應用經(jīng)肺熱稀釋技術評價幼豬心輸出量和容量負荷

張 陳，梁雪村，黃國英，盛 鋒，劉豫陽

1首都醫(yī)科大學附屬北京安貞醫(yī)院小兒心臟科，北京 100029 2復旦大學附屬兒科醫(yī)院心內(nèi)科，上海 200032

應用經(jīng)肺熱稀釋技術評價幼豬心輸出量和容量負荷

張 陳1，梁雪村2，黃國英2，盛 鋒2，劉豫陽2

1首都醫(yī)科大學附屬北京安貞醫(yī)院小兒心臟科，北京 1000292復旦大學附屬兒科醫(yī)院心內(nèi)科，上海 200032

目的評價經(jīng)肺熱稀釋法 (TPTD)測量心輸出量 (CO)的準確性，以及該方法測量的胸內(nèi)血容量指數(shù) (ITBVI)用于評價容量負荷的有效性。方法研究10只幼豬，體重 (20．6±1．9)kg。分別在基礎血容量、高血容量和低血容量狀態(tài)下進行同步的肺動脈熱稀釋法 (PATD)測量CO(COPA)和TPTD測量CO(COTP)、ITBVI，每種狀態(tài)下連續(xù)測量3次，同時記錄中心靜脈壓 (CVP)和心率。分析不同血容量狀態(tài)下CVP、ITBVI與心指數(shù) (CI)、每搏輸出量指數(shù)(SVI)的相關性。結果共進行90次同步熱稀釋法測量CO。COTP與COPA相關系數(shù)為0．977(P＜0．001)，平均偏差為(0．25±0．26)L/min(95%CI：0．20～0．30 L/min，P＜0．001)。COTP變異系數(shù)為3．7%，COPA變異系數(shù)為5．4%。與基礎血容量狀態(tài)比較，高血容量狀態(tài)下CVP和ITBVI均顯著升高 (P=0．002、0．019)，低血容量狀態(tài)下ITBVI顯著下降 (P＜0．001)，但CVP的差異無統(tǒng)計學意義 (P=0．050)。相關分析顯示ITBVI與CI和SVI在基礎血容量狀態(tài)下呈高度正相關(r=0．741，P=0．014;r=0．885，P=0．001)，在高血容量和低血容量狀態(tài)下均無顯著相關性;CVP與CI和SVI在各種血容量狀態(tài)下均無顯著相關性。結論 TPTD在不同血容量狀態(tài)下測量CO的準確度和精確度均理想，其測量的ITBVI與CVP比較可更有效地反映容量負荷。

經(jīng)肺熱稀釋;肺動脈熱稀釋法;心輸出量;胸內(nèi)血容量;中心靜脈壓

Acta Acad Med Sin，2014，36(3)：249-254

心輸出量 (cardiac output，CO)和容量負荷是臨床心功能評價及血流動力學監(jiān)測的重要內(nèi)容。經(jīng)肺熱稀釋 (transpulmonary thermodilution，TPTD)法是近年來發(fā)展起來的一種新技術，創(chuàng)傷性小，安全性高，可同時測量CO和容量負荷指標［1］。本研究采用TPTD技術測量不同容量負荷幼豬模型的CO和容量指標胸內(nèi)血容量 (intrathoracic blood volume，ITBV)，并分別與肺動脈熱稀釋法 (pulmonary artery thermodilution，PATD)測量的CO以及傳統(tǒng)的充盈壓力指標中心靜脈壓 (central venous pressure，CVP)比較，評價 TPTD技術的準確性和有效性。

材料和方法

實驗動物及準備幼年白豬10只 (購自上海青浦養(yǎng)殖場)，其中雄性4只，雌性6只;平均年齡(9．0±1．2)周 (6．5～10．5周);平均體重 (20．6± 1．9)kg(17．0～23．0 kg)。

肌肉注射氯胺酮30 mg/kg進行基礎麻醉。分離頸內(nèi)動脈和頸內(nèi)靜脈。切開頸內(nèi)動脈插入4Fr PiCCO熱稀釋導管，連接PiCCO plus循環(huán)監(jiān)測儀 (德國Pulsion公司);切開頸內(nèi)靜脈插入7．5Fr Swan-Ganz四腔熱稀釋漂浮導管 (美國Baxter公司)，連接SC9000熱稀釋生理記錄儀 (德國Siemens公司)，其近端孔外連接端串聯(lián)PiCCO溫度感受器并連接到PiCCO plus循環(huán)監(jiān)測儀。

血流動力學指標測定將Swan-Ganz導管插入右心系統(tǒng)，使其遠端孔位于肺小動脈，近端孔位于中心靜脈右房口附近。抽取0℃冷生理鹽水 (事先置冰水混合物中預冷30 min以上)5 ml，在呼吸周期的隨機相快速由近端孔外連接端注入，同步進行PATD和TPTD測量。SC9000監(jiān)測儀自動描記PATD曲線并讀出CO(COPA)，PiCCO plus檢測儀描記TPTD曲線并記錄CO(COTP)及ITBV，連續(xù)測量3次。同時測量CVP、動脈血壓和心率。

建立異常血容量動物模型測量基礎狀態(tài)的血流動力學指標后，在15～20 min內(nèi)向中心靜脈注入生理鹽水 (50 ml/kg)，建立高血容量狀態(tài)動物模型，連續(xù)進行3次PATD和TPTD測量。

注入生理鹽水結束后1～2 h，待血流動力學指標(CVP、動脈血壓、PiCCO plus監(jiān)測儀連續(xù)監(jiān)測的CO)恢復至基礎值并穩(wěn)定后，在15～20 min內(nèi)從外周動脈抽血 (25 ml/kg)，建立低血容量狀態(tài)動物模型，再次進行3次PATD和TPTD測量。

統(tǒng)計學處理采用SPSS 18．0統(tǒng)計軟件，所有數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差表示，有關指標的絕對值除以體表面積 ［豬體表面積 (m2) =0．094×體重 (kg)2/3］得到指數(shù)值;TPTD和PATD測量CO的一致性和重復性比較采用Bland-Altman分析［2］，其中重復性分析采用每個測量點的第1、2次測量值;不同血容量狀態(tài)下CVP及ITBV指數(shù) (ITBV index，ITBVI)的比較采用配對樣本t檢驗;ITBVI、CVP與心指數(shù) (cardiac index，CI)、每搏輸出量指數(shù) (stroke volume index，SVI)的相關性采用Spearman相關分析;P＜0．05為差異有統(tǒng)計學意義。

結果

TPTD與PATD測量的CO比較10只幼豬在3種不同血容量狀態(tài)下共進行90次TPTD和PATD測量，相關分析顯示兩種方法測得CO的相關系數(shù)為0．977 (P＜0．001，圖1A)。對兩種方法測得CO差值的平均值作Bland-Altman散點圖，可見絕大多數(shù)測量 (78/ 90)的COTP高于COPA，平均偏差為 (0．25±0．26) L/min(95%CI為0．20～0．30 L/min，P＜0．001)，并且隨著CO增加，兩者差值的離散程度有增加趨勢(圖1B)。兩種方法的重復性分析顯示COTP重復系數(shù)為0．26 L/min，變異系數(shù)為3．7%;COPA重復系數(shù)為0．34 L/min，變異系數(shù)為5．4%。不同血容量狀態(tài)下的測量結果及其分析指標見表1。

ITBVI與CVP評價容量負荷比較10只幼豬在不同血容量狀態(tài)下CVP和ITBVI的變化見圖2。與基礎血容量狀態(tài)下的測量值比較，高血容量狀態(tài)下的CVP和ITBVI均顯著升高 (CVP，P=0．002;ITBVI，P= 0．019);低血容量狀態(tài)下的 ITBVI顯著降低 (P＜0．001)，CVP差異無統(tǒng)計學意義 (P=0．050)(表2)。

表1 TPTD與PATD測量CO的一致性和重復性分析 (n=10)Table 1 Analysis of agreement and repeatability of TPTD and PATD in measuring CO(n=10)

圖1 COTP與COPA的線性回歸分析圖 (A)和Bland-Altman散點圖 (B)Fig 1 Linear regression analysis figure(A)and Bland-Altman scatter diagram(B)of COTPand COPA

ITBVI與CI、SVI在基礎血容量狀態(tài)下均呈高度正相關(r=0．741，P=0．014;r=0．885，P=0．001)，但在高血容量及低血容量狀態(tài)下均無顯著相關性。CVP在3種血容量狀態(tài)下與CI、SVI均無顯著相關性(表3)。

圖2 10只幼豬在3種血容量狀態(tài)下的CVP與ITBVI變化趨勢圖Fig 2 The changes of CVP and ITBVI in 3 different blood volume statues in 10 immature pigs

表2 3種血容量狀態(tài)下CVP和ITBVI比較 (n=10)Table 2 The changes of CVP and ITBVI in 3 blood volume statuses(n=10)

表3 CVP、ITBVI與CI、SVI的相關性分析結果Table 3 Analysis of the potential correlation of CVP and ITBVI with CI and SVI

討論

PATD測量CO具有高度準確性，一直是臨床上評價其他檢測方法的“金標準”。但是肺動脈導管的潛在危險性限制了其臨床應用，尤其是難以用于較年幼的患者［3-4］。TPTD測量CO與PATD的原理類似，不同之處在于使用外周動脈導管代替肺動脈導管感受溫度指示劑引起的血溫變化，因避免了導管進入心臟，可以降低心臟機械損傷、感染、嚴重心律失常和肺栓塞的風險［5］。同時，由于檢測點改變，TPTD的熱稀釋曲線中包含了比PATD更多的信息，即指示劑通過心肺系統(tǒng)的平均運輸時間和指數(shù)衰減時間，據(jù)此可以進行有關血容量的測算［6］。近年來TPTD已被應用于各種臨床狀態(tài)的患者［7-12］。

本研究顯示TPTD測量CO與PATD一致性較好，與國外已有的一些臨床和動物研究結果相似［13-14］。鑒于目前鮮有研究報道血容量狀態(tài)對TPTD測量CO準確性的影響，筆者比較了不同血容量狀態(tài)下兩種方法的一致性，結果顯示基礎血容量狀態(tài)下的相關性最好、偏差最小，高血容量狀態(tài)下的一致性最差，但各種狀態(tài)下的測量偏差均無臨床意義。本研究結果還顯示COTP的大多數(shù)測量值略高于 COPA，這可能是因為TPTD的溫度指示劑在經(jīng)過肺組織和大血管時有少量損失，導致熱稀釋曲線下面積減小;或由于TPTD的指示劑運輸時間較長，因此冷水注入引起的暫時性心率下降對其影響要小于對PATD的影響。但這種系統(tǒng)偏差很小，臨床上可以忽略。

在精確度方面，本研究顯示TPTD和PATD測量CO的重復性均較理想。其中TPTD的重復性 (變異系數(shù)3．7%)略優(yōu)于PATD(變異系數(shù)5．4%)。這可能是因為PATD的指示劑運輸時間較短，因此更易受冷水注入時所處呼吸相的影響。固定呼吸相注入指示劑可以提高精確度，但可能影響準確度，因此筆者主張采取隨機呼吸相多次注入指示劑的方法進行測量。

臨床液體治療要求一方面維持足夠的前負荷和器官灌注，另一方面避免容量負荷過重引起心力衰竭和肺水腫，因此準確評估血容量狀況具有重要意義。CVP作為評估心臟前負荷的重要傳統(tǒng)指標，除了與充盈血量有關外，還受心室收縮性、血管順應性、胸內(nèi)壓等其他因素影響，在指導容量治療方面的作用不盡人意，尤其是對于進行機械通氣的患者。TPTD測量的ITBV作為直接的容量指標，為容量負荷的評估提供了新的選擇。但目前有關該指標的優(yōu)越性尚存在爭議［15］。

本研究顯示，對于每一個體而言，CVP和ITBVI的變化都能基本反映血容量的變化趨勢，但在不同血容量狀態(tài)下ITBVI的個體差異 (變異系數(shù))小于CVP，同時其變化的數(shù)值也大于CVP的變化值。尤其是在低血容量狀態(tài)下，CVP與基礎狀態(tài)的差異無統(tǒng)計學意義，可能是因為在急性失血早期代償性靜脈收縮，血液再分布而集中于中心靜脈。這說明ITBV反應容量負荷的敏感性和特異性均優(yōu)于CVP。

由于本實驗中沒有使用血管活性藥物，因此CO的變化可以看作主要與前負荷有關。研究顯示ITBVI與CI、SVI有很好的相關性，并且基礎血容量狀態(tài)下的相關系數(shù)較高，與Frank-Starling定律關于一定范圍內(nèi)充盈血量與心搏出量的線性關系相吻合。而CVP在各種血容量狀態(tài)下與CI、SVI均無相關性，說明其在反映前負荷方面不如ITBVI可靠。鑒于TPTD計算ITBV的公式中包含CO，有作者懷疑兩者的相關性僅僅是緣于數(shù)學上的關聯(lián)［16］。但也有研究者否定了這一觀點，他們發(fā)現(xiàn)用藥物改變CO而容量負荷未變時，ITBV的測值不受影響［17-18］。本研究結果也為否定數(shù)學關聯(lián)的可能性提供了更多的證據(jù)：(1)如果ITBV與CO僅僅存在數(shù)學上的關聯(lián)，則其相關性與血容量狀態(tài)應該無關，但本研究顯示ITBVI與CI、SVI的良好線性關系僅限于基礎血容量狀態(tài)，而一定范圍內(nèi)的線性關系正是Frank-Starling定律的特點;(2)本研究顯示ITBVI與SVI的相關性優(yōu)于與CI的相關性，但ITBV計算公式涉及的是CO，而容量負荷卻是與SV有著直接的Frank-Starling關系。因此筆者相信，ITBVI與CI和SVI的相關性主要是緣于Frank-Starling定律，說明ITBVI是有效反映容量負荷的指標。

綜上，本研究顯示，TPTD在不同血容量狀態(tài)下測量CO的準確度和精確度均理想，同時其測量的容量指標ITBVI可較傳統(tǒng)充盈壓力指標CVP更有效地反映血容量狀況，但其臨床應用價值尚需要進一步研究和檢驗。

［1］ Sakka SG，Reuter DA，Perel A．The transpulmonary thermodilution technique［J］．J Clin Monit Comput，2012，26 (5)：347-353．

［2］ Bland JM，Altman DG．Statistical methods for assessing a-greement between two methods of clinical measurement［J］．Lancet，1986，1(8476)：307-310．

［3］ Evans DC，Doraiswamy VA，Prosciak MP，et al．Complications associated with pulmonary artery catheters：a comprehensive clinical review［J］．Scand J Surg，2009，98(4)：199-208．

［4］ Marik PE．Obituary：pulmonary artery catheter 1970 to 2013［J/OL］．Ann Intensive Care，2013，3(1)：38．［2014-04-25］．http：//www．a(chǎn)nnalsofintensivecare．com/content/3/1/38．

［5］ Belda FJ，Aguilar G，Teboul JL，et al．Complications related to less-invasive haemodynamic monitoring［J］．Br J Anaesth，2011，106(4)：482-486．

［6］ Litton E，Morgan M．The PiCCO monitor：a review［J］．Anaesth Intensive Care，2012，40(3)：393-409．

［7］ Proulx F，Lemson J，Choker G，et al．Hemodynamic monitoring by transpulmonary thermodilution and pulse contour analysis in critically ill children［J］．Pediatr Crit Care Med，2011，12(4)：459-466．

［8］ Aboelatta Y，Abdelsalam A．Volume overload of fluid resuscitation in acutely burned patients using transpulmonary thermodilution technique［J］．J Burn Care Res，2013，34(3)：349-354．

［9］ Gergely M，Ablonczy L，Kramer S，et al．Comparison of transpulmonary thermodilution，transthoracic echocardiography and conventional hemodynamic monitoring in neonates and infants after open heart surgery：a preliminary study［J］．Minerva Anestesiol，2012，78(10)：1101-1108．

［10］ Huang CC，Chen NH，Li LF，et al．Effects of cardiac output levels on the measurement of transpulmonary thermodilution cardiac output in patients with acute respiratory distress syndrome［J］．J Trauma Acute Care Surg，2012，73(5)：1236-1241．

［11］ Branski LK，Herndon DN，Byrd JF，et al．Transpulmonary thermodilution for hemodynamic measurements in severely burned children［J/OL］．Crit Care，2011，15(2)．［2014-03-30］．http：//ccforum．com/content/15/2/R118．

［12］ Ritter S，Rudiger A，Maggiorini M．Transpulmonary thermodilution-derived cardiac function index identifies cardiac dysfunction in acute heart failure and septic patients：an observational study［J/OL］．Crit Care，2009，13(4)．［2014-03-30］．http：//ccforum．com/content/13/4/R133．

［13］ Sakka SG，Reinhart K，Meier-Hellmann A．Comparison of pulmonary artery and arterial thermodilution cardiac output in critically ill patients［J］．Intensive Care Med，1999，25 (8)：843-846．

［14］ Rupérez M，López-Herce J，García C，et al．Comparison between cardiac output measured by the pulmonary arterial thermodilution technique and that measured by the femoral arterial thermodilution technique in a pediatric animal model［J］．Pediatr Cardiol，2004，25(2)：119-123．

［15］ Muller L，Louart G，Bengler C，et al．The intrathoracic blood volume index as an indicator of fluid responsiveness in critically ill patients with acute circulatory failure：a comparison with central venous pressure［J］．Anesth Analg，2008，107 (2)：607-613．

［16］ Walsh TS，Lee A．Mathematical coupling in medical research：lessons from studies of oxygen kinetics［J］．Br J Anaesth，1998，81(2)：118-120．

［17］ McLuckie A，Bihari D．Investigating the relationship between intrathoracic blood volume index and cardiac index［J］．Intensive Care Med，2000，26(9)：1376-1378．

［18］ Buhre W，Kazmaier S，Sonntag H，et al．Changes in cardiac output and intrathoracic blood volume：a mathematical coupling of data［J］．Acta Anaesthesiol Scand，2001，45 (7)：863-867．

Assessment of Cardiac Output and Volume Load by Transpulmonary Thermodilution Technique in Immature Pigs

ZHANG Chen1，LIANG Xue-cun2，HUANG Guo-ying2，SHENG Feng2，LIU Yu-yang2

1Department of Pediatric Cardiology，Beijing Anzhen Hospital，Capital Medical University，Beijing 100029，China2Department of Cardiology，Children’s Hospital of Fudan University，Shanghai 200032，China

ZHANG Chen Tel：010-64456201，E-mail：021zhangchen@126．com

Objective To assess the accuracy of cardiac output(CO)measured by transpulmonary thermodilution technique(TPTD)and explore the validity of intrathoracic blood volume index(ITBVI)for assessment of circulatory volume status．Methods Ten immature pigs with a mean weight of(20．6±1．9)kg were studied during the conditions including normovolemia，hypervolemia，and hypovolemia．Simultaneous CO was measured in each condition using pulmonary artery thermodilution(PATD)method and TPTD．More specifically，CO(COPA)was determined with PATD，while CO(COTP)and ITBVI were determined with TPTD．All measurements were repeated 3 times．Central venous pressure(CVP)and heart rate were measured at the same time．The potential correlations of CVP and ITBVI with cardiac index(CI)and stroke volume index(SVI)in each blood volume status were analyzed．Results A total of 90 simultaneous measurements of COPAand COTPin 3 different blood volume conditions were made．The correlation coefficient between the two measurements was 0．977(P＜0．001)and the mean difference was(0．25±0．26)L/min(95%CI：0．20-0．30 L/min，P＜0．001)．The coefficient of variation of COTPwas 3．7%，while COPAwas 5．4%．Compared with those in normovolemia，CVP and ITBVI in hypervolemia significantly increased(P=0．002，0．019)，ITBVI in hypovolemia decreased significantly(P＜0．001)，and CVP in hypovolemia decreased insignificantly(P=0．05)．Correlation analysis revealed a significant correlation between ITBVI with CI and SVI in normovolemia(r=0．741，P= 0．014;r=0．885，P=0．001)．In contrast，correlations between CVP with CI and SVI were poor．Conclusions TPTD can accurately and precisely measure CO in different blood volume conditions．ITBVI measured by TPTD has better validity for the assessment of circulatory volume status than CVP．

transpulmonary thermodilution;pulmonary artery thermodilution;cardiac output;intrathoracic blood volume; central venous pressure

張 陳 電話：010-64456201，電子郵件：021zhangchen@126．com

R725．4

A

1000-503X(2014)03-0249-06

10．3881/j．issn．1000-503X．2014．03．004

2014-04-02)

·論 著·