MFBIAMFBIA采用多種固定頻率包括高頻(100、200和500 kHz)和低頻(0、1和5 kHz)電流測量的方法。低頻電流主要用于計算ECW，高頻電流計算TBW，而ICW由兩者之差獲得。臨床發(fā)現(xiàn)低頻測量數(shù)據(jù)準確性及重復(fù)性相對較好，測得的ECW值與“金標準”同位素稀釋法吻合度好，而ICW測量準確性則相對較差[3]。

BISBIS亦屬多頻測量，通過從低頻到高頻的連續(xù)頻率譜(5～1 000 kHz)電流測量ECW、ICW和TBW，對ECW的評估準確性不及MFBIA。正常人群通過MFBIA測量獲得的TBW相對準確，而容量分布異常(如大量腹水的患者)或體脂含量較大的人群(如重度肥胖的患者)，BIS測得的TBW更加準確[3,4]。

BIVABIVA屬單頻測量，測量頻率通常為50 kHz。BIVA并不直接得出ICW、ECW或TBW值，而是將單次測量后得到的身高標化的阻抗、容抗值標點于以身高標化的阻抗、容抗為橫、縱坐標的矢量分析圖(圖1)，以其與正常參考范圍50%、75%和95%三個容受區(qū)間進行對比來定性判斷機體容量狀態(tài)。

生物電阻抗分析還分為整體測量和節(jié)段測量，兩種方法的電極片置放位置不同，前者應(yīng)用“整體踝腕測量”的方法，電極片置于身體同側(cè)上下肢末端，評估全身組織的水腫狀態(tài)，但無法區(qū)分組織水腫的具體部位。而節(jié)段生物電阻抗分析則根據(jù)測量的具體部位調(diào)整電極片的位置，對評估局部組織水腫狀態(tài)更有優(yōu)勢，如小腿電阻抗分析(Calf-BIA)。

表1　三種常用于容量評估的生物電阻抗技術(shù)的比較

MFBIA：多頻生物電阻抗分析；BIS：生物電阻抗頻譜分析；BIVA：生物電阻抗矢量分析；ECW：細胞外液；TBW：總體水；ICW：細胞內(nèi)液

圖1　生物電阻抗矢量分析圖[5]

BIA容量評估的臨床應(yīng)用

長期透析患者的容量評估透析患者確定干體重至關(guān)重要。BIA方法根據(jù)測量數(shù)據(jù)及人群回歸公式計算可得到TBW、ECW及ICW，但如何判斷患者容量是否超出正常值還需其他參數(shù)。BIA判斷容量狀態(tài)包括定量及定性兩種方法。定量是直接計算出患者干體重或計算出體內(nèi)多余含水量，包括Chamney公式[5]及利用“金標準”方法得到的回歸公式直接計算體內(nèi)多余含水量[6]；定性只判斷容量狀態(tài)正常與否，可采用ECW/TBW比值法及BIVA[7,8]。小腿部電阻抗比值法(高頻電流200 kHz及低頻電流5 kHz下阻抗的比值)也是近年來被認為是評估透析患者容量狀態(tài)的有效指標[9]。選擇小腿部主要因為該部位受重力影響大，更能代表全身組織含水狀態(tài)，且類似于圓柱狀，更符合電阻抗測量模型[9]。

BIA應(yīng)用于透析患者容量評估的作用包括：(1)通過動態(tài)監(jiān)測反映容量狀態(tài)的變化，尤其用于研究性觀察指標。有研究顯示BIA測量的ECW變化與同位素測量的ECW變化相關(guān)性很好[6,10]。而關(guān)于艾考糊精的研究中發(fā)現(xiàn)，BIA測量ECW顯著下降而BNP指標則無明顯變化，顯示出BIA反映容量變化的敏感性[11]。(2)BIA測量容量狀態(tài)是判斷患者預(yù)后的指標。很多隊列研究顯示，BIA測量的機體含水狀態(tài)與腹膜透析(PD)患者預(yù)后密切相關(guān)，即使在校正了一些混雜因素如并發(fā)癥，炎癥狀態(tài)及低白蛋白血癥后亦是如此[12]。(3)作為確定透析患者“干體重”的工具。采用BIA評估透析患者患者容量及確定干體重，最終改善患者預(yù)后。Wabel等[13]研究證實，傳統(tǒng)認為已達干體重的患者行BIA容量評估，血壓升高的患者者中25%存在水過多，而在血壓正常甚至低血壓患者中，亦有相當比例患者存在水過多，由此說明臨床評估的不準確性。目前認為，BIA指導(dǎo)的透析患者容量控制，與傳統(tǒng)方法比較可改善血壓控制情況，降低左室質(zhì)量指數(shù)，改善患者長期存活率。最近的兩項單中心隨機對照研究比較BIA及傳統(tǒng)臨床方法評估干體重對患者預(yù)后的影響。Hur等納入156例血液透析(HD)患者，隨訪觀察1年，與傳統(tǒng)組相比，BIA干預(yù)組容量超負荷狀態(tài)控制更好，臨床獲益包括血壓下降，使用降壓藥比例降低，更重要的是左室質(zhì)量指數(shù)明顯下降，除此之外，患者血漿白蛋白水平及血紅蛋白水平輕度升高[14]。另一項研究納入131例HD患者，隨訪觀察2.5年，BIA干預(yù)組脈搏波傳播速度明顯降低，而傳統(tǒng)組則上升，最重要的是兩組患者生存率亦存在顯著差異(傳統(tǒng)組78%vsBIA組96%)[15]。這是一項首次以生存獲益為研究終點的研究，結(jié)果證實兩個問題：(1)證實透析患者容量控制的意義，即容量控制更好生存率更高；(2)與傳統(tǒng)方法比較，BIA指導(dǎo)容量控制更準確。

與HD患者相比，PD患者似乎更需BIA來評估容量狀態(tài)。PD患者易出現(xiàn)肌肉群減少及血漿低白蛋白血癥。這樣導(dǎo)致TBW分布上向ECW傾斜，即ECW/ICW比值增加，而ECW分布上則向血管外傾斜，即血管外容量增加更明顯。此種特點導(dǎo)致水負荷狀態(tài)的增多可能并不能從傳統(tǒng)指標反映出來，如血壓與容量的關(guān)系，只有在年輕及無明顯并發(fā)癥的患者中較明顯，而在年老及有合并癥患者中則不明顯。同樣，一些研究也顯示，即使存在水負荷過多狀態(tài)，血清BNP也不一定升高。因此PD患者更需BIA來替代傳統(tǒng)方法以評估容量。很多隊列研究顯示BIA測量的機體含水狀態(tài)與PD患者預(yù)后密切相關(guān)[12]。采用BIA評估容量需注意是否會導(dǎo)致容量控制過嚴后損害殘余腎功能，這一點對PD患者尤為重要。而最近一項研究顯示，采用BIA評估的ECW增加并不能保護殘余腎功能[16]。

危重癥患者的容量評估透析患者的一般狀態(tài)相對穩(wěn)定，BIA容量評估反映的是長期穩(wěn)定狀態(tài)的容量負荷。長期穩(wěn)定狀態(tài)的容量負荷與血流動力學狀態(tài)之間有較好相關(guān)性。而危重癥患者則需評估即時容量狀態(tài)及變化，更重要的是血流動力學狀態(tài)。在這種情況下，BIA評估的容量狀態(tài)更多反映機體含水量多少，而與血流動力學狀態(tài)之間的關(guān)聯(lián)性則較差。因此，BIA定量判斷容量多少的方法可能并不合適，而定性判斷組織是否存在水腫則可能更準確。如BIVA是基于矢量分析的單頻測量方法，通過正常對照或自身對照評估容量，不涉及眾多其他參數(shù)，測量結(jié)果相對準確。Ronco等[17]建議心功能衰竭及心腎綜合征的患者臨床容量管理應(yīng)遵循“5B”原則，即液體平衡(由體重變化衡量)(balance of fluids)、血壓(blood pressure)、生物標志物(biomarkers)、BIVA及血容量(blood volume)，其中BIVA作為重要的容量評估方法之一被列入其中。

目前應(yīng)用BIA較多的是充血性心力衰竭患者的容量評估，以輔助液體治療及容量管理。有研究通過阻抗心電圖(一種胸部節(jié)段BIA)測量胸腔水含量(TFC)，發(fā)現(xiàn)心衰患者的TFC顯著高于其他ICU患者[18]。Khoury等[19]通過動物實驗證實BIA測得的阻抗信號變化與心臟血流動力學參數(shù)密切相關(guān)，包括左心房壓力、左室舒張末容積和心臟射血分數(shù)等，因而推斷BIA有利于早期診斷充血性心力衰竭的失代償期。然而尚缺乏膿毒癥、多臟器衰竭、全身炎癥反應(yīng)綜合征患者的BIA應(yīng)用數(shù)據(jù)，僅少數(shù)研究探討ICU患者術(shù)后容量管理，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用BIA測量患者TBW，可準確動態(tài)監(jiān)測術(shù)后液體潴留情況，有利于患者術(shù)后容量控制，加快術(shù)后恢復(fù)[20]。

BIA與N末端腦利鈉肽前體(NT-proBNP)

由于BIA主要反映組織水化狀態(tài)，適合評估靜態(tài)液體負荷量，而對于血管內(nèi)容量評估敏感性較差。NT-proBNP主要反映心功能對當前容量狀態(tài)的反應(yīng)性，它與血管內(nèi)容量狀態(tài)及心臟功能狀態(tài)密切相關(guān)。如前所述，BIA反映的機體水化狀態(tài)與NT-proBNP反映的心臟反映性并不完全吻合，從而證據(jù)兩者具有不同的價值。對于NT-proBNP的局限性人們已有認識。如對于冠心病或心肌梗死的患者，由于心功能較差，即使血管內(nèi)容量無明顯增加，血清NT-proBNP水平仍然居高不下。因此，有學者認為血清NT-proBNP水平升高從機制上需分為“干性”和“濕性”兩種，“干性”指非容量原因?qū)е碌腘T-proBNP水平升高，如冠心病、心肌梗死等存在心功能障礙的疾病，“濕性”指容量負荷增加導(dǎo)致NT-proBNP水平升高，如充血性心力衰竭[21]。這兩種狀態(tài)治療上應(yīng)有所區(qū)分，“濕性”NT-proBNP升高反映容量過多，可通過加強利尿或超濾來緩解，而“干性”NT-proBNP升高則反映容量并不多，進一步利尿或超濾可能加重機體脫水狀態(tài)導(dǎo)致不利影響。同樣，BIA反映的機體水化狀態(tài)從機理上亦可分為兩種狀態(tài)，一種是伴血容量增多的組織水腫，一種是不伴血容量增多的組織水腫。這兩種情況在進行治療干預(yù)時也應(yīng)有所區(qū)別。因此，只有將BIA及NT-proBNP結(jié)合使用，才能進一步更精確區(qū)分患者容量狀態(tài)，以指導(dǎo)臨床治療及判斷預(yù)后。目前還缺乏關(guān)于這類研究的數(shù)據(jù)，僅有一些關(guān)于慢性容量狀態(tài)評估，如PD患者及慢性心功能不全患者中聯(lián)合應(yīng)用的報道，對于危重癥患者，特別是接受腎臟替代治療危重癥患者的研究尚無報道。

BIA測量的局限性

BIA用于容量評估也有其局限性。電極片放置的位置及被測患者的體位均是影響測量結(jié)果的重要因素。皮膚出汗、結(jié)痂或者毛發(fā)增多也會導(dǎo)致電極片與皮膚貼合不良，部分患者在測量時配合欠佳，難以達到測量要求的標準體位(即平臥位且四肢外展遠離軀干)等因素也影響測量結(jié)果。過度肥胖/消瘦、燒傷、義肢及裝有心臟起搏器的患者中應(yīng)用也受到一定限制。

小結(jié):容量評估目前仍是臨床需解決的重要問題之一。作為一種簡便、無創(chuàng)、低成本且重復(fù)性好的手段，生物電阻抗分析應(yīng)用于臨床容量評估的準確性及價值得到越來越多的認識，其使用亦日益廣泛。

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